Двухтопливная система питания автотракторного дизеля
AUTOMOTIVE DIESEL DUAL FUEL FEED SYSTEM

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Известна двухтопливная система питания автотракторного дизеля (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 биологического топлива, трехходовой кран, линию забора биологического топлива, топливный насос высокого давления (ТНВД), соединенный с линиями забора минерального и биологического топлива.
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.
Недостатком данной системы питания является невозможность обработки ультразвуком минерального и биологического топлива непосредственно в процессе работы автотракторного дизеля.
Известна двухтопливная система питания автотракторного дизеля (АС РФ №2008505, МПК F02M 43/00. Система питания многотопливного двигателя / В.Т. Калашник, В.Н. Холявко; Кременчугский автомобильный завод. - №4936730/06; заявл. 16.05.1991; опубл. 28.02.1994), содержащая бак минерального топлива, бак биологического топлива, перепускной кран, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтров тонкой и грубой очистки топлива, линию забора биологического топлива, ТНВД, соединенный с линиями забора минерального и биологического топлива.
Пуск и прогрев дизеля осуществляются на минеральном топливе. При этом перепускной кран закрыт и топливо из бака минерального топлива, пройдя через фильтры очистки топлива, подается топливоподкачивающим насосом в ТНВД, форсунку и далее впрыскивается цилиндр дизеля. После прогрева дизеля на минеральном топливе открывают перепускной клапан, при этом перекрывается подача минерального топлива и открывается подача биологического топлива, которое подается электрическим насосом из бака биологического топлива через фильтры очистки топлива в ТНВД и далее форсункой впрыскивается в цилиндр дизеля.
Недостатком данной системы питания является невозможность обработки ультразвуком минерального и биологического топлива непосредственно в процессе работы автотракторного дизеля.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является двухтопливная система питания автотракторного дизеля (Патент РФ №2484290, МПК F02M 43/00. Двухтопливная система питания тракторного дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.А. Сидоров, Л.И. Сидорова; ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - №2012115021/06; заявл. 16.04.2012; опубл. 10.06.2013), содержащая бак минерального топлива, бак дизельного смесевого топлива, линии забора минерального и дизельного смесевого топлива с установленными в них электромагнитными клапанами, электрически соединенными с электронным блоком управления, топливные фильтры, топливоподкачивающий насос, ТНВД и форсунки.
Пуск и прогрев дизеля осуществляются на минеральном топливе. При этом электромагнитный клапан в линии забора минерального топлива открыт, а электромагнитный клапан в линии забора смесевого топлива закрыт и топливо из бака минерального топлива, пройдя фильтр грубой очистки, электромагнитный клапан в линии забора минерального топлива, подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки в ТНВД, форсунки и далее впрыскивается в цилиндр дизеля. После прогрева дизеля электромагнитный клапан в линии забора минерального топлива закрывается, а электромагнитный клапан в линии забора смесевого топлива открывается и смесевое топливо из бака, пройдя фильтр грубой очистки, электромагнитный клапан в линии забора смесевого топлива, подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки в ТНВД, форсунки и далее впрыскивается в цилиндр дизеля.
Недостатком данной системы питания является невозможность обработки ультразвуком минерального и смесевого топлива непосредственно в процессе работы автотракторного дизеля.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков и от его применения получен следующий технический результат: за счет ультразвуковой обработки повышается энергетический эквивалент минерального и дизельного смесевого топлива, а компоненты дизельного смесевого топлива более качественно смешиваются между собой с образованием мелкодисперсной среды.
Указанный технический результат достигается тем, что двухтопливная система питания автотракторного дизеля содержит бак минерального топлива, бак дизельного смесевого топлива, линии забора минерального и смесевого топлива, топливный фильтр грубой очистки, топливный фильтр тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, ТНВД и форсунки, при этом в месте сообщения линий забора минерального и смесевого топлива между собой размещен переключатель вида моторного топлива, а между фильтром тонкой очистки топлива и ТНВД установлен цилиндрический корпус с входным и выходным каналами, во внутренней полости которого размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний, электрически соединенный с блоком формирования колебаний высокой частоты, питающимся постоянным током напряжением 12 В от бортовой электросети автотранспортного средства, причем объем бака минерального топлива составляет 10-12% от объема бака дизельного смесевого топлива.
