СИСТЕМА ПРЕДПУСКОВОГО РАЗОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02N17/04 F02N17/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, двигателестроению, а именно к устройствам для разогрева двигателей внутреннего сгорания и может быть применено в эксплуатации строительных машин и автомобилей.

Известны жидкостные системы предпускового подогрева или разогрева двигателей внутреннего сгорания с принудительной или термосифонной циркуляцией жидкого теплоносителя, содержащие котел-подогреватель, работающий на жидком топливе, вентилятор с электродвигателем, систему питания топливом, трубопроводы подвода и отвода теплоносителя, трубопроводы подвода газообразных продуктов сгорания топлива к масляному поддону двигателя и приборы управления работой подогревателя [1]
Такие системы потребляют топливо, ненадежны и сложны в эксплуатации из-за возможного появления пламени на выходе из котла [2]
Наиболее близким аналогом является система, в которой источник тепла выполнен в виде аккумулятора тепла теплоемкостного типа, корпус которого снабжен газовыми и жидкостными каналами, первые из которых соединены с выпускной трубой двигателя через газовый трубопровод с коллектором, а последние с рубашкой охлаждения двигателя и с компенсационным баком через жидкостные трубопроводы и откачивающий насос [3]
В этих системах отмеченные выше недостатки устранены, однако данные системы могут работать только на низкозамерзающих жидкостях и в нерациональном с точки зрения использования аккумулированной тепловой энергии режиме подогрева, а также имеют в своем составе термовключатель и электромагнитные клапаны, питание на которые подается от аккумуляторной батареи.

Таким образом, во всех известных устройствах на подогрев двигателя затрачивается либо энергия топлива, либо аккумулированная энергия отработавших газов, но в последнем случае системы сложны и требует применять в качестве теплоносителя низкозамерзающие жидкости.

Задача, решаемая изобретением, заключается в упрощении системы за счет использования в качестве теплоносителя воды.

Это достигается тем, что источник тепла выполнен в виде теплового аккумулятора фазового перехода, имеющего емкость для хранения воды и состоящего из газового и жидкостного теплообменников, в свободном объеме между которыми находится теплоаккумулирующее вещество.

На фиг. 1 дана принципиальная схема системы предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 принципиальная схема теплового аккумулятора фазового перехода.

Система предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания 1 включает в себя тепловой аккумулятор фазового перехода 2 с заливной трубой 3, сливным трубопроводом 4 и краниками 5, 6; теплоизолированный газовый трубопровод 7 с заслонкой 8; выхлопную трубу 9 с заслонкой 10; нагреватель масла 11; расширительный бак 12 с воздушным краном 13; трубопроводы подвода 14 и отвода 15, 16 теплоносителя; запорные краны 17, 18 и спускной кран 19.

Теплоизолированный газовый трубопровод 7 соединяет входной газовый патрубок теплового аккумулятора 2 с выхлопной трубой 9.

Нагреватель масла 11 расположен в масляной ванне двигателя 1 и представляет собой выполненный из нескольких трубок водомасляный теплообменник, количество и линейные размеры которых рассчитаны на нагрев масла до температуры 40^oC при температуре окружающей среды минус 40^oC.

Расширительный бак 12 с помощью трубопровода 20 связан с водоотводной трубой 21 двигателя.

Трубопровод подвода теплоносителя 14 через запорный кран 17 соединяет выходной жидкостной патрубок теплового аккумулятора 2 с водоотводной трубой 21 двигателя. Трубопровод отвода теплоносителя 15 через запорный кран 18 связывает рубашку охлаждения двигателя в районе нижней части последнего цилиндра с входным патрубком нагревателя масла 11, а трубопровод 16 выходной патрубок нагревателя масла с входным жидкостным патрубком теплового аккумулятора 2.

Спускной кран 19 смонтирован на трубопроводе 16 в самый нижний точке системы.

