Двухтопливная система питания дизеля
Использование: двигателестроение, производство и модернизация систем питания дизелей. Сущность полезной модели: двухтопливная система питания дизеля содержит линии очистки и подачи растительного и минерального топлива из топливных баков электронасосами, в смеситель -дозатор накопительного типа, снабженный внутренними форсунками, многопозиционным датчиком уровня топлива, связанным с блоком управления составом топлива, электровыключатель и переключатель рода топлива, соединяющий вход штатного топливоподкачивающего насоса дизеля с выходом смесителя - дозатора или фильтра грубой очистки минерального топлива, а линию слива топлива с форсунок дизеля с входом смесителя - дозатора или бака минерального топлива. Технический результат: система обеспечивает возможность работы дизеля на минеральном и смесевом биоминеральном топливе с различным, оперативно задаваемым и точно поддерживаемым объемным соотношением компонентов, их качественное перемешивание перед подачей в камеру сгорания, а также исключает возможность перекачки биологического топлива в бак минерального. 1 н.п., 4 з.п.ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована при производстве и модернизации систем питания дизелей.
Известна система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе [Федоренко В.Ф. Использование биологических добавок в дизельное топливо: Науч. аналит. обзор / В.Ф.Федоренко, Д.С. Буклагин, С.А. Нагорнов, А.Н. Зазуля, И.Г. Голубев. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 20 с], содержащая бак минерального топлива, бак биологического топлива, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, линию забора биологического топлива, топливный насос высокого давления (ТНВД), соединенный с линиями забора минерального и биологического топлива и линию слива из топливного насоса высокого давления и линию слива из форсунок.
Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном топливе, при этом топливо из бака подается через подогреватель, фильтры очистки топлива, топливный насос высокого давления 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.
Недостатком данной системы питания дизеля является невозможность работы на смесевом топливе с требуемым, оперативно изменяемым, в зависимости от вида растительного топлива, температуры окружающей среды и нагрузочно-скоростных режимов работы дизеля, процентным соотношением биологического (растительного) и минерального топлив.
Известна система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе [А.С.N 2008505 РФ, 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, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, линию забора биологического топлива, состоящую из электрического насоса, топливный насос высокого давления, соединенный с линиями забора минерального и биологического топлива, линию слива из топливного насоса высокого давления и линию слива из форсунок.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом перепускной кран закрыт и топливо из бака минерального топлива, пройдя через фильтры очистки топлива, подается топливоподкачивающим насосом в топливный насос высокого давления, форсунку и в цилиндр дизеля. После прогрева дизеля на минеральном топливе открывают перепускной кран, при этом перекрывается подача минерального топлива и открывается подача биологического топлива, которое подается электрическим насосом из бака биологического топлива, через фильтры очистки топлива в топливный насос высокого давления и далее форсункой впрыскивается в цилиндр дизеля.
Недостатком данной системы питания дизеля является невозможность работы на смесевом топливе с требуемым, оперативно изменяемым, в зависимости от вида растительного топлива, температуры окружающей среды и нагрузочно-скоростных режимов работы дизеля, процентным соотношением биологического (растительного) и минерального топлив.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе [Патент 2387867 РФ, МПК F02M 43/00. Двухтопливная система тракторного дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов; 2008138726/06; Заявл. 29.09.2008; Опубл. 27.04.2010], содержащая линию подачи растительного топлива, состоящую из соединенных последовательно первого топливного бака, первого фильтра грубой очистки топлива, первого электрического топливного насоса и первого обратного клапана, выход которого подключен к первому входу смесителя-дозатора проточного типа, линию подачи минерального топлива, состоящую из соединенных последовательно второго топливного бака, второго фильтра грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса и фильтра тонкой очистки топлива, выход которого подключен к второму входу смесителя-дозатора проточного типа, выход которого подключен к входу топливного насоса высокого давления, первый выход (выходы) которого связан с форсунками дизеля, впрыскивающим топливо в камеры сгорания и подключенными к линии слива просочившегося топлива, выход которой соединен с входом первого электрического топливного насоса, при этом второй выход топливного насоса высокого давления подключен к линии слива избыточного топлива из головки, связанной с входом топливоподкачивающего насоса и выходом первого фильтра грубой очистки топлива.
Недостатком данной системы питания является нестабильность процентного соотношения биологического и минерального топлив и качества их перемешивания в смесителе-дозаторе проточного типа, вследствие малых значений расходов и скоростей смешиваемых потоков (особенно на пониженных нагрузочно-скоростных режимах работы дизеля), кроме этого на процентное соотношение значительное, переменное влияние оказывает линия слива смесевого топлива из головки ТНВД, которая подает в линию подачи минерального топлива (на вход топливоподкачивающего насоса)-смесевое, а также линия слива просочившегося из форсунок смесевого топлива, которая подает его в линию подачи биологического (растительного) топлива. В результате этого на оба входа смесителя-дозатора проточного типа поступает смесевое топливо с переменным, зависящим от нагрузочно-скоростного режима работы дизеля и технического состояния форсунок, составом, что существенно изменяет состав топлива на выходе относительно заданного настройкой дозирующих элементов смесителя. При этом существует возможность перекачки растительного топлива в бак минерального, вследствие высокого, независящего от режима работы дизеля, развиваемого электронасосом давления (до 1 МПа при работе на тупик), и неизменной, зависящей только от противодавления на выходе и напряжения питания, производительности, по сравнению с давлением (до 0,3 МПа) и переменной производительностью штатного топливоподкачивающего насоса дизеля с приводом от коленчатого вала, линейно зависящей от скоростного режима дизеля, например по линии выход смесителя - дозатора, головка ТНВД, первый фильтр грубой очистки, бак минерального топлива.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение отмеченных недостатков и от ее применения получен следующий технический результат: двухтопливная система питания обеспечивает возможность работы дизеля на минеральном и смесевом биоминеральном топливе с различным, оперативно
задаваемым и точно поддерживаемым объемным соотношением компонентов, их качественное перемешивание перед подачей в камеру сгорания, а также исключает возможность перекачки биологического топлива в бак минерального.
