СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ТОПЛИВА В СИСТЕМЕ ТОПЛИВОПОДАЧИ МНОГОТОПЛИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
CONTROL METHOD OF FUEL PARAMETERS IN FUEL FEED SYSTEM OF MULTIFUEL ENGINE (VERSIONS)

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в стационарных установках при работе двигателя на различных сортах топлива, в частности на нефти.
Известна топливная система, обеспечивающая работу двигателя в многотопливном режиме: на дизельном топливе (при пуске и на малых оборотах двигателя) и на вязком топливе (на основных рабочих режимах работы). Переход с дизельного топлива на вязкое осуществляется автоматически при увеличении частоты вращения двигателя. Логическое устройство в зависимости от режимных параметров управляет опережением подачи топлива в цилиндры двигателя, по заданному оптимальному закону. При работе на вязком топливе (тяжелом топливе) логическое устройство по сигналу датчика температуры распылителя форсунки включает термоэлектрический охладитель, холодные спаи которого охлаждают при помощи конвективного теплообмена распылитель форсунки (см. Патент РФ №2131536 F02M 43/00, опубликован 10.06.1999 г.).
Данная топливная система обладает определенными ограничениями в части управления параметрами топлива на входе в двигатель.
Известна многотопливная система судового двигателя, применение которой позволяет уменьшить объем попадающего легкого топлива в емкость тяжелого топлива в период перехода с одного вида топлива на другой (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №744140, F02M 31/16 от 10.07.1980 г.).
Недостатком этой системы является то, что система не управляет параметрами топлива на входе в двигатель, является очень сложной и не предоставлена как автоматизированная.
Известна система подготовки нештатного топлива, имеющая четыре емкости: отстойную нештатного топлива, снабженную сигнализатором уровня его в емкости, бак модуля центробежной очистки нештатного топлива с приборами контроля уровня, расходный бак нештатного топлива с приборами контроля уровня и бак штатного дизельного топлива. В системе осуществляется многоступенчатая фильтрация топлива и подогрев его до заданных значений температур от постороннего теплоносителя. Система регулирования параметров топлива на выходе из установки отрабатывает в пределах заданных установок (см. Патент RU №2215176, С2 F02Μ 43/00, F02D 19/18, опубликован 27.10.2003 г.).
Недостатком данной системы является наличие большого количества крупных емкостей и отсутствие возможности их использования в автоматизированной системе управления параметрами топлива на входе в двигатель.
Наиболее близкой к предложенному решению является система топливоподачи, позволяющая работать двигателю на тяжелом или на дизельном топливе. Система служит для подачи топлива из расходной цистерны к топливоподкачивающему насосу и топливным насосам высокого давления (ТНВД) двигателей. В данной системе топливо подается:
- под определенным давлением, регулирование которого осуществляется за счет подпитывающего насоса, при этом одновременно должен регулироваться подпор топлива в системе слива с двигателя избытков топлива из ТНВД;
- при определенной температуре, причем регулирование температуры осуществляется в расходной цистерне и трубопроводах (подогрев), а также в топливоподогревателе (см. Интернет сайт .ru/motoristy/1.3-4.html Эксплуатация судовых пропульсивных установок, система топливоподачи).
Регулируемыми параметрами топлива являются его давление и температура на входе в двигатель.
Недостатком данной системы является необходимость применения дополнительной цистерны возвратного топлива, возможность смешения штатного и нештатного топлива в момент переключения подпитывающей магистрали с одного вида топлива на другое, необходимость дополнительного регулирования давления в системе слива с двигателя избытков топлива из ТНВД, большой объем прокачиваемого по системе топлива, отсутствие возможности автоматизации процесса регулирования параметров топлива.
Задачей предлагаемого способа управления параметрами топлива является оптимизация параметров топлива при работе двигателя на топливах широкого диапазона изменения вязкости.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности регулирования параметров топлива путем изменения его давления и температуры при работе двигателя на топливах широкого диапазона изменения вязкости, исключение возможности смешения штатного и нештатного топлива в момент переключения подпиточной магистрали с одного вида топлива на другое, сокращение объема прокачиваемого по системе топлива за счет уменьшения размеров трубопроводов, фильтров, нагревателей, мощностей ТПН (за счет исключения необходимости использования дополнительных нагревательных систем), уменьшение величин возможных утечек топлива в случае аварии, уменьшение пожарной опасности системы.
Технический результат согласно первому варианту осуществления способа управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя достигается благодаря тому, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход ТПН.
Кроме того, измеряют вязкость нештатного топлива и по ней определяют требуемую температуру нештатного топлива для подачи в ТПН.
Технический результат согласно второму варианту осуществления способа управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя достигается благодаря тому, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН, и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход НН.
Кроме того, измеряют вязкость нештатного топлива и по ней определяют требуемую температуру нештатного топлива для подачи в ТПН.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг. 1 которого показана схема подключения двухтопливной системы для реализации первого способа; на фиг. 2 показано то же, для реализации второго способа.
