Топливный бак автомобиля с емкостью для улавливания паров бензинов и оптическим датчиком

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для приема, хранения и выдачи топлив в автомобилях и может быть использована в транспортном машиностроении.
Данная полезная модель наиболее применима для баков автомобилей с бензиновыми двигателями.
Загрязнение атмосферы парами нефтепродуктов оказывает вредное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. Пары нефтепродуктов относятся к четвертой группе опасности. Поэтому основными требованиями экологической безопасности при эксплуатации автомобилей является уменьшение концентрации паров нефтепродуктов, выделяемых в процессе испарений из топливных баков. Топливные баки таких марок автомобилей, как Газель, ЗИЛ, ПАЗ вмещают 100 литров бензина и более.
Борьба с потерями паров бензина при эксплуатации техники становится важной экологической и экономической задачей.
В процессе эксплуатации автомобиля за счет изменения ночных и дневных температур, а также температурных изменений по временам года в баках автомобилей возможно образование воды (конденсата). Также вода и механические примеси могут попасть в бак автомобиля при заправке некачественным топливом на автозаправочных станциях (АЗС) и при наливе бензина с помощью канистр.
Вода и механические примеси, попадая в топливную систему автомобиля, приводят к поломкам двигателя и выходу из строя техники.
Известна система улавливания топливных испарений [Ушаков С.И. и др. Патент на полезную модель №45477 от 10.05.2005 года].
Система содержит топливный бак, соединенный через трубопровод подачи пара с улавливающей емкостью - сепаратором. Далее сепаратор соединен трубопроводом подачи несконденсированного пара с емкостью с активированным углем-адсорбером. На трубопроводе подачи несконденсированного пара установлен клапан топливного бака.
Адсорбер через электромагнитный клапан продувки адсорбера соединен трубопроводом продувки с впускной системой - впускным ресивером двигателя.
Трубопровод подачи пара предназначен как для подачи паров топлива из топливного бака в сепаратор, так и для слива, сконденсированного в сепараторе топлива в топливный бак.
Сепаратор выполнен в виде крышки люка и установлен в панели пола, под которым размещен топливный бак. Система улавливания топливных испарений предназначена для ограничения выброса в атмосферу паров топлива из топливного бака автомобиля. В системе применены принципы: конденсации углеводородов на поверхности сепаратора; улавливание оставшихся паров угольным адсорбером; сжигание их при работающем двигателе (режим продувки адсорбера).
Сепаратор предназначен для конденсации паров топлива, поступающих из топливного бака по трубопроводу подачи пара. Образование конденсата происходит при контактировании паров топлива, имеющих более высокую температуру, со стенками сепаратора, с последующим стеканием его обратно в топливный бак по трубопроводу. Оставшаяся часть паров топлива, не перешедшая в жидкое состояние, по трубопроводу подачи несконденсированного пара через клапан топливного бака поступает в адсорбер.
Адсорбер предназначен для улавливания паров бензина и удержания их при неработающем двигателе. В верхней части адсорбера установлен клапан продувки адсорбера, предназначенный для переключения адсорбера на режим продувки (регенерации), во время которого адсорбер соединяется с впускным ресивером двигателя. Продувка производится за счет разрежения в ресивере.
Такое выполнение полезной модели позволяет эффективно ограничить выбросы паров топлива в атмосферу из топливного бака автомобиля при относительной простоте и технологичности конструкции.
Недостатками системы являются:
1. Низкая эффективность конденсации паров.
2. Отсутствие в топливном баке устройства для слива воды.
3. Большое количество испарений при заправке автомобиля на АЗС.
4. Отсутствие в топливном баке устройства, позволяющего определить воду и механические примеси.
Также известен «Топливный бак автомобиля с установкой улавливания паров и устройством для слива воды» [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №158487 от 20.01.2016 года].
Техническое устройство содержит топливный бак, с горловиной крышкой и нижней пробкой. Внутри топливного бака расположены топливозаборник с фильтром, электрический датчик уровня топлива со штангой и поплавком. От топливного бака отходят топливопроводы подачи и слива топлива. Топливопровод слива оборудован обратным клапаном. С помощью паропровода и трубопровода топливный бак связан с улавливающей емкостью паров бензина. При этом паропровод предназначен для подачи паров в емкость, а трубопровод для слива бензина в топливный бак. Для подачи паров бензина в улавливающую емкость и слива бензина имеется клапан, рассчитанный на определенное давление.
От улавливающей емкости отводится вентиляционный трубопровод, на котором оборудован электромагнитный клапан отвода паров из емкости во впускной трубопровод двигателя. Улавливающая емкость выполнена двустенной с заполнением межстенного пространства углекислым газом.
