СИСТЕМА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ТАКОЙ СИСТЕМОЙ
SYSTEM OF FUEL TANKS AND VEHICLE EQUIPPED THEREWITH

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе топливных баков и к транспортному средству с такой системой в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
В документе US 4930537 раскрывается топливная система грузового автомобиля с несколькими топливными баками и с перепускной трубкой, соединяющей два бака. При этом всасывающая трубка подсоединяется только к одному, основному баку. С перепускной трубкой соединяется возвратная трубка.
В другом варианте возвратная трубка может подсоединяться непосредственно к основному баку. Этот способ передачи жидкости между топливными баками, используемый в этой системе, обычно указывается как сифонирование. Внутри бака расположена трубка Вентури, через которую осуществляется выпуск из бака, когда он полностью заполнен.
В технике известен способ использования двух баков с топливом для двигателя на грузовом автомобиле. С одной стороны, потребители заинтересованы в том, чтобы использовался один топливный бак, имеющий большой объем, а, с другой стороны, место для установки бака весьма ограниченно, особенно на грузовых автомобилях. Поскольку ограничения по месту для размещения не позволяют установить один топливный бак большого объема, то его разбивают на два бака: один основной бак, имеющий большой объем, и дополнительный бак меньшего объема, и эти баки устанавливаются по обеим сторонам рамы транспортного средства. Система топливопроводов, соединяющих баки и подводящих топливо к двигателю, сложна и дорогостояща. Часто топливо по меньшей мере из одного бака не может быть полностью израсходовано, и заправка баков должна выполняться в определенном порядке, а именно, сначала должен быть заправлен один определенный бак, прежде чем можно будет заправлять другой бак.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание системы топливных баков, в которой улучшено использование топлива и используется более экономичная система трубопроводов между баками и двигателем. Другой целью изобретения является транспортное средство с системой топливных баков, в которой обеспечивается надежное выравнивание уровней топлива в баках.
Указанные цели изобретения достигаются с использованием признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие пункты формулы изобретения и описание раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Предлагаемая в настоящем изобретении система топливных баков для транспортного средства, в частности для грузового автомобиля, содержит по меньшей мере первый топливный бак и второй топливный бак, которые соединены между собой уравнительной трубкой, всасывающую трубку для подачи топлива в двигатель и возвратную трубку для подачи топлива от двигателя по меньшей мере в один из топливных баков. Уравнительная трубка имеет первый конец для подачи топлива в первый бак и второй конец для всасывания топлива из второго бака, причем выше возвратной трубки по потоку в уравнительной трубке между указанными по меньшей мере двумя баками установлен обратный клапан, разрешающий движение потока в направлении от второго бака к первому баку и предотвращающий поток в обратном направлении.
Достоинством такой конструкции является обеспечение автоматической продувки, позволяющей удалить воздух из уравнительной трубки между первым и вторым баками. В предпочтительных вариантах обратный клапан имеет низкое давление открытия, соответствующее разнице высот, не превышающей 100 мм разности высот уровней топлива, в частности не превышающей 500 Па.
Достоинством предлагаемой в изобретении системы топливных баков является полное использование топлива, как из основного, так и из дополнительного баков. В предлагаемой системе может использоваться более двух топливных баков, например, один основной бак и два или несколько дополнительных баков. Точка всасывания в дополнительном баке может находиться у самого его дна, так что будет улучшаться степень использования топлива. В предлагаемой системе не требуется выполнять специальный порядок заправки баков. Конструкция трубопроводов между баками и двигателем упрощена и более экономична в производстве. Исключаются дополнительные блоки сопряжения на баках. Могут использоваться существующие конструкции баков. Второй бак может иметь меньший объем по сравнению с первым баком. В частности, предлагаемая система топливных баков обеспечивает надежную работу для разных величин обратного потока от двигателя к системе топливных баков.
В частности, диаметр обратной топливной трубки может быть меньше диаметра уравнительной трубки. В предлагаемой системе соотношение размеров обратной топливной трубки и уравнительной трубки может быть подобрано таким образом, чтобы в процессе движения обеспечивался сифонный эффект. Специалист в данной области может выполнить соответствующий расчет на основе параметров, влияющих на режим работы, таких как всасывающая сила обратного потока топлива в эжекторе, расход потока возвращаемого топлива и другие параметры.