На фиг. 1 показана система топливоподачи многотопливного двигателя, на примере которой можно просмотреть реализацию способа управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя согласно первому варианту его осуществления. Так, первый способ управления параметрами топлива заключается в следующем. Пуск и остановка двигателя 3 (дизель-генератора) производится на штатном топливе (маловязком топливе), подаваемом из емкости 13 через обратный клапан 9 с помощью топливоподкачивающего насоса 10 двигателя 3. Полость емкости 13 сообщена с полостью всасывания топливоподкачивающего насоса 10. При срабатывании в определенный момент разрешительного сигнала (момент задается либо автоматически по данным от датчиков частоты вращения двигателя или таймера либо по команде оператора) с помощью системы управления 4 открывается ранее закрытый электроуправляемый кран 8 и включается нагнетательный насос 6 (электронасосный агрегат) перекачки нештатного топлива (вязкое топливо) с заданной частотой вращения. Частота вращения насоса 6 определяется требуемой производительностью насоса 6, необходимой для создания во всасывающей магистрали топливоподкачивающего насоса 10 давления, обеспечивающего закрытие обратного клапана 9. Таким образом, обеспечивается отключение емкости 13 штатного топлива от топливной системы двигателя 3, и он переходит в режим работы на нештатном топливе, подаваемом из емкости 5. С помощью микропроцессорной системы управления 4 по сигналу от датчика 2 давления осуществляется регулировка давления перед топливными насосами высокого давления (ТНВД, не показаны) двигателя 3. Оптимальное давление достигается за счет изменения производительности насоса 6 перекачки нештатного топлива путем воздействия на частоту вращения электродвигателя насоса 6. Чем выше обороты электродвигателя насоса 6, тем выше давление топлива перед ТНВД двигателя 3 и наоборот.
Отвод избытков топлива от ТНВД направляется через обратный клапан 12 на вход топливоподкачивающего насоса 10 двигателя 3, подающего топливо на ТНВД. В случае подключения сливной трубы на вход в топливоподкачивающий насос 10 получается замкнутый контур сливной магистрали. В этом случае изменение давления топлива в подпиточной магистрали приводит к адекватному изменению давления топлива в топливной системе двигателя. Необходимость регулирования давления, прежде всего, целесообразна при работе двигателя на тяжелом и высоковязком топливе. В этом случае одним из средств снижения вязкости топлива является его подогрев, который при повышении температуры увеличивает процесс парообразования, а в случае достижения температуры насыщения - к вскипанию топлива со всеми отрицательными последствиями. Повышением давления топлива увеличивается температура насыщения и снижается процесс парообразования. Подъем давления топлива в случае реализации предлагаемого способа ограничен порогом конструктивной надежности системы.
За счет подключения слива избытков топлива из ТНВД, на вход топливоподкачивающего насоса 10 через обратный клапан 12, обеспечивается возможность максимального использования тепла, полученного топливом при прохождении через топливную систему двигателя 3. Регулирование температуры топлива на входе в топливоподкачивающий насос 10 осуществляется за счет тепла, полученного топливом от охлаждения ТНВД и форсунок. Регулирование температуры нештатного топлива, имеющего температуру на выходе из ТНВД больше, чем на входе в ТНВД, осуществляется в системе избыточного топлива (сливной магистрали) с помощью теплообменника 11 для подогрева/охлаждения топлива.
Для регулирования (подогрева/охлаждения) температуры нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос 10, измеряют вязкость нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос 10 и с учетом значения допустимой вязкости топлива определяют требуемую температуру нештатного топлива, до которой его следует подогреть или охладить для подачи в топливоподкачивающий насос 10.
С помощью постороннего источника, например, подогревателя 7 нештатного топлива, установленного в подпиточной магистрали, осуществляется подогрев топлива перед входом в топливоподкачивающий насос 10.
Температура топлива на входе в ТНВД зависит от баланса тепла между избыточным топливом, возвращаемым на всасывание в штатный топливоподкачивающий насос 10 двигателя 3, и подпиточным топливом, подаваемым из емкости 5 нештатного топлива. Регулирование температуры осуществляется в системе избыточного топлива путем установки теплообменника 11 либо, что менее предпочтительно, в системе подпиточной магистрали. В случае регулирования в системе избыточного топлива хладагентом может использоваться вода холодного контура охлаждения двигателя, а теплоагентом - вода горячего контура охлаждения двигателя или от внешнего источника, как дополнение к подводу тепла от ТНВД.
Регулирование температуры топлива перед ТНВД осуществляется системой управления 4 по сигналу измерителя температуры топлива, полученного от датчика 1 температуры.
При остановке двигателя 3 с помощью системы управления 4 закрывается электроуправляемый кран 8 и останавливается насос 6 перекачки нештатного топлива (или переводится на холостой ход). При этом давление во всасывающей магистрали топливоподкачивающего насоса 10 двигателя 3 (дизель-генератора) падает, открывается обратный клапан 9 и двигатель 3 переходит на работу на штатном топливе из емкости 13. Остановку двигателя 3 осуществляют в штатном режиме. Описанный первый способ наиболее эффективен при работе на нештатном топливе одиночных дизель-генераторов без использования дополнительных модулей подготовки нештатного топлива.
На фиг. 2 можно просмотреть реализацию второго способа. Принцип работы практически идентичен схеме по варианту 1. Отличие от варианта 1 заключается в подаче избытков топлива, сливаемого с двигателя, во всасывающую магистраль насоса 6 перекачки нештатного топлива. Применение варианта 2 может определяться конструктивными и технологическими преимуществами, связанными с компоновкой системы в эксплуатации и применением отдельно стоящего модуля подготовки нештатного топлива для нескольких двигателей.