СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВИХРЕВЫМ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОМ
METHOD AND DEVICE FOR TANK ENGINE FUEL TEMPERATURE CONTROL WITH VORTEX THERMOREGAL

Изобретение относится к области транспортного двигателестроения, а именно к системам питания двигателя топливом.
Известна система питания топливом танкового двигателя, содержащая дизель, топливные баки, насос бензиновый центробежный, топливный фильтр грубой очистки, топливный фильтр тонкой очистки, топливный насос высокого давления (Объект 172М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга вторая. М., Воениздат, 1975, 584 с).
Недостатком данной конструкции является низкая эффективность работы двигателя внутреннего сгорания из-за невозможности регулирования температуры топлива, поступающего в цилиндры в процессе эксплуатации (Мартынова, И.Б. Исследование особенностей топливоподачи и экономичности дизеля на долевых нагрузках при подогревании топлива: дисс. … канд. техн. наук: 05.08.05 / И.Б. Мартынова - Калининград: 1996 год).
Известна система питания автотракторного дизеля (Патент RU №2305792, С1, МПК F02M 31/16 2006), содержащая: топливный бак, подогреватель топлива, фильтр грубой очистки топлива, топливный насос низкого давления, фильтр тонкой очистки топлива, топливный насос высокого давления, форсунку и топливопроводы.
Недостатками известной системы являются:
значительная инерционность теплообменника, работающего на охлаждающей жидкости, что приводит к увеличению продолжительности нагрева топлива до требуемой температуры;
сложность использования системы в двигателях, не имеющих жидкостного охлаждения (например, в двигателях с воздушным охлаждением);
отсутствие возможности регулирования температуры топлива, поступающего в цилиндры двигателя, в случаях, когда в его подогреве отсутствует необходимость.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному техническому решению является система регулирования температуры топлива поршневого двигателя с вихревым терморегулятором (Патент RU №194780, U1, МПК F02M 31/00, F02M 31/02, F02M 31/16 2019), содержащая: форсунку, электронный блок управления, вихревую трубу, топливный бак, фильтр грубой и тонкой очистки топлива, электрический топливоподкачивающий насос, сливной трубопровод, обводной канал, электрический клапан обводного канала, дроссель с электрическим приводом, датчики температуры топлива, частоты вращения коленчатого вала и положения рейки топливного насоса высокого давления, а также топливный насос высокого давления.
Основным недостатком данной конструкции является ее низкая эффективность, обусловленная тем, что предложенное устройство не позволяет обеспечить охлаждение топлива в случаях, когда в этом возникает необходимость.
Так, согласно ряда исследований известно, что температура топлива в баках танков Т-72 и Т-90, эксплуатируемых в районах с жарким климатом при размещении их на открытых стоянках или на боевых позициях, может достигать 25…30°С. За время движения его из баков к топливному насосу высокого давления при работающем двигателе температура топлива может возрасти до 50…55°С. Цикловая подача топлива при его нагреве уменьшается примерно на 2% (связано прежде всего с увеличением потерь топлива в зазорах прецизионных пар топливного насоса высокого давления и форсунок) на каждые 10°С. Следовательно, для поддержания энергетических показателей танкового двигателя на требуемом уровне следует увеличить цикловую подачу топлива или принимать меры по его охлаждению. Очевидно, что второе направление наиболее целесообразно с экономической точки зрения.
Также известно, что эффективность протекания рабочего процесса на каждом эксплуатационном режиме работы двигателя (режим холостого хода, максимальной мощности, максимального крутящего момента и пр.) может быть значительно улучшена за счет обеспечения оптимальной для этого режима температуры топлива.
Таким образом, доводы приведенные выше убедительно свидетельствуют о необходимости обеспечения гибкого регулирования температуры топлива в зависимости от воздействия на образец вооружения как климатических факторов окружающей среды, так и эксплуатационного режима работы двигателя.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы устройства, обусловленное расширением его функциональных возможностей за счет реализации опции охлаждения топлива.
Технический результат достигается тем, что дополнительно устанавливают сливной трубопровод подогретого потока топлива, а также теплоизолированный топливоподающий патрубок, в котором устанавливают регулировочные заслонки, выполненные с возможностью управления электронным блоком управления, соединенный с ресивером.
Предложение поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - принципиальная схема устройства регулирования температуры топлива танкового двигателя с вихревым терморегулятором;
на фиг. 2 - работа вихревой трубы и положение регулировочных заслонок в случае максимального подогрева топлива;
на фиг. 3 - работа вихревой трубы и положение регулировочных заслонок в случае максимального охлаждения топлива;
на фиг. 4 - работа вихревой трубы и положение регулировочных заслонок в случае смешения горячего и холодного потоков топлива.
