RU2813415C1 - Device for heating fuel before starting and during operation of internal combustion engine - Google Patents
Device for heating fuel before starting and during operation of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813415C1 RU2813415C1 RU2023115108A RU2023115108A RU2813415C1 RU 2813415 C1 RU2813415 C1 RU 2813415C1 RU 2023115108 A RU2023115108 A RU 2023115108A RU 2023115108 A RU2023115108 A RU 2023115108A RU 2813415 C1 RU2813415 C1 RU 2813415C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- before starting
- heat accumulator
- internal combustion
- rail
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для разогрева автотракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в условиях межсменного, безгаражного хранения при отрицательных температурах окружающего воздуха.The present invention relates to engine construction, namely to devices for heating automobile and tractor internal combustion engines (ICE) under conditions of inter-shift, garage-free storage at subzero ambient temperatures.
В условиях российского климата эксплуатация автотракторных двигателей весьма специфична ввиду продолжительного периода холодного времени года. При низких температурах воздуха качество процесса образования топливо-воздушной смеси в цилиндрах двигателя резко ухудшается, что ведет к снижению его эксплуатационных характеристик, увеличению износа цилиндро-поршневой группы вследствие неполного испарения топлива и его последующего попадания на стенки цилиндра, что нарушает защитный слой масляной пленки. Вследствие неполноты сгорания топливо-воздушной смеси наблюдается повышенная концентрация токсичных компонентов и сажи в составе отработавших газов.In the Russian climate, the operation of automobile and tractor engines is very specific due to the long period of cold season. At low air temperatures, the quality of the process of formation of the fuel-air mixture in the engine cylinders sharply deteriorates, which leads to a decrease in its operational characteristics, increased wear of the cylinder-piston group due to incomplete evaporation of the fuel and its subsequent contact with the cylinder walls, which disrupts the protective layer of the oil film. Due to incomplete combustion of the fuel-air mixture, an increased concentration of toxic components and soot in the exhaust gases is observed.
Для улучшения качества смешивания поступившего в цилиндр двигателя топлива и воздуха необходимо увеличивать температуру процесса. Теоретически для этого возможно выполнить следующие условия: 1) увеличить давление в процессе такта сжатия, 2) увеличить температуру поступающего в цилиндр воздуха, 3) увеличить температуру поступающего в цилиндр топлива. Конструкция двигателей внутреннего сгорания имеет строго заданную степень сжатия, поэтому увеличить давление в конце такта сжатия не представляется возможным. Подогрев поступающего в цилиндры воздуха требует больших энергозатрат, что весьма проблематично ввиду ограниченности электрической мощности штатной системы тракторов и автомобилей, при этом система турбулизаторов, необходимых для интенсификации завихрения потока воздуха во впускном коллекторе, создаст значительное сопротивление и снижение коэффициента наполнения цилиндров. Самым обоснованным решением для обеспечения повышения температуры топливо-воздушной смеси является подогрев топлива. Подогретое топливо лучше распыляется форсунками и гораздо быстрее испаряется. При этом теплоемкость топлива значительно выше теплоемкости воздуха, что говорит о высокой эффективности подогрева именно топлива.To improve the quality of mixing of fuel and air entering the engine cylinder, it is necessary to increase the temperature of the process. Theoretically, for this it is possible to fulfill the following conditions: 1) increase the pressure during the compression stroke, 2) increase the temperature of the air entering the cylinder, 3) increase the temperature of the fuel entering the cylinder. The design of internal combustion engines has a strictly specified compression ratio, so it is not possible to increase the pressure at the end of the compression stroke. Heating the air entering the cylinders requires a lot of energy, which is very problematic due to the limited electrical power of the standard system of tractors and cars, while the system of turbulators necessary to intensify the turbulence of the air flow in the intake manifold will create significant resistance and reduce the cylinder filling ratio. The most reasonable solution to ensure an increase in the temperature of the fuel-air mixture is to heat the fuel. The heated fuel is better atomized by the injectors and evaporates much faster. At the same time, the heat capacity of the fuel is significantly higher than the heat capacity of air, which indicates the high efficiency of heating the fuel.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для подогрева топлива в системе высокого давления дизельного двигателя в предпусковой и пусковой периоды RU2731505C1 МПК F02M31/125 F02N19/00, 20.09.2020. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в нагреве топлива путем внедрения в часть топливопровода змеевика, заключенного в теплоизолированный корпус, внутри которого установлен электронагревательный элемент и датчик температуры, предназначенный для управления температурой процесса нагрева.From the prior art, a device is known for heating fuel in the high-pressure system of a diesel engine during the pre-start and start-up periods RU2731505C1 MPK F02M31/125 F02N19/00, 09.20.2020. The problem to be solved by this technical solution is to heat the fuel by introducing into part of the fuel line a coil enclosed in a thermally insulated housing, inside of which an electric heating element and a temperature sensor are installed, designed to control the temperature of the heating process.
