Двухтопливная система автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла
DUAL-FUEL SYSTEM OF A VEHICLE WITH CONTROLLED HEATING OF VEGETABLE OIL

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Известна двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла (Федоренко В.Ф. Использование биологических добавок в дизельное топливо: науч. аналит. обзор / В.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, С.А. Нагорнов и др. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 20 с.), содержащая бак минерального топлива, бак растительного масла, трехходовой кран, линию забора биологического топлива, топливный насос высокого давления (ТНВД), соединенный с линиями забора минерального топлива и растительного масла.
Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом топливо из бака подается через подогреватель, фильтры очистки топлива, ТНВД и форсунку в цилиндр дизеля. После прогрева трехходовой кран переводят в положение, при котором перекрывается подача минерального топлива и начинается питание дизеля биологическим топливом, поступающим в камеру сгорания аналогично минеральному топливу.
Недостатками данной системы питания являются повышенные затраты электрической энергии бортовой сети автотранспортного средства и отсутствие автоматизации электроподогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива из-за невозможности автоматического изменения мощности электронагревателя в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Известна двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла (Патент РФ 2387867, МПК F02M 43/00. Двухтопливная система тракторного дизеля / А.П. Уханов, А.Д. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов; ФГОУ ВО «Пензенская ГСХА». - №2008138726/06; заявл. 29.09.2008; опубл. 27.04.2010, Бюл. 12), содержащая бак минерального топлива, бак растительного топлива (растительного масла), линию забора минерального топлива, состоящую из фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, линию забора растительного топлива (растительного масла), состоящую из электрического насоса, снабженного обратным клапаном, для исключения слива растительного топлива и образования воздушных пробок после его выключения и фильтра-отстойника для очистки растительного топлива, топливный насос высокого давления, соединенный с линиями забора минерального и растительного топлив, линию слива из топливного насоса высокого давления и линию слива из форсунок, на выходе из линий забора минерального и растительного топлив размещен смеситель, имеющий два входных и один выходной каналы, один из входных каналов смесителя сообщен с линией забора минерального топлива, другой входной канал смесителя сообщен с линией забора растительного топлива, а выходной канал сообщен с топливным насосом высокого давления.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом электрический насос отключен и растительное топливо не подается, а минеральное топливо из бака минерального топлива, пройдя через фильтры тонкой и грубой очистки минерального топлива, подается топливоподкачивающим насосом в смеситель, топливный насос высокого давления, форсунки и далее в цилиндры дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе, включают электрический насос, снабженный обратным клапаном для исключения слива растительного топлива и образования воздушных пробок, обеспечивающий подачу растительного топлива из бака растительного топлива, через фильтр-отстойник для очистки растительного топлива, в смеситель. Минеральное топливо при этом подается в смеситель как при работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе оба вида топлива перемешиваются, и полученное смесевое растительно-минеральное топливо поступает в топливный насос высокого давления и далее форсунками впрыскивается в цилиндры дизеля.
Избыточное топливо (минеральное или смесевое) из топливного насоса высокого давления по линии слива поступает в линию забора (подачи) топлива.
Недостатками данной системы питания дизеля является невозможность ее использования при работе автотранспортного средства в условиях низких температур окружающей среды из-за отсутствия эффективных электрических средств подогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива и автоматизации процесса подогрева на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Известна двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла (Патент РФ 2582535, МПК F02M 43/00, F02D 19/06. Двухтопливная система питания дизеля / А.П. Уханов, А.Д. Уханов, А.А. Хохлов, Е.Г. Ротанов, А.Л. Хохлов; ФГОУ ВО «Ульяновская ГСХА». - №2014152644/06; заявл.24.12.2014; опубл. 27.04.2016, Бюл. 12), содержащая бак минерального топлива, бак растительного масла, фильтры грубой очистки минерального топлива и растительного масла, фильтр тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос, электрический насос подачи растительного масла с обратным клапаном, источник тока, топливный насос высокого давления, форсунки, топливопроводы и смеситель минерального топлива и растительного масла, имеющий два входных и один выходной каналы, во входных каналах установлены электродозаторы, электрически соединенные через электронный блок управления с индуктивным датчиком нагрузочно-скоростного режима и датчиком температуры растительного масла, во входных канала смесителя перед электродозаторами установлены перепускные клапаны минерального топлива и растительного масла, а между фильтром грубой очистки минерального топлива и перепускным клапаном минерального топлива размещен электрический насос подачи минерального топлива с обратным клапаном.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляются на минеральном топливе. При этом электродозатор минерального топлива полностью открыт, а электродозатор растительного масла полностью закрыт. Минеральное топливо из бака минерального топлива, пройдя фильтр грубой очистки минерального топлива, поступает в работающий электрический насос подачи минерального топлива, который создаваемым давлением топлива, превышающим давление срабатывания перепускного клапана минерального топлива, открывает его и подает минеральное топливо через электродозатор, смеситель, топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки топлива в ТНВД, и далее форсунками впрыскивается в цилиндры дизеля. После прогрева дизеля на минеральном топливе включается электрический насос подачи растительного масла, который создаваемым давлением масла, превышающим давление срабатывания перепускного клапана растительного масла, открывает его и подает масло через электродозатор в смеситель. Давление масла, создаваемое электрическим насосом, поддерживается регулируемым перепускным клапаном растительного масла. Минеральное топливо подается в смеситель аналогично работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе минеральное топливо и растительное масло перемешиваются, образуя смесевое топливо, которое отводится через выходной канал смесителя.
