Тупикова паливна система дизельного двигуна з ділянкою для вимірювання витрати палива

Корисна модель відноситься до техніки вимірювання витрати рідини і може бути використана для контролю і обліку витрати палива в дизельних двигунах вн утрішнього згорання, що мають замкнуту тупикову паливну систему, як при їх діагностуванні на випробувальних стендах, так і в процесі експлуатації в транспортних засобах. Відомий пристрій для вимірювання витрати рідини, виконаний у вигляді витратоміру, що має корпус з вхідними і вихідними каналами, між якими у внутрішньому об'ємі корпусу розміщені взаємодіючі між собою шестерні. Вихідний канал має механічного вимірника у вигляді заслінки, тяги і гнучкої мембрани. Вимірник витратоміру пов'язаний з рахунковим пристроєм [див. пат. Росії №2085860 з класу G01F3/00 опублікованого 27.07.1997p.]. Основним недоліком відомого пристрою є інерційність його вимірювальної частини, що знижує чутливість пристрою, зокрема в умовах зміни фізико-хімічного стану рідкого компоненту, наприклад, палива. Крім того, відомий пристрій забезпечує вимірювання витрати рідини в умовах односпрямованого потоку її р уху. Паливні системи дизельних двигунів транспортних засобів мають замкнутий контур, який містить приєднану до паливного бака паливоподавальну магістраль з фільтрами грубого і тонкого очищення, розташований на виході вказаної магістралі колектор низького тиску, який приєднаний до насосів високого тиску форсунок циліндрів. Вихід колектора низького тиску, а також насоси високого тиску і форсунки циліндрів мають поворотні зливні магістралі, які приєднані до паливного бака. У цих умовах роботи дизельного двигуна транспортного засобу проблема обліку об'ємної витрати палива має актуальне значення. Для вирішення цієї проблеми запропоноване вимірювання витрати палива здійснювати за допомогою двох роликолопатевих витратомірів. Кожний роликолопатевий витратомір містить лопатевий ротор, вал якого пов'язаний з крильчаткою, що має первинні елементи датчика, вторинний елемент якого пов'язаний з лічильником реєстрації об'ємної витрати палива. Корпус витратоміра має підвідний (вхідний) та відвідний (вихідний) канали, розташовані у внутрішній порожнині корпусу, і ролики-розподільники. Лопатевий ротор і ролики-розподільники через задані зазори ущільнювачів між їх робочими поверхнями і поверхнями внутрішньої поверхні корпусу утворюють вхідну і ви хідну робочі порожнини, які через вхідний і вихідний канали з'єднуються з магістраллю потоку палива, що рушить. Один з витратомірів розміщують на виході потоку палива з фільтру тонкого очищення перед входом в паливний колектор низького тиску. Інший витратомір розміщують на виході з колектора низького тиску і перед входом зливного потоку палива в паливопідігрівач, який сполучений з паливним баком. Кожний роликолопатевий витратомір має рахунковий пристрій, який реєструє об'ємну витрату палива з урахуванням заданого об'єму робочих порожнин витратоміру і імпульсів обертання ротора, що фіксуються електромагнітним датчиком цього витратоміру. По різниці свідчень рахункових пристроїв (мала різниця двох великих величин) обох витратомірів, визначають об'ємну витрату палива при експлуатаційному режимі роботи дизельного двигуна вн утрішнього згорання на транспортному засобі [див. журнал: "Локомотив". - 2000. - №4. С.26-28]. Основним недоліком цього технічного рішення є те, що при вимірюванні витрати палива не враховується об'єм повернення палива в паливний бак з гілки паливозливної магістралі, сполученої з насосами високого тиску і форсунками циліндрів, що для експлуатаційного режиму транспортного засобу має істотне значення. Відсутність повного обліку об'ємного повернення палива знижує точність визначення реальної витрати палива при експлуатації двигуна. Наявність рахункового пристрою для кожного витратоміру знижує точність визначення витрати палива в експлуатаційному режимі транспортного засобу і ускладнює