RU2694265C1

RU2694265C1 - Method of heating fuel in low temperature conditions using an automobile pneumatic system compressor

Info

Publication number: RU2694265C1
Application number: RU2018127249A
Authority: RU
Inventors: Максим Анатольевич Савельев; Андрей Евгеньевич Рассохин; Василий Васильевич Елистратов; Юрий Николаевич Меркушов; Василий Федорович Васильченков; Сергей Васильевич Бугаев
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2019-07-11

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to design of additional engine equipment. In this method, heat released during operation of compressor (3) is partially transferred to fuel flowing through its cooling cavity, which is therefore heated and supplied to high pressure fuel pump (HPFP), wherein fuel surpluses from the fuel pump and nozzles are not merged into the fuel tank, and are returned through the coarse fuel purification filter (CFPF) (2) into the suction line of the fuel priming pump (FPP) (1), which provides heating of the GFPF and an increase in the average fuel temperature of the incoming from tank. Besides, compressor cooling conditions are improved due to higher efficiency of the latter.EFFECT: rational use of heat released during compressor operation for heating diesel fuel supplied to engine nozzles in order to improve injection parameters and mix formation in low temperature conditions.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции дополнительного оборудования дизельного двигателя.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the design of additional equipment of a diesel engine.

Известен способ охлаждения компрессора, принятый за прототип (патент RU 2515583 C1, F01P 3/00, F01P 7/14 от 22.11.2012), заключающийся в том, что полость охлаждения компрессора подключена к полости тройника дренажных трубок топливных форсунок, отводящих излишки топлива, а с помощью трубки отвода полость охлаждения компрессора соединена с топливным баком [1].A known method of cooling the compressor, adopted for the prototype (patent RU 2515583 C1, F01P 3/00, F01P 7/14 dated 11/22/2012), namely, that the compressor cooling cavity is connected to the tee cavity of the drainage tubes of the fuel injectors that drain the excess fuel, and by means of a withdrawal tube, the compressor cooling cavity is connected to the fuel tank [1].

Недостатком прототипа является то, что топливо поступает в полость охлаждения компрессора из полости тройника дренажных трубок топливных форсунок, отводящих излишки топлива, а с помощью трубки отвода полость охлаждения компрессора соединена с топливным баком. При такой конструкции количество топлива, протекающего через полости охлаждения компрессора очень мало, что снижает теплоотвод и может привести к его перегреву, а за тем к заклиниванию и выходу из строя. Кроме того, переданная топливу теплота рассеивается в атмосферу через поверхность топливного бака, что в условиях низких температур является нерациональным.The disadvantage of the prototype is that the fuel enters the cooling cavity of the compressor from the tee cavity of the drainage tubes of the fuel injectors that drain the excess fuel, and with the help of a drain tube the compressor cooling cavity is connected to the fuel tank. With this design, the amount of fuel flowing through the cooling cavities of the compressor is very small, which reduces the heat sink and can lead to overheating, and then to jamming and failure. In addition, the heat transferred to the fuel is dissipated into the atmosphere through the surface of the fuel tank, which is irrational in low temperature conditions.

Технический результат направлен на рациональное использование теплоты, выделяемой при работе компрессора для подогрева дизельного топлива, поступающего к форсункам дизельного двигателя в целях улучшения параметров впрыскивания и смесеобразования в условиях низких температур.The technical result is aimed at the rational use of heat generated during operation of the compressor for heating diesel fuel supplied to the injectors of a diesel engine in order to improve the parameters of injection and mixture formation at low temperatures.

Технический результат достигается тем, что тепло, выделяемое при работе компрессора, частично передается протекающему по его полости охлаждения топливу, которое за счет этого подогревается и подается к топливному насосу высокого давления (ТНВД), при этом излишки топлива из ТНВД и форсунок не сливаются в топливный бак, а возвращаются через фильтр грубой очистки топлива во всасывающую магистраль топливоподкачивающего насоса (ТПН), что обеспечивает подогрев фильтра грубой очистки топлива (ФГОТ) и повышение средней температуры топлива, поступающего из бака. Кроме того, улучшаются условия охлаждения компрессора за счет большей производительности ТПН.The technical result is achieved by the fact that the heat generated during the operation of the compressor is partially transferred to the fuel flowing through its cooling cavity, which is thereby heated and supplied to the high-pressure fuel pump (HPHD), while the excess fuel from the high-pressure pump and injectors does not merge into the fuel tank, and returned through the coarse fuel filter to the suction line of the fuel-priming pump (FPH), which provides heating of the coarse fuel filter (PHOT) and increase in the average fuel temperature, post falling from the tank. In addition, compressor cooling conditions are improved due to the greater capacity of the ESRD.

Отличительными признаками от прототипа является то, что полость охлаждения компрессора включена последовательно во всасывающую магистраль между ФГОТ и ТПН и слив излишков топлива от ТНВД и форсунок производится во всасывающую магистраль перед ФГОТ.Distinctive features of the prototype is that the compressor cooling cavity is connected in series to the suction line between the PHOT and the ESR and the excess fuel is drained from the injection pump and nozzles into the suction main before the PHOT.