Введение новых элементов (переключателя вида моторного топлива, цилиндрического корпуса для ультразвуковой обработки топлива, пьезоизлучателя, блока формирования высокочастотных колебаний и источника питания), наличие новых гидравлических, электрических и функциональных связей между ними обеспечивает не только ультразвуковую обработку минерального и дизельного смесевого топлива, но и более качественное смешивание компонентов дизельного смесевого топлива и повышение его энергетического эквивалента.
На фиг. 1 показана схема двухтопливной системы питания автотракторного дизеля.
Двухтопливная система питания автотракторного дизеля содержит бак минерального топлива 1, бак дизельного смесевого топлива 2, линии забора минерального и дизельного смесевого топлива 3 и 4, топливный фильтр грубой очистки 5, топливный фильтр тонкой очистки 6, топливоподкачивающий насос 7, топливный насос высокого давления (ТНВД) 8 и форсунки 9, при этом в месте сообщения линий забора минерального и смесевого топлива 3 и 4 между собой размещен переключатель вида моторного топлива 10, а между фильтром тонкой очистки топлива 6 и ТНВД 8 установлен цилиндрический корпус 11 с входным и выходным каналами 12 и 13, во внутренней полости которого размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний, электрически соединенный с блоком формирования колебаний высокой частоты 14, питающимся постоянным током напряжением 12 В от бортовой электросети автотранспортного средства, причем объем бака минерального топлива 1 составляет 10-12% от объема бака дизельного смесевого топлива 2.
Работает двухтопливная система питания автотракторного дизеля следующим образом.
Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом переключатель вида моторного топлива 10 устанавливают в положение, при котором минеральное топливо из бака 1, пройдя фильтр грубой очистки 5, подается топливоподкачивающим насосом 7 через фильтр тонкой очистки 6 по входному каналу 12 во внутреннюю полость корпуса 11 пьезоизлучателя.
Напряжение от источника тока подается в электрическую цепь блока 14, в котором происходит формирование высокочастотных командных импульсов, подаваемых в цепь пьезоизлучателя. Последний возбуждает ультразвуковые колебания с частотой излучения 25 кГц. Под действием ультразвуковых колебаний, создаваемых пьезоизлучателем, в топливе происходит разрыв межмолекулярных связей атомов углеводородов и переход молекул водорода в более возбужденное спин-состояние, увеличивающее их реактивность. Далее обработанное ультразвуком минеральное топливо по выходному каналу 13 поступает в ТНВД 8, форсунки 9 и впрыскивается в цилиндр дизеля. При этом увеличивается дальнобойность струи топлива и происходит более равномерное распределение топлива по всему объему камеры сгорания, что способствует более полному сгоранию рабочей смеси и меньшим выбросам в атмосферу продуктов неполного сгорания.
После прогрева дизеля на минеральном топливе переключатель вида моторного топлива 10 переводят в положение, при котором дизельное смесевое топливо из бака 2, пройдя фильтр грубой очистки 5, подается топливоподкачивающим насосом 7 через фильтр тонкой очистки 6 по входному каналу 12 во внутреннюю полость корпуса 11 пьезоизлучателя.
Под действием ультразвуковых колебаний, создаваемых пьезоизлучателем, во внутренней полости корпуса 11 происходят процессы, аналогичные процессам, наблюдаемым при озвучивании минерального топлива. Кроме того, при этом биологический и минеральный компоненты дизельного смесевого топлива не только более качественно смешиваются между собой с образованием однородной мелкодисперсной среды, но и за счет появления эффекта кавитации происходит отрыв радикалов углеводородных групп от одного вида высших жирных кислот, содержащихся в биологическом компоненте (например, растительном масле), и присоединение их к другому виду жирных кислот, что улучшает физико-химические свойства (плотность,
вязкость, поверхностное натяжение и др.) и повышает энергетический эквивалент такого двухкомпонентного топлива. Из внутренней полости корпуса 11 озвученное дизельное смесевое топливо по выходному каналу 13 поступает в ТНВД 8 и далее форсунками 9 впрыскивается в цилиндр дизеля.
