НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ТОПЛИВНЫМ ГИДРОАККУМУЛЯТОРОМ ВБЛИЗИ СОПЛА
HEATING DEVICE FOR A VEHICLE WITH A FUEL HYDRAULIC ACCUMULATOR NEAR THE NOZZLE

Изобретение относится к нагревательному устройству, работающему на жидком топливе, а также к топливному насосу, соответствующему такому нагревательному устройству.
Далее по тексту выражением «трубопровод» обозначаются все виды полостей и полых элементов, которые могут служить для текучей среды, в частности жидкости в качестве канала, и которые для этой цели имеют, по меньшей мере, одно входное и одно выходное отверстие. Сюда относятся наряду с трубопроводами, например, также сквозные отверстия в твердых телах, каналах любого наружного контура, которые за исключением входных и выходных отверстий со всех сторон закрыты, и т.п. Под выражением «участок трубопровода» подразумевается несколько подобных трубопроводов, связанных или связываемых друг с другом по потоку, которые могут быть соединены одним или несколькими глухими сверлеными отверстиями или углублениями, т.е. которые имеют только одно соединительное отверстие, которые разработаны для приема и хранения текучей среды, в частности жидкости.
Рассмотренные в данном документе нагревательные устройства используются или в форме нагревательных приборов или систем отопления, которые устанавливаются в легковых автомобилях, автобусах, рельсовых транспортных средствах и т.п. и служат для отопления внутренних помещений данных транспортных средств или также для подогрева охлаждающей воды, например, дизельных двигателей, или в качестве стационарно установленного отопительного оборудования, например, для отопления зданий.
Они содержат топливный насос, с помощью которого жидкое топливо отсасывается из накопительного резервуара или бака и подается на участок нагнетательного трубопровода, на котором преобладает повышенное давление, определенное регулятором давления или клапаном ограничения давления, и из которого топливо направляется в форсунку, через которую оно впрыскивается в камеру сгорания для образования пламени горелки.
Часто предусматривается запорное приспособление, которое разработано, например, в качестве соленоидного запорного вентиля и может закрываться, чтобы прервать подачу топлива к форсунке.
В частности, в нагревательных устройствах, которые содержат вентилятор, приводимый в действие совместно с топливным насосом, различают три типичные этапы эксплуатации, которые объединяет то, что топливный насос работает и подает топливо из бака на участок нагнетательного трубопровода:
a) Предварительная эксплуатация
Данный этап эксплуатации, в котором запорное приспособление закрыто, так что топливо не может попасть в форсунку и выйти из нее, служит для того, чтобы на участке нагнетательного трубопровода создать необходимое рабочее давление. Слишком большое количество поданного топлива, которое участок нагнетательного трубопровода больше не может принять, отводится назад в бак с помощью регулятора давления через сливной трубопровод, который ответвляется от участка нагнетательного трубопровода.
b) Режим отопления
Запорное приспособление открыто, топливо выходит из форсунки и после зажигания в камере сгорания образует пламя горелки, которое служит для отопления. Для того чтобы регулятор давления мог поддерживать повышенное рабочее давление на участке нагнетательного трубопровода, как правило, должна произойти «подача чрезмерного количества», т.е. в режиме отопления насос должен подавать на участок нагнетательного трубопровода больше топлива, чем выходит из форсунки. Избыточное топливо подается обратно в бак через сливной трубопровод.
c) Следящий режим
На данном этапе эксплуатации запорное приспособление снова закрыто, из форсунки не выходит топливо и пламя горелки погасло. Но для охлаждения продолжает работать вентилятор и вместе с ним топливный насос. Подаваемое топливо подается обратно в бак через сливной трубопровод.
Высота пониженного давления со стороны впуска, выработанного топливным насосом, зависит от многочисленных факторов, таких как, например, компоненты во впускном трубопроводе (включая топливный фильтр), длина впускного трубопровода, число оборотов насоса, вязкость подаваемого топлива, изменяемая в зависимости от температуры и т.п.
В топливе, подаваемом в систему впуска, могут возникать газовые пузыри различного размера, так как в тот момент, когда пониженное давление достигнет определенных значений, появляется испарение топлива, и/или так как в топливной системе имеет место негерметичность, которая приводит к попаданию воздушных пузырей, и/или так как газовые пузыри, образованные в накопительном резервуаре, также всасываются.