Указанный технический результат достигается тем, что двухтопливная система питания дизеля, содержащая линию подачи растительного топлива, состоящую из соединенных последовательно первого топливного бака, первого фильтра грубой очистки топлива, первого электрического топливного насоса и первого обратного клапана, выход которого подсоединен к первому входу смесителя-дозатора, линию подачи минерального топлива, состоящую из соединенных последовательно второго топливного бака и второго фильтра грубой очистки топлива, топливный насос высокого давления, первый выход которого подключен к форсункам дизеля, связанным с линией слива просочившегося топлива, а второй выход топливного насоса высокого давления подсоединен к линии слива избыточного топлива, связанной с входом топливоподкачивающего насоса, выход которого подключен к входу фильтра тонкой очистки топлива, дополнительно содержит второй электрический топливный насос и второй обратный клапан, выход которого подключен к второму входу смесителя-дозатора накопительного типа, а вход второго обратного клапана соединен с выходом второго электрического топливного насоса, вход которого связан с выходом второго фильтра грубой очистки топлива, при этом с первого по n электрические информационные выходы смесителя-дозатора накопительного типа соединены соответственно с первого по n информационными входами блока управления составом топлива, третий гидравлический «вход-выход» смесителя-дозатора накопительного типа связан с гидравлическим «вход-выходом» первого топливного бака, четвертый гидравлический вход смесителя-дозатора накопительного типа соединен с первым выходом
переключателя рода топлива, второй гидравлический выход которого подключен к входу топливоподкачивающего насоса, первый и второй гидравлические входы переключателя рода топлива, связаны, соответственно, с первым гидравлическим выходом смесителя-дозатора накопительного типа и гидравлическим выходом второго фильтра грубой очистки топлива, а третий гидравлический выход переключателя рода топлива соединен с «вход-выходом» второго топливного бака, выход фильтра тонкой очистки топлива подключен к входу топливного насоса высокого давления, переключатель рода топлива механически или магнитно связан с выключателем, электрический вход которого связан с плюсовой шиной питания, а выход выключателя соединен с четвертым электрическим входом блока управления составом топлива, первый и второй электрические выходы которого связаны, соответственно, с входами электропитания первого и второго электрических топливных насосов, а третий выход блока управления составом топлива соединен с первым электрическим входом смесителя - дозатора накопительного типа, при этом, выход линии слива просочившегося топлива подключен к третьему гидравлическому входу переключателя рода топлива.
При этом переключатель рода топлива выполнен в виде двухпозиционного, двухсекционного гидравлического переключателя, управляемого рукояткой, в первой позиции «Смесевое топливо» которого, первый гидравлический вход первой секции связан с вторым гидравлическим выходом, второй гидравлический вход закрыт, третий гидравлический вход второй секции связан с первым гидравлическим выходом переключателя, третий гидравлический выход закрыт, а в позиции «Дизельное топливо» второй гидравлический вход связан со вторым гидравлическим выходом, третий гидравлический вход связан с третьим выходом, а первый гидравлический вход и первый гидравлический выход закрыты, кроме этого
с рукояткой или валиком жестко связан толкатель выключателя с механическим приводом или постоянный магнит выключателя с магнитным управлением, включающие выключатель при установке рукоятки переключателя рода топлива в положение (позицию) «Смесевое топливо».
При этом смеситель - дозатор накопительного типа выполнен в виде вертикального сосуда цилиндрической формы, на внутренней стороне нижней крышки которого диаметрально - противоположно, установлены первая и вторая форсунки с направленными в одну сторону и тангенциально к диаметру сосуда выходными отверстиями, оси которых расположены в горизонтальной плоскости, на высоте, меньшей высоты нижнего уровня топлива в смесителе - дозаторе, при этом входы первой и второй форсунок подключены, соответственно, к первому и второму гидравлическим входам смесителя - дозатора, расположенным на внешней стороне нижней крышки, на которой также размещен первый гидравлический выход, при этом на верхней крышке смесителя - дозатора размещены второй гидравлический «вход-выход» и четвертый гидравлический вход, а также многопозиционный датчик уровня топлива, электрический вход питания которого связан с первым электрическим входом смесителя - дозатора, а электрические информационные выходы многопозиционного датчика уровня топлива с первого по n-й соединены с соответствующими с первого по n-й информационными выходами смесителя - дозатора накопительного типа, при этом многопозиционный датчик уровня топлива с n фиксируемыми уровнями, выполнен, в виде поплавкового многопозиционного n - уровневого герконового датчика, содержащего n герконов расположенных внутри вертикальной, немагнитной трубки, соответственно, на нижнем, промежуточных и верхнем уровнях и образующих, совместно с кольцевым поплавком-магнитом, установленным на трубке и перемещающимся по ней, герконовые датчики соответственно нижнего, промежуточных и верхнего
уровней топлива, входы, питания которых связаны с электрическим входом питания многопозиционного датчика уровня топлива, а электрические информационные выходы с первого по n-й герконовых датчиков уровней соединены с соответствующими информационными выходами многопозиционного датчика уровня топлива, при этом трубка датчика уровня топлива заглушена снизу и имеет немагнитное кольцо-упор, ограничивающее перемещение поплавка-магнита на нижнем уровне, соответствующем минимальному объему топлива в смесителе - дозаторе.
