ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК F02M31/125 H05B3/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности может быть использовано в двигателестроении, а именно в системах испарения топлива.

Известно электронагревательное устройство для двигателя с искровым зажиганием, описанное в европейском патенте EP 0061848 B2, МКИ F 02 M 31/12, публ. 24.01.90, которое содержит корпус, имеющий одну нагревательную поверхность, принимающую теплоту, и вторую противоположную поверхность, передающую теплоту в обогреваемую зону; нагревательные элементы из материала с положительным температурным коэффициентом; упругие элементы, электрически связанные с одной из сторон нагревательных элементов и прижимающие нагревательные элементы к нагревательной поверхности корпуса.

Благодаря такому взаимному расположению нагревательных и упругих элементов возможно достижение большого усилия прижима нагревательных элементов к корпусу, что обеспечивает хороший термический и электрический контакт между их поверхностями и, следовательно, эффективную теплопередачу и надежную работу.

Недостатком данного устройства является его пониженная эффективность передачи теплоты в зону обогрева, ввиду повышенных потерь теплоты в сторону, противоположную нагревательной поверхности корпуса, через упругие элементы и через тело самого корпуса.

В качестве прототипа выбрано электронагревательное устройство для двигателя с искровым зажиганием, описанное в патенте США N 5115787, кл. F 02 M 31/00, публ. от 26.05.92, которое содержит корпус в форме полого плоского металлического контейнера; две пластины из электрорезистивного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, расположенные внутри полого металлического контейнера; электропроводящую пружину, расположенную между пластинами и упруго прижимающую пластины к плоским участкам металлического контейнера; электрический провод, электрически соединенный с пружиной.

Благодаря компактному размещению нагревательных элементов (пластин) в зоне обогрева подогреваемая смесь омывает нагревательное устройство почти со всех сторон и более эффективно отдает теплоту в зону обогрева, чем рассмотренное выше устройство.

Недостатком устройства, рассматриваемого в качестве прототипа, является его пониженная эффективность, вызванная относительно малой силой прижатия нагревательных пластин к корпусу нагревателя и, как следствие, повышенным термическим и электрическим сопротивлением на границе "пластина-корпус", см например: "Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент". Справочник под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 283-284.

Ограниченная сила прижатия пластин к корпусу обуславливается особенностями конструкции и технологии сборки нагревателя. При данной конструкции нагревателя пластины и разжимная пружина могут быть собраны в контейнере при условии трения скольжения по крайней мере одной из поверхностей пластин относительно стенки корпуса или самой пружины при одновременном сжатии пружины. При этом повышенное давление пружины приводит к повреждению поверхностей пластин. Таким образом, характеристика пружины вынужденно ограничивается небольшой величиной.

Целью заявляемого технического решения является повышение эффективности теплопередачи от нагревательных пластин к корпусу нагревателя и повышение надежности электрического контакта пластин с корпусом.

Для достижения поставленной цели предлагается использовать прижимную пружину, состоящую из одного или нескольких элементов по числу используемых нагревательных пластин. При этом нагревательные пластины, выполненные из электрорезистивного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, и элементы пружины помещаются в полость корпуса, имеющего щелевидную полость с плоскими стенками, при ненапряженном состоянии элементов пружины. Сжатие элементов пружины и прижим пластин к корпусу происходит при помещении электрода между элементами пружины за счет толщины электрода. При этом трение скольжения происходит только между элементами пружины и электродом, что позволяет использовать жесткие пружинные элементы, а следовательно, обеспечивать большую силу прижатия нагревательных пластин к корпусу без риска повреждения их поверхностей, т.е. достигать цель изобретения.

Для достижения компактности пружинного узла можно использовать пружинные элементы в виде контактных пластин с упругими выступами, расположенные в регулярном порядке по поверхности контактных пластин и обращенных к противоположной контактной пластине таким образом, что выступ на одном элементе соответствует отсутствию выступа на противолежащем элементе. Такое решение позволяет выполнить конструкцию нагревательного устройства максимально компактной, что имеет большое значение при размещении нагревателя во впускной системе двигателя в отношении уменьшения его аэродинамического сопротивления.

Сущность изобретения поясняется на приложенных фиг. 1 - 4.

На фиг. 1 и 2 изображено заявляемое электронагревательное устройство, содержащее корпус 1, нагревательные пластины 2, пружинные элементы 3, электрод 4, изоляторы пластин 5, изолятор электрода 6.

Пружинные элементы 3 в данном случае показаны выполненными из металлической ленты с шириной, соразмерной ширине нагревательных пластин 2.

На фиг. 3 и 4 изображен вариант использования пружинных элементов с регулярными выступами.

Работает предложенная система обычным образом.

Перед холодным пуском ДВС, например за 20 - 30 секунд до пуска, на нагревательный элемент 4 подается напряжение питания. Происходит разогрев пластин 2, ребер радиатора корпуса так, что периферийные зоны ребер имеют температуру не более 150^oC, что при орошении этих зон бензином соответствует наилучшей теплопередаче, испарению легких фракций. По мере приближения к центру, т. е. к нагревательному элементу 4, температура ребер не превышает 220^oC, что соответствует наилучшей испаряемости средних и тяжелых фракций бензина.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Технический результат заключается в повышении эффективности теплопередачи от нагревательных пластин к корпусу нагревателя и повышении надежности электрического контакта пластин с корпусом. Электронагревательное устройство содержит корпус, нагревательные пластины, пружинные элементы, электрод, изоляторы пластин и изолятор электрода. Пружинные элементы выполнены из металлической ленты с шириной, соразмерной ширине нагревательных пластин. Пружина выполняется из упругих элементов по числу пластин, а сжатие упругих элементов выполняется электродом, помещаемым между упругими элементами и соединенным с проводом электропитания. Упругие элементы пружины могут иметь упругие выступы, обращенные к противоположному элементу и размещенные в регулярном порядке так, что выступ одного элемента совпадает с отсутствием выступа на противоположном элементе. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Электронагревательное устройство, состоящее из корпуса, имеющего щелевидную полость с плоскими стенками, из по меньшей мере одной нагревательной пластины из электрорезистивного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, электропроводящей пружины, упруго прижимающей нагревательные пластины к плоским стенкам корпуса, отличающееся тем, что пружина выполняется из упругих элементов по числу пластин, а сжатие упругих элементов выполняется электродом, помещаемым между упругими элементами и соединенным с проводом электропитания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упругие элементы пружины выполнены так, что имеют упругие выступы, обращенные к противоположному элементу и размещенные в регулярном порядке так, что выступ одного элемента совпадает с отсутствием выступа на противоположном элементе.