Для слива воды в топливный бак дополнительно монтируется трубопровод слива воды с вентилем. С целью герметизации при заправке на автозаправочной станции горловина топливного бака оборудована уплотнительным кольцом  из бензостойкой резины.
Полезная модель работает следующим образом. При заправке автомобиля на АЗС откручивается крышка  топливного бака. После этого раздаточный пистолет герметично вставляется в горловину. Герметизацию обеспечивает уплотнительное кольцо. При заправке нефтепродукт, увеличиваясь в объеме, повышает давление паров бензина. При достижении давления 0,5 кПа срабатывает выпускной клапан, и пары бензина по паропроводу поступают в емкость. При этом часть паров конденсируется в улавливающей емкости, а часть остается в газообразном состоянии. Образование конденсата происходит при контактировании паров топлива, имеющих более высокую температуру, со стенками емкости, с последующим стеканием жидкости обратно в топливный бак по трубопроводу.
Охлаждение в улавливающей емкости по сравнению с паровым пространством топливного бака происходит за счет того, что емкость оборудована межстенным пространством, заполненным углекислым газом, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. Оставшаяся часть паров топлива, не перешедшая в жидкое состояние, остается в улавливающей емкости. При достижении определенного давления паров в емкости открывается электромагнитный клапан вентиляционного трубопровода. В результате пары нефтепродукта при работающем двигателе отводятся во впускной трубопровод двигателя и затем сжигаются в его цилиндрах.
В случае температуры окружающей среды более 30ºС в топливном баке происходят «малые» дыхания бензинов, которые связаны с изменением температур. При этом давление паров бензина в баке возрастает и при достижении давления 0,5 кПа срабатывает выпускной клапан. При этом пары нефтепродукта по паропроводу поступают в емкость. За счет снижения температуры значительная часть паров конденсируется, а остальная часть превратится в жидкость за счет уменьшения температуры в вечернее и ночное время. Средняя температура летом, например, в среднем Поволжье не превышает 20ºС, поэтому испарения от «малых» дыханий в полном объеме конденсируются в жидкость (бензин).
Бензин из улавливающей емкости стекает в топливный бак через обратный клапан  по трубопроводу.
Недостатками указанного топливного бака являются:
1. Низкая защищенность от ударов и недостаточная пожарная безопасность.
2. Большое количество испарений бензинов.
3. Отсутствие  в топливном баке устройства, позволяющего определить воду и механические примеси.
Наиболее близким к указанной проблеме является  топливный бак автомобиля с емкостью для улавливания паров бензинов[Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №183284 от 17.09.2018 года].
Предлагаемая полезная модель содержит топливный бак, с горловиной крышкой и нижней пробкой. Внутри топливного бака расположены топливозаборник с фильтром, электрический датчик уровня топлива со штангой и поплавком. От топливного бака отходят топливопроводы подачи и слива топлива. Топливопровод слива оборудован обратным клапаном. С помощью паропровода топливный бак связан с улавливающей емкостью паров бензина. Для подачи паров бензина в улавливающую емкость имеется клапан, рассчитанный на определенное давление.
От улавливающей емкости отводится вентиляционный трубопровод, на котором оборудован клапан отвода паров из емкости во впускной трубопровод двигателя. Также улавливающая емкость оснащена сливным краном  для отвода конденсата и бензина в жидкой фазе.
С целью герметизации при заправке на автозаправочной станции горловина топливного бака оборудована уплотнительным кольцом из бензостойкой резины. Сам топливный бак  выполнен двустенным, при этом межстенное пространство заполнено углекислым газом.
Полезная модель работает следующим образом.
При заправке автомобиля на АЗС откручивается крышка  топливного бака. После этого раздаточный пистолет герметично вставляется в горловину. Герметизацию обеспечивает уплотнительное кольцо. При заправке нефтепродукт, увеличиваясь в объеме, повышает давление паров бензина. При достижении давления 0,5 кПа срабатывает выпускной клапан, и пары бензина по паропроводу поступают в емкость. При этом пары остаются в газообразном состоянии. Охлаждение в топливном баке по сравнению с окружающим воздухом происходит за счет того, что бак оборудован межстенным пространством, заполненным углекислым газом, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. Оставшаяся часть паров топлива остается в улавливающей емкости. При достижении определенного давления паров в емкости открывается клапан вентиляционного трубопровода. В результате пары нефтепродукта при работающем двигателе отводятся во впускной трубопровод двигателя и затем сжигаются в его цилиндрах.
В случае температуры окружающей среды более 30ºС в топливном баке «малые» дыхания бензинов, которые связаны с изменением температур, происходить не будут.
