УСТРОЙСТВО ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
DIESEL ENGINE FUEL HEATING DEVICE

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам, обеспечивающим эксплуатационно оптимальную вязкость топлива, и может быть использовано при создании и производстве дизельных двигателей, работающих на тяжелых сортах жидкого топлива.
Известна система по патенту № RU 2167910 (опубл. 27.05.2001), обеспечивающая снижение вязкости углеводородного сырья путем длительного нагревания, в процессе которого достигают снижение уровня его вязкости. Инерционность системы в получении результата в течении длительного времени и громоздкость установки затрудняют ее использование для обеспечения качества дизельного топлива.
Известна система подогрева топлива дизельного двигателя для снижения или регулирования его вязкости [Румб В.К., Яковлев Г.В., Шаров Г.И., Медведев В.В., Минасян М.А. Судовые энергетические установки: Учебник СПбГМТУ. - СПб, 2007. - 622 с., ISBN 978-5-88303-414-4, с. 387], принятая за прототип, состоящая из напорного трубопровода, подогревателя топлива, источника теплоты, вискозиметра, блока управления, трубопровода подачи топлива в двигатель. Такая система содержит также трубопровод перепуска топлива мимо подогревателя и трубопровод перепуска топлива мимо вискозиметра со средствами переключения потока топлива через подогреватель или мимо него, а также трубопровод перепуска топлива мимо вискозиметра со средствами распределения потока топлива через вискозиметр и в обход него. Недостатком системы является нестабильность вязкости топлива в трубопроводе подачи топлива в двигатель, которая является следствием инерционности процесса регулирования тепловой мощности источника теплоты и процесса теплопередачи в подогревателе.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение устойчивости показателя вязкости топлива на входе в двигатель для обеспечения выполнения условия качественной работы топливной аппаратуры и, как следствие, повышение эффективности работы двигателя, использующего в качестве топлива тяжелые сорта жидкого топлива.
Для достижения указанного технического результата устройство подогрева топлива дизельного двигателя включает напорный трубопровод, прдогреватель, источник теплоты, вискозиметр, блок управления, трубопроводы перепуска топлива в обход нагревателя и вискозиметра и подачи топлива в двигатель. В трубопроводы на выходах из подогревателя и вискозиметра установлены датчики температуры для управляющего воздействия блока управления на источник теплоты, а на вводе в напорный трубопровод на участке между датчиком температуры топлива после подогревателя и вискозиметром установлен смеситель подогретого топлива и топлива из трубопровода перепуска.
Технический результат достигается тем, что в системе подогрева топлива дизельного двигателя устанавливают смеситель топлива, так как тепловая инерция смесительных устройств значительно меньше, чем теплообменных аппаратов поверхностного типа, и датчики температуры топлива после подогревателя и вискозиметра.
Отличием предложенного технического решения устройства подогрева топлива дизельного двигателя от прототипа является принцип регулирования вязкости топлива. В известных системах регулирование производится путем изменения тепловой мощности источника теплоты, осуществляемого блоком управления на основании замера величины вязкости топлива вискозиметром. В предлагаемом же устройстве принцип работы основан на использовании зависимости величины коэффициента вязкости топлива от температуры, при котором блок управления вырабатывает управляющие воздействия по трем параметрам - на основании замеров вязкости топлива вискозиметром, температуры топлива на выходе из подогревателя и температуры топлива на выходе из вискозиметра. Управление процессом производится в двух элементах системы, а именно, в источнике теплоты и в дополнительно установленном в устройстве смесителе, при этом управление источником теплоты осуществляется так, чтобы температура на выходе из подогревателя топлива превышала значение температуры на выходе из вискозиметра на величину, достаточную для того, чтобы обеспечить в смесителе температуру, соответствующую требуемой вязкости топлива при регулировании мощности двигателя. При этом управление смесителем осуществляется так, чтобы смесь подогретого топлива и топлива, поступившего из трубопровода перепуска топлива в обход подогревателя имела вязкость, требуемую для качественной работы топливной аппаратуры дизельного двигателя, которая устанавливается соответствующей документацией на двигатель.