Если газообразные составные части образуют определенную долю общего объема, подаваемого насосом, во взаимодействии с регулятором давления это может привести как к значительному падению давления на участке нагнетательного трубопровода, расположенного за вытеснителем насоса, так и к перебою в подаче топлива.
Во всех трех выше описанных режимах работы это приведет к проблемам, так как топливный насос после полного останова подачи топлива, вызванного возникновением газовых пузырей, только спустя некоторое время может снова автоматически возобновить ее.
В частности, в режиме отопления на тот момент, когда насос в течение определенного периода времени не может снова восстановить и отрегулировать необходимое давление, существует опасность, что поток топлива, распыленный в камере сгорания через форсунку, настолько сильно изменяется и полностью исчезает, что это приводит к перебою в сгорании. Нагревательные устройства с электронными устройствами управления часто блокируются и в основном режим отопления больше невозможен.
До данного момента для решения данных проблем часто прибегали к применению внешних, дополнительных устройств для самостоятельной или автоматической вентиляции всасываемого топлива. Кроме того, в топливных трубопроводах осуществляется переключение с двухниточных на однониточные системы, которые частично выполнены в качестве перепускного трубопровода между сливным трубопроводом и впускным трубопроводом. Также частично применяются топливоподающие насосы, которые снова повышают уровень пониженного давления во впускном трубопроводе.
Невыгодным фактором данных мер по устранению является то, что должны применяться дополнительные компоненты, которые значительно повышают стоимость производства такой системы.
В противоположность этому в основе изобретения лежит задача совершенствования нагревательного устройства названного в начале документа типа так, чтобы газовые пузыри, которые всасываются топливным насосом вместе с топливом, больше не приводили к отказу нагревательного устройства или, по меньшей мере, реже, чем на современном техническом уровне.
Для решения данной задачи изобретение предусматривает признаки, обобщенные в пункте 1.
В предшествующих нагревательных устройствах упомянутого в начале типа существует стремление поддерживать размер емкости участка нагнетательного трубопровода, т.е. между вытеснителем насоса и топливной форсункой как можно меньшим. С одной стороны, благодаря этому должен достигаться как можно меньший конструктивный размер и, кроме того, подтекание топлива из форсунки, возникающее при известных обстоятельствах после окончания режима отопления, должно быть сведено к минимуму.
Таким образом, например, в как раз применяемых зубчатых шестереночных насосах, соответствующих современному техническому уровню, которые встроены заявителем в произведенные им нагревательные приборы или отопительные системы транспортных средств, а также продаются в качестве запасных деталей, в насос интегрирован как регулятор давления, так и запорное приспособление и инжекционная труба, на которой расположена форсунка, благодаря чему получается очень небольшая емкость трубопроводов, соединяющих данные элементы друг с другом.
Неожиданно оказалось, что в тот момент, когда участок нагнетательного трубопровода, расположенный между вытеснителем насоса и форсункой и/или регулятором давления увеличивается посредством, по меньшей мере, одной дополнительной емкости, падение давления, которое возникает со стороны напора, когда топливным насосом всасываются газовые пузыри, может быть значительно уменьшено как по отношению к его величине, так и к его временной длительности, так что значительно уменьшается вероятность полного отключения нагревательного устройства.
По меньшей мере, одна дополнительная емкость, которая воздействует на стабилизацию процесса нагрева, может быть приведена в соответствие с частью участка нагнетательного трубопровода между вытеснителем топливного насоса, запорным приспособлением и регулятором давления в том случае, если на участке нагнетательного трубопровода предусмотрено запорное приспособление для прерывания подачи топлива в форсунку.
В качестве альтернативы можно предусмотреть две дополнительные емкости, из которых одна привязана к части участка нагнетательного трубопровода между вытеснителем топливного насоса, запорным приспособлением и регулятором давления, а другая к части участка нагнетательного трубопровода между запорным приспособлением и форсункой. В данном случае можно избежать нежелательного протекания через выпускной трубопровод, снабженный управляемым выпускным вентилем, с помощь которого топливо, которое после окончания режима отопления находится еще между запорным приспособлением и форсункой, подается обратно в накопительный резервуар.
Дополнительная емкость или дополнительные емкости могут быть связаны с соответствующей частью участка нагнетательного трубопровода в результате того, что уже имеющиеся участки трубопровода разрабатываются с увеличенной длиной и/или по отношению к увеличению их поперечного сечения.