При этом блок управления составом топлива содержит первый и второй инвертирующие электронные ключи, первый, второй и третий электронные ключи-защелки, задатчик состава топлива, первый, второй, третий диоды и генератор пускового импульса, причем входы первого и второго инвертирующих электронных ключей, третьего электронного ключа-защелки и генератора пускового импульса объединены и подключены к четвертому плюсовому входу питания и третьему выходу блока управления составом топлива, первый выход которого соединен с выходом первого электронного ключа-защелки, вход которого подсоединен к выходу первого инвертирующего электронного ключа, информационный вход которого подключен через, обратно включенный, первый диод к выходу генератора пускового импульса, n-у информационному входу блока управления составом топлива и информационному «вход - выходу» третьего электронного ключа защелки, выход которого соединен с выходом второго электронного ключа-защелки и вторым выходом блока управления составом топлива, первый информационный вход которого подсоединен к информационному входу второго электронного ключа-защелки, вход которого подключен к выходу второго инвертирующего электронного ключа, информационный вход которого соединен, через обратно включенный третий диод, с выходом задатчика состава топлива и, через прямо
включенный второй диод, с информационным входом первого электронного ключа-защелки, при этом с второго по n-1 информационные входы блока управления составом топлива соединены, соответственно, с первого по т входами задатчика состава топлива, где m=n-2.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является наличие второго электрического насоса, смесителя - дозатора накопительного типа с многопозиционным датчиком уровня топлива и дополнительными электрическими и гидравлическими входами и выходами, переключателя рода топлива и сблокированного с ним электрического выключателя, блока управления составом топлива, а также новых связей между известными и вновь введенными элементами, в том числе в подключении выходов линии слива топлива просочившегося из форсунок дизеля, смесителя - дозатора накопительного типа и второго фильтра грубой очистки, к входам переключателя рода топлива, а его выходов к входам смесителя - дозатора накопительного типа, топливоподкачивающего насоса и второго топливного бака и других гидравлических, механических и электрических связей.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается возможность работы дизеля, как на дизельном топливе, по штатной схеме системы питания, так и на смесевом, за счет приготовления смесевого топлива с оперативно задаваемым и точно поддерживаемым объемным соотношением компонентов и их качественного перемешивания перед подачей в форсунки дизеля, за счет использования для смешивания дополнительной кинетической энергии потоков топлива, сообщаемой им электрическими топливными насосами, использования противотока компонентов (движения во встречном направлении), а также их диффузионного смешивания во время расходования накопленного смесевого топлива, которое, в зависимости от объема смесителя - дозатора накопительного типа (0,5-1 литр для дизелей
мощностью до 100 кВт) и нагрузочно-скоростного режима дизеля, может составлять от 3 до 30 минут, путем соответствующего изменения схемы системы питания и автоматического включения в работу блока управления составом топлива, при этом, в отличие от прототипа, полностью исключается влияние на состав смесевого топлива потоков слива топлива из форсунок и головки ТНВД, смешивание топлив в баках.
На фиг. 1 показана функциональная комбинированная схема двухтопливной системы питания с смесителем - дозатором накопительного типа, на фиг. 2 приведен чертеж смесителя-дозатора накопительного типа с трехпозиционным датчиком уровня, а на фиг. 3 приведен чертеж горизонтального разреза смесителя-дозатора накопительного типа по плоскости осей выходных отверстий форсунок (в проекционной связи с фиг. 2), на фиг. 4 приведена функциональная электрическая схема блока управления составом топлива двухтопливной системы питания дизеля.
Двухтопливная система питания дизеля (фиг. 1) содержит линию 1 подачи растительного топлива, состоящую из соединенных последовательно первого топливного бака (ТБ) 2, первого фильтра грубой очистки топлива (ФГОТ) 3, первого электрического топливного насоса (ЭТН) 4, первого обратного клапана (ОК) 5, выход которого подсоединен к первому входу смесителя-дозатора накопительного типа (С-ДНТ) 6, линию 7 подачи минерального топлива, состоящую из соединенных последовательно второго ТБ 8 и второго ФГОТ 9, второго ЭТН 10 и второго ОК 11, выход которого подключен ко второму входу С-ДНТ 6, при этом с первого по n электрические выходы С-ДНТ 6 соединены соответственно с первого по n входами блока управления (БУ) 12, третий «вход-выход» С-ДНТ 6 связан с «входом-выходом» первого ТБ 2, четвертый гидравлический вход С-ДНТ 6 соединен с первым выходом переключателя рода топлива (ПРТ) 13, второй гидравлический выход которого подключен к входу топливоподкачивающего
насоса (ТПН) 14, первый и второй входы ПРТ 13 связаны, соответственно, с первым выходом С-ДНТ 6 и выходом второго ФГОТ 9, а третий выход ПРТ 13 соединен с «вход-выходом» второго ТБ 8, вход фильтра тонкой очистки топлива (ФТОТ) 15 подключен к выходу ТПН 14, а выход ФТОТ 15 соединенен с входом топливного насоса высокого давления (ТНВД) 16, первый выход которого подключен к форсункам 17 дизеля, а второй выход ТНВД 16 через линию 18 слива избыточного топлива связан с входом ТПН 14, при этом выход линии 19 слива топлива просочившегося из форсунок 17 дизеля подключен к третьему входу ПРТ 13, который механически или магнитно связан с выключателем 20, электрический вход которого соединен с плюсовой шиной питания 21, а электрический выход - с четвертым входом блока управления БУ 12 составом топлива, первый и второй выходы которого связаны соответственно с входами электропитания первого 4 и второго 10 электрических топливных насосов, а третий электрический выход - с первым электрическим входом смесителя - дозатора 6.