процес рахунку, зокрема унаслідок незіставності результатів за робочими обсягами витратомірів. Цей недолік усунений в пристрої для вимірювання витрати палива в дизельних двигунах внутрішнього згорання із замкнутою паливною системою, що містить розташовані в названій паливній системі два роликолопатевих витратоміри. Корпус кожного роликолопатевого витратоміру має співвісні виконані в ньому вхідний і вихідний канали і містить лопатевий ротор і ролики-розподільники, створюючи через зазори ущільнювачів, між їх робочими поверхнями і поверхнями внутрішньої поверхні корпусу вхідну і вихідн у робочі порожнини, що сполучаються з вхідним і вихідним каналами, при цьому торці корпусів витратомірів оснащені електромагнітними датчиками, за допомогою кабельного зв'язку, сполученими із загальним рахунковим пристроєм. Один з витратомірів розташований в паливо-подавальній магістралі перед входом подаючого потоку палива в нагнітальну систему дизельного двигуна, а інший - в зливній магістралі перед входом поворотного потоку палива в паливний бак [див. журнал: "Тяжелое машиностроение". - 1999. - №7. - С.38-40]. Основним недоліком відомого пристрою є складність його конструкції, яка обумовлена надмірною протяжністю кабельних зв'язків між рахунковим пристроєм і датчиками витратомірів, що призводить до зниження експлуатаційної надійності і до підвищення вірогідності несанкціонованого доступу до вимірювальної частини пристрою. Найбільш близькою по своїй суті і ефекту, що досягається, що приймається за прототип, є тупикова паливна система дизельного двигуна з ділянкою для вимірювання витрати палива, яка включає паливний бак, від якого відходить паливна магістраль низького тиску, в яку послідовно включені запірний вентиль, фільтр грубого очищення палива, паливопідкачувальний насос низького тиску (помпа), фільтр тонкого очищення палива, реєструвальний пристрій, колектор низького тиску, сполучений з паливними насосами високого тиску, підключеними до форсунок циліндрів двигуна, і магістраль повернення невикористаного палива з паливопідігрівачем, причому реєструвальний пристрій, містить два роликолопатевих витратоміри, корпуси яких сполучені між собою по торцях, оснащеними датчиками, пов'язаними з рахунковим пристроєм, розташованим з боку датчика одного з витратомірів в торцевій кришці корпусу. Кабель датчика іншого витратоміру розташований виконаних в бічних стінках корпусів співвісних отворах, осі яких паралельні осям обертання лопатевих роторів. Вхідний канал корпусу одного витратоміру і ви хідний канал корпусу іншого витратоміру розташовані з одного боку по відношенню до площини, що проходить через осі обертання лопатевих роторів. Вхідні і вихідні канали корпусів орієнтовані під кутом один до одного, рівним 0-90° [див. пат. Росії №2225596 з класу G01F3/10, 9/00 опублікований 10.03.2004р.]. Основним недоліком цієї паливної системи є те, що вона не дозволяє здійснювати точне вимірювання витрати палива. Наявність цього недоліку обумовлена наступним. В процесі роботи дизельного двигуна паливо в системі поступово нагрівається. Нагріву палива в системі також сприяє наявність паливопідігрівача в магістралі повернення невикористаного палива. В результаті розігрівання палива в паливній системі, його температура, особливо в зоні розташування насосів високого тиску, стає дуже високою, практично досягає точки закипання. Це приводить до різкого зростання тиску в паливній системі і насичення палива газоподібною фракцією (парами палива), що, у свою чергу, приводить до спотворення свідчень другого витратоміру. Другим істотним недоліком цієї паливної системи є те, що її пристрій реєструє, за суттю, споживання палива дизельним двигуном, а не паливо, споживане з паливного бака. В результаті цього з'являється можливість несанкціонованого вилучення палива з бака, оскільки дійсний його об'єм, з урахуванням збільшення внаслідок нагріву, не контролюється в даній паливній