Известно устройство подогрева топлива дизельного двигателя RU2719532С1 МПК F02M 31/00 F02M 31/02, 21.04.2020. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в нагреве топлива путем установки в напорный топливный трубопровод нагревательного электрического элемента и вискозиметра для оптимизации температуры нагрева топлива. В системе имеется смеситель для ускорения процесса корректировки температуры топлива в случае его перегрева нагревательным элементом. Процессы контролируются датчиками температуры и вискозиметром посредством процессора.A device for heating diesel engine fuel RU2719532С1 MPK F02M 31/00 F02M 31/02, 04/21/2020 is known. The problem to be solved by this technical solution is to heat the fuel by installing a heating electric element and a viscometer in the pressure fuel pipeline to optimize the heating temperature of the fuel. The system has a mixer to speed up the process of adjusting the fuel temperature in case of overheating by the heating element. The processes are controlled by temperature sensors and a viscometer via a processor.
Общим недостатком представленных устройств является необходимость наличия внешнего источника энергии и тепловые потери в нагнетательном топливном трубопроводе и форсунках в процессе пуска и прогрева двигателя.A common disadvantage of the presented devices is the need for an external energy source and heat losses in the fuel injection pipeline and injectors during engine starting and warming up.
Наиболее близкое к конструкции предлагаемого изобретения является устройство предпускового подогрева топлива двигателя внутреннего сгорания с терморегулятором RU195328U1 МПК F02M 31/12 F02M 31/125, 23.01.2020. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в нагреве топлива путем прогрева топливной рампы электрическими нагревательными элементами, установленными на внешней поверхности корпуса рампы. Процесс нагрева топлива регулируется процессором, отслеживающим сигналы с датчиков температуры.The closest device to the design of the proposed invention is a device for pre-heating fuel of an internal combustion engine with a thermostat RU195328U1 MPK F02M 31/12 F02M 31/125, 01/23/2020. The problem to be solved by this technical solution is to heat the fuel by heating the fuel rail with electric heating elements installed on the outer surface of the ramp body. The fuel heating process is regulated by a processor that monitors signals from temperature sensors.