Смеситель - дозатор накопительного типа 6 с многопозиционным, например, трехпозиционным датчиком уровня топлива (фиг. 2) содержит вертикальный сосуд 22 цилиндрической формы, на внутренней стороне нижней крышки 23 которого (в ее периферийной части) (фиг. 3) диаметрально - противоположно установлены первая 24 и вторая 25 форсунки с направленными в одну сторону и тангенциально к диаметру сосуда выходными отверстиями, оси которых расположены в горизонтальной плоскости, на высоте, меньшей высоты нижнего уровня топлива в С-ДНТ 6, при этом входы первой 24 и второй 25 форсунок (фиг. 2) подключены, соответственно, к первому и второму гидравлическим входам С-ДНТ 6 - входным штуцерам 26, 27, расположенным на внешней стороне нижней крышки 23, на которой также размещен первый гидравлический выход С-ДНТ 6 (выходной сквозной штуцер 28), при этом на верхней крышке 29
размещены второй гидравлический «вход-выход» (сквозной штуцер 30), и четвертый гидравлический вход (сквозной штуцер 31), а также многопозиционный (трехпозиционный) датчик уровня топлива (МДУТ) 32, электрический вход питания которого связан с первым электрическим входом С-ДНТ 6, а электрические информационные выходы МДУТ 32 с первого по n (по третий) соединены с соответствующими с первого по n (по третий) выходами С-ДНТ 6.
Многопозиционный датчик уровня топлива 32 (фиг. 2) выполнен, например, трехпозиционным в виде поплавкового герконового датчика, содержащего три (n=3) геркона 33, 34 и 35 расположенные внутри вертикальной, немагнитной трубки 36 соответственно на нижнем, промежуточном и верхнем уровнях и образующих совместно с кольцевым поплавком-магнитом 37, установленным на трубке и перемещающимся по ней, герконовые датчики, соответственно, нижнего (первого) (ГДНУТ) 33, промежуточного (второго) (ГДПУТ) 34 и верхнего (третьего) (ГДВУТ) 35 уровней топлива, входы которых связаны с первым электрическим входом питания МДУТ 32, а выходы соединены с соответствующими с первого по третий (по n-й) электрическими информационными выходами МДУТ 32, при этом трубка 36 заглушена снизу и имеет немагнитное кольцо-упор 38, ограничивающее перемещение поплавка - магнита 37 на нижнем уровне, соответствующем минимальному объему топлива в С-ДНТ 6.
Блок управления 12 составом топлива (фиг. 4) содержит первый 39 и второй 40 инвертирующие электронные ключи (ИЭК), первый 41, второй 42 и третий 43 электронные ключи-защелки (ЭКЗ), задатчик состава топлива (ЗСТ) 44, первый 45, второй 46, третий 47 диоды и генератор пускового импульса (ГНИ) 48, причем входы первого ИЭК 39, второго ИЭК 40, третьего ЭКЗ 43 и ГПИ 48 объединены и подключены к четвертому плюсовому входу питания и третьему выходу БУ 12, первый
выход которого соединен с выходом первого ЭКЗ 41, вход которого подсоединен к выходу первого ИЭК 39, информационный вход которого подключен через, обратно включенный, первый диод 45 к выходу ГНИ 48, n-у (третьему) информационному входу БУ 12 и информационному «вход -выходу» третьего ЭКЗ 43, выход которого соединен с выходом второго ЭКЗ 42 и вторым выходом БУ 12, первый информационный вход которого подсоединен к информационному входу второго ЭКЗ 42, вход которого подключен к выходу второго ИЭК 40, информационный вход которого соединен через обратно включенный третий диод 47, с выходом ЗСТ 44 и, через прямо включенный второй диод 46, с информационным входом первого ЭКЗ 41, при этом с второго по n-1 информационные входы БУ 12 соединены соответственно с первого по т входами ЗСТ 44, где m=n-2.
Введение второго ЭТН 10 обеспечивает высокую скорость заполнения С-ДНТ 6 и, совместно с форсункой 25, вращательное движение минерального топлива необходимое для его лучшего перемешивания с растительным, подаваемым первым ЭТН 4 и форсункой 24 во встречном направлении. Расположение выходных отверстий форсунок 24, 25 ниже минимального уровня топлива предотвращает аэрацию топлива и пенообразование в смесителе. В качестве второго ЭТН 10 могут использоваться серийные насосы для систем питания дизелей с электронным управлением снабженные OK 11 и размещаемые вне топливного бака. В качестве первого ЭТН 4 могут использоваться серийные насосы для дизельных систем питания с электронным управлением и размещаемые внутри топливного бака, снабженные входным сетчатым ФГОТ 3 и ОК 5 на выходе.
Введение С-ДНТ 6, снабженного форсунками 24 и 25, линиями связи с атмосферой и слива смесевого топлива просочившегося из форсунок 17, а также МПДУТ 32 обеспечивает точное дозирование компонентов и их качественное перемешивание, за счет использования для смешивания
дополнительной кинетической энергии потоков топлива, сообщаемой им электрическими топливными насосами ЭТН 4 и ЭТН 10, противотока компонентов (движения топлив во встречном направлении), а также их диффузионного смешивания во время расходования накопленного смесевого топлива, которое в зависимости от объема С-ДНТ (0,5-1 литр для дизелей мощностью до 100 кВт) и нагрузочно-скоростного режима дизеля может составлять от 3 до 30 минут.), а также штатные условия работы топливоподкачивающего насоса ТПН 14 и форсунок 17 дизеля. Устройство С-ДНТ 6 представлено на фиг. 2 и фиг. З.