Недостатком топливного бака автомобиля с емкостью для улавливания паров бензинов является:
1. Отсутствие в топливном баке устройства, позволяющего определить воду и механические примеси.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности улавливания паров из топливных баков, а также в топливном баке предусмотрено устройство для определения воды и механических примесей, что позволяет предотвратить остановку двигателя автомобиля.
Решение указанной задачи достигается тем, что топливный бак оборудован оптическим датчиком с возможностью определения воды и механических примесей, при этом датчик смонтирован ниже фильтра топливозаборника и линией связи соединен с панелью приборов автомобиля.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как повышается эффективность улавливания паров бензинов, а также своевременно происходит определение воды и механических примесей в топливном баке.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2), на которых изображены разрез топливного бака с паропроводом, топливопроводами, улавливающей емкостью и оптическим датчиком, а также разрез улавливающей емкости.
Предлагаемая полезная модель содержит топливный бак 1, с горловиной 2 крышкой 3 и нижней пробкой 4. Внутри топливного бака расположены топливозаборник 5 с фильтром 6, электрический датчик уровня топлива 7 со штангой 8 и поплавком 9. От топливного бака отходят топливопроводы подачи бензина 10 и слива бензина 11. Топливопровод слива оборудован обратным клапаном 12. С помощью паропровода 13 топливный бак связан с улавливающей емкостью паров бензина 14. Для подачи паров бензина в улавливающую емкость имеется клапан 15, рассчитанный на определенное давление.
От улавливающей емкости отводится вентиляционный трубопровод 16, на котором оборудован клапан 15 отвода паров из емкости 14 во впускной трубопровод двигателя. Также улавливающая емкость оснащена сливным краном 17 для отвода конденсата и бензина в жидкой фазе.
С целью герметизации при заправке на автозаправочной станции горловина топливного бака оборудована уплотнительным кольцом 18 из бензостойкой резины. Сам топливный бак 1 выполнен двустенным, при этом межстенное пространство заполнено углекислым газом 19.
Дополнительно в топливном баке ниже фильтра 6 топливозаборника 5 устанавливается оптический датчик 20 со светодиодом. Датчик линией связи 21 соединяется с панелью приборов автомобиля 22.
Оптические датчики применяются для определения уровней различных жидкостей и сред в резервуарах, а также в других емкостях. Принцип работы оптических датчиков основан на различном преломлении света при прохождении через призму (полусферу) в разных жидкостях или средах. Оптический датчик включает в себя корпус, призму, светодиод, фотоприемник и измерительную электронную схему. Вода, механические примеси, и автомобильный бензин имеют различные коэффициенты преломления.
Полезная модель работает следующим образом.
При заправке автомобиля на АЗС откручивается крышка 3 топливного бака 1. После этого раздаточный пистолет герметично вставляется в горловину 2. Герметизацию обеспечивает уплотнительное кольцо 18. При заправке бензин 23, увеличиваясь в объеме, повышает давление паров 24. При достижении давления 0,5 кПа срабатывает выпускной клапан 15 и пары бензина по паропроводу 13 поступают в емкость 14. При этом пары 24 остаются в газообразном состоянии. Охлаждение в топливном баке по сравнению с окружающим воздухом происходит за счет того, что бак 1 оборудован межстенным пространством, заполненным  углекислым газом 19. Оставшаяся часть паров бензина остается в улавливающей емкости. При достижении определенного давления паров в емкости 14 открывается  клапан 15 вентиляционного трубопровода 16. В результате пары бензина при работающем двигателе отводятся во впускной трубопровод двигателя и затем сжигаются в его цилиндрах.
В случае образования (попадания) воды, она будет скапливаться в нижней части топливного бака. При достижении уровня оптического датчика водой датчик будет показывать значение коэффициента преломления, отличное от показателя коэффициента преломления бензина. Данное изменение отразится на панели приборов автомобиля, например, в виде загорания красной лампы.
В случае попадания механических примесей, они будут скапливаться в нижней части топливного бака. При достижении уровня оптического датчика механическими примесями, датчик будет показывать значение коэффициента преломления, отличное от показателя коэффициента преломления бензина. Данное изменение отразится на панели приборов автомобиля, например, в виде загорания красной лампы.
Полезная модель позволяет эффективно предотвратить выбросы паров бензина в атмосферу из топливного бака и повысить экономичность автомобиля при относительной простоте и технологичности конструкции. Также конструкция топливного бака с оптическим датчиком позволяет своевременно определить наличие воды и механических примесей, что позволит не допустить выхода из строя техники, за счет своевременного слива воды и механических примесей из топливного бака.