Альтернативный вариант заключается в том, чтобы соединить участки трубопровода короткие и с небольшим поперечным сечением со стороны напора посредством отводного трубопровода с накопительной или резервной камерой для топлива, находящегося под давлением.
Согласно заявленному изобретению предложено нагревательное устройство, работающее на жидком топливе, с топливным насосом, который включает вытеснитель и служит для всасывания жидкого топлива из бака и подачи его на участок нагнетательного трубопровода, в котором имеется повышенное давление, определенное регулятором давления, и который передает топливо в форсунку, из которой оно выходит в камеру сгорания для образования пламени горелки, причем нагревательное устройство содержит, по меньшей мере, одну дополнительную емкость на участке нагнетательного трубопровода, общий размер которых находится в диапазоне от 10% до 60% минимально необходимого объема, который в любом случае требуется для соединения компонентов, расположенных на напорной стороне вытеснителя топливного насоса.
Согласно одному из вариантов, между вытеснителем топливного насоса и форсункой предусмотрен запорный вентиль для прекращения подачи топлива к форсунке, а дополнительная емкость предусмотрена между вытеснителем топливного насоса и запорным вентилем.
Согласно одному из вариантов, между вытеснителем топливного насоса и форсункой предусмотрен запорный вентиль для прекращения подачи топлива к форсунке, а дополнительная емкость предусмотрена между запорным вентилем и форсункой.
Согласно одному из вариантов, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости расположена внутри топливного насоса.
Согласно одному из вариантов, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости выполнена в качестве камеры, соединенной с участком нагнетательного трубопровода посредством отводного трубопровода, которая расположена не непосредственно в канале, ведущем от вытеснителя топливного насоса к форсунке.
Согласно одному из вариантов, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости выполнена в качестве расширения уже имеющихся в канале трубопроводов, которые ведут от вытеснителя топливного насоса к форсунке.
В соответствии с изобретением могут также предусматриваться комбинации данных различных видов разработки дополнительной емкости или нескольких дополнительных емкостей.
Размер предусмотренной в соответствии с изобретением дополнительной емкости или дополнительных емкостей, который необходим для достижения эффекта уменьшения и временного сокращения падения давления, возникающего при всасывании газовых пузырей, на напорной стороне насоса, зависит в конкретном случае от ряда факторов, таких как, например, регулярная эксплуатация топливного насоса в зависимости от единицы времени к подающему объему топлива, соотношение объема трубопровода на стороне всасывания к объему на напорной стороне топливного насоса и т.п., может быть установлен специалистом, но сразу посредством соответствующих испытаний.
Согласно заявленному изобретению, предложен топливный насос для нагревательного устройства в котором, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости расположена во внутренней части топливного насоса.
Как правило, топливный насос, использующийся в нагревательном устройстве в соответствии с заявленным изобретением имеет крышку корпуса топливного насоса, на которой расположена инжекционная труба, служащая для крепления форсунки. В этом случае предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости располагалась на крышке корпуса топливного насоса.
Особенно предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости располагалась внутри корпуса насоса.
Предпочтительным вариантом изобретения является то, что, по меньшей мере, одна часть дополнительной емкости расположена в инжекционной трубе.
Далее изобретение описывается на основании примеров осуществления, ссылаясь на рисунок; на нем изображено:
Рис. 1 схематическое изображение нагревательного устройства в соответствии с изобретением, в котором расположены дополнительные емкости посредством расширения и/или удлинения уже имеющихся участков трубопровода, и
Рис. 2 схематическое изображение нагревательного устройства в соответствии с изобретением, в котором расположены дополнительные емкости в качестве дополнительных накопительных камер, которые посредством отводных трубопроводов соединены с уже существующими участками трубопровода.
На рисунках одинаковые части и компоненты обозначены одинаковыми ссылочными знаками.
На обоих рисунках изображен топливный насос 1, вытеснитель 2 которого приводится в действие двигателем 3, и в котором речь преимущественно идет о зубчатом шестереночном насосе, который в качестве альтернативы может быть также любым другим типом насоса. Как показано на рисунке, двигатель 3 может быть самостоятельным агрегатом или быть интегрированным в топливный насос 1.
Топливный насос всасывает топливо через впускной трубопровод 4 из топливного бака 6, как это показано стрелкой S.