МПДУТ 32, входящий в состав С-ДНТ 6, совместно с другими элементами двухтопливной системы питания обеспечивает точное объемное дозирование компонентов смесевого топлива, заданное водителем, независящее от нагрузочно-скоростных режимов дизеля и температуры и вязкости компонентов, технического состояния элементов линий подачи минерального и биологического топлив (ЭТН, ФГОТ), напряжения бортовой сети, а также, возможность оперативной коррекции процентного соотношения компонентов при установке нескольких (более одного) датчиков промежуточных уровней. В качестве датчиков могут быть использованы любые, подходящие по параметрам датчики уровней топлива и других технических жидкостей, например герконовые. Преимуществом герконового дискретного датчика уровня топлива, по сравнению с другими (поплавковыми реостатными, термоанемометрическими, емкостными, ультразвуковыми и т.д.) является надежность, простота конструкции и мощный выходной сигнал с крутыми фронтами, позволяющий упростить схему блока управления (не нужны усилители, компараторы сигналов аналоговых датчиков и т.д.).
ПРТ 13, представляет собой, например, двухпозиционный, двухсекционный гидравлический переключатель с механическим управлением рукояткой. Размещается в удобном для управления месте мобильной или стационарной машины с дизельным двигателем. При установке рукоятки управления в положение (позицию) «Дизельное топливо», он обеспечивает возможность работы дизеля на минеральном топливе по штатной схеме системы питания и без потребления двухтопливной системой электроэнергии из бортовой сети, при этом обеспечивается свободный слив топлива из форсунок 17 в горловину топливного бака 2, с атмосферным давлением в ней. При установке рукоятки в положение (позицию) «Смесевое топливо», он изменяет схему системы питания, подавая на вход ТПН 14 смесевое топливо с первого гидравлического выхода С-ДНТ 6 и обеспечивает свободный слив топлива с форсунок 17 дизеля в верхнюю, не заполняемую часть С-ДНТ 6, с также с атмосферным давлением в ней (благодаря ее связи с «вход-выходом» первого топливного бака 2 - его заливной горловиной). Двухпозиционный привод ПРТ 13 также обеспечивает механическое или магнитное (при установке постоянного магнита) воздействие на выключатель 20 (концевой выключатель или геркон) и включение электропитания БУ 12 двухтопливной системы при установке рукоятки в положение (позицию) «Смесевое топливо», при этом выключатель может быть закреплен на корпусе ПРТ 13 или на элементах (панели) его крепления.
БУ 12 составом топлива обеспечивает работу двухтопливной системы питания в автоматическом режиме, после срабатывания выключателя 20, а также ручное (рукояткой ЗСТ 44 на передней панели корпуса блока управления БУ 12) задание процентного соотношения компонентов. При этом ЗСТ 44 входящий в состав БУ 12 позволяет оперативно, в зависимости от вида выполняемых работ (нагрузки), температуры окружающей среды,
количества минерального и растительного топлив в баках, экологических требований к составу отработавших газов, вручную задавать процентное, объемное соотношение компонентов смесевого топлива, (например 20, 33, 50% и т.д. растительного топлива в смесевом), путем подключения на выход любого из выбранных m=n-2 герконовых датчиков промежуточных уровней топлива, может быть выполнен в виде галетного переключателя с числом рабочих положений от 1 до n-2.
Первый ЭКЗ 41 и второй ЭКЗ 42 воспринимают импульсные информационные сигналы высокого уровня соответственно датчиков ГДПУТ 34 и ГДВУТ 35, поочередно открываются и защелкиваются (остаются открытыми после прекращения действия управляющего информационного сигнала высокого уровня) и подают (совместно с открытыми ИЭК 39 и ИЭК 40) питание на ЭТН 4 и ЭТН 10 до момента разрыва цепи тока ИЭК 39 и ИЭК 40. ЭКЗ 41 и 42 могут быть выполнены в виде тиристоров, аноды которых связаны с входом, катоды с выходом, а управляющие электроды с их информационными (управляющими) входами.
ЭКЗ 43 обеспечивает блокировку сигнала ГДВУТ 35 до момента срабатывания ГДНУТ 33 (на время расходования топлива). Может быть выполнен, например, в виде электромагнитного реле постоянного тока, один из выводов нормально разомкнутого контакта которого подключен к входу ЭКЗ 43, другой к его «вход - выходу» и первому выводу обмотки реле, второй вывод которой связан с выходом ЭКЗ 43.
Генератор пускового импульса (ГПИ) 48 обеспечивает принудительное включение ЭКЗ 43 в момент подачи питания на блок управления 12 и выключение обоих электронасосов ЭТН 4 и ЭТН 10 до момента срабатывания ГДНУ 33. ГПИ 48 может быть выполнен в виде электромагнитного реле постоянного тока со схемой задержки включения
(резистором в цепи питания и конденсатором параллельно обмотке), причем свободный вывод резистора и один из выводов нормально замкнутого контакта реле подключены к входу ГПИ 48, другой вывод нормально замкнутого контакта к его выходу, а точка соединения обмотки реле и конденсатора соединена с минусовой шиной питания (на фиг. 4 не показаны).