Система подогрева топлива дизельного двигателя представлена на рисунках: Фиг. 1 - структурная схема заявляемого устройства; Фиг. 2 - схема устройства-прототипа.
Система подогрева топлива дизельного двигателя (Фиг. 1) включает напорный трубопровод 1, трубопровод 2 перепуска топлива в обход подогревателя, источник теплоты 3, подогреватель 4, датчик температуры 5, смеситель топлива 6, блок управления 8, вискозиметр 9, датчик температуры 10, трубопровод 11 перепуска топлива в обход вискозиметра 9, со средствами 7 распределения потока топлива через вискозиметр и в обход него, трубопровод 12 подачи топлива в двигатель.
Устройство подогрева топлива работает следующим образом. По напорному трубопроводу 1 топливо последовательно поступает в подогреватель 4 топлива, датчик температуры 5, смеситель 6, вискозиметр 9, затем после датчика температуры 10 по трубопроводу 12 подачи топлива поступает в дизельный двигатель. Датчики температуры 5 и 10 фиксируют температуру топлива после подогревателя 4 и вискозиметра 9, показания которых вместе с показаниями вискозиметра 9 соответственно поступают на блок управления 8.
Блок управления 8 выдает управляющее воздействие на источник теплоты 3: увеличение мощности источника теплоты 3 производится в случае превышения рекомендованного для дизельного двигателя значения величины вязкости и в случае, когда величина перепада температуры топлива на выходе из подогревателя 4 и после вискозиметра 9 становится меньше заданной величины, например, 5-15 К; уменьшение мощности источника теплоты 3 осуществляется при снижении величины вязкости топлива ниже рекомендованного значения и в случае, когда величина перепада температуры топлива на выходе из подогревателя 4 и после вискозиметра 9 становится больше заданной величины.
Также блок управления 8 путем регулирования расходов топлива через трубопровод 2 перепуска топлива и через подогреватель 4 управляет работой смесителя 6, а именно, по сигналу вискозиметра 9 при превышении вязкости топлива заданной величины смеситель 6 уменьшает расход топлива поступающего через перепускной трубопровод 2, таким образом повышается температура и снижается вязкость топлива поступающего в двигатель. При понижении вязкости топлива смеситель 6 увеличивает расход топлива через перепускной трубопровод 2, снижая тем самым температуру и повышая его вязкость до величины, обеспечивающей качественную работу топливной аппаратуры дизельного двигателя.
Таким образом, по сигналам с вискозиметра 9 и датчиков температуры топлива 5 и 10 блок управления 8 формирует управляющее воздействие на источник теплоты 3, который, в свою очередь, подавая большее или меньшее количество теплоты, управляет работой подогревателя 4 для поддержания температуры топлива на выходе из последнего выше уровня, соответствующего требуемой вязкости топлива оптимальной для качественной работы топливной системы дизельного двигателя в соответствии с эксплуатационной документацией.
При работе дизельного двигателя на топливе, не требующим подогрева и регулирования вязкости, топливо из напорного трубопровода 1 последовательно проходит по трубопроводам 2 и 11 перепуска в обход подогревателя 4 и вискозиметра 9 и по трубопроводу 12 поступает в дизельный двигатель.
Подтверждение положительного эффекта обосновано тем, что вследствие гарантированного наличия перед смесителем топлива с температурой, превышающей требуемую по условию обеспечения вязкости, процесс регулирования путем теплопередачи в подогревателе, в котором имеется тепловая инерция, величина которой определяется скоростью изменения тепловой мощности источника теплоты и скоростью изменения теплового состояния теплообменной поверхности подогревателя, заменен на процесс смешения, в котором инерция процесса определяется скоростью срабатывания смесителя. Тепловая инерция смесительных устройств значительно меньше, чем теплообменных аппаратов поверхностного типа.