ТОПЛИВНЫЙ БАК ДЛЯ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ ЗИМОЙ
FUEL TANK FOR DIESEL OPERATION IN WINTER

Изобретение относится к машиностроению, в частности к элементам системы питания дизельных двигателей транспортных средств, может быть использовано для облегчения их запуска и работы на дизельном и биодизельном топливе зимой в условиях низкой температуры.
Известен бак системы топливоподачи дизельного двигателя (см. патент RU №2037067, МПК F02M 31/125, B65D 88/64, дата подачи заявки 11.02.1993 г.), содержащий корпус с нагревателем в виде трубки из стеклопластика и токопроводящего элемента, заливную горловину с электрическими проводами для питания нагревателя, кольцевые грузы для укладки нагревателя на дно бака.
Недостатки известного устройства связаны с большими затратами сменного времени на предварительный прогрев топлива в объеме всего бака, неудобством обслуживания бака при заправке топливом, неустойчивым положением нагревателя на дне бака. Длительный нагрев всего топлива в баке приводит к росту теплопотерь, снижает эффективность использования потребляемой электроэнергии, задерживает выход транспортного средства на линию. Из-за отсутствия крепления внутри бака работающий нагреватель может перемещаться по дну бака в процессе движения транспортного средства, что сопряжено с опасностью повреждения (перетирания) изоляции электрических проводов и возникновения электрической дуги внутри бака. Вероятность взрывоопасности при применении известного бака многократно возрастает во время движения транспортного средства по бездорожью.
Известно также топливное нагревательное устройство (см. патент RU №2039306, МПК F02M 31/125, дата подачи заявки 21.11.1991 г.), включающее топливный бак, электронный переключатель, нагревательные элементы в корпусе фильтра грубой очистки, в корпусе основного фильтра и в нагревательной камере внутри бака, оснащенной всасывающим трубопроводом, тепловой изоляцией, кожухом и датчиком температуры.
Недостатками известного устройства являются: сложность конструкционного исполнения нагревательной камеры, невозможность разогрева и разжижения топлива в слоях, прилегающих к камере нагрева, высокая пожароопасность. Сложность конструкционного исполнения нагревательной камеры заключается в наличии кожуха с тепловой изоляцией, теплоизолированного всасывающего трубопровода, участка обратного трубопровода, датчика температуры и нагревательного элемента, соединенного с электронным переключателем. Из-за тепловой изоляции кожуха неэффективен нагрев топлива в баке за счет теплопередачи от стенки нагревательной камеры. К тому же при работе двигателя из нагревательной камеры всасывается больше нагретого топлива, чем сливается из обратного трубопровода. В результате из топливного бака в нагревательную камеру непрерывно поступает только холодное топливо с неразрушенными парафинами. Во время работы двигателя понижается уровень топлива в баке и камере нагрева, оголяется верхняя часть нагревательного элемента и закипает прилегающий к ней слой топлива, что повышает пожароопасность эксплуатации известного устройства.
Наиболее близким из известных устройств к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для подогрева дизельного топлива в топливозаборнике (см. патент RU №2244149, МПК F02M 31/125, дата подачи заявки 20.03.2003 г.), содержащее фланец и крышку, между которыми посредством шпилек и гаек закреплены втулка, фильтрующая сетка, радиатор с нагревательными элементами (позисторами) и прижимаемый к ним контакт с проводом.
2
Недостатки известного устройства обусловлены малой теплопроизводительностью и низкой эффективностью работы нагревательных элементов, повторным залипанием сетки парафинами в процессе работы и опасностью возникновения электрической дуги внутри топлива. Теплопроизводительность нагревательных элементов ограничена небольшой поверхностью теплообмена радиатора (порядка 50-60 см), которая зависит от размера штатного отверстия в баке, используемого для установки сетки топливозаборника. Нагревательные элементы устройства способны нагревать сетку фильтра и освобождать ее от парафинов только при неработающем двигателе, но устройство не имеет возможности создавать запас нагретого топлива вокруг фильтра. Поэтому малая часть нагретого топлива остается внутри сетки, а большая часть после разогрева поднимается от радиатора в верхнюю часть бака, унося тепловую энергию и снижая эффективность нагрева. В случае включения двигателя в работу через фильтр из нижней части бака всасывается холодное топливо, которое охлаждает сетку. Парафин из топлива налипает на сетку, существенно ограничивая ее пропускную способность. Опасность электрической дуги между позисторами и радиатором возникает в процессе эксплуатации при ослаблении затяжки гаек на шпильках и появлении зазора между позисторами и радиатором.