Кроме того, соединение между обратной и уравнительной трубками может быть выполнено таким образом, чтобы топливо, поступающее в уравнительную трубку, подавалось в направлении первого бака, в котором установлена всасывающая трубка (всасывание с помощью топливного насоса), в результате чего в процессе движения поддерживается сифонный эффект. В предпочтительных вариантах система топливных баков может быть выполнена с возможностью удаления всего воздуха из уравнительной трубки с использованием скорости обратного потока топлива в обратной трубке, в эжекторе и в обратном клапане. Система продувается автоматически также после полного израсходования топлива в одном из баков. После заправки этого бака система автоматически запускается снова.
Соединительный топливопровод (уравнительная трубка) между вторым и первым баками может быть встроен в возвратную трубку, предназначенную для удаления топлива из двигателя в систему топливных баков, путем встраивания возвратного клапана в трубопровод и соответствующего расположения возвратной трубки относительно возвратного клапана. Диаметр уравнительной трубки между топливными баками может быть больше диаметра обычной возвратной трубки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения обратная и уравнительная трубки могут быть соединены на эжекторе, поддерживающем подачу топлива от второго бака в первый бак, причем обратная трубка может быть прикреплена к стороне высокого давления эжектора, и уравнительная трубка может быть прикреплена к его стороне всасывания. При таком устройстве эжектор будет обеспечивать отсасывание топлива из второго бака. Причем топливо не может возвращаться из двигателя или подаваться из первого бака во второй бак. Эжектор обеспечивает уровень топлива во втором баке, которое будет несколько ниже уровня топлива в первом баке. В результате, будет обеспечиваться полное использование топлива из второго бака без подачи воздуха из него в первый бак. Эжектор может быть выполнен соответствующим образом для удерживания необходимой разницы уровней топлива в баках.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения обратный клапан может быть расположен в секции уравнительной трубки внутри второго бака. В этом случае обеспечивается компактное размещение клапана. В другом варианте обратный клапан может быть расположен в части уравнительной трубки снаружи второго бака. Специалист в данной области техники может выбрать соответствующее расположение клапана в зависимости от характеристик конкретной системы топливных баков.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом уравнительная трубка может иметь первую секцию внутри первого бака, вторую секцию внутри второго бака и третью секцию, соединенную на первой стороне с самой верхней частью первого бака и на второй стороне с самой верхней частью второго бака в геодезических координатах. Достоинством такой конструкции с расположением соединительных отверстий в верхних частях баков является то, что могут использоваться стандартные геометрические формы баков.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом в первом баке установлена всасывающая трубка, обеспечивающая подачу топлива из первого бака в двигатель. В предпочтительном варианте топливо подается в двигатель только по всасывающей трубке, присоединенной к первому баку. Поскольку подача топлива в двигатель осуществляется только из первого бака, то конструкция второго бака может быть упрощена. Первый бак используется как основной топливный бак, а второй бак используется как дополнительный топливный бак.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом в первом баке может использоваться датчик уровня топлива, измеряющий уровень топлива в первом баке. В предпочтительном варианте, поскольку всасывание топлива осуществляется только из первого бака, все топливо, возвращающееся из двигателя, может быть направлено обратным клапаном в первый бак.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом каждый из топливных баков может иметь отдельные воздухопроводы, подающие воздух в каждый бак независимо от другого бака. Система топливных баков становится более надежной, поскольку может быть исключен воздухопровод между первым и вторым баками. В этом случае устраняются проблемы с замерзанием воды, конденсирующейся в общем воздухопроводе. В другом варианте первый и второй баки могут быть соединены одним общим воздухопроводом. В этом случае используется лишь один воздушный фильтр.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом зазор между вторым концом уравнительной трубки и дном второго бака может иметь величину, не превышающую 4 см, предпочтительно не превышающую 2 см. Таким образом, топливо во втором баке может быть израсходовано практически полностью, в результате чего улучшается использование топлива в системе топливных баков.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом обратная трубка может быть соединена с уравнительной трубкой в блоке клапана, содержащего эжектор, поддерживающий подачу топлива из второго бака в первый бак, причем обратный клапан и эжектор могут быть встроены в блок клапана. В предпочтительном варианте обратный клапан и/или эжектор могут иметь быстродействующие соединения с защелкиванием для присоединения и отсоединения уравнительной трубки и/или возвратной трубки.
В изобретении предлагается также транспортное средство, содержащее систему топливных баков для подачи топлива в двигатель. К самым верхним частям по меньшей мере первого и второго баков присоединяется уравнительная трубка. Топливные баки могут иметь одинаковый объем или разные объемы.
