УЗЕЛ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к автомобилестроению, преимущественно к топливным системам, предназначенным для питания топливом двигателя автомобиля.
Известна система топливопитания предпускового подогревателя, содержащая топливный бак, предпусковой подогреватель, трубопровод подвода топлива к предпусковому подогревателю, топливозаборник, оснащенный подогревателем, топливный фильтр с
электроподогревателем, топливный насос сообщенный своим входом через топливный фильтр с топливным баком, панель управления, форсунку, связанную через трубку высокого давления с нагревателем топлива, дополнительно содержит управляющий клапан, связывающий топливный фильтр и предпусковой подогреватель с топливным баком и выполненный дистанционно управляемым нормально закрытым (см. патент на полезную модель RU №171963U1, МПК F02N 19/06(2010.01), F02M 31/16(2006.01), опубликовано 22.06.2017).
Известна топливная система транспортного средства, содержащая основной и дополнительные топливные баки, связанные между собой, каждый из которых имеет всасывающий и сливной трубопроводы, также связанные между собой, подведенный к двигателю фильтр грубой очистки топлива, топливозаборники, оснащенные подогревателем, электромагнитные клапаны, где всасывающие трубопроводы основного и дополнительного баков, а также их сливные трубопроводы связаны между собой трехходовыми электромагнитными клапанами, при этом топливные баки соединены трубопроводом, управляемым посредством электромагнитных клапанов (см. патент на полезную модель RU №170566 U1, МПК B60K 15/06 (2006.01), F02M 37/00(2006.01), опубликовано 28.04.2017).
Известна система топливопитания автомобиля, содержащая основной и дополнительный топливные баки, трубопровод подачи топлива в двигатель и трубопровод слива топлива из двигателя, связывающие топливные баки с двигателем и снабженные электромагнитными клапанами, фильтр грубой очистки и установленные на топливных баках топливозаборники, оснащенные электроподогревателями, элементы управления, дополнительно содержит смесители, установленные на трубопроводах подачи топлива и связанные соединительными топливопроводами с трубопроводами слива топлива (см.патент на полезную модель RU №180863 U1, МПК В60K 15/06(2006.01), F02M 37/00(2006.01), опубликовано 28.06.2018).
Известна топливная система транспортного средства, содержащая основной и дополнительный топливные баки, каждый из которых имеет всасывающий и сливной трубопроводы, связанные между собой трехходовыми электромагнитными клапанами, подведенный к двигателю фильтр грубой очистки топлива, топливозаборники, оснащенные подогревателем, соединительный трубопровод, связывающий между собой топливные баки и управляемый посредством электромагнитных клапанов, дополнительно содержит трубопроводы нижнего отвода топлива, связанные со всасывающими трубопроводами трехходовыми электромагнитными клапанами (см.патент на полезную модель RU №187084 U1, МПК В60K 15/06(2006.01), F02M 37/00(2006.01), опубликовано 18.02.2019).
Известна топливная система автомобиля, содержащая основной и дополнительный топливные баки, всасывающий и сливной трубопроводы, связанные между собой и снабженные электромагнитными клапанами, фильтр грубой очистки, оснащенный электроподогревателем, топливозаборники, установленные на топливных баках и оснащенные электроподогревателями, два теплообменника, установленные на всасывающем и сливном трубопроводах параллельно основной магистрали, панель приборов переключения элементов, причем теплообменники связаны с системой кондиционирования воздуха кабины автомобиля через управляемые электромагнитные клапаны (см. патент на полезную модель RU №183687 U1, МПК В60K 15/00(2006.01), опубликовано 01.10.2018).
Известна топливная система автомобиля, содержащая основной и дополнительный топливные баки, всасывающий и сливной трубопроводы, связанные между собой и снабженные электромагнитными клапанами, фильтр грубой очистки, оснащенный электроподогревателем, топливозаборники, установленные на топливных баках и оснащенные электроподогревателями, вентилятор, расположенный на двигателе для обдувания теплообменников, дополнительно снабжена двумя теплообменниками, установленными на всасывающем и сливном трубопроводах параллельно основной магистрали, панелью приборов переключения элементов, управление положением электромагнитных клапанов осуществляется воздействием дистанционно на переключатель на панели приборов (см. патент на полезную модель RU №169164 U1, МПК В60K 15/00(2006.01), опубликовано 07.03.2017).
