ФИЛЬТР ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЯ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКОЙ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к производству дизелей.
В топливоподающих системах дизелей очистка дизельного топлива от механических примесей и воды ведется фильтрами предварительного отсева на топливозаборниках, фильтрами грубой очистки (ФГО) и тонкой очистки (ФТО). Движение топлива через фильтры осуществляется под давлением или разрежением топливоподкачивающими насосами с механическим или электрическим приводом. Имеются ФТО с контактным фильтрующими элементами, с пакетом тонкометаллических пластин на валу, ленточно-щелевые с неподвижными пакетами из перфорированной ленты, седиментационного типа (отстойники). Основной конструкцией ФТО является сменная кассета на основе бумажного или картонного фильтрующего элемента, встречаются керамические, войлочные, капроновые и фильтрующие элементы из других материалов. Пористый материал фильтрующего элемента пропитывается поверхностно-активными водоотталкивающими веществами. Дополнительная очистка от технологической грязи попадающей из корпуса топливного насоса высокого давления (ТНВД) и трубопроводов может осуществляться сетчатыми или щелевыми фильтрами, устанавливаемыми в приемных штуцерах форсунок. [1, 2]
Однако применение вышеперечисленных систем и устройств не защищает топливную аппаратуру от воды, растворенной в топливе или находящейся в мелкодисперсном состоянии, также не решен вопрос прокачивания топлива при его парафинизации в условиях низких температур. Одной из основных причин снижения эксплуатационной надежности и ресурса топливной аппаратуры дизелей является накопление воды в топливных фильтрах и забивание их загустевшими парафиновыми углеводородами в условиях низких температур. Около 50% топливной аппаратуры дизелей преждевременно выходит из строя вследствие воздействия загрязняющих примесей [3].
Перспективным направлением улучшения очистки дизельного топлива от механических примесей, загустевших парафинов и воды является мембранная фильтрация с предварительной ультразвуковой обработкой фильтрата для предотвращения забивания пор фильтрующего элемента как загустевшими парафиновыми углеводородами, так и замерзшими кристаллами воды, а также для диспергирования и гомогенизации содержащихся в топливе примесей [4].
Близким к заявленному техническому решению является фильтр для топливной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус, на одном конце которого установлена насадка для подачи неочищенной жидкости, на другом конце - узел отвода жидкости, при этом размещенный в корпусе трубчатый мембранный модуль, состоящий из последовательно соединенных между собой магистралями, поворачивающими на 360° внутри двух крепежных обойм из герметизирующего полиуретанового компаунда, нескольких трубчатых открытопористых стеклопластиковых микрофильтров с нанесенной на внутреннюю поверхность фторопластовой мембраной, а узел отвода фильтрата выполнен в виде резьбового штуцера в средней нижней части корпуса фильтра, причем насадка для подачи неочищенного топлива и узел отвода топлива с дросселирующим клапан-жиклером установлены на резьбе в торцевых крышках фильтра непосредственно в крепежную обойму в местах входа и выхода топливной магистрали [5].
Недостатком данной конструкции является то, что при пониженных температурах воздуха топливо имеет большую вязкость из-за парафинизации топлива и более низкую прокачиваемость сквозь поры мембраны, а значит и скорость течения топлива по фильтрующему мембранному модулю, что будет приводить к снижению самоочистки мембраны и к закупориванию пор фильтра загрязнениями, которое приводит к дополнительным операциям по контролю фильтра в зимний период эксплуатации.
Технический результат направлен на применение более эффективного способа очистки, увеличение прокачиваемости и скорости течения очищаемого топлива вдоль поверхности микрофильтра для предотвращения закупоривания пор в случае загущения топлива из-за пониженной температуры воздуха.
Технический результат достигается тем, что для топливной системы дизеля применяется фильтр с предварительной ультразвуковой обработкой, содержащий цилиндрический корпус, на одном конце которого установлена насадка для подачи неочищенного топлива предварительно прошедшего через ультразвуковую кавитационную камеру, на другом конце - узел отвода жидкости, при этом размещенный в корпусе трубчатый мембранный модуль, состоящий из последовательно соединенных между собой магистралями, поворачивающими на 360° внутри двух крепежных обойм из герметизирующего полиуретанового компаунда, нескольких трубчатых открытопористых стеклопластиковых микрофильтров с нанесенной на внутреннюю поверхность фторопластовой мембраной, а узел отвода фильтрата выполнен в виде резьбового штуцера в средней нижней части корпуса фильтра, причем насадка для подачи неочищенного топлива и узел отвода топлива с дросселирующим клапан-жиклером установлены на резьбе в торцевых крышках фильтра непосредственно в крепежную обойму в местах входа и выхода топливной магистрали. Кроме того к входному штуцеру фильтра подсоединена через топливопровод 16 ультразвуковая кавитационная камера цилиндрической формы состоящая из корпуса 13, подводящего штуцера 14 и отводящего штуцера 17. В емкость установлен по резьбе ультразвуковой излучатель состоящий из: никелевого ферромагнитного сердечника 15, фторопластового изолятора 21, катушки возбуждения 22 из медных электрических проводов герметизированных смолой, соединенной с бортовой сетью через ультразвуковой генератор, электрический провод с катушки возбуждения 19 подключается к «+» ультразвукового генератора, электрический провод с катушки возбуждения 18 подключается к «-» ультразвукового генератора.