На фиг. 1 приведена схема подключения системы питания топливом для подогрева с помощью компрессора автомобиля.FIG. 1 is a diagram of the connection of the fuel supply system for heating with a vehicle compressor.

Система питания (Фиг. 1) включает в себя ТПН 1, закачивающий топливо из топливного бака через ФГОТ 2 и полость охлаждения компрессора 3, и подающий его через фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ) 4 в ТНВД и далее к форсункам, при этом излишки топлива из ТНВД и форсунок подводятся обратно в полость охлаждения компрессора 3 через ФГОТ 2, а компрессор 3, в свою очередь, всасывает воздух через воздушный фильтр из атмосферы и нагнетает его в ресиверы пневматической системы.The power supply system (Fig. 1) includes the FPP 1, which injects fuel from the fuel tank through PGOT 2 and the cooling cavity of the compressor 3, and feeds it through the fuel fine filter (FTOT) 4 to the injection pump and further to the injectors, with excess fuel from the fuel pump and nozzles are fed back into the cooling cavity of the compressor 3 through PGOT 2, and the compressor 3, in turn, sucks air through the air filter from the atmosphere and pumps it into the receivers of the pneumatic system.

Способ подогрева топлива в условиях низких температур с использованием компрессора пневмосистемы автомобиля реализуется следующим образом.The method of heating the fuel at low temperatures using the compressor pneumatic system of the car is as follows.

При сжатии воздуха в компрессоре 3 его температура повышается, при этом в полость охлаждения передается теплота, поглощаемая находящимся в ней топливом, поступающим туда от ФГОТ 2 под действием ТПН 1. Далее подогретое в результате теплообмена топливо подается топливоподкачивающим насосом 1 из полости охлаждения компрессора 3 через ФТОТ 4 к ТНВД.When air is compressed in compressor 3, its temperature rises, while heat is absorbed into the cooling cavity, which is absorbed by the fuel contained in it, coming there from PGOT 2 under the influence of ESR 1. Next, the fuel heated by heat exchange is supplied by the fuel pumping pump 1 from the cooling cavity of compressor 3 through FTOT 4 to the pump.

Излишки топлива из ТНВД и форсунок возвращаются во всасывающую магистраль ТПН 1 через фильтр грубой очистки топлива 2, что обеспечивает его подогрев и повышение средней температуры топлива, поступающего из бака.Excess fuel from the injection pump and injectors are returned to the suction line of the ESR 1 through the coarse fuel filter 2, which ensures its heating and the increase in the average temperature of the fuel coming from the tank.

Расчетными методами и экспериментальными исследованиями установлены и подтверждены оптимальные значения температуры топлива на каждом этапе его подачи из бака в камеру сгорания двигателя. Температура топлива на входе в топливозаборник должна быть минимум на 3-5°С выше температуры помутнения и при этом не менее 273 К, когда вода, растворенная в топливе, не подвержена кристаллизации. На выходе из ФГО она может подниматься вплоть до максимально допустимой температуры 343 К [2].Calculated methods and experimental studies have established and confirmed the optimal values of the fuel temperature at each stage of its supply from the tank to the engine combustion chamber. The fuel temperature at the inlet to the fuel intake must be at least 3-5 ° C higher than the cloud point and at least 273 K, when water dissolved in the fuel is not subject to crystallization. At the output of the CSF, it can rise up to a maximum permissible temperature of 343 K [2].

Оптимальная температура дизельного топлива на входе в ТНВД по разным данным принимает различные значения. Например, при испытаниях двигателей температура дизельного топлива при приведении к стандартным условиям должна быть от 20 и 25°С [3]. Лабораторные испытания противоизносных свойств топлива проводятся строго при температуре топлива плюс 40°С. Испытания и регулировка форсунок и ТНВД проводится на дизельном топливе по ГОСТ 305 [4] при температуре плюс 40°С [5, 6]. Исследования проведенные в ГОСНИТИ показали, при испытании и регулировке насоса целесообразно поддерживать температуру топлива от 30 до 40°С, а вязкость - от 3,2 до 3,6 сСт [7].The optimum temperature of diesel fuel at the entrance to the pump according to various data takes on different values. For example, when testing engines, the temperature of diesel fuel, when adjusted to standard conditions, should be between 20 and 25 ° C [3]. Laboratory tests of anti-wear properties of fuel are carried out strictly at a fuel temperature of plus 40 ° C. Testing and adjustment of nozzles and fuel injection pumps is carried out on diesel fuel according to GOST 305 [4] at a temperature of + 40 ° C [5, 6]. Studies conducted at GOSNITI have shown that when testing and adjusting the pump, it is advisable to maintain the fuel temperature from 30 to 40 ° C, and the viscosity from 3.2 to 3.6 cSt [7].