системі, оскільки обидва витратоміри встановлені на вході і на виході дизельного двигуна. Третім істотним недоліком цієї паливної системи є те, що в ній відсутні компенсатори гідравлічного удару, які б забезпечували стабільність роботи реєструвального пристрою, встановлених на ділянці між реєструвальним пристроєм і паливним насосом високого тиску. Загальновідомо, що при роботі паливних насосів, особливо насосів високого тиску, в магістралях, особливо що нагнітають, виникає пульсуючий гідравлічний удар, при якому тиск палива на цій ділянці збільшується до двох разів. Саме гідравлічний удар спотворює свідчення реєструвального пристрою (будь-якого типу) і призводить до різкого зниження його ресурсу роботи. В основу корисної моделі поставлене завдання підвищення точності обліку витрати палива і збільшення терміну служби реєструвального пристрою, шляхом виключення динамічного коливання тиску палива в нагнітальному трубопроводі і шляхом зниження і стабілізації температури палива в системі за рахунок включення в магістралі системи гасителів коливань тиску палива і теплообмінника. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в тупиковій паливній системі дизельного двигуна з ділянкою для вимірювання витрати палива, яка включає паливний бак, від якого відходить паливна магістраль низького тиску, в яку послідовно включені запірний вентиль, фільтр грубого очищення палива, паливопідкачувальний насос низького тиску (помпа), фільтр тонкого очищення палива, реєструвальний пристрій, колектор низького тиску, сполучений з паливними насосами високого тиску, підключеними до форсунок циліндрів двигуна, і магістраль повернення невикористаного палива, згідно з пропозицією, по обидва боки від реєструвального пристрою розташовані компенсатори гідравлічного удару, які разом з ним утворюють ділянку для вимірювання витрати палива, а на ділянці магістралі між колектором низького тиску і реєструвальним пристроєм розміщений теплообмінний апарат (холодильник) з підкачуючим паливним насосом, до входу якого примикає магістраль повернення невикористаного палива, а також фільтр тонкого очищення палива забезпечений зворотним клапаном підвищеного тиску зливу палива в паливний бак через зворотну магістраль і дросельним клапаном зниженого тиску, встановленому в нагнітальній магістралі перед реєструвальним пристроєм, при цьому кожен компенсатор гідравлічного удару виконаний у вигляді багатопрохідних компенсаційних камер, заповнених пружними елементами з мастилобензостійкого матеріалу, наприклад, гуми. Включення в паливну систему теплообмінного апарату дозволяє підтримувати постійно однакову температуру палива в процесі роботи дизельного двигуна, що стабілізує його об'єм і тиск (фізико-хімічний стан) в паливній системі. Додатковий паливний насос виключає повернення палива із зливної магістралі на ділянку вимірювання його витрати і зменшує амплітуду гідравлічного удару. Розташування реєструвального пристрою на магістралі низького тиску, в поєднанні із замиканням зливної магістралі в систему після реєструвального пристрою (а не на паливний бак), дозволяє точно реєструвати дійсну витрату палива з паливного бака. Компенсатори гідравлічного удару конструктивно досить прості і виглядають у вигляді коаксіальних порожнин заповнених пружними елементами, наприклад, кульками з мастилобензостійкої гуми. Компенсатор гідравлічного удару дозволяють стабілізувати свідчення і підвищити точність сумарної масової витрати палива лічильником і збільшити ресурс його роботи за рахунок зниження локального навантаження на механічну частину реєстр увального приладу. Компенсатори гідравлічного удару встановлені на найвірогіднішій ділянці магістралі, з погляду виникнення хвилі підвищеного тиску палива, - між паливними насосами, що є найбільш ефективним місцем їх використання. До того ж, розміщення лічильника палива на нагнітальному тракті магістралі підвищує ступінь захищеності паливної