Известна топливная система автомобиля, содержащая основной и дополнительный топливные баки, всасывающий и сливной трубопроводы, связанные между собой и снабженные электромагнитными клапанами, фильтр грубой очистки, оснащенный электроподогревателем, топливозаборники, установленные на топливных баках и оснащенные электроподогревателями, два теплообменника, установленные на всасывающем и сливном трубопроводах параллельно основной магистрали, панель приборов переключения элементов, дистационный подогреватель, обеспечивающий трубопроводы подогревом, блок управления, расположенный за пределами системы и содержащий микропроцессорный контроллер управления температурой топлива и вентилятор, расположенный на двигателе для обдувания теплообменников (см. патент на полезную модель RU №178604 U1, МПК В60K 15/06(2006.01), F02M 37/00(2006.01), опубликовано 11.04.2018).
Известна система терморегулирования топлива и моторного масла в двигателях, состоящая из нагревательных элементов, расположенных в масляном картере и топливоподающей системе, где масляный картер соединен подводящим и отводящим трубопроводами с емкостью, содержащей нагревательные элементы, причем в подводящем трубопроводе имеется насос, а в отводящем - клапан, причем нагревательные элементы выполнены из термоэлектрических модулей, которые с одной стороны спаев прижаты к теплообменнику, соединенному подводящим и отводящим трубопроводом с теплообменником на топливной магистрали, а с другой стороны спаев - к радиатору с вентилятором, причем в подводящем трубопроводе имеется насос, а в отводящем - клапан, при этом к теплообменнику с термоэлектрическим модулем через подводящий трубопровод с клапаном и отводящий трубопровод подключена емкость, которая через входной и выходной трубопровод с клапанами подключена к теплообменнику на топливной магистрали, причем термоэлектрические модули, клапаны и насосы подключены к электронной системе управления (см. патент на изобретение RU №2398126 С1, МПК F02M 31/25(2006.01), опубликовано 27.08.2010).
Прототипом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является узел теплового воздействия для топливной системы автомобиля, включающий блок теплового воздействия с элементами Пельтье, выполненный с возможностью размещения на всасывающем и сливном трубопроводах параллельно основной магистрали, и вентилятор с автономным управляемым электроприводом, связанный с блоком теплового воздействия, при этом вентилятор расположен на блоке теплового воздействия, а автономный управляемый электропривод вентилятора и блок теплового воздействия связаны через блок включения и электронный блок управления с панелью приборов переключения элементов (см. патент на полезную модель RU №193286U1, МПК В60K 15/06(2006.01), F02M 37/00(2006.01), опубликовано 22.10.2019).
Известные решения в большинстве случаев имеют недостаточную эксплуатационную эргономику, а в конструкции блока теплового воздействия с элементами Пельтье в качестве теплопередающей поверхности задействована лишь фронтальная сторона жидкостного теплообменника, что существенно ограничивает его энергоэффективность, кроме того схема подключения элементов узла теплового воздействия недостаточно функциональна в части диагностирования неисправностей его элементов в процессе эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности работы узла теплового воздействия.
Поставленная задача решается тем, что узел теплового воздействия для топливной системы автомобиля, содержащий блок теплового воздействия, установленный на всасывающем и сливном трубопроводах параллельно основной магистрали, термоэлектрический модуль с элементами Пельтье, установленный с одной стороны блока теплового воздействия, и вентилятор с автономным управляемым электроприводом, расположенный в передней части блока теплового воздействия, блок управления с панелью приборов переключения элементов, связанный с автономным управляемым электроприводом вентилятора и блоком теплового воздействия, дополнительно содержит термоэлектрический модуль с элементами Пельтье, вентилятор с автономным управляемым электроприводом, расположенные с задней стороны блока теплового воздействия, и датчики температуры, установленные на входе и выходе трубопроводов блока теплового воздействия, связанные с электронным блоком управления, при этом электронный блок управления связан с термоэлектрическим модулем с элементами Пельтье блока теплового воздействия и с автономным управляемым электроприводом вентилятора.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что узел теплового воздействия для топливной системы автомобиля дополнительно содержит термоэлектрический модуль с элементами Пельтье, вентилятор с автономным управляемым электроприводом, расположенные с задней стороны блока теплового воздействия, и датчики температуры, установленные на входе и выходе трубопроводов блока теплового воздействия, связанные с электронным блоком управления, при этом электронный блок управления связан с термоэлектрическим модулем с элементами Пельтье блока теплового воздействия, с автономным управляемым электроприводом, позволяет повысить надежность.