Отличительными признаками от прототипа является то, что топливо на входе в фильтр предварительно обрабатывается в ультразвуковой кавитационной камере, выполненой цилиндрической формы с вмонтированной в нее ультразвуковым излучателем.
На рисунке показан продольный разрез фильтра с ультразвуковой кавитационной камерой.
Фильтр содержит корпус 1 со штуцером отвода фильтрата 8 и торцевыми крышками 2 и 12. Внутри корпуса находится фильтрующий мембранный модуль состоящий из крепежных обойм из герметизирующего полиуретанового компаунда 4 и 11, нескольких открытопористых стекло-, угле-, органопластиковых трубок 7 с нанесенной на внутреннюю поверхность фторопластовой мембраной. В модуле трубчатые микрофильтры последовательно соединены между собой магистралями 5 поворачивающими на 360° внутри крепежных обойм 4, 11. В крышки 2 и 12 вкручены насадка для подачи фильтруемого топлива 3 и узел отвода топлива с дросселирующим клапан-жиклером 10. Между корпусом 1, крышками 2 и 12 и крепежными обоймами зажаты уплотнительные кольца 6 и 9, имеется штуцер подачи сжатого воздуха 20 для очистки фильтрующей мембраны.
Фильтр работает следующим образом. При работе двигателя топливоподкачивающий насос подает топливо по трубопроводу, через насадку 14 в ультразвуковую камеру. На основе прямого магнитострикционного эфффекта при подаче питания от бортовой сети на ультразвуковой генератор в катушке возбуждения 22 возникает переменное электромагнитное поле, которое в свою очередь воздействуя на никелевый ферромагнитный сердечник 15 вызывает его колебания на резонансной частоте при этом в топливе возникает явление ультразвуковой кавитации.
Под воздействием ультразвуковой кавитации на загустевшее топливо снижается его вязкость вследствие растворения застывших парафинов, замерзших кристаллов воды, а также происходит диспергирование и гомогенизация содержащихся в топливе примесей. Затем обработанное топливо через штуцер 17 топливопровод 16 поступает к штуцеру 3 вкрученному по резьбе в крышке 2 в топливную магистраль крепежной обоймы 4. Топливо, проходя по трубкам 7, просачивается сквозь стенки и пленчатую фторопластовую мембрану нанесенную на внутреннюю поверхность трубок. Очищенное топливо (фильтрат), просочившиеся сквозь мембрану, собирается во внутренней полости корпуса фильтра 1 и отводится через штуцер 8 в топливную магистраль. Остальное топливо через узел отвода топлива 10 сбрасывается в топливный бак. Для создания рабочего перепада давления до и после мембраны от 0,015 до 0,1 МПа и недопущения стекания топлива из фильтра при неработающем двигателе в узле отвода 10 установлен дросселирующий клапан-жиклер.
Гидравлическую модель такого фильтра можно представить как
трубопровод с непрерывным и транзитным расходами, на выходе которого имеется дроссель. Прямые участки фильтра соединены магистралью поворачивающейся на 360°, причем предварительная ультразвуковая обработка топлива с целью снижения его вязкости осуществляется в ультразвуковой кавитационной камере на входе в фильтр.
Предлагаемое устройство имеет более высокие технологические возможности по фильтрации дизельного топлива при эксплуатации автомобильной техники в условиях низких температур.
1. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов\2-е изд. - М.: Легион-Автодата, 2005. - С.29-30, 32-33, 53, 89, 102, 103, 129, 260, 263., ил.
2. Бурячко В.Р., Гук А.В. Автомобильные двигатели: Рабочие циклы. Показатели и характеристики. Методы повышения эффективности энергопреобразования - СПб.: НТТИКЦ, 2005. - 292 с: ил. - С.276.
3. Николаенко А.В., Хватов В.Н. Повышение Эффективности использования автотракторных дизелей в сельском хозяйстве -Ленинград.: Агро-промиздат, 1986 г - 192 с. ил.
4. Устройство для обработки жидкого топлива кавитацией. Патент RU 2075619 МПК F02M 27/08
5. Фильтр для топливной системы двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ МПК В01Э 29/34
6. Мейлер В.В. Простые опыты с ультразвуком - М., 1978., 160 с.с илл.
7. Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук - М., «Знание», 1978 г.
8. Радж Балдев, Раджендран В., Паланичами П. Применения ультразвука - М: Техносфера, 2006 г - 576 с. ISBN 5-94836-088-18.
9. Способ очистки масла. Патент РФ 2003116183/15 МПК В0Ю 61/14, 2003 г.
10. Мембраны, фильтрующие элементы, мембранные технологии [текст]: каталог/разработчик изготовитель ЗАО НТЦ ВЛАДИПОР. - Владимир, 2005. - 22 л.
11. Способ перекачивания вязких жидкостей. Патент RU 2346206 С1 МПК F17D 1/16 (2006.01)