СОХРАНЯЮЩЕЕ ТЕПЛО УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК F02N17/06 

Настоящее изобретение касается сохраняющего тепло устройства вида, определяемого в преамбуле п. 1 формулы изобретения.

Проблемы запускаемых в холодном состоянии двигателей внутреннего сгорания, типа двигателей самоходных машин, в общем известны. Эти проблемы обычно преодолевают путем подсоединения двигателя перед запуском двигателя к отдельному источнику тепла, такому как, например, электронагреватель двигателя. Также предлагались устройства, которые полезны содержанием тепла хладагента, который нагревается двигателем, благодаря хранению жидкости в изолированном баке, который способен сообщаться с системой охлаждения двигателя. Однако, на такие устройства налагаются особые требования, когда они предназначены для использования в более современных двигателях внутреннего сгорания, которые включают в себя так называемые замкнутые системы охлаждения, работающие с постоянным объемом хладагента.

Один пример предназначенного для этой цели устройства раскрыт в описании шведского патента SE-B-444.348, где устройство представляет технологию, на которой основывается настоящее изобретение в соответствии с преамбулой п. 1 формулы изобретения. В описании патента раскрыто устройство, касающееся двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, блоки цилиндров которых снабжены перепускными каналами, предназначенными для циркуляции охлаждающей воды, включая теплоизолированный накопительный бак для хранения горячего хладагента, реверсивный насос, с помощью которого хладагент можно откачивать из перепускных каналов в блоке цилиндров в теплоизолированный накопительный бак и из него назад в перепускные каналы в блоке цилиндров, в котором накопительный бак разделен на две камеры с помощью способного осуществлять возвратно-поступательное перемещение средства плунжера, и в котором камеры связаны со впускным и выпускным отверстиями перепускных каналов системы охлаждения блока цилиндров. В случае данного варианта осуществления, одна камера в накопительном баке содержит холодный хладагент, когда двигатель работает. Когда двигатель останавливается, горячий хладагент закачивается в другую камеру, перемещая сразу же плунжер и направляя холодный хладагент в перепускные каналы в блоке цилиндров. Перед повторным запуском приводится в действие двигатель насоса, хотя теперь в противоположном направлении, так чтобы направлять хранящийся горячий хладагент из упомянутой другой камеры в перепускные каналы в блоке цилиндров, в то же время направляя холодный хладагент из блока цилиндров в первую камеру.

Это решение проблемы имеет несколько недостатков. Во-первых, накопительный бак охлаждается, когда одна его камера опорожняется от его содержимого горячего хладагента через среду средства подвижного плунжера, а холодный хладагент последовательно направляется из двигателя в другую камеру накопительного устройства, то есть холодный хладагент хранится в баке, когда запускается мотор. Таким образом, когда двигатель останавливается, горячий хладагент, проходя из блока цилиндров в бак, будет хранится в камере, которая охлаждается холодным хладагентом, значительно снимая тем самым эффективность устройства. Во-вторых, устройство требует наличия реверсивного насоса.

В соответствии с этим, целью настоящего изобретения является обеспечить сохраняющее тепло устройство, которое включает в себя изолированный накопительный бак, температура которого эквивалентна температуре хладагента во время работы двигателя, и который требует лишь наличия насоса одностороннего действия. Другими словами, целью настоящего изобретения является обеспечить сохраняющее тепло устройство, которое дает возможность горячему хладагенту протекать через накопительное устройство с целью нагревания его, когда двигатель работает. В этом отношении также важно, что хладагент, обычно остающийся в трубопроводе, проходит в двигатель таким образом, чтобы полностью освобождать бак от всего хладагента.

Невозможно достичь этих целей изобретения с помощью известных ранее сохраняющих тепло устройств, принадлежащих к двигателю внутреннего сгорания с водяным охлаждением. Однако, в соответствии с данным изобретением, цели достигаются с помощью сохраняющего тепло устройства, имеющего особенности, установленные в последующей формуле изобретения.

Теперь изобретения будет описано более подробно со ссылкой на неограничивающий его вариант осуществления, а также со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет схематическую иллюстрацию с частичным разрезом двигателя внутреннего сгорания с водяным охлаждением, снабженного соответствующим изобретению сохраняющим тепло устройством.

Фиг. 2 представляет вид в продольном разрезе сохраняющего тепло устройства, через которое протекает горячий хладагент при работе двигателя.

Фиг. 3 представляет вид в продольном разрезе сохраняющего тепло устройства, в котором сохраненный хладагент направляется в двигатель.

Рассматривая чертежи, отметим, что ссылочный позицией 1 показан в общем двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением, блок цилиндров 2 которого содержит насос системы охлаждения 3 и перепускные каналы циркуляции хладагента (подробно не показанные), где упомянутый хладагент также проходит через теплообменник 4 с воздушным охлаждением, так называемый радиатор.

Один конец соответствующих перепускных каналов охлаждения в блоке цилиндров 2 подсоединен к соответствующему изобретению сохраняющему тепло устройству 6 с помощью трубопровода 5. Сохраняющее тепло устройство 6 включает в себя изолированный накопительный бак 7, имеющий первую камеру 8, которая отделена от второй камеры 8' с помощью способного осуществлять возвратно-поступательные перемещения средства плунжера 9. Вторая камера 8' подсоединена к насосу 10, который, в свою очередь, подсоединен к другому концу соответственных перепускных каналов хладагента в блоке цилиндров 2, с помощью дополнительного трубопровода 11.