системи від несанкціонованого доступу до паливної системи. З'єднання магістралі повернення невикористаного палива безпосередньо з підкачуючим насосом виключає попадання повітря в паливні насоси високого тиску, що підвищує стабільність подачі палива у форсунки. Оснащення фільтру тонкого очищення палива двома клапанами дозволяє підвищити надійність роботи паливної системи, а також виключити можливість її руйнування у випадках різкого підвищення тиску палива. Подальша сутність корисної моделі пояснюється ілюстративним матеріалом, на якому зображена структурна схема запропонованої паливної системи. Стрілками на схемі зображений напрям руху палива в системі. Фігурною дужкою позначена ділянка вимірювання витрати палива. Паливна система транспортного засобу містить паливний бак 1, від якого відходить паливна магістраль 2 низького тиску. У цю паливну магістраль 2 послідовно включені запарний вентиль 3, фільтр грубого очищення палива 4, паливопідкачувальний насос 5 низького тиску (помпа), фільтр тонкого очищення палива 6. Фільтр тонкого очищення палива 6 оснащений зворотним клапаном підвищеного тиску 7 зливу палива в паливний бак 1 через зворотну магістраль 8 і дросельним клапаном зниженого тиску 9, встановленим на вході в нагнітальну магістраль 10. За дросельним клапаном зниженого тиску 9 послідовно встановлені в нагнітальній магістралі 10 реєструвальний пристрій 11, по обидві боки від якого встановлені компенсатори гідравлічного удару 12, підкачувальний паливний насос 13, теплообмінний апарат 14 будь-якої відомої конструкції, наприклад, виконаний у вигляді змійовика, колектор низького тиску 15, сполучений з паливними насосами високого тиску 16, підключеними до форсунок 17 циліндрів 18 дизельного двигуна. Форсунки 17 пов'язані з магістраллю повернення 19 невикористаного палива. Вказана магістраль повернення 19 замикається на вході в підкачувальний паливний насос 13. Оскільки невикористане паливо повертається в нагнітальну магістраль після ділянки вимірювання витрати палива, а не в паливний бак 1 або в мірне відро, як це відбувається у відомих паливних системах, запропоновану паливну систему слід вважати тупиковою. У якості реєструвального пристрою 11 використовується звичайний лічильник витрати палива, наприклад, лічильник палива типу BRAUN HZ-5, який дозволяє вести безпосередній облік витрати палива за цифровими свідченнями без використання додаткових пристроїв для перетворення сигналу. Компенсатори гідравлічного удару 12 виконані у вигляді багатопрохідних компенсаційних камер 20, заповнених пружними елементами 21 з пружного матеріалу, наприклад, з мастилобензостійкої гуми. Зворотний клапан підвищеного тиску 7 відкривається у разі, коли тиск палива у фільтрі тонкого очищення палива 6 перевищить 1,5МПа, що може відбутися при засміченні паливної системи або вказаного фільтру 6. У таких випадках зворотний клапан підвищеного тиску 7 відкривається і відбувається злив палива в паливний бак 1 через зворотну магістраль 8. Дросельний клапан зниженого тиску 9 відкривається у разі, коли тиск палива в нагнітальній магістралі 10 перевищує 0,5 МПа, що може відбутися при засміченні паливної системи на ділянці вимірювання витрати палива або надзвичайно великого гідравлічного удару. У таких випадках дросельний клапан зниженого тиску 9 відкривається і відбувається надходження палива у фільтр тонкого очищення палива 6. Зворотний 7 і дросельний 9 клапани є засобами попередження виходу з ладу паливної системи. Запропонована тупикова паливна система дизельного двигуна з ділянкою для вимірювання витрати палива працює таким чином. При запуску двигуна, паливо з паливного бака 1, по паливній магістралі 2 низького тиску через нормально відкритий запірний вентиль 3, фільтр грубого очищення палива 4 і паливопідкачувальний насос 5 низького тиску, поступає у фільтр тонкого очищення палива 6 і, далі, через дросельний клапан 9 і компенсатор гідравлічного удару 12, в