Максимальная допустимая температура топлива, поступающего в насосные секции высокого давления плюс 70°С. При превышении этой температуры снижаются вязкость и смазывающие его свойства и, как следствие, повышается износ прецизионных пар, что может привести к возникновению преждевременной необходимости в ремонте ТНВД и форсунок [8].The maximum allowable temperature of the fuel entering the high pressure pumping section plus 70 ° C. When this temperature is exceeded, viscosity and lubricating properties decrease and, as a result, the wear of precision pairs increases, which may lead to the premature need to repair the injection pump and nozzles [8].

Кроме того, изменение плотности топлива при его чрезмерном перегреве приводит к уменьшению массы впрыскиваемого топлива по скоростной характеристике топливоподачи и, следовательно, пропорциональному снижению тепловыделения, а также изменению параметров характеристики впрыскивания. Таким образом, перегрев топлива обуславливает снижение его вязкости и плотности и, как следствие, повышение износа деталей и некоторое уменьшение энергетических и экономических показателей работы двигателя.In addition, a change in the density of the fuel when it is excessively overheated leads to a decrease in the mass of the injected fuel in terms of the speed response of the fuel injection and, therefore, proportional reduction in heat generation, as well as changes in the parameters of the injection characteristic. Thus, overheating of the fuel causes a decrease in its viscosity and density and, as a consequence, increased wear of parts and a slight decrease in the energy and economic performance of the engine.

Таким образом, отталкиваясь от требований руководящих документов на испытания двигателя и топливной аппаратуры и исследования ведущих научных школ и научно-исследовательских институтов оптимальной температурой поступающего в ТНВД дизельного топлива можно считать интервал от плюс 25 до плюс 40°С. Для обеспечения этого условия в условиях низких температур подогрев топлива целесообразно осуществлять в соответствии с предлагаемым способом.Thus, based on the requirements of the governing documents for testing the engine and fuel equipment and research of leading scientific schools and research institutes, the optimum temperature of diesel fuel entering the fuel injection pump can be considered as the interval from plus 25 to plus 40 ° С. To ensure this condition in conditions of low temperatures, heating the fuel is advisable to carry out in accordance with the proposed method.

Источники информации:Information sources:

1. Пат. 2515583 РФ, F01P 3/00, F01P 7/14. Способ охлаждения компрессора дизеля / Ю.В. Иванщиков, В.Б. Скворцов, Ю.Н. Доброхотов (Россия). №2012149892/06; Заявлено 22.11.2012; Опубл. 10.05.2014, Бюл. №13.1. Pat. 2515583 of the Russian Federation, F01P 3/00, F01P 7/14. Cooling method for diesel compressor / Yu.V. Ivanchikov, V.B. Skvortsov, Yu.N. Dobrokhotov (Russia). №2012149892 / 06; Announced Nov 22, 2012; Publ. 05/10/2014, Byul. №13.

2. Халтурин Д.В. Подогрев и очистка топлива в условиях низких температур с целью повышения работоспособности сельскохозяйственных дизельных тракторов: Автореф. дисс. … канд. техн. наук: 05.20.03. - Новосибирск, 2015. - 18 с.2. Khalturin D.V. Heating and cleaning of fuel at low temperatures in order to improve the performance of agricultural diesel tractors: author. diss. ... Cand. tech. Sciences: 05.20.03. - Novosibirsk, 2015. - 18 p.

3. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 42 с.3. GOST 14846-81. Automotive engines. Methods of bench tests. - M .: Publishing house of standards, 1982. - 42 p.

4. ГОСТ 305-82. Топливо дизельное. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 7 с.4. GOST 305-82. Diesel fuel. Technical conditions. - M .: Publishing house of standards, 1982. - 7 p.

5. ГОСТ 10578-96. Насосы топливные дизельные. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 22 с.5. GOST 10578-96. Diesel fuel pumps. General technical conditions. - M .: Publishing house of standards, 1997. - 22 p.

6. ГОСТ 10579-88. Форсунки дизелей. Общие технические условия. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 23 с.6. GOST 10579-88. Diesel injectors. General technical conditions. Methods of bench tests. - M .: Standards Publishing House, 1988. - 23 p.

7. Саенко М.М. Анализ существующих методов испытаний приборов топливных систем дизелей при техническом обслуживании в процессе эксплуатации / Вестник СибАДИ. - Омск: 2015. - Вып. 2 (42). - С. 40-46.7. Saenko M.M. Analysis of existing test methods for diesel fuel system instruments during maintenance during operation / Vestnik SibADI. - Omsk: 2015. - Vol. 2 (42). - pp. 40-46.

8. Грехов Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов / Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков. - М: Легион-Автодата, 2004. - 344 с.8. Grehov L.V. Fuel equipment and control systems of diesel engines: A textbook for universities / L.V. Sin, N.A. Ivaschenko, V.A. Markov. - M: Legion-Avtodata, 2004. - 344 p.

Claims

The method of heating the fuel at low temperatures using the compressor of the pneumatic system of the car, consisting in that the compressor cooling cavity is connected to the fuel supply system, and the compressor cooling cavity is connected in series to the suction line between the coarse fuel filter and the fuel priming pump and the excess fuel is drained from fuel injection pump and injectors are made in the suction line before the coarse fuel filter.