Система питания дизельного автотракторного двигателя

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в системе питания дизелей автотракторной техники, например для тракторов марки МТЗ-80, МТЗ-82 и др.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания автотракторного средства по патенту 2305791 кл. F02M 31/16, 2007, содержащая топливный бак, не приспособленность подогреватель топлива, фильтр грубой очистки топлива, топливный насос низкого давления, фильтр тонкой очистки топлива, топливный насос высокого давления, форсунку, топливопроводы.

Недостатком системы является не приспособленность к работе на рапсовом масле, в связи с его вязкостью.

Известна двухтопливная система дизеля (патент RU 2579521 кл. F02M 43/00, F02D 19/06, 2016, - прототип), содержащая бак минерального топлива, бак растительного масла, смеситель минерального топлива и растительного масла, имеющий два входных и один выходной каналы, один из входных каналов смесителя сообщен с баком топлива, другой - с баком растительного масла, перед входными каналами смесителя установлены дозаторы, пневмомеханический привод которых осуществляется через тяги мембранным исполнительным механизмом за счет разрежения во впускном коллекторе дизеля, выходной канал смесителя гидравлически соединен с линией подачи смесевого топлива, состоящей из фильтра грубой очистки, топливоподкачивающего насоса, фильтра тонкой очистки, топливного насоса высокого давления и форсунок.

Недостатком известной системы является загрязнение смесителя осадком растительного масло при его смешивании с минеральным топливом. Кроме того, при эксплуатации дизельного двигателя на растительном масле, например, рапсовом масле при температуре 20°С его вязкость (75 мм²/с) увеличивается и становится существенно больше, чем у традиционного дизельного топлива (3,8 мм²/с) (Рапсовое масло как альтернативное топливо для дизеля / В.А. Марков [и др.] // Автомобильная промышленность. - 2006. - №2. С. 1-3).

Техническим результатом изобретения является повышение экологичности дизельного топлива, снижение коксуемости рапсового масла, а также себестоимости биотоплива.

Технический результат достигается тем, что в системе питания дизельного автотракторного двигателя, включающая бак для растительного масла, бак для дизельного топлива, перед входными каналами смесителя установлены дозаторы, пневмомеханический привод которых осуществляется через тяги мембранным исполнительным механизмом за счет разрежения во впускном коллекторе дизеля, масляный фильтр тонкой очистки, топливный насос высокого давления и форсунки, между дозаторами и смесителем размещены устройства для поддержания постоянного давления дизельного топлива и растительного масла в соответствующих входных каналах смесителя, состоящие из поплавковой камеры, имеющей отверстие для сообщения внутренней полости камеры с атмосферой, впускной и выпускной каналы, и поплавка с игольчатым клапаном, установленным с возможностью изменения площади поперечного сечения впускного канала поплавковой камеры, согласно изобретения имеет сепаратор для грубой очистки соединенного с выходным отверстием бака для растительного масла, при этом выходное отверстие сепаратора соединено с масляным фильтром тонкой очистки, а в качестве смесителя использован кавитационый диспергатор выходом соединенный с топливным насосом высокого давления, а входами сообщен с устройствами для поддержания постоянного давления дизельного топлива и растительного масла.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая система питания дизельного автотракторного двигателя отличается из известной сситемы тем, что обеспечивается возможность повышение экологичности дизельного топлива, снижение коксуемости растительного масла, а также себестоимости биотоплива, что невозможно получить известными техническими решениями.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности НОВИЗНА.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ, т.к. относится к области двигателестроения и может быть использовано в системе питания дизелей автотракторной техники, например для тракторов марки МТЗ-80, МТЗ-82 и др.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена система питания дизельного автотракторного двигателя.