Заявленное устройство регулирования температуры топлива танкового двигателя с вихревым терморегулятором содержит: форсунку 1, электронный блок управления 2, вихревую трубу 3 со сливными трубопроводами подогретого 4 и охлажденного 5 потока топлива, топливный бак 6, фильтр грубой очистки топлива 7, электрический топливоподкачивающий насос 8, фильтр тонкой очистки топлива 9, входной патрубок 10 вихревой трубы 3, теплоизолированный топливоподающий патрубок 11 с установленными в нем регулировочными заслонками 12 и 13, ресивер 15 с расположенными в нем датчиком температуры топлива 14 и датчиком массового расхода топлива 17, датчик частоты вращения коленчатого вала 16, датчик положения рейки 18 топливного насоса высокого давления 19.
Устройство регулирования температуры топлива танкового двигателя с вихревым терморегулятором работает следующим образом.
Топливо из топливного бака 6 под действием электрического топливоподкачивающего насоса 8 прокачивается через топливный фильтр грубой очистки 7, топливный фильтр тонкой очистки 9 и поступает во входной патрубок 10 вихревой трубы 3. В вихревой трубе 3, реализующей эффект «Ранка-Хилша» (Гупол А.Ф. Эффект Ранка / А.Ф. Гупол // Успехи физических наук. - Т. 167. - №8. - С. 665-687), топливо разделяется на подогретый и охлажденный поток (см. фиг. 1). В зависимости от режима работы двигателя электронным блоком управления 2 принимается решение об оптимальном значении температуры топлива, подаваемого в цилиндр двигателя, и далее формируется управляющий сигнал на регулировочные заслонки 12 и 13, которые обеспечивают перепуск в теплоизолированный топливоподающий патрубок 11 потребное для обеспечения нужной температуры количество подогретого или охлажденного горючего (см. фиг 4). Из патрубка 11 топливо поступает в ресивер 15, в котором происходит перемешивание потоков топлива с различной температурой и замер характеристик этого потока с использованием датчиков температуры 14 и массового расхода топлива 17. Далее посредством топливного насоса высокого давления 19 и форсунки 1 топливо, с требуемой для эффективного протекания рабочего процесса температурой, подается в цилиндр двигателя.
Невостребованные для создания нужной температуры и объема топлива излишки, по сливным трубопроводам подогретого 4 и охлажденного 5 потока, сливаются в топливный бак 6.
На фиг. 2 представлен вариант работы вихревой трубы 3 и положение регулировочных заслонок 12 и 13 в случае необходимости максимального подогрева топлива, на пример в случае эксплуатации танка в условиях экстремальных отрицательных температур окружающего воздуха. В этом случае регулировочная заслонка 13 перекрывает путь охлажденному потоку топлива в теплоизолированный топливоподающий патрубок 11, открывая при этом возможность его слива по сливному трубопроводу 5 охлажденного потока в топливный бак 6. В это же время регулировочная заслонка 12 открывается, обеспечивая беспрепятственное поступление подогретого потока топлива в ресивер 15 и далее через топливный насос высокого давления 19 и форсунку 1 в цилиндр двигателя.
На фиг. 3 представлен вариант работы вихревой трубы 3 и положение регулировочных заслонок в случае необходимости максимального охлаждения топлива, на пример в случае эксплуатации танка в условиях жаркого климата. В этом случае регулировочная заслонка 12 перекрывает путь подогретому потоку топлива в теплоизолированный топливоподающий патрубок 11, открывая при этом возможность его слива по сливному трубопроводу 4 подогретого потока топлива в топливный бак 6. В это же время регулировочная заслонка 13 открывается, обеспечивая беспрепятственное поступление охлажденного потока топлива через теплоизолированный топливоподающий патрубок 11 в ресивер 15 и далее через топливный насос высокого давления 19 и форсунку 1 цилиндр двигателя.
Обеспечение требуемого расхода топлива через топливный насос высокого давления 19 при реализации сложных алгоритмов перепуска топлива регулировочными заслонками 12 и 13 осуществляется за счет регулирования производительности электрического топливоподкачивающего насоса 8, который выполнен с возможностью управления электронным блоком управления 2 в зависимости от режима работы двигателя, характеризуемого частотой вращения коленчатого вала, положением рейки топливного насоса высокого давления 19, температуры и массового расхода топлива по сигналам от датчиков 14, 16, 17 и 18.
По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение эффективности работы устройства, обусловленное расширением его функциональных возможностей за счет реализации опции охлаждения топлива в случаях, когда в этом имеется необходимость.