реєструвальний пристрій 11 і, знов, через компенсатор гідравлічного удару 12, до підкачувального насоса 13. Далі паливо, через теплообмінний апарат 14, де стабілізується і знижується його температура, поступає в колектор низького тиску 15, а з нього - в паливний насоси високого тиску 17. При роботі всіх паливних насосів 5, 13 і 17, із-за поперемінного відкриття-закриття їх клапанів, в паливній системі постійно виникають гідравлічні удари в нагнітальній магістралі 10, які не тільки спотворює свідчення реєструвального пристрою 11, але приводять до передчасного виходу його з ладу. Це негативне явище попереджають компенсатори гідравлічного удару 12, які гасять хвилю підви щеного тиску палива в компенсаційній камері 20 своїми пружними елементами, які деформуються, 21, що виключає дію вказаної хвилі на реєструвальний пристрій 11. Паливо від підкачувального насоса 13, пройшовши теплообмінний апарат 14, потрапляє в колектор низького тиску 15, а звідти, рівномірно до паливних насосів високого тиску 16 і до уприскуючих форсунок 17. Невикористане паливо, насичене повітрям і парами палива, з форсунок 17 потрапляє в магістраль повернення 19, яка замикається на вхід підкачувального насоса 13. Саме такий зв'язок магістралі повернення 16 з форсунками 17 і з підкачувальним насосом 13 дає можливість невикористаному паливу звільнитися від повітря і, саме так, стабілізувати роботу дви гуна. Витрата палива при роботі двигуна спостерігається візуально за свідченнями реєструвального пристрою 11. Істотна відмінність об'єкту корисної моделі, що заявляється, від раніш відомих полягає в тому, що в паливній системі, а точніше, в нагнітальній магістралі послідовно встановлені реєструвальний пристрій у вигляді лічильника витрати палива, по обидві боки від якого встановлені компенсатори гідравлічного удару, які разом з ним створюють ділянку вимірювання витрати палива, а також в наявності теплообмінного апарату з підкачувальним насосом в нагнітальній магістралі, а магістраль повернення невикористаного палива примикає до підкачувального насоса і, крім того, фільтр тонкого очищення палива забезпечений двома клапанами різного тиску. Вказані відмінності, в сук упності, дозволяють стабілізувати роботу дизельного двигуна, вести точний облік витрати палива, а також гасити коливання тиску палива в системі і, саме так, підвищити надійність і ресурс роботи всіх вузлів паливної системи. Жодна з відомих паливних систем не може володіти зазначеними властивостями, оскільки не містять в своїх конструкціях сукупність перерахованих пристроїв і використовують інші схеми замикання паливної системи. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, в порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - підвищення точності обліку витрати палива за рахунок виключення дії на реєструвальний пристрій гідравлічного удару і за рахунок стабілізації температури палива в системі; - збільшення терміну служби реєструвального пристрою з тієї ж причини; - спрощення контролю витрати палива за рахунок використання у якості реєструвального пристрою звичайного лічильника витрати палива; - забезпечення стабільності роботи двигуна за рахунок того, що невикористане паливо повертається в нагнітальну магістраль, а температура палива зберігається постійною; - виключення можливості руйнування паливної системи із-за надмірно високого тиску палива в ній за рахунок наявності зворотного і дросельного клапанів. До соціальних переваг запропонованого технічного рішення, в порівнянні з прототипом, можна віднести простоту і точність контролю витрати палива і попередження доступу для несанкціонованого вилучення палива з паливної системи транспортного засобу. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, в порівнянні з використанням прототипу, одержують за рахунок збільшення ресурсу роботи вузлів паливної системи і зниження вартості реєструвального пристрою з компенсаторами гідравлічного удару.