Система питания дизельного автотракторного двигателя последовательно содержит бак 1 для растительного масла, бак 2 для дизельного топлива, перед входными каналами 3, 4 смесителя 5 установлены дозаторы 6 и 7, пневмомеханический привод которых осуществляется через тяги 8 и 9 мембранным исполнительным механизмом 10 за счет разрежения во впускном коллекторе 11 дизеля, масляный фильтр 12 тонкой очистки, топливный насос 13 высокого давления и форсунки 14. Между дозаторами 6 и 7 и смесителем 5 размещены устройства 15, 16 для поддержания постоянного давления дизельного топлива и растительного масла в соответствующих входных каналах 3, 4 смесителя 5, состоящие из поплавковой камеры 17, имеющей отверстие для сообщения внутренней полости камеры с атмосферой, впускной и выпускной каналы 18, 19, и поплавка 20 с игольчатым клапаном 21, установленным с возможностью изменения площади поперечного сечения впускного канала 18 поплавковой камеры 17. Система имеет сепаратор 22 для грубой очистки соединенного с выходным отверстием бака 1 для растительного масла, при этом выходное отверстие сепаратора соединено с масляным фильтром 12 тонкой очистки. В качестве смесителя 5 использован кавитационый диспергатор выходом соединенный с топливным насосом 13 высокого давления, а входами сообщен с устройствами 15 и 16 для поддержания постоянного давления дизельного топлива и растительного масла.

Система питания дизельного автотракторного двигателя работает следующим образом.

При рассмотрении работы системы в качестве растительного масла использовалось рапсовое масло.

Пуск, прогрев и последующая остановка дизельного двигателя осуществляется на дизельном топливе. При этом дозатор 7 дизельного топлива полностью открыт, а дозатор 6 рапсового масла полностью закрыт. Дизельное топливо из бака 2, при открытом игольчатом клапане 21 устройства 15 для поддержания постоянного давления дизельного топлива во входном канале 4 смесителя 5, через открытый дозатор 7 поступает в смеситель 5.

Для отделения выпавшего осадка в рапсовом масле из бака 1 и смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом используют кларификацию с помощью сепаратора 22, в который подают рапсовое масло.

В процессе кларификации, через определенные промежутки времени осадок выбрасывается из сепаратора 22 наружу. В начале процесса выброса осадка (автоматическая очистка сепаратора) подачу рапсового масла в сепаратор прекращают а, оставшийся в сепараторе, удаляют впуском промывочной воды. Так как процесс кларификации известен (https://cyberpedia.su/12x430d.html), то авторы приводят работу сепаратора без ссылки на чертеж. Вода заполняет гидравлическую систему, расположенную в нижней части сепаратора, и открывает пружинные клапаны. Затем под воздействием воды движется вниз подвижная нижняя часть сепаратора. В результате этого открываются выпускные окна, расположенные по периферии сепаратора в его средней части. Осадок выталкивается через эти окна центробежной силой. Затем под воздействием воды поднимается подвижная часть сепаратора вверх в исходное положение. В результате этого выпускные окна закрываются. Затем в сепаратор подается вода для восстановления жидкостного уплотнения (водяного затвора), необходимого для процесса сепарации. После этого возобновляют подачу в сепаратор 22 необработанного рапсового топлива и продолжается процесс сепарации (https://cyberpedia.su/12x430d.html).

Затем осуществляют тонкую очистку путем фильтрации с помощью масляного фильтра 12. Очищенное рапсовое масло после фильтрации через открытый дозатор 6 и впускной канал 18 устройства 15 для поддержания постоянного давления рапсового масла, поступает в смеситель 5, в качестве которого использован кавитационый диспергатор. Кавитационное диспергирование очищенного рапсового масла с дизельным топливом взятых в соотношении 2:1 продолжительностью 30-40 минут при температуре 70°С и контролируют качество перемешивания. Время перемешивания 30-40 минут выбрано с таким расчетом, что: если перемешивание меньше этого времени, то рапсовое масло будет на дне дизельного топлива, так как его плотность составляет 830 кг/м³, а рапсового масла 916 кг/м³ и при горении выделяются смолистые вещества, которые засоряют отверстия форсунок, а если больше - то дизельное топливо растворится в рапсовом масле и процесс самовоспламенения топлива будет отсутствовать. Если перемешивание равномерное, то биодизельное топливо отправляют на хранение, если неравномерное, то его дополнительно перемешивают.