В зависимости от информативных сигналов, поступающих от датчика нагрузочно-скоростного режима и датчика температуры растительного масла в электронный блок управления, электродозатор растительного масла открывается на соответствующую величину, а электродозатор минерального топлива на аналогичную величину прикрывается, изменяя процентное соотношение минерального топлива и растительного масла в смесевом топливе. При этом перепускные клапаны, за счет слива части минерального топлива и растительного масла во всасывающие полости электрических насосов, поддерживают постоянное давление во входных каналах смесителя перед электродозаторами, что повышает точность процентного соотношения минерального и растительного компонентов в смесевом топливе независимо от различия их свойств. При отключении одного из электрических насосов перепускные клапаны исключают быстрое падение давления топлива и масла перед электродозаторами. Кроме того, при малых расходах смесевого топлива и разных уровнях минерального топлива и растительного масла в своих баках, перепускные клапаны, наряду с поддержанием постоянного давления во входных каналах смесителя, при открытых электродозаторах, исключают перетекание одного вида компонента (минерального или растительного) в бак другого.
Недостатками данной системы питания являются повышенные затраты электрической энергии бортовой сети автотранспортного средства и отсутствие автоматизации электроподогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива из-за невозможности автоматического изменения мощности электронагревателя в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла (Патент РФ на пол. модель №152117, МПК F02Д 19/06. F02M 43/00, F02M 31/125. Двухтопливная система тракторного дизеля с много-ступенчатым подогревом / Ю.Н. Рыжов, А.А. Курочкин; ФГОУ ВО «Орловский ГАУ». - №2013112915/06; заявл. 22.03.2013; опубл. 10.05.2015, Бюл. 13), содержащая бак минерального топлива, бак растительного масла, смеситель минерального топлива и растительного масла, линию подачи топлива, включающую фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки и топливоподкачивающий насос, линию слива избыточного топлива, топливный насос высокого давления (ТНВД) с редукционным клапаном слива избыточного топлива, форсунки, источник тока бортовой сети автотранспортного средства, электронный блок управления, электронагреватели-позисторы, размещенные в линии подачи растительного масла и перед форсунками, датчик положения рейки ТНВД, датчик температуры растительного масла и теплообменник, расположенные в баке растительного масла, электронасос, электрогидрораспределитель и ультразвуковой фильтр.
Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом минеральное топливо подается электронасосом из бака через фильтр грубой очистки топлива, электрогидрораспределитель, фильтр тонкой очистки топлива и ультразвуковой фильтр в ТНВД, и далее через электронагреватели-позисторы в форсунки. В процессе прогрева дизеля ультразвуковой фильтр и электронагреватели-позисторы форсунок отключены. Избыточное топливо из ТНВД, при срабатывании редукционного клапана, сливается в фильтр тонкой очистки. При нагреве, за счет теплообменника, растительного масла в баке до температуры 20…30°С по сигналам датчика температуры растительного масла срабатывает электронный блок управления, который переключает электрогидрораспределитель в положение подачи растительного масла и одновременно включает в работу электонагреватель-позистор, размещенный в линии подачи растительного масла, а также ультразвуковой фильтр.