Задача заявляемого изобретения - устранить указанные недостатки и тем самым упростить конструкцию топливного бака, повысить эффективность подогрева топлива в нем и обеспечить условия безопасной эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что в топливном баке для работы дизеля зимой, содержащем корпус с дном, камеру нагрева внутри корпуса, приемный фильтр с трубкой и электрический нагреватель для камеры нагрева, согласно изобретению камера нагрева выполнена в виде усеченной пирамиды, открытой снизу, имеющей пластину на верхнем основании в форме многоугольника, каркас из прутьев вдоль ребер пирамиды, боковые грани в форме трапеций, выполненных из мелкоячеистых теплопроводящих сеток и закрепленных на каркасе и пластине, причем в пластине выполнено отверстие для размещения приемного фильтра внутри пирамиды, а электрический нагреватель для камеры нагрева установлен под дном бака напротив пирамиды. Каркас пирамиды жестко закреплен в корпусе бака с зазором между дном и теплопроводящими сетками, а приемный фильтр также установлен с зазором в отверстии пластины верхнего основания пирамиды.
Исполнение топливного бака с камерой нагрева в виде усеченной пирамиды позволит отделить от полости бака локальный объем и ускорить в нем нагрев дизельного топлива до рабочей температуры. В камере нагрева создается запас нагретого топлива, объем которого много больше объема приемного фильтра. При этом в процессе работы дизеля происходит постоянный подогрев холодного топлива, поступающего в камеру нагрева через зазор между дном, нагретым от электрического нагревателя, и боковыми гранями усеченной пирамиды, что способствует более эффективному использованию потребляемой электроэнергии.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема топливного бака для работы дизеля зимой, вид сбоку, разрез; на фиг. 2 - бак с камерой нагрева, вид сверху, частичный разрез; на фиг.3 - варианты электроснабжения камеры нагрева бака.
Топливный бак содержит корпус 1 с дном 2, приемный фильтр 3 с трубкой 4, электрический нагреватель 5 и камеру нагрева, выполненную в виде усеченной пирамиды 6, имеющей каркас 7 из прутьев вдоль ребер пирамиды 6, боковые грани 8, 9, 10 и 11 в форме трапеций и пластину 12 на верхнем основании. Боковые грани 8, 9, 10 и 11 выполнены из мелкоячеистых теплопроводящих сеток, например стальных с ячейками размером не более 1,0×1,0 мм, которые прикреплены к каркасу 7 и пластине 12. В пластине 12 выполнено отверстие 13, а в корпусе 1 выполнено отверстие 14, через которые внутри топливного бака и пирамиды 6 устанавливают штатный приемный фильтр 3 с трубкой 4. Приемный фильтр 3 установлен с зазором 15 в отверстии 13 пластины 12 верхнего основания пирамиды 6. Нижнее основание пирамиды 6 выполнено открытым.
Каркас 7 пирамиды 6 жестко закреплен при его изготовлении (например, контактной сваркой) внутри корпуса 1 на дне 2 бака с зазором 16 между дном 2 и теплопроводящими сетками боковых граней 8, 9, 10 и 11. С внешней стороны корпуса 1 напротив усеченной пирамиды 6 прикреплен к дну 2 промышленный электрический нагреватель 5 (например, гибкая нагревающая пластина HOTSTART мощностью 250 Вт) для подогрева дизельного топлива в баке (см. Электронный ресурс - http://podogreva.net/page49/). Электрический нагреватель 5 посредством кабеля 17 с вилкой 18 может быть подключен к одному из источников электропитания: либо к сети 19 (220 В), либо к бензогенератору 20 (220 В), либо к штатному электрогенератору 21 дизеля (не показан) через инвертор 22 (220 В).