Недостатком данного устройства является необходимость наличия внешнего источника питания, тепловая инерционность системы и потери тепловой энергии во внешнюю среду в процессе подогрева топлива.The disadvantage of this device is the need for an external power source, the thermal inertia of the system and the loss of thermal energy to the external environment during the fuel heating process.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, достигается за счет того, что система для подогрева топлива является автономным модулем, не требующим для своего функционирования внешних источников энергии, который возможно установить совместно с любой инжекторной топливной системой двигателя внутреннего сгорания не изменяя ее конструкции и представляет собой последовательно соединенные: электромагнитный клапан, камеру с охлаждающей жидкостью, в которую встроен топливный теплообменник, электрический топливный насос, датчики температуры и топливную рампу. Электромагнитный клапан предназначен для распределения топлива по элементам устройства подогрева. Тепловой аккумулятор служит источником тепловой энергии охлаждающей жидкости двигателя, запасенной с предыдущего цикла работы или накапливаемой в процессе работы двигателя для передачи ее топливу, подогрев которого происходит посредством теплообменника, встроенного в корпус теплового аккумулятора. Электрический топливный насос предназначен для создания циркуляции топлива в устройстве подогрева. Датчики температуры передают сигналы на процессор, который выдает управляющие команды на заслонку электромагнитного клапана. Электрические компоненты устройства питаются от бортовой сети машины.The problem to which the proposed technical solution is aimed is achieved due to the fact that the fuel heating system is an autonomous module that does not require external energy sources for its operation, which can be installed together with any fuel injection system of an internal combustion engine without changing its design and consists of a series-connected solenoid valve, a chamber with coolant in which a fuel heat exchanger is built, an electric fuel pump, temperature sensors and a fuel rail. The solenoid valve is designed to distribute fuel among the elements of the heating device. The heat accumulator serves as a source of thermal energy of the engine coolant, stored from the previous operating cycle or accumulated during engine operation for transferring it to fuel, which is heated by means of a heat exchanger built into the body of the heat accumulator. The electric fuel pump is designed to circulate fuel in the heating device. Temperature sensors transmit signals to the processor, which issues control commands to the solenoid valve damper. The electrical components of the device are powered from the machine's on-board network.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение гарантированного процесса пуска двигателя, улучшение его эксплуатационных параметров и уменьшение износа деталей и узлов.The technical result provided by the given set of features is to ensure a guaranteed engine starting process, improve its operational parameters and reduce wear of parts and assemblies.
Устройство системы подогрева поясняется фиг.1 (процессор не указан). Система состоит из электромагнитного распределительного клапана 1, теплового аккумулятора 2, топливопровода из топливного бака 3, топливопроводов 4, 5, 6, соединяющие между собой конструктивные элементы системы. Тепловой аккумулятор 2 (патент на полезную модель 182409) предназначен для накопления тепловой энергии охлаждающей жидкости, моторного масла и топлива в процессе работы двигателя и ее сохранения в период межсменной стоянки техники. За 1-2 минуты перед очередным запуском двигателя по команде оператора из кабины или с дистанционного пульта управления производится команда на включение устройства. Открываются запорные электромагнитные клапаны топливного теплообменника теплового аккумулятора 2 и включается электрический топливный насос 8, работающие от питания бортовой сети машины. Начинается процесс циркуляции топлива в системе «топливная рампа - тепловой аккумулятор - топливная рампа». Электромагнитный распределительный клапан 1 при этом перекрывает топливную магистраль из топливного бака. Таким образом происходит процесс смешивания холодного топлива из топливной рампы и горячего топлива из топливного теплообменника теплового аккумулятора.The design of the heating system is illustrated in Fig. 1 (the processor is not specified). The system consists of an electromagnetic distribution valve 1, a heat accumulator 2, a fuel line from the fuel tank 3, fuel lines 4, 5, 6, connecting the structural elements of the system. Thermal accumulator 2 (utility model patent 182409) is designed to accumulate thermal energy of coolant, engine oil and fuel during engine operation and preserve it during the period between shifts when equipment is parked. 1-2 minutes before the next engine start, at the operator’s command from the cab or from the remote control panel, a command is issued to turn on the device. The shut-off solenoid valves of the fuel heat exchanger of the heat accumulator 2 are opened and the electric fuel pump 8 is turned on, powered by the on-board power supply of the machine. The process of fuel circulation begins in the “fuel rail - heat accumulator - fuel rail” system. At the same time, electromagnetic distribution valve 1 closes the fuel line from the fuel tank. Thus, the process of mixing cold fuel from the fuel rail and hot fuel from the fuel heat exchanger of the heat accumulator occurs.