После переключения электрогидрораспределителя подача минерального топлива через него прекращается, а растительное масло из бака через фильтр грубой очистки поступает в электронагреватель-позистор, где он нагревается до температуры 60…70°С. Подогретое растительное масло затем через ультразвуковой фильтр подается в ТНВД и далее в электронагреватели-позисторы форсунок, где оно нагревается до 80…90°С и впрыскивается форсунками в дизель. Избыточное растительное масло из ТНВД, при срабатывании редукционного клапана, сливается в фильтр тонкой очистки.
Недостатками данной системы питания являются повышенные затраты электрической энергии бортовой сети автотранспортного средства и отсутствие автоматизации электроподогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива из-за невозможности автоматического изменения мощности электронагревателя в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков и от его применения получен следующий технический результат: экономия электрической энергии бортовой сети автотранспортного средства и автоматизация электроподогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива за счет автоматического изменения мощности электронагревателя в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Указанный технический результат достигается тем, что двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла содержит бак минерального топлива, бак растительного масла, смеситель минерального топлива и растительного масла, линию подачи топлива, включающую фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки и топливоподкачивающий насос, линию слива избыточного топлива, топливный насос высокого давления с редукционным клапаном слива избыточного топлива, форсунки, перепускные клапаны минерального топлива и растительного масла, источник тока бортовой сети автотранспортного средства, электронный блок управления, электронагреватель-позистор и датчик температуры растительного масла, при этом для автоматического изменения мощности электронагревателя-позистора в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах в электрическую цепь между источником тока и электронагревателем-позистором включен датчик (измеритель) расхода топлива, гидравлически сообщенный своим входом с выходом смесителя, а выходом - с линией подачи топлива, электрически датчик расхода топлива соединен через включатель с источником тока, причем электронагреватель-позистор размещен в баке растительного масла и имеет как минимум два канала подогрева растительного масла, например, основной и дополнительный, причем включение в электрическую цепь электронагревателя основного канала осуществляется по сигналам датчика температуры растительного масла, а включение в электрическую цепь электронагревателя дополнительного канала происходит автоматически с помощью электромагнитного реле, электрически соединенного с датчиком расхода топлива, при этом линия слива избыточного топлива гидравлически сообщена с входом датчика расхода топлива, а электронный блок управления установлен в электрическую цепь между датчиком расхода топлива и электронагревателем основного канала подогрева растительного масла.
Наличие новых гидравлических, электрических и функциональных связей между элементами двухтопливной системы питания дизеля обеспечивает практическую возможность экономии электрической энергии бортовой сети автотранспортного средства и автоматизацию электроподогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива за счет автоматического изменения мощности электронагревателя в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах.
На фиг. 1 показана схема двухтопливной системы питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла.
Двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла содержит бак минерального топлива 1, бак растительного масла 2, смеситель 3 минерального топлива и растительного масла, линию подачи топлива 4, включающую фильтр грубой очистки 5, фильтр тонкой очистки 6 и топливоподкачивающий насос 7, линию слива избыточного топлива 8, топливный насос высокого давления 9 с редукционным клапаном 10 слива избыточного топлива, форсунки 11, перепускные клапаны 12 минерального топлива и растительного масла, источник тока 13 бортовой сети автотранспортного средства, электронный блок управления 14, электронагреватель-позистор 15 и датчик температуры 16 растительного масла, при этом для автоматического изменения мощности электронагревателя-позистора 15 в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах в электрическую цепь между источником тока 13 и электронагревателем-позистором 15 включен датчик (измеритель) расхода топлива 17, гидравлически сообщенный своим входом 18 с выходом 19 смесителя 3, а выходом 20 - с линией подачи топлива 4, электрически датчик расхода топлива 17 соединен через включатель 21 с источником тока 13, причем электронагреватель-позистор 15 размещен в баке растительного масла 2 и имеет, как минимум, два канала подогрева растительного масла, например, основной 22 и дополнительный 23, причем включение в электрическую цепь электронагревателя основного канала 22 осуществляется по сигналам датчика температуры 16 растительного масла, а включение в электрическую цепь электронагревателя дополнительного канала 23 происходит автоматически с помощью электромагнитного реле 24, электрически соединенного с датчиком расхода топлива 17, при этом линия слива избыточного топлива 8 гидравлически сообщена с входом 18 датчика расхода топлива 17, а электронный блок управления 14 установлен в электрическую цепь между датчиком расхода топлива 17 и электронагревателем основного канала 22 подогрева растительного масла.
