XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение.

В ходе выполнения научно-исследовательской работы нами разработана конструкция топливного подогревателя для ДВС, который предназначен для использования в зимнее время года.

Нашей основной целью является – создание более простой системы для подогрева топлива на ДВС, которая обеспечивает определенную температуру топлива, поступающего в карбюратор вне зависимости от окружающих условий, так как подача подогретого топлива в двигатель внутреннего сгорания поднимает эффективность его работы, как на малых оборотах, так и на полных; понижает расход топлива и увеличивает качество горючей смеси. И при прочих ровных условиях увеличивается полнота сгорания топлива, что дает преимущества с точки зрения охраны окружающей среды.

Данная установка включает в себя: теплообменник (предназначенный для передачи тепла от нагретой воды из водяной рубашки двигателя бензину); считывающее устройство (считывает температуру бензина); чувствительный элемент (выполненный в виде биметаллического термостата).

В процессе нашей деятельности мы произвели подсчеты для нахождения времени нагрева топлива до требуемой температуры и по полученным данным можно сделать вывод, разработанный подогреватель топлива позволяет повысить эффективность эксплуатации транспортных средств.

С хема топливного подогревателя

Рис.1

Описание топливного подогревателя.

Основные части топливного подогревателя (рис.1.) состоящие из двух компонентов - это теплообменник 8 и вакуумная камера помещены в защитный кожух 11. Необходимые трубопроводы выходят из теплообменника и проходят сквозь защитный кожух. Топливо поступает в подогреватель от топливного насоса через впускной патрубок теплообменника 10, и по трубопроводу поступает в камеру теплообменника 8, и затем покидает теплообменник через выпускной патрубок теплообменника. Нагретое вещество (наиболее предпочтительно использовать горячую воду из системы охлаждения двигателя) поступает в теплообменник через водяной впускной патрубок 16, проходит через камеру теплообменника 8, в которой находятся топливные трубопроводы 10, выходит через выпускной водяной патрубок 12 и возвращается в систему охлаждения. В процессе прохождения через камеру теплообменника, вода передает теплоту топливу, движущемуся по трубопроводам. Вакуумная камера имеет внешний корпус, который представляет собой полую трубу, оба торца которой закрыты пластинами 4. Для обеспечения герметичности, между трубой и торцевыми пластинами помещены уплотнительные прокладки 19. Торцевые пластины крепятся с помощью сквозных шпилек 23, стягивающих их между собой. К одной из пластин 4 крепится вакуумный патрубок 13, который сообщается с внутренней частью камеры. Внутрь вакуумной камеры помещен, чувствительный к температуре датчик, который представляет собой биметаллический U-образный термостат 6. Нижнее плечо термостата позиционируется в камере с помощью регулировочной рейки и фиксируется с помощью монтажных болтов 22, которые проходят через корпус вакуумной камеры и блокируются с помощью контргаек 25. Верхнее и нижнее плечо термостата разделяются дифференцирующей пружиной 17. Положение пружины фиксируется с помощью направляющего стержня 18. На концах стержня имеются ограничители, которые ограничивают расхождение верхнего и нижнего плеча термостата. На верхнем плече термостата 6 крепится стержень, который проходит через окно в корпусе. Напротив окна расположена втулка 3, имеющая внутреннюю резьбу, и которая выступает над наружной поверхностью внешнего защитного, кожуха 11. В эту резьбу завинчено седло клапана 5. Седло клапана имеет наружную резьбу, за счет чего он может перемещаться вверх и вниз по втулке 3. По продольной оси седла клапана сделано отверстие. Нижняя часть отверстия выполнена в форме седла клапана 5, на которое садится стержень действующий как клапан. Верхняя коническая часть стержня может быть выполнена из любого материала, такого как резина или бронза, при условии обеспечения хорошей герметичности при посадке клапана на седло. Верхняя часть отверстия также расширена, и в нее вворачивается патрубок для впуска атмосферного воздуха 21. Патрубок для впуска атмосферного воздуха 21 и окно в корпусе действуют как клапан и обеспечивают впуск атмосферного воздуха во внутреннюю часть вакуумной камеры, когда стержень не прижат к седлу клапана. Внутри вакуумной камеры имеется также считывающее температуру устройство, которое имеет форму параллелепипеда, один из концов которого имеет V-образное сечение 1. В устройстве имеются впускной  и выпускной топливные трубопроводы. Впускной трубопровод незначительно углублен внутрь корпуса устройства, тогда как выпускной углублен на значительную глубину и заканчивается недалеко от переднего торца устройства. Трубопроводы проходят по обе стороны отпружины термостата 17 и проходят через пластину 4. Внешний защитный кожух 11, теплообменник 8 и вакуумная камера не соприкасаются друг с другом. В середине устройства расположена вакуумная камера, которую окружает теплообменник, а обе эти части окружает защитный кожух. Пространство, заключенное между теплообменником и вакуумной камерой заполнено изоляционным материалом. Прибор имеет также дополнительные трубопроводы. Теплообменник соединяется со считывающим устройством путем соединения выходного отверстия с впускным патрубком посредством трубки 14. Патрубок вакуумной камеры 13 соединяется с тройником вакуумного шланга. Второй конец тройника соединен с вакуумным регулятором 2 (на рисунках не показана) посредством вакуумного шланга. Третья часть тройника соединена с вакуумной системой двигателя (на рисунках не показана). С помощью вакуумного клапана осуществляется регулировка расхода горячей воды из системы охлаждения двигателя, поступающей в трубку через водяной впускной патрубок 16. Монтажный фланец 15 обеспечивает его крепление на двигателе или другом устройстве. Дополнительные крепления представлены монтировочными шпильками 9.