Топливопровод 5 соединяется с топливной рампой через ее штатный штуцер отбора давления.Fuel line 5 is connected to the fuel rail through its standard pressure tap fitting.
Непосредственно перед пуском двигателя одновременно с включением «зажигания» запускается штатный топливный насос системы питания и электромагнитный клапан 1 открывает проход топлива из топливного бака через топливопровод 3 в тепловой аккумулятор и топливную рампу посредством топливопроводов 5 и 6. Таким образом в процессе пуска и последующей работы двигателя поддерживается необходимое давление топлива в рампе.Immediately before starting the engine, simultaneously with the “ignition” being turned on, the standard fuel pump of the power supply system is started and the solenoid valve 1 opens the passage of fuel from the fuel tank through the fuel line 3 to the heat accumulator and the fuel rail through fuel lines 5 and 6. Thus, during the process of starting and subsequent operation of the engine the required fuel pressure in the rail is maintained.
Датчики температуры 7 подают информацию на процессор, который управляет положением заслонок электромагнитного клапана 1. В случае высокой температуры топлива, поступающего в процессе работы двигателя из теплового аккумулятора в топливную рампу, электромагнитный клапан частично перепускает холодное топливо из топливного бака в топливную рампу напрямую через топливопровод 4. При этом в топливной рампе холодное топливо из бака смешивается с горячим топливом из теплового аккумулятора и конечная его температура оптимизируется для обеспечения нормальной работы форсунок и обеспечения их заданного ресурса. Датчик температуры 7 топливной рампы постоянно передает сигнал на процессор который управляет положением заслонки электромагнитного клапана с целью коррекции соотношения поступающего в рампу горячего и холодного топлива.Temperature sensors 7 provide information to the processor, which controls the position of the flaps of the solenoid valve 1. In the event of a high temperature of the fuel supplied from the heat accumulator to the fuel rail during engine operation, the solenoid valve partially bypasses cold fuel from the fuel tank to the fuel rail directly through the fuel line 4 In this case, in the fuel rail, cold fuel from the tank is mixed with hot fuel from the heat accumulator and its final temperature is optimized to ensure normal operation of the injectors and ensure their specified resource. Fuel rail temperature sensor 7 constantly transmits a signal to the processor, which controls the position of the solenoid valve flap in order to correct the ratio of hot and cold fuel entering the rail.
Конструктивно в любой инжекторной топливной системе для оптимизации давления топлива в рампе заложен регулятор давления, к которому присоединена обратная топливная магистраль, возвращающая излишки топлива в бак. Поэтому в процессе работы двигателя с предлагаемой системой подогрева топливо в баке будет постоянно подогреваться путем поступления теплой фракции из топливной рампы через регулятор давления и обратную магистраль. Structurally, in any fuel injection system, to optimize the fuel pressure in the rail, a pressure regulator is installed, to which is connected a return fuel line that returns excess fuel to the tank. Therefore, during engine operation with the proposed heating system, the fuel in the tank will be constantly heated by the arrival of a warm fraction from the fuel rail through the pressure regulator and return line.
ЛитератураLiterature
1. Патент RU2731505C1 МПК F02M31/125 F02N19/00 от 20.09.2020.1. Patent RU2731505C1 IPC F02M31/125 F02N19/00 dated 09.20.2020.
2. Патент RU2719532С1 МПК F02M 31/00 F02M 31/02 от 21.04.2020.2. Patent RU2719532С1 IPC F02M 31/00 F02M 31/02 dated 04/21/2020.
