Результат интеллектуальной деятельности: Двухтопливная система питания автотракторного дизеля

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 растительного масла, трехходовой кран, линию забора биологического топлива, топливный насос высокого давления (ТНВД), соединенный с линиями забора минерального топлива и растительного масла.

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 дизеля является невозможность ультразвуковой обработки минерального топлива и растительного масла.

Известна двухтопливная система питания автотракторного дизеля (А.С. 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 растительного масла (биологического топлива), перепускной кран, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтров тонкой и грубой очистки топлива, линию забора растительного масла, ТНВД, соединенный с линиями забора минерального топлива и растительного масла.

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 растительного масла, которое подается электрическим насосом из бака растительного масла через фильтры очистки топлива в ТНВД и далее форсункой впрыскивается в цилиндр дизеля.

Недостатками данной системы питания дизеля является невозможность ультразвуковой обработки минерального топлива и растительного масла.

Известна 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 (биологического 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.

Недостатками данной системы питания дизеля является невозможность ультразвуковой обработки минерального топлива и растительного масла.

Известна система питания дизеля (Патент US №7568474. Method and device for operating a diesel motor using a fuel that comprises vegetabale oils or recycled vegetable oils (Способ и устройство для работы дизельного двигателя с использованием топлива, содержащего растительные масла или переработанные растительные масла) /S.A. Rudolph P.R. Rudolph. - №10/543890; заявл. 27.01.2004; опубл. 08.04.2009), содержащая бак биологического топлива (растительного масла или переработанного растительного масла), топливные фильтры, топливоподкачивающий насос, ТНВД, форсунки, устройство для ультразвуковой обработки растительного топлива, расположенного на или в корпусе резервуара. Пуск, прогрев и последующая работа дизеля на других режимах осуществляется на растительном топливе (растительном масле или переработанном растительном масле).

Недостатками данной системы питания является невозможность работы дизеля на двух разнородных видах моторного топлива (например, на минеральном и смесевом), а также невозможность ультразвуковой обработки минерального топлива и растительного масла.

Известно ультразвуковое устройство, которое при условии выполнения определенных технических операций может использоваться в двухтопливной системе питания автотракторного дизеля (Патент РФ №2546891, МПК F02D 19/08, F02M 43/00, B01F 11/02, B01F 3/08. Ультразвуковой смеситель растительного масла и минерального топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, И.Ф. Адгамов; ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - №2014112926/06; заявл. 02.04.2014; опубл. 10.04.2015), содержащее источник тока, блок формирования колебаний высокой частоты, электрически соединенный с излучателем ультразвуковых колебаний, размещенным в полости цилиндрического корпуса, имеющего два входных и выходной каналы. Через входные каналы подводятся минеральное топливо и растительное масло для их смешивания и обработки ультразвуком.

Недостатком данного ультразвукового устройства является невозможность накопления и увеличения энергии высокочастотных колебаний в полости цилиндрического корпуса, в котором размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является двухтопливная система питания автотракторного дизеля (Патент РФ №2615880, МПК F02D 19/06. F02M 43/00 F02M 27/08 Двухтопливная система питания автотракторного дизеля / А.П. Уханов, А.Д. Уханов, Ю.В. Уханова; ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ. - №2016107519/06; заявл. 01.03.2016; опубл. 11.04.2017), содержащая бак минерального топлива, бак дизельного смесевого топлива, линии забора минерального и дизельного смесевого топлива, топливный фильтр грубой очистки, топливный фильтр тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки, при этом в линиях забора минерального и смесевого топлива 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.

Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом переключатель вида моторного топлива устанавливают в положение, при котором минеральное топливо из бака, пройдя фильтр грубой очистки, подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки по входному каналу во внутреннюю полость корпуса пьезоизлучателя. Напряжение от источника тока подается в электрическую цепь блока, в котором происходит формирование высокочастотных командных импульсов, подаваемых в цепь пьезоизлучателя. Далее обработанное ультразвуком минеральное топливо по выходному каналу поступает в ТНВД, форсунки и впрыскивается в цилиндр дизеля. После прогрева дизеля на минеральном топливе переключатель вида моторного топлива переводят в положение, при котором дизельное смесевое топливо из бака, пройдя фильтр грубой очистки, подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки по входному каналу во внутреннюю полость корпуса пьезоизлучателя. Из внутренней полости корпуса озвученное дизельное смесевое топливо по выходному каналу поступает в ТНВД и далее форсунками впрыскивается в цилиндр дизеля.

Недостатками данной системы питания дизеля является невозможность накопления и увеличения энергии высокочастотных колебаний в полости цилиндрического корпуса, в котором размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков и от его применения получен следующий технический результат: практическая возможность накопления и увеличения энергии высокочастотных колебаний в полости корпуса, в котором размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний.