Подбор экономичного диаметра трубопровода.

Нами был производен подбор экономичного диаметра трубопровода подогревателя топлива зависящего от расхода рассчитываемой жидкости, а также от предельной скорости жидкости, при которой производится подача воды. Для нахождения экономичного диаметра водяных и топливных трубопроводов нам необходимо знать:

расходные характеристики топливного насоса;

расходные характеристики водяного насоса;

предельную скорость воды, при которой производится подача воды из водяного насоса;

предельную скорость топлива, при которой производится подача топлива из топливного насоса.

Так как для каждой марки автомобиля эти характеристики отличаются то расчет приводится усредненный для различных автомобилей и произвели расчеты по формулам.

Предельная скорость воды и топлива берется в пределах от 0,5 до 1 м/c. Расходные характеристики топливного и водяного насосов берутся из технических данных к этим приборам.

Принимаем скорость течения воды Vпр = 0,7 м/с; расход водяного насоса Q = 35*10^-6 м³/с [5], тогда:

Тогда экономичный диаметр водяных трубопроводов для этих данных будет приблизительно равен dэк = 8 мм.

Принимаем скорость течения топлива Vпр = 0,5 м/с; расход топливного насоса Q = 30*10^-6 м³/с, тогда:

Тогда экономичный диаметр топливных трубопроводов для этих данных будет приблизительно равен dэк = 8…9 мм.

Нахождение времени нагрева топлива до требуемой температуры.

В зависимости от различных характеристик время, за которое температура топлива достигнет необходимой величины (в нашем случае 35-40⁰С) будет различным. Однако мы можем высчитать приблизительное время нагрева топлива, составив уравнение теплового баланса между водой и топливом:

где, Q_в – расход воды;

ρ – плотность воды;

С_в – удельная теплоемкость воды;

к – коэффициент, теплопроводности;

S – площадь сечения топливного трубопровода;

t – время, необходимое для нагрева топлива;

l – длина топливного трубопровода;

Т₁ и Т₂ – соответственно, начальная и конечная температура воды для первого уравнения и топлива для второго.

Так как количество теплоты, переданное водой равно количеству теплоты принятому топливом, то мы можем приравнять эти два уравнения.

Тогда подставляя числовые значения мы можем найти время нагрева топлива до определенной температуры.

При данных условиях время нагрева топлива до температуры в 38⁰С будет равно t = 0,31ч = 18 мин.

Заключение.

В конструкторской части проекта, разработан подогреватель топлива предназначенный для использования на двигателе внутреннего сгорания автомобиля в зимнее время года. Использование данного устройства для подогрева топлива увеличивает качество горючей смеси, понижает расход топлива и улучшает работу двигателя, как на малых оборотах, так и на полном ходу. Также в ходе нашей работы был подобран более оптимальный диаметр трубопровода для нахождения которого мы нашли два параметра: экономичный диаметр топливных трубопроводов и экономичный диаметр водяных трубопроводов. Высчитали приблизительное время нагрева топлива до определенной температуры. Прежде чем сконструировать свою модель топливного подогревателя – нами было изучено множество других систем подогрева топлива. Наша конструкция отличается от других (например: модель TermoTop; модель Hydronic и др.) тем, что наше устройство будет ниже в цене, а значит каждый автолюбитель сможет установить наше устройство на свой автомобиль.

Код для цитирования: Скопировать