ИЭК 39 и ИЭК 40 обеспечивают выключение питания ЭТН 4 и ЭТН 10, а также сброс (выключение) ключей - защелок ЭКЗ 41 и ЭКЗ 42 при поступлении на их входы сигналов высокого уровня соответственно с выхода ЗСТ 44 и n-го информационного входа БУ 12. ИЭК могут быть выполнены, например, в виде мощных p-n-р транзисторов с резистивным, открывающим делителем напряжения питания блока управления 12, подключенным к базе, при этом эмиттер транзистора связан с входом ключа, коллектор с его выходом, а база с его информационным входом.
ОК 5 и ОК 11 исключают обратное течение компонентов по линиям подачи топлив 1 и 7 и возможность смешивания топлив в баках, например вследствие перетекания за счет разности уровней в баках. Они конструктивно входят в состав серийных электрических топливных насосов, например фирмы «Bosh».
Первый 45 второй 46 и третий 47 диоды обеспечивают развязку информационных сигналов от силовых цепей блока управления 12
Связь верхней полости С-ДНТ 6 с «вход-выходом» (заливной горловиной) первого топливного бака 2 растительного топлива обеспечивает атмосферное давление в ней за счет выхода воздуха при поступлении, и входа при расходовании компонентов. Это обеспечивает штатный режим работы топливоподкачивающего насоса, как при работе дизеля на смесевом топливе, так и на минеральном (забор топлива из емкости С-Д 6 с
атмосферным давлением, происходит аналогично забору из второго топливного бака 8 дизельного топлива). Для очистки поступающего в С-ДНТ 6 воздуха от пыли в разрыв этой связи может быть установлен сменный воздушный фильтр, способный работать при наличии в воздухе паров топлива.
Работает двухтопливная система питания дизеля следующим образом.
Перед остановкой дизеля работающего на смесевом топливе, рукоятку ПРТ 13 переводят в положение (позицию) «Дизельное топливо», при этом выключатель 20 отключит питание БУ 12, ГПИ 48 выключится и нормально замкнутым контактом реле соединит свой вход с выходом. Дизельное топливо начнет поступать из второго ТБ 8, через второй ФГОТ 9, ПРТ 13 на вход ТПН 14 и далее по штатной схеме системы питания дизеля. Путем работы с эксплуатационной нагрузкой или на холостом ходу в течение некоторого времени (устанавливается экспериментально для каждого типа дизеля) вырабатывают остатки смесевого топлива находящегося в фильтре тонкой очистки 15 и других элементах системы питания дизеля (головке ТНВД, трубопроводах). В результате этого, перед остановкой дизеля, система питания заполняется минеральным топливом и последующие его пуск, и прогрев осуществляются на дизельном (минеральном) топливе. При этом слив топлива из головки ТНВД 16 осуществляется на вход ТПН 14 по линии 18, а с форсунок 17 по линии 19 на третий вход ПРТ 13 и, с его третьего выхода, на «вход-выход» (в заливную горловину) второго ТБ 8 дизельного топлива, то есть по штатной схеме.
Для перехода на смесевое топливо, при работающем на минеральном топливе дизеле, устанавливают рукоятку ЗСТ 44 в требуемое положение, например 50% растительного топлива и переводят рукоятку ПРТ 13 в положение «Смесевое топливо». При этом вход ТПН 14 подключится через
ПРТ 13 к первому гидравлическому выходу С-ДНТ 6 и начнется расходование дизелем остатка смесевого топлива из С-ДНТ 6, который всегда имеется в С-ДНТ 6 в объеме, не меньшем объема нижнего уровня, вследствие предшествующей работы системы на смесевом топливе. Одновременно сработает выключатель 20 и подаст питание на четвертый вход БУ 12. В момент подачи напряжения питания с выхода ГПИ 48 через нормально замкнутый контакт реле поступит пусковой импульс высокого уровня на информационный вход - выход третьего ЭКЗ 43 с длительностью достаточной для его включения (20-100 мс), при этом первый ЭТН 4 будет выключен первым ИЭК 39, на информационном входе которого будет высокий уровень, а второй ЭТН 10 будет выключен ЭКЗ 42, на информационном (управляющем) входе которого будет низкий уровень, поступающий с ГДНУ 33, через первый информационный вход БУ 12.
При достижении нижнего уровня сработает ГДНУ 33 и его сигнал высокого уровня поступит на первый информационный вход БУ 12 и далее на информационный вход второго ЭКЗ 42. ЭКЗ 42 откроется и по цепи открытый первый ИЭК 40 и открытый второй ЭКЗ 42, на второй ЭТН 10 поступит электропитание с четвертого, плюсового входа питания БУ 12 (минусовая шина питания электронасосов ЭТН 4 и ЭТН 10 на фиг. 1 не показана), при этом ЭТН 10 включится, а третий ЭКЗ 43 зашунтируется открытыми ИЭК 40 и ЭКЗ 42 и выключится. Вследствие работы ЭТН 10 дизельное топливо из ТБ 8 по линии 7 начнет поступать через второй гидравлический вход С-ДНТ 6 во вторую форсунку 25 и заполнять полость С-ДНТ 6. Питание дизеля смесевым топливом во время подачи в С-ДНТ 6 дизельного (5-10 секунд) обеспечивается за счет объема нижнего уровня С-ДНТ 6 (фиг. 2). Тангенциальное (по касательной к траектории вращения) направление оси выходного отверстия второй форсунки (фиг. 3) обеспечивает вращательное движение столба дизельного топлива в С-ДНТ 6.