Дизельное топливо подается в топливный насос высокого давления 13 и форсунками 14 впрыскивается в камеру сгорания дизельного автотракторного двигателя. После прогрева дизельного автотракторного двигателя на дизельном топливе при соответствующей величине разрежения во впускном коллекторе 11 дизельного автотракторного двигателя срабатывает мембранный исполнительный механизм 10, который изменяет положение дозаторов 6, 7 таким образом, что дозатор 6 растительного масла при открывается, а дозатор дизельного топлива 7 прикрывается, изменяя при этом соотношение рапсового масла и дизельного топлива, поступающих через устройства 15, 16 в смеситель 5.

В случае перепада давления дизельного топлива и рапсового масла в баках 1 и 2 (при разных уровнях топлива и масла в баках, из-за различной плотности топлива и масла) и, особенно, в совокупности с малыми расходами смесевого топлива через выходной канал смесителя 5, срабатывают устройства 15, 16 для поддержания постоянного давления дизельного топлива и рапсового масла в соответствующих входных каналах 3, 4 смесителя 5. При работе дизельного автотракторного двигателя на смесевом топливе, когда уровень топлива и масла в своих поплавковых камерах 17 устройств 15, 16 достаточен, поплавки 20 всплывают и игольчатые клапаны 21 перекрывают впускные каналы 18 поплавковых камер 17. Всплытию поплавков 20 способствует также вытеснение воздуха из внутренней полости поплавковой камеры 17 через отверстие в атмосферу. Поступление топлива и масла в смеситель 5 осуществляется из поплавковых камер 17 через выпускной канал 19. В смесителе 5 оба компонента смешиваются с образованием смесевого топлива требуемого состава.

По мере расхода топлива и масла уровень их в поплавковых камерах 17 устройств 15, 16 падает, поплавки 20 опускаются и игольчатые клапаны 21 открывают впускные каналы 18, обеспечивая поступление обоих компонентов в поплавковые камеры 17. При достижении требуемого уровня поплавки 20 всплывают, а игольчатые клапаны 21 перекрывают впускные каналы 18 и поступление топлива и масла в поплавковые камеры 17 прекращается. Срабатывание устройств 15, 16 может происходить одновременно или поочередно в зависимости от уровней дизельного топлива и масла в баках 1 и 2, различия в значениях их плотности, величины расхода смесевого топлива. Однако в любом случае при разных уровнях топлива и масла в баках 1, 2 (при различных напорах двух разнородных жидкостей) и малых расходах смесевого топлива на режимах холостого хода и малых нагрузок за счет устройств 15, 16 обеспечивается одинаковое постоянное давление во входных каналах 3, 4 смесителя 5 и исключается перетекание одного вида компонента в бак другого. Кавитационное диспергирование очищенного рапсового масла с дизельным топливом проводят в соотношении 2:1 для того, чтобы:

- если больше взять соотношение то дизельное топливо будет вязкое и происходит его перенасыщение рапсовым маслом, а его коксуемость (0,4-0,5%) превышает коксуемость дизельного топлива (0,3%), что приведет ухудшению его самовоспламенению и сгоранию;

- если меньше - то будет не насыщение дизельного топлива, что приведет загрязнению окружающей среды выхлопными газами.

Кавитационное диспергирование очищенного рапсового масла с дизельным топливом осуществляется при температуре 70°С, объясняется тем, что с повышением температуры вязкость рапсового масла снижается до 17,5 мм²/с, а с понижением температуры вязкость увеличивается [Марков В.А., Стремяков А.В., Девянин С.Н. Работа транспортного дизеля на смесях дизельного топлива и рапсового масла // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2010. №1. - С. 87-101].

Например, при гидравлическом напоре рапсового масла, большем, чем напор дизельного топлива, незначительное количество масла, поступая через выпускной канал 19 устройства 15 в поплавковую камеру 17 с находившимся в ней топливом, будет совместно с топливом воздействовать снизу на поплавок 20, что приведет к его всплытию, перекрытию впускного канала 18 игольчатым клапаном 21 и исключению попадания масла в бак 2 дизельного топлива. При достижении давления во входном канале 4 величины, равной давлению во входном канале 3, топливо в смеситель 5 будет поступать из поплавковой камеры 17 устройства 15.

Выполнение технологических операций в системе питания дизельного автотракторного двигателя позволяет повысить экологичность дизельного топлива, снизить коксуемость рапсового масла на 0,2%, а также себестоимость биотоплива на 10% и экологическую опасность производства.