УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА МАСЛА Российский патент 1994 года по МПК F01M5/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) наземных машин, энергетических установок, сварочных и других специальных агрегатов с приводом от ДВС, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур, с целью облегчения холодного запуска двигателя.

Известен электрический нагреватель моторного масла в виде маслоизмерительной линейки (пат. США N 3171015), содержащий корпус с размещенной в нем проволочкой спиралью нагревателя, подключаемой к электрической сети с помощью изолировананных от корпуса двух электродов - клемм электрических проводов, включаемых в бытовую сеть переменного тока. Указанный нагреватель на время подогрева масла перед пуском двигателя устанавливается на место маслоизмерительного щупа (линейки).

Известен также электрический подогреватель масла патронного типа, устанавливаемый в поддоне картера двигателя и находящийся там постоянно в течение всего времени эксплуатации двигателя (пат. США N 3213263). Основным нагревающим элементом в нем также является проволочная спираль из материала с высоким удельным омическим сопротивлением, помещенная в корпус.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является электрический нагреватель масла фирмы "ТОУОТА" для ДВС (пат. США N 4815431). Этот электрический нагреватель размещается в картере двигателя и устанавливается в масляную магистраль между маслоприемником и масляным насосом. Он представляет собой цилиндрический патрон с керамическим нагревательным элементом (спиралью), заключенным в металлическую тонкостенную оболочку и подключенным к аккумуляторной батарее автомобиля. Патрон нагревателя ввертывается в специальную расточку на резьбе и имеет достаточно массивную головку под ключ.

Недостатками известных электрических нагревателей моторного масла являются их невысокая эффективность нагрева из-за малой поверхности контакта нагревателя с маслом, большая тепловая инерция из-за наличия металлических корпусов, отделяющих спираль от жидкости (масла), в результате чего тепло от спирали расходуется на прогрев корпуса, а затем только подводится к маслу. Кроме указанных недостатков, эти электронагреватели имеют несколько других весьма отрицательных сторон, ограничивающих успешное широкое применение электрических нагревателей моторного масла для облегчения запуска холодного двигателя. Это такие крупные недостатки, так пригар масла на поверхности корпуса нагревателя, который происходит из-за высокой температуры спиралей и металлических корпусов нагревателей. Температура корпусов в указанных нагревателях значительно превосходит температуру коксования моторного масла (≈ 245^оС) и достигает величин 600-800^оС и более. Поэтому применение таких нагревателей для подогрева моторного масла приводит к ухудшению качества масла и его смазывающих свойств. Кроме того, габариты известных нагревателей часто не позволяют устанавливать их в наиболее оптимальном месте, а именно: под маслоприемником насоса на дне поддона картера, расстояние нижней точки (сетки) которого от дна составляет, например, для автомобилей ВАЗ 6-10 мм.

К другим существенным недостаткам нагревателя (по пат. США N 4815431) относят такие его особенности, как место размещения, а именно: в магистрале между насосом и маслоприемником и выше уровня масла в поддоне картера. Выбор такого места размещения электрического нагревателя моторного масла нельзя признать удачным. Во-первых, масло на входе маслоприемника при таком размещении нагревателя практически не прогревается и при пуске его подача в насос при температуре ниже -20^оС не может быть гарантированной, поскольку нагревательная спираль находится на достаточно большом удалении от сетки маслоприемника, а участок трубы между спиралью и сеткой достаточно массивен и требует большого количества тепла для своего собственного разогрева, прежде чем тепло пойдет к маслу в месте его забора из поддона. На прогрев таких массивных деталей требуется большое количество времени (>15-20 мин), а следовательно, такой нагреватель обладает большой тепловой инерцией - бесспорным недостатком известных маслонагревателей. Во-вторых, размещение спирали нагревателя выше уровня масла в поддоне картера приводит к повышению пожаро- и взрывоопасности при оголении даже небольшого участка корпуса нагревателя с размещенной в нем нагревательной спиралью. В этом месте при перегреве оголенного участка нагревателя может произойти воспламенение масла и взрыв. Для предотвращения этих неежлательных последствий требуется контроль температуры нагревающей поверхности и сложная регулирующая аппаратура для управления нагревателем. Это приводит к удорожанию системы подогрева и снижению ее надежности и долговечности. В случае отказа системы контроля и регулирования нагревателя взрыв и пожар на автомобиле неизбежны. Но даже если и не произойдет воспламенения масла на перегретых поверхностях нагревателя, пригар (лаковые отложения) масла неизбежны, что приводит к ухудшению смазывающих свойств масла, закоксовыванию масляного фильтра и поршневых колец. И, наконец, в-третьих, в случае перегорания спирали в известных нагревателях она не подлежит ремонту и весь дорогостоящий нагреватель требует замены.