В соответствии с предпочтительным вариантом уравнительная трубка может быть расположена внутри короба на раме транспортного средства.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом только в первом баке установлена всасывающая трубка, обеспечивающая подачу топлива в двигатель. В первом баке может быть установлен топливный насос.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения, его особенности и достоинства можно лучше всего понять из нижеприведенного описания некоторых вариантов осуществления изобретения, которые не ограничивают его объем, со ссылками на чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схема предпочтительного варианта системы топливных баков в соответствии с изобретением;
на фиг.2а - вид предпочтительного варианта блока клапана с обратным клапаном и эжектором;
на фиг.2б - вид сечения предпочтительной конструкции блока клапана с быстродействующими соединителями;
на фиг.2в - вид другого варианта конструкции обратного клапана с поворотным запирающим элементом;
на фиг.2г - вид другого варианта конструкции обратного клапана с тарельчатым запирающим элементом;
на фиг.2д - вид другого варианта конструкции обратного с воронкой;
на фиг.3 - вид предпочтительного варианта устройства уравнительной трубки между двумя топливными баками в соответствии с изобретением;
на фиг.4 - общий вид предпочтительной конструкции транспортного средства с системой топливных баков в соответствии с изобретением;
на фиг.5а - результаты испытаний для системы топливных баков одинакового объема;
на фиг.5б - результаты испытаний для системы топливных баков разного объема.
Осуществление изобретения
Одинаковые или сходные элементы указываются на чертежах одинаковыми ссылочными номерами. Чертежи являются всего лишь схематическими иллюстрациями, не предназначенными для точного отображения конкретных характеристик изобретения. Кроме того, чертежи предназначены для представления только типичных вариантов осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как указания, ограничивающие объем изобретения.
На фиг.1 приведена общая схема предпочтительного варианта системы 110 топливных баков в соответствии с изобретением. Система 110 топливных баков предпочтительно предназначена для использования на транспортном средстве 200 (фиг.4), в частности на грузовом автомобиле.
В приведенном варианте система 110 топливных баков содержит первый топливный бак 10, который является основным баком, имеющим большой объем, и второй топливный бак 50, который является дополнительным баком меньшего объема, причем баки соединены уравнительной трубкой 70. Одна секция 72 уравнительной трубки 70 входит в первый бак 10, и другая секция 76 входит во второй бак 50. Топливо из второго бака 50 подается по уравнительной трубке 70 в первый бак 10.
Топливо из первого бака 10 подается в двигатель 100 по всасывающей трубке 82, которая имеет фильтр 74 на стороне всасывания. Между дном 10b первого бака 10 и всасывающей трубкой 82, а именно, фильтром 74, Имеется зазор 10а.
В первый бак 10 подается воздух через вентиляционную трубку 16, в которой имеется воздушный фильтр 20 и продувочный воздушный клапан 18, например, шариковый нормально открытый клапан. В первый бак 10 проходит секция 72 уравнительной трубки 70. Уровень топлива 42 во внутреннем пространстве 14 первого бака 10 измеряется датчиком 40 уровня.
Избыток топлива возвращается из двигателя 100 по возвратной трубке 80 в первый бак 10. Предпочтительно уравнительная трубка 70 встроена в возвратную трубку 80, как это показано на фиг.1 (часть 80а трубопровода). Выпускной конец уравнительной трубки 70 (или части 80а, соответственно) в первом баке 10 может быть отведен от точки всасывания в этом баке. Этого можно достичь, используя L-образную концевую часть, горизонтальная секция которой направлена в сторону от конца всасывающей трубки 82. Достоинство такого решения заключается в том, что если топливо из второго бака 50 будет полностью израсходовано, и воздух будет всасываться через уравнительную трубку 70, всасывающая трубка 82 не будет засасывать воздух из уравнительной трубки 70.
Между первым баком 10 и насосом 30 обогревателя кабины может быть дополнительно установлена трубка 32 обогревателя кабины. В трубке 32 обогревателя кабины устанавливается фильтр 34. Насос 30 обогревателя кабины подает топливо в устройство (не показано), обеспечивающее обогрев кабины.
Уравнительная трубка 70, возвратная трубка 80, всасывающая трубка 82 и вентиляционная трубка 16 предпочтительно устанавливаются таким образом, чтобы они входили в бак 10 в его верхней части 12. Уравнительная трубка 70, в частности ее секция 72, возвратная трубка 80 и всасывающая трубка 82, могут быть объединены в трубный узел 86а, который может быть введен в первый бак 10 через общий проходной канал 12а.
С датчиком 40 уровня и с продувочным воздушным клапаном 18 может быть соединен блок 86, который предпочтительно прикрепляют к верхней части 12 первого бака 10 рядом со сквозным каналом 12а. Блок 86 также называется "головкой передачи уровня топлива" и может быть подсоединен к блоку управления (не показан) для передачи, например, данных об уровне топлива в блок управления.