При достижении заданного ЗСТ 44 промежуточного уровня (например 50%) сработает ГДПУТ 34 и через один из информационных входов с 2 по n-1 БУ 12, ЗСТ 44, диоды 46, 47 подаст сигналы высокого уровня закрывающие второй ИЭК 40 и открывающие первый ЭКЗ 41, при этом через открытый первый ИЭК 39 и открывшийся ЭКЗ 41 на ЭТН 4 поступит электропитание, он включится и начнет подавать через первую форсунку 24 в С-ДНТ 6 растительное топливо из первого ТБ 2 в направлении, противоположном вращению дизельного (фиг. 3). Начнется перемешивание компонентов и заполнение емкости С-ДНТ 6, при этом импульс низкого уровня на выходе ИЭК 40 обеспечит закрытие (сброс) второго ЭКЗ 42 и, соответственно, выключение второго ЭТН 10. При дальнейшем заполнении емкости С-ДНТ 6 ГДПУТ 34 выключится, а ИЭК 40 - откроется, однако включения ЭТН 10 не произойдет, так как нет высокого уровня на выходе ГДНУТ 33 и информационном входе ЭКЗ 42. При достижении верхнего уровня сработает ГДВУТ 35, (фиг. 2) и подаст сигнал высокого уровня на третий информационный вход БУ 12 и далее на включение третьего ЭКЗ 43 и через первый диод 45 на закрытие первого ИЭК 39. При этом закроется ЭКЗ 41, выключиться первый ЭТН 4 и процесс заполнения смесителя закончится, а диффузионное перемешивание компонентов продолжится. Начнется расходование дизелем накопленного смесевого топлива, которое из С-ДНТ 6 (с первого гидравлического выхода) через ПРТ 13 будет поступать на вход ТПН 14, а с его выхода через ФТО 15 в ТНВД 16 и через форсунки 17 впрыскиваться в камеры сгорания дизеля. При этом избыток смесевого топлива из головки ТНВД 16 по линии слива 18 поступает на вход ТПН 14, где подмешивается к смесевому топливу поступающему из С-ДНТ 6. Смесевое топливо, просочившееся через не- плотности сопряжений форсунок 17, по линии слива 19, поступает на третий вход ПРТ 13 и с его первого выхода на четвертый гидравлический вход С-ДНТ 6 и далее в его верхнюю, не заполняемую часть, где смешивается с находящимся в смесителе
смесевым топливом, обеспечивая за счет эффекта падения сливаемого топлива, дополнительное перемешивание топлива в С-ДНТ 6.
При снижении уровня смесевого топлива ниже верхнего уровня ГДВУТ 35 выключится, но благодаря работе третьего, включенного ЭКЗ 43 на аноде диода VD 45 и информационном входе первого ИЭК 39 останется высокий уровень, а на его выходе - низкий, поэтому включения первого ЭТН 4 не произойдет. При этом выходным током ЭКЗ 43 (ток обмотки реле 5-10 мА), протекающим через второй ЭТН 10, можно пренебречь, так как его рабочий ток составляет 2-4 А, поэтому он тоже будет выключен. При достижении промежуточного уровня произойдет срабатывание ГДПУТ 34, однако включения электронасосов 4 и 10 системы также не произойдет, так как на информационном входе ЭКЗ 42 и входе ЭКЗ 41 будут низкие уровни (нет сигнала высокого уровня на выходе ГДНУТ 33 и на выходе ИЭК 39).
При достижении нижнего уровня сработает ГДНУТ 33 и процесс повториться.
Для получения нескольких значений процентных соотношений смесевого топлива, в варианте двухтопливной системы питания, в трубку МПДУТ 32 устанавливают несколько герконов ГДПУТ 34, на требуемых уровнях и подключают их входы к входу питания МДДУТ 32, а выходы к соответствующим, со второго по n-2, информационным выходам С-ДНТ 6 и далее через многоканальную линию связи сигналы ГДПУТ 34 подают на соответствующие информационные входы БУ 12 и входы с первого по m=n-2 ЗСТ 44. Рукоятка ЗСТ 44 располагается на передней панели БУ 12, в удобном для оперативного управления месте мобильной или стационарной машины, оснащенной дизельным ДВС. Задавать процентное соотношение смесевого топлива рукояткой ЗСТ 44 можно, как при работе дизеля, исходя из
нагрузочного и других режимов, объема компонентов в баках и т.д., так и перед началом работы.
Испытания двухтопливной системы питания в составе трактора МТ3-80 при работе на дизельном и смесевом растительно-минеральном топливах подтвердили ее работоспособность.
1. Двухтопливная система питания дизеля, содержащая линию подачи растительного топлива, состоящую из соединенных последовательно первого топливного бака, первого фильтра грубой очистки топлива, первого электрического топливного насоса и первого обратного клапана, выход которого подсоединен к первому входу смесителя-дозатора, линию подачи минерального топлива, состоящую из соединенных последовательно второго топливного бака и второго фильтра грубой очистки топлива, топливный насос высокого давления, первый выход которого подключен к форсункам дизеля, связанным с линией слива просочившегося топлива, а второй выход топливного насоса высокого давления подсоединен к линии слива избыточного топлива, связанной с входом топливоподкачивающего насоса, выход которого подключен к входу фильтра тонкой очистки топлива, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй электрический топливный насос и второй обратный клапан, выход которого подключен к второму входу смесителя-дозатора накопительного типа, а вход второго обратного клапана соединен с выходом второго электрического топливного насоса, вход которого связан с выходом второго фильтра грубой очистки топлива, при этом с первого по n-й электрические информационные выходы смесителя-дозатора накопительного типа соединены соответственно с первого по n-й информационными входами блока управления составом топлива, третий гидравлический «вход-выход» смесителя-дозатора накопительного типа связан с гидравлическим «вход-выходом» первого топливного бака, четвертый гидравлический вход смесителя-дозатора накопительного типа соединен с первым выходом переключателя рода топлива, второй гидравлический выход которого подключен к входу топливоподкачивающего насоса, первый и второй гидравлические входы переключателя рода топлива связаны соответственно с первым гидравлическим выходом смесителя-дозатора накопительного типа и гидравлическим выходом второго фильтра грубой очистки топлива, а третий гидравлический выход переключателя рода топлива соединен с «вход-выходом» второго топливного бака, выход фильтра тонкой очистки топлива подключен к входу топливного насоса высокого давления, переключатель рода топлива механически или магнитно связан с выключателем, электрический вход которого связан с плюсовой шиной питания, а выход выключателя соединен с четвертым электрическим входом блока управления составом топлива, первый и второй электрические выходы которого связаны соответственно с входами электропитания первого и второго электрических топливных насосов, а третий выход блока управления составом топлива соединен с первым электрическим входом смесителя-дозатора накопительного типа, при этом выход линии слива просочившегося топлива подключен к третьему гидравлическому входу переключателя рода топлива.