Указанный технический результат достигается тем, что двухтопливная система питания автотракторного дизеля содержит бак минерального топлива, бак растительного масла, линии забора минерального топлива и растительного масла, топливный фильтр грубой очистки, топливный фильтр тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, форсунки и корпус с входными каналами для подвода минерального топлива и растительного масла и выходным каналом, во внутренней полости корпуса размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний, электрически соединенный с блоком формирования колебаний высокой частоты, питающимся постоянным током напряжением 12 В от бортовой электросети автотракторного средства, при этом корпус имеет конусно-цилиндрическую форму, большее основание конусной части корпуса направлено в сторону баков минерального топлива и растительного масла и с помощью входных каналов соединяется с ними, а пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний размещен непосредственно перед меньшим основанием конусной части корпуса, причем согласно изобретению во внутренней полости корпуса образована коническая камера-резонатор, накапливающая и увеличивающая энергию ультразвуковых колебаний.

Наличие новой конструктивной формы (конусно-цилиндрической) корпуса пьезоизлучателя, придание корпусу новых функций (корпус выполняет функции резонатора), наличие новых гидравлических и функциональных связей между элементами двухтопливной системы питания дизеля обеспечивает практическую возможность накопления и увеличения энергии высокочастотных колебаний в полости корпуса, в котором размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний.

На чертеже показана схема двухтопливной системы питания автотракторного дизеля.

Двухтопливная система питания автотракторного дизеля содержит бак минерального топлива 1, бак растительного масла 2, линии забора минерального топлива и растительного масла 3 и 4, топливный фильтр грубой очистки 5, топливный фильтр тонкой очистки 6, топливоподкачивающий насос 7, топливный насос высокого давления 8, форсунки 9 и корпус 10 с входными 11, 12 и выходным 13 каналами для подвода минерального топлива и растительного масла, во внутренней полости которого размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний 14, электрически соединенный с блоком формирования колебаний высокой частоты 15, питающимся постоянным током напряжением 12 В от бортовой электросети автотракторного средства, при этом корпус 10 имеет конусно-цилиндрическую форму, большее основание конусной части корпуса 10 направлено в сторону баков минерального топлива 1 и растительного масла 2 и с помощью входных каналов 11, 12 соединяется с ними, а пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний 14 размещен непосредственно перед меньшим основанием конусной части корпуса 10, причем во внутренней полости корпуса 10 образована коническая камера-резонатор 16, накапливающая и увеличивающая энергию ультразвуковых колебаний.

Работает двухтопливная система питания автотракторного дизеля следующим образом.

Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом электрическая цепь пьезоизлучателя 13 отключена от источника тока и минеральное топливо через открытый кран бака 1, за счет разрежения, создаваемого топливоподкачивающим насосом 7, проходит через внутреннюю полость корпуса 10 и топливные фильтры 5 и 6 к ТНВД 8 и далее форсунками 9 впрыскивается в камеру сгорания дизеля.

После прогрева дизель переводят на работу на смесевом топливе. Для этого электрическую цепь пьезоизлучателя 14 подключают к источнику тока и открывают кран бака растительного масла 2. При этом минеральное топливо из бака 1 и растительное масло из бака 2 за счет разрежения, создаваемым топливоподкачивающим насосом 7, через входные каналы 11, 12 поступает во внутреннюю полость корпуса 10. Напряжение от источника тока подается в электрическую цепь блока 15, в котором происходит формирование высокочастотных командных импульсов, подаваемых в цепь пьезоизлучателя 14. Последний возбуждает ультразвуковые колебания с частотой излучения 25 кГц. Под действием ультразвуковых колебаний в минеральном топливе и растительном масле происходит разрыв межмолекулярных связей атомов углеводородов и переход молекул водорода в более возбужденное спин-состояние, увеличивающее их реактивность. За счет появления эффекта кавитации происходит отрыв радикалов углеводородных групп от одного вида высших жирных кислот, содержащихся в 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 минерального топлива и растительного масла. В конической камере-резонаторе 16 корпуса 10 минеральное топливо и растительное масло не только смешиваются между собой с образованием мелкодисперсного смесевого топлива, но и за счет увеличенной резонатором энергии колебаний, накопления и не сбалансированности высокочастотного излучения поток смесевого топлива движется в сторону выходного канала 13 корпуса 10 с более высокой скоростью по сравнению со скоростью, создаваемой только за счет механической энергии разрежения топливоподкачивающего насоса 7, что обеспечивает неразрывность и сплошность потока смесевого топлива при его движении через топливные фильтры 5 и 6, ТНВД 8 и форсунки 9, а в конечном итоге снижение энергозатрат на перекачку и стабильную подачу смесевого топлива в камеру сгорания дизеля независимо от его нагрузочно-скоростного режима. При этом также увеличивается дальнобойность струи смесевого 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.

Заявленная двухтопливная система питания автотракторного дизеля технически реализуема.

Преимуществами разработанной двухтопливной системы питания автотракторного дизеля является практическая возможность обработки в процессе приготовления смесевого топлива ультразвуком, накопления и увеличения энергии высокочастотных колебаний непосредственно на «борту» автотракторного средства, широкая доступность комплектующих изделий, возможность изготовления на малых предприятиях, конкурентоспособность, не требуют больших капитальных вложений, малый срок окупаемости.