Суть полезной модели поясняется следующими чертежами
фиг. 1 - узел теплового воздействия для топливной системы автомобиля, общий вид принципиальной схемы;
фиг. 2 - блок теплового воздействия, вид спереди (повернуто в изометрии);
фиг. 3 - то же, вид сзади с вырезом показания размещения термоэлектрического модуля (повернуто в изометрии);
фиг. 4 - то же, вид сбоку, сечение А-А на фиг. 2.
Узел теплового воздействия для топливной системы автомобиля содержит блок 1 теплового воздействия, установленный на всасывающем 2 трубопроводе и сливном 3 трубопроводе параллельно основной магистрали. Также содержит два термоэлектрических модуля 4 с элементами Пельтье, оказывающих тепловое воздействие на топливо, два вентилятора 5 с автономным управляемым электроприводом 6, электронный блок 7 управления с панелью 8 приборов переключения элементов, который связан с автономным управляемым электроприводом 6 вентилятора 5 и блоком 1 теплового воздействия. Вентиляторы 5 и термоэлектрические модули 4 с элементами Пельтье установлены с двух сторон блока 1 теплового воздействия, при этом термоэлектрический модуль 4 с элементами Пельтье одной стороной спаев прижат через тонкое плоское керамическое основание 9 модуля к рабочей плоскости теплообменника 10, а с другой стороны через тонкое керамическое основание 11 модуля, выполненное с внешней стороны с выраженной оребренной поверхностью в качестве радиатора. Размещение с двух сторон блока 1 теплового воздействия термоэлектрических модулей 4 с элементами Пельтье и вентиляторов 5 способствует повышению эффективности теплового воздействия, а, следовательно, и надежности работы узла. Блок 1 теплового воздействия дает возможность как подогрева топлива, так и его охлаждения, то есть тепловое воздействие может быть связано как с подогревом теплоты, так и с его отводом. В свою очередь, вентиляторы 5 позволяют увеличить эффективность в части процессов подвода-съема тепловой энергии и предназначены для создания движения воздуха в блоке 1 теплового воздействия, за счет подвода воздуха к внешней стороне модулей элементов Пельтье, причем прямое воздействие блока 1 теплового воздействия на топливо снижает риски возникновения какой-либо неисправности при теплопередаче, что способствует повышению надежности работы, а также повышение эксплуатации всей системы узла. Кроме того, имеются датчики 12 и 13 температуры топлива, установленные на входе трубопроводов блока 1 теплового воздействия, датчики 14 и 15 температуры камер теплообменника 10, установленные на выходе трубопроводов блока 1 теплового воздействия, и датчик 16 температуры окружающего воздуха. При этом, датчики 12, 13, 14, 15, 16 связаны с электронным блоком 7 управления, где электронный блок 7 управления также связан с термоэлектрическими модулями 4 с элементами Пельтье блока 1 теплового воздействия, с автономным управляемым электроприводом 6, и с показывающим устройством 17, отображающее состояние системы, включателем 18, трехпозиционным переключателем 19, где показывающее устройство 17, включатель 18, трехпозиционный переключатель 19 расположены на панели 8 приборов на рабочем месте водителя.
Надежность работы узла также обеспечивают датчики 12, 13, 14, 15 температуры, которые позволяют получить информацию о тепловом состоянии топлива, увеличить функциональность диагностирования и визуализацию работы узла, что способствует более высокой степени контроля работы узла, при этом предоставляя информацию в реальном времени о температурах топлива и о каких-либо неисправностях узла при их возникновении, кроме того данные датчики позволяют создать самодостаточную систему регулирования температуры топлива вне зависимости от оснащенности автомобиля, а обратная связь по температуре позволяет оперативно реагировать на изменение рабочих параметров включение-отключение одного из вентиляторов, термоэлектрических модулей с элементами Пельтье, при этом снижаются нагрузки на электрооборудование автомобиля и ее генератор, а значит увеличивая его ресурс и повышая надежность работы. В свою очередь, датчик температуры окружающего воздуха позволяет сопоставлять значения температуры топлива со значением температуры окружающего воздуха, тем самым характеризовать эффективность работы узла теплового воздействия, а также проводить диагностику датчиков 12 и 13 температуры топлива, датчиков 14 и 15 температуры камер теплообменника 10.
Принцип работы осуществляется следующим образом.