Тепловой аккумулятор фазового перехода 2 состоит из емкости 22 для межсменного хранения воды, теплоаккумулирующего ядра 23 и тепловой изоляции 24, выполненной из минеральной ваты. Для обеспечения термосифонной циркуляции теплоносителя тепловой аккумулятор располагается на машине таким образом, чтобы его теплоаккумулирующее ядра находилось не выше рубашки охлаждения двигателя.

Теплоаккумулирующее ядро 23 представляет собой емкость формы параллелепипеда, образованного двумя газовыми трубными досками 25 и двумя жидкостными трубными досками 26, а также двумя боковыми пластинами 27, приваренными к ним. Газовый теплообменник теплового аккумулятора образован несколькими рядами взаимно параллельных газовых труб 28, концы которых завальцованы в отверстиях трубных досок 25. Жидкостные трубы 29 перпендикулярны газовым трубам 28, расположены между ними и аналогично завальцованы в отверстиях жидкостных трубных досок 26. Совокупность жидкостных труб 29 образует жидкостной теплообменник теплового аккумулятора. Свободный объем между газовым и жидкостным теплообменником заполнен теплоаккумулирующим веществом 30, в качестве которого применяется бинарная солевая эвтектическая смесь нитратов лития и калия. Для подвода и отвода отработавших газов к газовым трубным доскам 25 с помощью болтовых соединений через медноасбестовые прокладки прикреплены газовые крышки 31 с патрубками. Для подвода и отвода воды к жидкостным трубным доскам 26 приварены жидкостные бачки 32, имеющие входной и выходной патрубки. Емкость 22 для межсменного хранения воды и теплоаккумулирующее ядро 23 разделены пластиной 33 и слоем теплоизоляции.

Система разогрева работает следующим образом.

Во время работы двигателя 1 отработавшие газы при открытой заслонке 8 и закрытой заслонке 10 направляются в теплоизолированный газовый трубопровод 7, а затем в газовые трубки 28 теплоаккумулирующего ядра. Проходя газовый теплообменник, отработавшие газы отдают часть своей тепловой энергии теплоаккумулирующему веществу 30 и выбрасываются через одну из газовых крышек 31 в атмосферу. Теплоаккумулирующее вещество нагревается до температуры плавления, равной 133^oC, плавится, претерпевая фазовый переход твердое тело жидкость и запасная тепловую энергию в виде скрытой теплоты плавления, а затем нагревается в жидкой фазе до температуры 250 300^oC. Время зарядки теплового аккумулятора 2 зависит от режима работы двигателя 1 и составляет в среднем 5 6 часов при температуре окружающей среды минус 40^oC.

После остановки двигателя вода из его рубашки охлаждения сливается в емкость 22 теплового аккумулятора 2 через заливную трубу 3 с открытым краном 45 вручную или заканчивается в нее установленным на борту машины ручным насосом (на фиг. 1, 2 он не показан). Благодаря теплоизоляции 24 теплоаккумулирующее вещество 30 в период межсменной стоянки, продолжительность которой при температуре окружающей среды минус 40^oC может достигать 24 - 36 часов в зависимости от скорости ветра, находится в расплавленном состоянии и имеет температуру к концу межсменного периода 220-250^oС, а находящаяся в емкости вода 80-90^oС.