Дизельное смесевое топливо, заливаемое в бак 2, приготавливается в условиях нефтебазы в процентном соотношении минерального и биологического компонентов, например, 50:50.
Заявленная двухтопливная система питания автотракторного дизеля технически реализуема.
На фиг. 2 показан ультразвуковой смеситель, содержащий пьезоизлучатель, размещенный в цилиндрическом корпусе с входным и выходным каналом, и соединенный электропроводами с блоком формирования колебаний высокой частоты.
На фиг. 3 показано место установки элементов ультразвукового смесителя на тракторный дизель. Цилиндрический корпус устанавливается в штатную систему питания дизеля между фильтром тонкой очистки топлива и ТНВД, а блок формирования колебаний высокой частоты размещается в кабине трактора.
Для оценки влияния дизельного смесевого топлива, обработанного и необработанного ультразвуком, на мощностные, топливно-экономические и экологические показатели тракторного дизеля, выполнен комплекс экспериментальных исследований в стендовых и эксплуатационных условиях (фиг. 4, 5, 6).
-1
Результаты экспериментальных исследований дизеля Д-243-648 в номинальном режиме (n=2200 мин) при работе на минеральном дизельном топливе (ДТ) и дизельном смесевом сафлоро-минеральном топливе, обработанном и необработанном ультразвуком, с соотношением биологического (сафлорового масла) и минерального (дизельного топлива) компонентов 50:50, свидетельствуют о том, что при работе дизеля на смесевом сафлоро-минеральном топливе, обработанном ультразвуком,
ухудшение мощностных и топливно-экономических показателей дизеля происходит на меньшую величину по сравнению с работой дизеля на смесевом сафлоро-минеральном топливе, необработанном ультразвуком.
При работе дизеля на озвученном смесевом топливе 50%СафМ+50%ДТ (УЗ), по сравнению с работой на минеральном ДТ, эффективная мощность снижается с 61 кВт до 59,7 кВт, часовой и удельный эффективный расходы топлива повышаются соответственно с 14,6 кг/ч до 15,3 кг/ч и с 239 г/кВт⋅ч до 256 г/кВт⋅ч, дымность отработавших газов (ОГ) уменьшается с 40% до 24%, тогда как на необработанном смесевом топливе 50%СафМ+50%ДТ эффективная мощность снизилась с 61 кВт до 58,8 кВт, часовой и удельный эффективный расходы топлива возросли с 14,6 кг/ч до 15,6 кг/ч и с 239 г/кВт⋅ч до 264 г/кВт⋅ч, а дымность ОГ уменьшилась с 40% до 26%.
Применение дизельного смесевого топлива 50%СафМ+50%ДТ (УЗ), обработанного ультразвуком, по сравнению с необработанным топливом аналогичного состава 50%СафМ+50%ДТ, приводит к увеличению эффективной мощности с 58,8 кВт до 59,7 кВт, уменьшению часового и удельного эффективного расходов топлива соответственно с 15,6 кг/ч и 264 г/кВт⋅ч до 15,3 кг/ч и 256 г/кВт⋅ч, а также к снижению дымности ОГ с 26% до 24%.
Таким образом, при работе дизеля на смесевом сафлоро-минеральном топливе, обработанном ультразвуком, мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля улучшаются.
Преимуществами разработанной двухтопливной системы питания автотракторного дизеля является практическая возможность обработки дизельного смесевого топлива ультразвуком с частотой излучения 25 кГц непосредственно на «борту» автотракторной техники, широкая доступность комплектующих изделий, возможность изготовления на малых предприятиях, конкурентоспособность, не требуют больших капитальных вложений, малый срок окупаемости. Система питания со встроенным ультразвуковым смесителем обеспечивает ультразвуковую обработку дизельного смесевого топлива с любым видом минерального и биологического компонентов.