2. Двухтопливная система питания дизеля по п. 1, отличающаяся тем, что переключатель рода топлива выполнен в виде двухпозиционного, двухсекционного гидравлического переключателя, управляемого рукояткой, в первой позиции «Смесевое топливо» которого первый гидравлический вход первой секции связан с вторым гидравлическим выходом, второй гидравлический вход закрыт, третий гидравлический вход второй секции связан с первым гидравлическим выходом переключателя, третий гидравлический выход закрыт, а в позиции «Дизельное топливо» - второй гидравлический вход связан со вторым гидравлическим выходом, третий гидравлический вход связан с третьим выходом, а первый гидравлический вход и первый гидравлический выход закрыты, кроме этого, с рукояткой или валиком жестко связан толкатель выключателя с механическим приводом или постоянный магнит выключателя с магнитным управлением, включающие выключатель при установке рукоятки переключателя рода топлива в положение «Смесевое топливо».
3. Двухтопливная система питания дизеля по п. 1, отличающаяся тем, что смеситель-дозатор накопительного типа выполнен в виде вертикального сосуда цилиндрической формы, на внутренней стороне нижней крышки которого диаметрально противоположно установлены первая и вторая форсунки с направленными в одну сторону и тангенциально к диаметру сосуда выходными отверстиями, оси которых расположены в горизонтальной плоскости, на высоте, меньшей высоты нижнего уровня топлива в смесителе-дозаторе накопительного типа, при этом входы первой и второй форсунок подключены соответственно к первому и второму гидравлическим входам смесителя - дозатора накопительного типа, расположенным на внешней стороне нижней крышки, на которой также размещен первый гидравлический выход, при этом на верхней крышке смесителя-дозатора накопительного типа размещены второй гидравлический «вход-выход» и четвертый гидравлический вход, а также многопозиционный датчик уровня топлива, электрический вход питания которого связан с первым электрическим входом смесителя-дозатора накопительного типа, а электрические информационные выходы многопозиционного датчика уровня топлива с первого по n-й соединены с соответствующими с первого по n-й информационными выходами смесителя-дозатора накопительного типа.
4. Двухтопливная система питания дизеля по п. 3, отличающаяся тем, что многопозиционный датчик уровня топлива с n фиксируемыми уровнями выполнен в виде поплавкового многопозиционного n-уровневого герконового датчика, содержащего n герконов, расположенных внутри вертикальной немагнитной трубки соответственно на нижнем, промежуточных и верхнем уровнях и образующих совместно с кольцевым поплавком-магнитом, установленным на трубке и перемещающимся по ней, герконовые датчики соответственно нижнего, промежуточных и верхнего уровней топлива, входы питания которых связаны с электрическим входом питания многопозиционного датчика уровня топлива, а электрические информационные выходы с первого по n-й герконовых датчиков уровней соединены с соответствующими информационными выходами многопозиционного датчика уровня топлива, при этом трубка датчика уровня топлива заглушена снизу и имеет немагнитное кольцо-упор, ограничивающее перемещение поплавка-магнита на нижнем уровне, соответствующем минимальному объему топлива в смесителе-дозаторе.
5. Двухтопливная система питания дизеля по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления составом топлива содержит первый и второй инвертирующие электронные ключи, первый, второй и третий электронные ключи-защелки, задатчик состава топлива, первый, второй, третий диоды и генератор пускового импульса, причем входы первого и второго инвертирующих электронных ключей, третьего электронного ключа-защелки и генератора пускового импульса объединены и подключены к четвертому плюсовому входу питания и третьему выходу блока управления составом топлива, первый выход которого соединен с выходом первого электронного ключа-защелки, вход которого подсоединен к выходу первого инвертирующего электронного ключа, информационный вход которого подключен через обратно включенный первый диод к выходу генератора пускового импульса, n-у информационному входу блока управления составом топлива и информационному «вход-выходу» третьего электронного ключа защелки, выход которого соединен с выходом второго электронного ключа-защелки и вторым выходом блока управления составом топлива, первый информационный вход которого подсоединен к информационному входу второго электронного ключа-защелки, вход которого подключен к выходу второго инвертирующего электронного ключа, информационный вход которого соединен через обратно включенный третий диод с выходом задатчика состава топлива и через прямо включенный второй диод с информационным входом первого электронного ключа-защелки, при этом с второго по n-1 информационные входы блока управления составом топлива соединены соответственно с первого по m-й входами задатчика состава топлива, где m=n-2.
РИСУНКИ