Разогрев двигателя 1 осуществляется разрядкой теплового аккумулятора 2. Перед пуском двигателя после межсменной стоянки открываются запорные 17, 18, воздушный кран 13 и закрывается спускной кран 19. При открытии краника 6 находящаяся в емкости вода по сливному трубопроводу 4 самотеком поступает в нижний жидкостной бачок 32 и из него в жидкостные трубки 29 теплоаккумулирующего ядра 23. Так как температура стенок трубок 29 жидкостного теплообменника выше 200^oC, то в результате теплообменника в нем образуется пароводяная смесь. При этом теплоаккумулирующее вещество 30 претерпевает обратимый фазовый переход жидкость твердое тело и отдает теплоносителю запасенную тепловую энергию, большая часть которой выделяется в виде скрытой теплоты кристаллизация. Заполнение рубашки охлаждения двигателя производится по трубопроводу 14 и трубопроводам 16, 15 через нагреватель масла 11. Находящийся при этом в системе воздух поднимается в расширительный бак 12 по трубопроводу 20 и удаляется через воздушный кран 13. При полном заполнении системы за счет разности плотностей теплоносителя в жидкостном теплообменнике теплового аккумулятора 2 и в рубашке охлаждения двигателя 1 возникает термосифонная циркуляция по следующему контуру: тепловой аккумулятор 2 - трубопровод подвода 14 водоотводная труба 21 и водяной радиатор двигателя 1 головки и блок основного и пускового двигателей трубопровод отвода 15 - нагреватель масла 11 трубопровод отвода 16 тепловой аккумулятор 2. Расширительный бак 12 воспринимает увеличивающийся объем теплоносителя. Время окончания разогрева контролируется оператором по показаниям установленных в кабине указателей температуры воды в системе охлаждения и масла в поддоне. При температуре окружающей среды минус 40^oC время разогрева двигателя составляет в среднем 15 мин.

По окончании разогрева двигатель 1 запускается, закрываются запорные краны 17, 18, открывается спускной кран 19 и из жидкостного теплообменника теплового аккумулятора 2, трубопроводов 14, 15, 16 и нагревателя масла 11 удаляется находящаяся в них вода, которая затем заливается по трубопроводу 3 в емкость 22.

Объем емкости 22 равен сумме объемов системы охлаждения двигателя 1, жидкостного теплообменника теплового аккумулятора 2, нагревателя масла 11 и трубопроводов 14, 15, 16.

Предлагаемая система разогрева по сравнению с системой подогрева двигателя внутреннего сгорания с использованием в качестве источника тепла аккумулятора теплоемкостного типа упрощает конструкцию, позволяет применять в качестве теплоносителя воду.

Источник информации.

1. Николаев Л. А. Сташкевич А.П. Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. М. Машиностроение, 1977, 191 с.

2. Карепов В.А. Хорош А.И. Системы подготовки двигателей экскаваторов и кранов к запуску при низких температурах. Обзор ЦНИИТЭстроймаш, М. вып.1, 1981, 52 с.

3. А.с. СССР N 739250, F 02 N 17/02, 1980.

Использование: изобретение относится к устройствам для разогрева двигателей внутреннего сгорания при эксплуатации их в условиях отрицательных температур и может быть применено на строительных, дорожных, лесозаготовительных машинах и на автомобилях. Сущность изобретения: в качестве источника тепла в системе выбран тепловой аккумулятор фазового перехода, в котором теплоаккумулирующим веществом является бинарная солевая эвтектическая смесь нитратов лития и калия. Тепловой аккумулятор имеет емкость для межсменного хранения теплоносителя, с системой залива и слива в двигатель, что позволяет применять в качестве теплоносителя воду. Система предпускового разогрева двигателя термосифонного типа; в своей конструкции не имеет устройства, требующих питания аккумуляторной батареей, и рассчитана на работу при температуре окружающей среды до минус 40^oC. 2 ил.

Система предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания преимущественно строительной машины, содержащая аккумулятор тепла, снабженный теплоизолированным корпусом с газовыми и жидкостными трубами, первые из которых соединены с выпускной трубой двигателя, а последние с рубашкой охлаждения двигателя, расширительный бак и трубопроводы подвода тепла к двигателю, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью хранения воды, аккумулятор тепла и емкость хранения воды размещены в общем корпусе и разделены перегородкой из теплоизолированного материала, межтрубное пространство аккумулятора тепла заполнено теплоаккумулирующим веществом, изменяющим агрегатное состояние, емкость хранения воды сообщена с жидкостными трубами аккумулятора через соединительный трубопровод с установленным в нем краном, при этом расширительный бак снабжен воздушным краном и подключен к водоотводящей трубе двигателя.