Второй бак 50 соединяется с первым баком 10 с помощью уравнительной трубки 70. Между дном 50b второго бака 50 и уравнительной трубкой 70 обеспечивается зазор 50а, в котором на всасывающем конце 76а секции 76 уравнительной трубки 70 установлен фильтр 78. Этот зазор может быть 4 см или менее, так что топливо из второго бака 50 может быть израсходовано практически полностью.
Во второй бак 50 подается воздух через вентиляционную трубку 56, в которой имеется воздушный фильтр 60 и продувочный воздушный клапан 58, например, шариковый нормально открытый клапан. Во второй бак 50 проходит секция 76 уравнительной трубки 70. Датчик уровня для измерения уровня топлива во внутреннем пространстве 54 второго бака 54 устанавливать необязательно. В предпочтительных вариантах уровень топлива во втором баке 50 равен или немного ниже уровня топлива в первом баке 10. Это показано на фиг.1 обозначением Ah разницы уровней топлива в первом 10 и втором 50 баках.
Уравнительная трубка 70 и вентиляционная трубка 56 предпочтительно устанавливаются таким образом, чтобы они входили в бак 50 в его верхней части 52. Уравнительная трубка 70, в особенности ее секция 76, может быть размещена в трубном узле 84а, который может быть введен во второй бак через сквозной канал 52а.
К продувочному воздушному клапану 58 может быть присоединен блок 84, также называемый "головкой передачи уровня топлива", который предпочтительно прикрепляют к верхней части 52 второго бака 50 рядом со сквозным каналом 52а.
В части 70а между секциями 72, 76 уравнительной трубки расположен обратный клапан 92, который обеспечивает направление 46 потока топлива из второго бака 50 в первый бак 10 и предотвращает движение топлива в обратном направлении. Обратный клапан 92 устанавливается по потоку выше точки 80b соединения обратной трубки 80 с уравнительной трубкой 70. Предпочтительно уравнительная трубка 70 встроена в обратную трубку 80, формируя часть 80а трубопровода, по которой передается топливо, возвращаемое из двигателя 100, и топливо, передаваемое из второго бака 50 в первый бак 10.
Передача топлива в двигатель 100 осуществляется с помощью топливного насоса (не показан), который предпочтительно устанавливается на двигателе 100. Топливо подается непосредственно в двигатель 100 только из первого бака 10, уровень топлива в котором контролируется с помощью датчика 40. Таким образом, система топливных баков упрощается, поскольку во втором баке 50 не нужно использовать датчик уровня или всасывающую трубку для подачи топлива в двигатель 100.
Система 110 топливных баков надежна в эксплуатации. Если забивается воздушный фильтр 60 второго бака 50, то возникает небольшое разрежение, и подача топлива из бака 50 несколько затрудняется. Если забивается воздушный фильтр 20 первого бака 10, топливо из второго бака 50 будет подаваться быстрее, чем обычно. После полного расходования топлива из второго бака 50 из него в первый бак 10 будет подаваться воздух, и топливо из первого бака 10 большего объема будет подаваться в обычном порядке.
Если обратный клапан 92 (фиг.2а-2е) выходит из строя, он будет все время открыт и не будет оказывать никакого действия, пока в уравнительной трубке 70 не будет воздуха. Если в уравнительной трубке 70 будет присутствовать воздух, топливо будет возвращаться во второй бак 50, и уровень топлива в баке 10 будет быстро понижаться. Будет формироваться предупредительный сигнал для водителя, поскольку датчик 40 уровня будет измерять низкий уровень топлива.
Если обратный клапан 92 будет забит, топливо из второго бака 50 не будет использоваться.
Если отказывает эжектор 94, все топливо будет возвращаться в первый бак 10. В этом случае из второго бака 50 будет откачиваться меньше топлива. Уровень топлива во втором баке 50 станет выше, чем в первом баке 10. Топливо из второго бака 50 будет расходоваться не полностью. Если воздух поступает в секцию 76 уравнительной трубки 70 во втором баке 50, например, при снятии блока 84, воздух будет оставаться в секции 76, и топливо вообще не будет поступать из второго бака 50.
Типичные величины внутреннего диаметра составляют: 9 мм - для всасывающей трубки 82,6 мм - для обратной трубки 80 для топлива, а также для всех воздухопроводов 16, 56, и 12 мм - для уравнительной трубки 70, встроенной в возвратную трубку 80. Необходимо понимать, что могут использоваться и другие размеры, в зависимости от типа транспортного средства, на котором установлена система 110 топливных баков.
На фиг.2а и 2б иллюстрируется предпочтительная конструкция блока 90 клапана (вид продольного сечения и вид сбоку, соответственно).