Целью изобретения является повышение эффективности нагрева масла и исключение его пригара, уменьшение толщины нагревателя и обеспечение достаточно развитой поверхности контакта его спирали с маслом, что позволяет разместить нагреватель непосредственно под маслоприемником, а также защита от перегорания спирали и повышение ремонтопригодности нагревателя.

Поставленная цель достигается тем, что электрический нагреватель моторного масла для ДВС содержащий токоведущие электроды и нагревательную спираль из материала с положительным температурным коэффициентом, помещенную в электроизоляционную оболочку, выполнен в виде плоского тонкого пакера с открытыми окнами сверху и размещенной в нем плоской нагревательной спирали в виде плоской тонкой ленты, позволяющей за счет прямого контакта с маслом и отсутствия собственной тепловой инерции резко увеличить теплопередачу и установить температуру нагревающей поверхности на уровне ниже температуры лакообразования масла (<250^оС). Нагреватель расположен на дне поддона картера под маслоприемником, причем в средней части корпуса нагревателя выполнено сквозное окно площадью, большей площади входного клапана маслонасоса, в ленту спирали включены стыковые паяные швы, защитная оболочка (корпус) нагревателя выполнена из теплостойкого электроизоляционного материала, например гибкого стеклопластика.

На фиг. 1 изображен общий вид и сечения А-А и Б-Б электрического нагревателя; на фиг. 2 - способ размещения и подключение нагревателя к клеммам "+" (подвод тока от аккумулятора) и "-" ("масса" автомобиля); на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - схема подключения нагревателя к аккумулятору.

Электрический нагреватель содержит защитную оболочку - корпус 1 с верхней накладкой 2 и нижней подложкой 3, нагревательную спираль 4 с подводящим 5 (+) и отводящим 6 (-) электродами и предохранительными вставками 7 со стыковыми паяными швами 8, центральное сквозное окно 9 и проушину 10 крепления нагревателя к днищу поддона картера двигателя. Для обеспечения свободного контакта ленточной нагревательной спирали 4 с маслом и его конвентивного обмена в верхней накладке 2 имеются окна 11, благодаря чему масло непосредственно контактирует с нагревательной спиралью и получает тепло непосредственно от нее, минуя промежуточные элементы.

В зависимости от необходимой мощности нагревателя для конкретного двигателя форма и размеры нагревательного элемента могут быть различными, а следовательно, различна и активная поверхность ленточной нагревательной спирали.

Устройство работает следующим образом.

Будучи установленным на днище поддона 13 (фиг. 2) картера двигателя, посредством пластин 14, нагреватель всегда находится в затопленном маслом состоянии, т. е. под слоем масла. При этом масло через окна 11 в верхней накладке 2 и боковые щели 12 корпуса - 1 нагревателя поступает в пакет и непосредственно контактирует с нагревательной спиралью 4. При подключении спирали нагревателя в электрическую цепь аккумулятора ток протекает от "+" батареи к клемме "+" на внешней стороне поддона, далее к электроду "+" нагревателя, от него по спирали и уходит через электрод "-" нагревателя на массу "-" автомобиля. В результате протекания электрического тока по спирали 4 нагревателя она нагревается и нагревает контактирующие с ней порции масла. Нагретое масло в результате конвекции поднимается к маслоприемнику 15, насоса 16, а холодное масло поступает к горячим поверхностям спирали 4 и процесс повторяется, как описано выше. В результате активного обмена горячих и холодных масс масла на открытых поверхностях спирали устанавливается равновесная температура поверхностей спирали на уровне 400-420 К, что значительно ниже температуры начала коксования масла (520 К), но достаточно для его подогрева, при этом прогрев не приводит к лакообразованию на поверхностях спирали, т. е. пригару масла. Таким образом сохраняются смазывающие свойства масла и, следовательно, повышается общая эффективность прогрева.

В цепи подключения нагревателя к аккумулятору 17 (фиг. 3) предусмотрены плавкий предохранитель 18, выключатель 19 и контрольная лампа 20, т. е. необходимые средства защиты и контроля.

П р и м е р. Электрический нагреватель моторного масла был изготовлен и испытан на автомобиле ВАЗ-21013 в условиях рядовой эксплуатации в г. Омске в период с 21.02 по 1.03.91 г. Общий пробег автомобиля за время испытаний составил 2130 км.