На напорной стороне вытеснителя 2 топливного насоса 1 трубопровод 7 внутри насоса ведет сначала к запорному приспособлению, разработанному в качестве запорного вентиля 8, к которому присоединяется еще один трубопровод 9, который подает топливо к форсунке 10, через которую оно впрыскивается в (не изображенную далее) камеру сгорания, чтобы там образовать пламя горелки 11.
Запорный вентиль 8 приводится в действие посредством электромагнита 12 и служит для того, чтобы закрываться, когда режим отопления завершается.
Давление, находящееся в трубопроводах 7 и 9, которое в вышеупомянутых насосах заявителя, как правило, может составлять от 9 до 10 бар, устанавливается посредством устанавливаемого регулятора давления 14, который сливает топливо, подаваемое топливным насосом 1 в слишком большом количестве, через сливной трубопровод 16 обратно в топливный бак 6, как это обозначено стрелкой R. Вместо данной двухниточной системы сливной трубопровод 16 может вести не в топливный бак 6, а во впускной трубопровод 4, как это обозначено пунктирной линией 17 (однониточная система). Нить, ведущая в топливный бак 6, сливного трубопровода 16 в данном случае отсутствует.
Минимальная емкость, обязательно необходимая для дальнейшей передачи топлива из вытеснителя 2 топливного насоса 1 в форсунку 10, а также имеющаяся на современном техническом уровне, обозначена тем, что трубопроводы 7 и 9 отмечены тонкими линиями.
Кроме того, на рисунках 1 и 2 изображены запорный вентиль 8, электромагнит 12, служащий для своего приведения в действие, и регулятор давления в качестве агрегатов, интегрированных в топливный насос 1, т.е. собранных с корпусом насоса, в то время как форсунка 10, установленный на (не изображенной более детально) инжекционной трубе, показывает немного большее расстояние до топливного насоса 1.
Данное расположение, однако, не является обязательным; таким образом, могут быть размещены отдельные, все или любые комбинации агрегатов 8, 12 или 14 отдельно от корпуса насоса. В данном случае, по меньшей мере, части трубопровода 7 расположены снаружи насоса. С другой стороны, инжекционная труба может быть собрана непосредственно с насосом 1, так что тогда в трубопроводе 9 речь идет о трубопроводе внутри насоса. В соответствии с изобретением могут быть предусмотрены также любые другие вариации и комбинации вышеуказанных возможностей расположения.
В каждом из этих случаев в соответствии с изобретением за пределами минимальной емкости, необходимой для поточного соединения всех этих составных элементов, предусмотрена, по меньшей мере, одна дополнительная емкость 20, 22, которая относится к частям участка нагнетательного трубопровода, которые расположены между вытеснителем 2 топливного насоса 1, регулятором давления 14 и запорным вентилем 8 и/или между запорным вентилем 8 и форсункой 10.
В примере осуществления, показанном на рис. 1, осуществляется данное упорядочивание таким образом, что поперечное сечение уже имеющихся трубопроводов 7 и 9 увеличено или непосредственно или посредством создания параллельных трубопроводов, как это обозначено заштрихованными прямоугольниками, которые окружают данные участки трубопровода 7 и 9. Каждая из данных дополнительных емкостей 20, 22 может быть предусмотрена или для себя самой или вместе с другой емкостью.
В противоположность этому рис. 2 показывает дополнительные емкости 24, 26, которые соединены с трубопроводами 7 или 9 посредством отводных трубопроводов 27, 29 и поэтому расположены не непосредственно в каналах, которые ведут от вытеснителя 2 топливного насоса 1 к запорному вентилю 8 или от него к форсунке 10.
Кроме того, данные дополнительные емкости 24, 26 могут быть расположены в зависимости от конкретных имеющихся условий отдельного случая внутри и/или снаружи насоса и могут комбинироваться любым способом с дополнительными емкостями 20, 22.
3
3
3
Общий размер дополнительной емкости или дополнительных емкостей 20, 22, 24, 26 может составлять преимущественно более 100 мм, предпочтительнее более 200 мм и наиболее предпочтительно более 400 мм, или находится в диапазоне от 10% до 60%, предпочтительнее от 20% до 50% и наиболее предпочтительно от 30% до 40% минимально необходимой емкости, которая в любом случае требуется для соединения компонентов, расположенных на напорной стороне вытеснителя 2 топливного насоса 1.