Топливный бак работает следующим образом.
В условиях низких температур перед запуском дизеля подключают электрический нагреватель 5 с помощью кабеля 17 и вилки 18 к одному из источников электропитания: к сети 19 или к бензогенератору 20. Работающий электрический нагреватель 5 нагревает дно 2 бака и дизельное топливо над ним у нижнего основания пирамиды 6. В нагреваемом дизельном топливе плавятся кристаллы парафинов, и его вязкость понижается. Так как плотность нагретого топлива меньше холодного, то его конвективные потоки поднимаются вверх и нагревают приемный фильтр 3 и сетки боковых граней 8, 9, 10 и 11, освобождая их от парафинов. Мелкоячеистые теплопроводящие сетки на боковых гранях 8, 9, 10 и 11 препятствуют строго вертикальному движению потоков нагретого дизельного топлива, отклоняя их к приемному фильтру 3. В верхней части пирамиды 6 собирается менее плотное и более горячее топливо, которое через зазор 15 между пластиной 12 и приемным фильтром 3 поднимается в верхнюю часть бака, обогревая трубку 4. Через зазор 16 между дном 2 и сетками боковых граней 8, 9, 10 и 11 внутрь пирамиды 6 поступает более плотное холодное топливо, которое нагревается от горячего дна 2 бака и поднимается вверх к приемному фильтру 3. При этом в баке формируется термосифонное движение топлива через пирамиду 6 с выносом нагретого топлива в верхнюю часть бака.
В процессе работы дизеля уровень топлива в баке может опускаться ниже отверстия 13 в пластине 12. При этом нагретое топливо, имея низкую вязкость, выходит из камеры нагрева через мелкоячеистые сетки боковых граней 8, 9, 10 и 11 в полость корпуса 1 бака и термосифонное движение топлива сохраняется. После пуска дизеля на топливе, разогретом в топливном баке, питание электрического нагревателя 5 при необходимости осуществляют от штатного электрогенератора 21 через инвертор 22. Благодаря тому, что электрический нагреватель 5 из гибкой нагревающей пластины размещен под дном 2 бака напротив пирамиды 6 и не соприкасается с топливом, обеспечивается безопасная эксплуатация топливного бака.
Согласно техническим условиям на гибкую нагревающую пластину мощностью 250 Вт, используемую в качестве электрического нагревателя 5, объем топливного бака ограничен 38-70 л (см. Электронный ресурс - http://www.autonahodka.ru/catalog/a0006863/). Применение камеры нагрева в виде усеченной пирамиды 6 позволит локально подогревать топливо в баке объемом 350-400 л, не увеличивая мощности электрического нагревателя 5.
Выполнение боковых граней усеченной пирамиды 6 из мелкоячеистых теплопроводящих сеток способствует быстрому разогреву в камере нагрева холодного дизельного топлива, имеющего высокую вязкость или загущенного парафинами. Этот результат обусловлен значительным гидравлическим сопротивлением сеток, препятствующим движению через них вязкого топлива. После нагрева и разжижения топлива внутри усеченной пирамиды 6 происходит нагрев сеток на боковых гранях, а от них нагрев топлива и плавление парафинов с внешней стороны сеток. Разогретое жидкое топливо, имея меньшую вязкость и плотность, беспрепятственно выходит через сетки из камеры нагрева и поднимается в верхнюю часть бака. Тем самым поддерживается энергоэффективный нагрев топлива, обеспечивается саморегулирование температуры топлива в камере нагрева, исключается перегрев и закипание топлива в случае длительной задержки пуска двигателя.
Жесткое крепление каркаса 7 усеченной пирамиды 6 внутри корпуса 1 топливного бака существенно упрощает конструкцию камеры нагрева, позволяет беспрепятственно извлекать приемный фильтр 3 из бака для проведения штатного технического обслуживания. Применение предлагаемого топливного бака для работы дизеля зимой на биодизельном топливе способно компенсировать такие недостатки, как высокая кинематическая вязкость, высокая температура помутнения и застывания, которые присущи биодизельному топливу и ограничивают его использование зимой.