Для управления процессами охлаждения-подогрева в топливной системе автомобиля электронный блок 7 управления подает управляющие сигналы на блок 1 теплового воздействия. Топливо по всасывающему трубопроводу 2 поступает к фильтру 20 грубой очистки и далее к насосу низкого давления, расположенному на двигателе 21. При работе двигателя 21 переключение забора и слива топлива между топливными баками происходит посредством воздействия на положение электромагнитных клапанов 22 и 23. Режим охлаждения или подогрева топлива задействуется при воздействии на положение электромагнитных клапанов 24 и 25, при этом в одном из положений топливо поступает к блоку 1 теплового воздействия и получает охлаждение или подогрев в условиях высоких или низких температур окружающего воздуха, в другом - минуя их. Выбор используемого топливного бака при работе топливной системы определяется посредством электромагнитных клапанов 26 и 27. Управление всеми электромагнитными клапанами осуществляется с места водителя при помощи специальных клавиш, расположенных на панели 8 приборов автомобиля. При возникновении проблем переключения клапанами дистанционно, переключение можно осуществлять принудительно в ручном режиме. При повышенных температурах для соблюдения безопасности эксплуатации автомобиля, срабатывает ограничение, заложенное в алгоритмах электронных системах управления двигателем, которое, в свою очередь, подает сигнал на снижение подачи топлива. Повышение температуры топлива происходит как от воздействия внешней среды, так и от самого двигателя или автомобиля при циркуляции по трубопроводам низкого давления топлива и возврате в топливный бак. Поэтому при эксплуатации в условиях жаркого климата водитель переводит включатель 18 узла теплового воздействия на панели 8 приборов в положение «включить блок теплового воздействия», при этом срабатывают электромагнитные клапаны 24 и 25 так, что топливо проходит через блок 1 теплового воздействия. Управление работой блока 1 теплового воздействия осуществляется через электронный блок 7 управления, в котором заложены алгоритмы работы как охлаждения, так и подогрева топлива, и, который получает информацию о температуре окружающего воздуха и о температуре топлива на входе и выходе камер теплообменника 10, а также и о температуре топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания посредством имеющихся датчиков в электронных системах управления автомобиля. На панели 8 приборов трехпозиционным переключателем 19, имеющего положения «лето-автомат-зима», управление работой блока 1 теплового воздействия выбирается положение «лето». При этом электронный блок 7 управления подает напряжение на термоэлектрические модули 4 с элементами Пельтье блока 1 теплового воздействия и топливо охлаждается. При необходимости увеличения отвода тепла от блока 1 теплового воздействия для большего охлаждения топлива электронный блок 7 управления подает напряжение для работы автономного управляемого электропривода 6 вентилятора 5, который создает поток воздуха на наружную поверхность термоэлектрических модулей с элементами Пельтье блока 1 теплового воздействия. Алгоритм в блоке 1 теплового воздействия учитывает оптимальную и энергоэффективную работу узла с наименьшими энергозатратами, позволяет управлять работой включением одного или обоих вентиляторов 5 и термоэлектрических модулей 4 с элементами Пельтье. При эксплуатации в условиях умеренного климата водитель переключает трехпозиционный переключатель 19 на панели 8 приборов в положение «автомат», при этом срабатывают электромагнитные клапаны 24 и 25 так, что топливо проходит, как минуя блок 1 теплового воздействия, так и при необходимости через него с его включением. При эксплуатации в условиях холодного климата водитель переключает клавишу на панели 8 приборов трехпозиционный переключатель 19 в положение «автомат», при этом срабатывают электромагнитные клапаны 24 и 25 так, что топливо проходит через блок 1 теплового воздействия. Также при этом на термоэлектрические модули 4 подается напряжение обратной полярности, при этом происходит нагрев топлива. При обычной эксплуатации клавиша на панели 8 приборов трехпозиционного переключателя 19 управления работой узла теплового воздействия устанавливается в положение «автомат».
При включении и работе блока 1 теплового воздействия проводится измерение электрических параметров включаемых частей блока, при несоответствии параметров, характеризующих исправное состояние частей на показывающем устройстве 17 панели 8 приборов выводится информация об ошибке работы конкретной части, а также световая индикация об ее критичности в работе блока 1 теплового воздействия. Помимо мониторинга электрических параметров проводится измерения температур по сигналам с датчиков 12, 13, 14, 15 температуры на входе и выходе блока 1 теплового воздействия, а по анализу значений температур делается вывод об исправности работы. По значениям перепада температур определяется глубина охлаждения, по которой в электронном блоке 7 управления проводится анализ эффективности охлаждения. При этом учитывается температура окружающего воздуха, информация о которой поступает по сигналу с датчика 16 температуры окружающего воздуха. При необходимости, на основании данного анализа проводится своевременная активация частей блока 1 теплового воздействия.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность работы узла теплового воздействия для топливной системы автомобиля.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.