Работает двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла следующим образом. Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом входной канал подачи растительного масла в смеситель 3 перекрыт, а входной канал подачи минерального топлива в смеситель 3 открыт и минеральное топливо из бака 1, за счет разряжения, создаваемого топливоподкачивающим насосом 7, поступает в линию подачи топлива 4, затем проходит через фильтр грубой очистки 5, топливоподкачивающий насос 7, фильтр тонкой очистки к ТНВД 9 и далее форсунками 11 впрыскивается в цилиндры дизеля. Избыточное топливо из ТНВД 9, при срабатывании редукционного клапана 10, сливается по линии слива 8 на вход 18 датчика (измерителя) расхода топлива 17. При этом датчик 17 механически измеряет расход минерального топлива, а контакты датчика температуры растительного масла 16 и электромагнитного реле 24 разомкнуты.
После прогрева дизеля при температуре окружающей среды, превышающей, например, минус 5°С, до температуры охлаждающей жидкости в его системе охлаждения, равной к примеру 50…60°С, осуществляют перевод работы дизеля на смесевое топливо. Для этого электрические цепи датчика расхода топлива 17 и электронного блока управления 14 включателем 21 соединяют с источником тока 13 бортовой сети автотранспортного средства. При этом входные каналы подачи минерального топлива и растительного масла в смеситель 3 открыты, что приводит, за счет разряжения, создаваемого топливоподкачивающим насосом, к поступлению растительного масла в смеситель 3, где оно смешивается с минеральным топливом. Приготовленное смесевое топливо из выходного канала 19 смесителя 3 через датчик (измеритель) расхода топлива поступает в линию подачи топлива 4, затем проходит через фильтр грубой очистки 5, топливоподкачивающий насос 7, фильтр тонкой очистки к ТНВД 9 и далее форсунками 11 впрыскивается в цилиндры дизеля. Избыточное смесевое топливо из ТНВД 9, при срабатывании редукционного клапана 10, сливается по линии слива 8 на вход 18 датчика (измерителя) расхода топлива 17. При этом датчик 17 механически измеряет расход смесевого топлива.
В случае, если прогрев дизеля к примеру до 50…60°С осуществляется при температуре окружающей среды ниже минус 5°С, что соответствует температуре растительного масла в баке 2, то эта пониженная температура приводит к существенному изменению вязкости растительного масла, ухудшению его прокачиваемости по системе и, как следствие, к изменению расхода смесевого топлива по отношению к нормативам расхода минерального топлива и снижению мощности дизеля. Для устранения этого негативного явления в заявленной системе питания дизеля при пониженной температуре окружающей среды (например, от минус 5°С до минус 12°С) контакты датчика температуры растительного масла 16 сомкнутся. Тогда по информативным сигналам от датчика температуры 16 и датчика расхода топлива 17 сработает электронный блок управления 14 и электрический ток поступит в электронагреватель основного канала 22, мощность которого рассчитана на подогрев растительного масла до температуры, соответствующей требуемой вязкости и расходу смесевого топлива на данном нагрузочно-скоростном режиме работы дизеля. В случае работы дизеля при температуре, к примеру, ниже минус 12°С соответственно изменится расход смесевого топлива, что зафиксирует датчик 17, по сигналу которого сработает электронный блок управления 14 и электромагнитное реле 24, контакты которого сомкнутся и электрический ток поступит в электронагреватель дополнительного канала 23. Совокупная электрическая мощность электронагревателей основного и дополнительного каналов 22 и 23 обеспечит подогрев растительного масла смесевого топлива и, как следствие, нормативный расход смесевого топлива.
Заявленная двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства с регулируемым подогревом растительного масла технически реализуема. В качестве датчика (измерителя) расхода топлива может быть использован серийно выпускаемый промышленностью расходомер топлива Aguametro Control VZO Re-025 и др. (фиг. 2), температурный датчик DG и др. (фиг. 3), электромагнитное реле РЭН 34 и др. (фиг. 4), позистор (фиг. 5). Преимуществами системы питания является обеспечение экономии электро-энергии бортовой сети автотранспортного средства и автоматизацию электроподогрева растительного компонента (масла) смесевого топлива за счет автоматического изменения мощности электронагревателя в зависимости от величины расхода смесевого топлива при работе дизеля на различных нагрузочно-скоростных режимах, широкая доступность комплектующих изделий, возможность изготовления на малых предприятиях, конкурентоспособность, не требуют больших капитальных вложений, малый срок окупаемости.