Возвратная трубка 80 соединяется с уравнительной трубкой 70 для обеспечения функционального взаимодействия с эжектором 94 блока 90 клапана. Поток топлива, возвращающегося из двигателя 100 в эжектор 94, засасывает топливо из второго бака 50 в первый бак 10. Выше по потоку впускного патрубка эжектора, к которому подсоединяется возвратная трубка 80, установлен обратный клапан 92, который обеспечивает возможность прохождения потока топлива из второго бака 50 в первый бак 10 и предотвращает поток топлива в обратном направлении. В одном из вариантов эжектор 94 может иметь конструкцию, аналогичную конструкции клапана Вентури.
Для быстрого и удобного соединения уравнительной трубки 70 и возвратной трубки к узлу 90 клапана могут использоваться быстродействующие соединители. В частности, в быстродействующих соединениях может использоваться защелка, как показано на фиг.2б, которая обеспечивает быстрое подсоединение и отсоединение трубок.
Обратный клапан 92 имеет низкое давление открытия, например, соответствующее разнице высот топлива в 100 мм. В обратном клапане 92 в качестве обратного элемента может использоваться шарик, как показано на фиг.2а. В другом варианте в качестве обратного клапана 92 может использоваться клапан с поворотным запирающим элементом, как показано на фиг.2в. В другом варианте в качестве обратного клапана 92 обратного элемента может использоваться клапан с тарельчатым запирающим элементом, как показано на фиг.2г. В другом варианте в качестве обратного клапана 92 может использоваться клапан с воронкой, как показано на фиг.2д. Разрешенное направление потока показано стрелкой.
На фиг.3 и 4 показан предпочтительный вариант системы 110 топливных баков на транспортном средстве. На фиг.3 показана система 110 топливных баков, содержащая два бака 10, 50, соединенных уравнительной трубкой в соответствии с изобретением. На фиг.4 показан общий вид транспортного средства 200.
Каждый из баков 10, 50 прикреплен к одной продольной балке 210а, 210b рамы по обеим сторонам рамы 210 транспортного средства. Средняя часть уравнительной трубки 70 объединена с возвратной трубкой 80 и расположена внутри короба 212 между продольными балками 210а, 210b транспортного средства. Блок 90 клапана может быть расположен внутри или снаружи второго бака 50.
Результаты испытаний для разных комбинаций объемов баков представлены на фиг.5а и 56, причем результаты на фиг.5а относятся к случаю баков одинакового объема, и результаты на фиг.5б относятся к бакам разных объемов. Система с двумя топливными баками была выполнена в соответствии со схемой, представленной на предыдущих фигурах.
Поскольку подача топлива в двигатель 100 (фиг.1) осуществляется только из первого бака 10, то происходит выравнивание уровней топлива в обоих баках 10, 50, причем контроль уровня топлива осуществляется с помощью датчика 40 уровня. Таким образом, система баков упрощается, поскольку во втором баке 50 не нужно использовать датчик уровня или всасывающую трубку для подачи топлива в двигатель 100.
Шумоподобный сигнал V200 представляет число оборотов двигателя, а ступенчато понижающиеся сигналы А и В представляют уровни топлива в первом и втором топливных баках в зависимости от времени.
Как указывалось, результаты, приведенные на фиг.5а, относятся к случаю топливных баков одинаковых объемов, которые содержат по 150 л топлива. Объем топлива в баках снижается от 85% в начале испытаний до примерно 30% в конце испытаний, причем видно, что изменения сигнала В с хорошей точностью отслеживают изменения сигнала А.
Результаты, приведенные на фиг.5б, относятся к случаю топливных баков разных объемов, которые содержат 150 л топлива (малый бак) и 870 л топлива (большой бак). Объем топлива в баках снижается от 85% в начале испытаний до примерно 65% в процессе испытаний, причем видно, что изменения сигнала В с хорошей точностью отслеживают изменения сигнала А.
В настоящем изобретении предлагается система топливных баков, содержащая по меньшей мере два бака, в которой обеспечивается полное расходование топлива из одного или нескольких дополнительных баков, из которых оно подается в основной бак и уже из него в двигатель. В предлагаемой системе обеспечивается улучшенное использование топлива и практически полное его расходование из одного или нескольких дополнительных баков. Точка забора (всасывания) топлива уравнительной трубки для подачи в основной бак может быть опущена до самого дна бака. В предлагаемой системе не требуется выдерживать специальный порядок заправки баков. В частности, транспортное средство можно вести с заполненным основным баком и с пустыми дополнительными баками. Прокладка трубок упрощена, в результате чего снижаются производственные расходы.