Основные характерные параметры электрического нагревателя моторного масла были рассчитаны на подогрев масла в поддоне картера двигателя легкового автомобиля в объеме 3,0-3,75 л от отрицательной до положительной температуры с тем, чтобы за счет снижения вязкости и повышения текучести масла обеспечить его гарантированную подачу насосом к трущимся поверхностям и подшипникам двигателя.

Мощность нагревателя составила 220 Вт, площадь контакта нагревательного элемента с маслом равна 254 см², при этом толщина ленты спирали составила 22 мкм. Габариты пакета нагревателя в сборе составили 165х120х1 мм (длина, ширина, высота соответственно). Нагреватель был размещен на внутренней стороне днища поддона картера двигателя и укреплен на четырех специальных пластинах крепления под сеткой маслоприемника насоса на глубине 8-9 мм от нее. Подключение нагревателя к аккумулятору автомобиля осуществляли монтажным электрическим проводом с медной жилой сечением 1,5 мм² через плавкий предохранитель на 24 А и выключатель типа "тумблер" на два положения "включено" и "выключено".

В течение времени испытаний автомобиль ВАЗ-21013 хранился (ночью) на открытой стоянке и ежедневно направлялся в рейс после запуска с электроподогревом.

Температура окружающего воздуха в дни испытаний в ночные и утренние часы составляла от -19 до -7^оС. Нагреватель включали на 5-7 мин до момента запуска двигателя и при этом фиксировали потребляемый ток нагревателя, который составлял 18 А. По истечении указанного времени прогрева нагреватель отключали тумблером и запускали двигатель. Двигатель запускался с первой попытки, при этом подача подогретого масла насосом в магистраль была гарантированной, о чем свидетельствовало почти мгновенное погасание индикаторной красной лампочки давления масла на щитке приборов после первых оборотов коленчатого вала двигателя.

В соответствие с программой испытаний 1.03.91 электрический нагреватель был снят с автомобиля для осмотра и анализа технического состояния. Внешний осмотр состояния нагревателя, электрические измерения сопротивления нагревательного элемента и прочности его изоляции показали отсутствие каких-либо отклонений от нормы, следы пригара масла на нагревательной спирали отсутствуют, поверхности чистые, ровные, потемнений и нарушений целостности элемента нет.

Таким образом, изготовленный опытный образец электрического нагревателя моторного масла успешно прошел испытания в составе автомобиля ВАЗ-21013, тем самым практически подтверждены осуществимость технического решения, новизна и эффективность для предпускового подогрева моторного масла в условиях эксплуатации автомобилей при отрицательных температурах воздуха.

Проведенные испытания показали, что применение предположенного электрического нагревателя позволяет существенно сократить затраты и время на предпусковую подготовку автомобилей в холодный период эксплуатации, повысить надежность и долговечность двигателя и полностью исключить выход из строя двигателя из-за непоступления загустевшего масла в насос и к подшипникам в условиях запуска непрогретого двигателя при отрицательных температурах.

Внедрение предлагаемого электрического нагревателя в практику широкой эксплуатации автомобилей и тракторов в нашей стране даст многомиллионный экономический эффект.

(56) Авторское свидетельство СССР N 696170, кл. F 01 М 5/02, 1977.

Устройство содержит установленный на днище поддона картера ДВС под маслоприемником электрический нагреватель 1, корпус которого выполнен в виде пары горизонтальных пластин из теплостойкого электроизоляционного материала, между которыми размещена тонкая лента с подводящими 5 и отводящим 6 электродами и предохранительными вставками со стыковыми паяными швами. В верхней пластине выполнены сквозные окна для обеспечения непосредственного контакта масла с нагревательным элементом - тонкой лентой. Устройство имеет простую конструкцию и малые габариты. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА МАСЛА преимущественно в поддоне картера двигателя внутреннего сгорания в условиях холодного запуска, содержащее установленный на днище поддона электрический нагреватель, снабженный корпусом и плоским электронагревательным элементом, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения его габаритов, корпус нагревателя выполнен в виде пары горизонтальных пластин из теплостойкого электроизоляционного материала, а электрический электронагревательный элемент - в виде размещенной между пластинами тонкой токопроводящей ленты, причем пластины установлены на днище поддона под маслоприемником и верхняя из них снабжена сквозными окнами. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в центральной части нагревателя в сборе выполнено сквозное окно, причем площадь центрального окна нагревателя больше, чем площадь маслоприемного отверстия насоса.