3. Патент RU192358U1 МПК F02M 31/12 F02M 31/125 от 23.01.2020.3. Patent RU192358U1 IPC F02M 31/12 F02M 31/125 dated 01/23/2020.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813415C1 true RU2813415C1 (en) | 2024-02-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992014048A1 (en) * | 1991-02-01 | 1992-08-20 | 334455 Ontario Inc. | Engine fuel heating and oil filtration apparatus |
| RU2334118C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | System of air-fuel mix preparation for forced ignition internal combustion engine |
| RU109229U1 (en) * | 2011-04-13 | 2011-10-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR MAINTAINING INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEMS IN HEATED AND FAILURE-FREE STARTING CONDITION |
| RU182409U1 (en) * | 2017-11-08 | 2018-08-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" | HEAT BATTERY FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| US20220136430A1 (en) * | 2019-07-16 | 2022-05-05 | Japan Climate Systems Corporation | Vehicular heat accumulating system |
| RU2792380C1 (en) * | 2022-12-21 | 2023-03-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Vehicle internal combustion engine preheating system |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992014048A1 (en) * | 1991-02-01 | 1992-08-20 | 334455 Ontario Inc. | Engine fuel heating and oil filtration apparatus |
| RU2334118C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | System of air-fuel mix preparation for forced ignition internal combustion engine |
| RU109229U1 (en) * | 2011-04-13 | 2011-10-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR MAINTAINING INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEMS IN HEATED AND FAILURE-FREE STARTING CONDITION |
| RU182409U1 (en) * | 2017-11-08 | 2018-08-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" | HEAT BATTERY FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| US20220136430A1 (en) * | 2019-07-16 | 2022-05-05 | Japan Climate Systems Corporation | Vehicular heat accumulating system |
| RU2792380C1 (en) * | 2022-12-21 | 2023-03-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Vehicle internal combustion engine preheating system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11060497B2 (en) | Cold start strategy and system for gasoline direct injection compression ignition engine | |
| CA2898105C (en) | Internally cooled internal combustion engine and method thereof | |
| US7478628B2 (en) | Vapor and liquid fuel injection system | |
| US10364775B2 (en) | Water-injection anti-freezing system | |
| RU2622344C2 (en) | Method for starting the engine (variants) and engine starting system attached to the transmission | |
| KR20150100659A (en) | Internally cooled exhaust gas recirculation system for internal combustion engine and method thereof | |
| US9752514B2 (en) | Thermal management system for the feeding of fuel in internal combustion engines | |
| US6536679B2 (en) | Heating system | |
| US20130319382A1 (en) | Exhaust gas recirculation apparatus of internal combustion engine | |
| CN105599561B (en) | Method for operating an engine for a vehicle | |
| Böhm et al. | Functional integration of water injection into the gasoline engine | |
| RU2686650C1 (en) | Cooling system for internal combustion engine (versions) | |
| US9896994B2 (en) | Control apparatus of engine | |
| CN113236459B (en) | Device and method for realizing flash-boiling spraying by heating oil rail | |
| US9863306B2 (en) | Engine restart aid | |
| RU2813415C1 (en) | Device for heating fuel before starting and during operation of internal combustion engine | |
| JP4062285B2 (en) | Heat storage system | |
| RU192116U1 (en) | INDUCTION DIESEL INLET AIR HEATER TYPE B-2 | |
| Choi et al. | Investigation of emission characteristics affected by new cooling system in a diesel engine | |
| US20200025337A1 (en) | Fuel tank arrangement | |
| US20010025631A1 (en) | Method and apparatus for preheating fuel in vehicles powered by internal combustion engines | |
| RU127823U1 (en) | LIQUID COOLING SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND HEATING OF THE VEHICLE | |
| RU214721U1 (en) | SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL OF FUEL TEMPERATURE OF V-92S2 TANK ENGINE WITH VORTEX THERMOREGAL AND AIR-LIQUID HEAT EXCHANGER | |
| RU78733U1 (en) | LIQUID COOLING SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND HEATING OF THE VEHICLE OF THE VEHICLE (OPTIONS) | |
| RU213683U1 (en) | Preheating device for internal combustion engine of a vehicle |