Как видно из фиг. 2 и 3, в случае иллюстрируемого варианта осуществления впускное и выпускное отверстия накопительного бака размещаются на одном конце бака и проходят в соответственное пространство или полость через среду соответствующих высверленных отверстий 13 и 12. Эти полости или пространства могут сообщаться с первой и второй камерой накопительного бака 7, соответственно, через среду каналов 15 и 16, снабженных изолирующими перекрывающими средствами 17, 17'.

Один из упомянутых каналов 16 имеет форму трубки, расположенной приблизительно в центре бака и простирающейся по существу по всей его длине. Эта трубка также образует направляющее устройство для способного осуществлять возвратно-поступательное перемещение средства плунжера 9.

Каждое перекрывающее средство 17, 17' имеет форму конуса тарелки клапана и может перемещаться одновременно между открытым и закрытым положением с помощью электромагнитного устройства 18.

Первую и вторую камеры 8, 8' накопительного бака 7 можно располагать в сообщении друг с другом через среду соединения потока. Это соединение потока включает в себя по меньшей мере одно средство клапана 19, расположенное в средстве плунжера 9 и управляемое между открытым положением и закрытым положением в соответствии с положением средства плунжера 9 относительно торцевых стенок накопительного бака 7, причем торцевые стенки образуют осевые опорные стенки средства плунжера. Средство клапана 19 сконструировано для закрывания, когда средство плунжера 9 состоит от торцевых стенок накопительного бака, и для открывания, когда средство плунжера и, следовательно, также и средство клапана 19, приближаются и проходят в соприкосновении с одной из торцевых стенок бака 7.

В технике известно много различных вариантов осуществления таких средств клапана, и в случае иллюстрируемого варианта осуществления изобретения средство клапана содержит направляющую 20 клапана, имеющую часть, которая выступает из каждого конца средства клапана 9, в котором направляющая клапана смещается по направлению к положению закрывания клапана с помощью средства пружины 21. Когда одна из выступающих наружу частей направляющей 20 клапана подвергается усилию, достаточно сильному, чтобы преодолеть усилие пружины 21, клапан открывается так, что позволяет хладагенту течь через средство плунжера 9 и, таким образом, через накопительный бак 7. Практические испытания показали, что усилие, при котором перемещаемое средство плунжера 0 приводится по направлению в одной из торцевых стенок накопительного бака 7, благодаря усилию, создаваемому потоку хладагента, и появляющийся таким образом относительный перепад давления между камерами бака 8 и 8' оказывается достаточным для того, чтобы направляющая клапана 20 приняла открытое положение клапана в соприкосновении с торцевой стенкой и при выбранной соответствующим образом характеристике пружины. Когда действие, создаваемое потоком хладагента, прекращается и разности давлений с каждой стороны средства плунжера 9 таким образом уравновесятся, пружина отведет средство плунжера от торцевой стенки, а направляющая 20 клапана займет положение закрывания клапана.

Водяной хладагент в перепускных каналах блока цилиндров 2 нагревается во время работы двигателя 1. В дополнение к принуждению хладагента циркулировать по теплообменнику двигателя 4 и блоку цилиндров 2, насос системы охлаждения двигателя 3 также вызывает циркулирование хладагента через устройство сохранения тепла 6.

Когда двигатель работает, перемещаемое средство плунжера 9 размещается в своем нижнем концевом положении в соприкосновении с торцевой стенкой (см. фиг. 3), тем самым располагая направляющую клапана 20 в ее открытом положении клапана. Насос системы охлаждения двигателя 3 заставляет хладагент циркулировать через накопительный бак 7 и через насос 10, который благодаря этому не приводится в действие.

Хладагент, циркулирующий в накопительный бак 7, сначала направляется в первую камеру в баке, а затем во вторую камеру 8' через подвижный элемент 20 клапана. После этого хладагент проходит через насос 10 и обратно в блок цилиндров 2, по трубопроводу 11.

Внутренние стенки накопительного бака 7 при этом непрерывно нагреваются до температуры, которая равна температуре хладагента во время работы двигателя 1.

Когда двигатель включают, вызывая останавливание насоса охладительной системы двигателя 3, увеличение давления на одной стороне средства плунжера 9 также уменьшается, и в результате направляющая 20 клапана закроется.

Для предотвращения теплообмена между горячим хладагентом, хранящимся в изолированном накопительном баке 7, и хладагентом, который находится вне бака 7 и который постепенно остывает, когда двигатель 1 выключают, подвижное средство плунжера 9 соответствующим образом изолируется. Для дополнительного исключения риска теплообмена между горячим хладагентом в баке 7 и остывающим впоследствии хладагентом снаружи бака, средства перекрытия 17, 17' сохраняющего тепло устройства также осуществляют соответствующее теплоизолирование.

Перед повторным запуском двигателя сначала приводится в действие насос 10, так что охлажденный хладагент откачивается из двигателя и проходит от другого конца блока цилиндров 2 и во вторую камеру 8' накопительного бака 7, то есть в направлении перемещаемого средства плунжера 9, подвижный элемент 20 клапана которого оказывается в положении закрывания клапана. Средство перемещаемого плунжера передвигается вверх (фиг. 3) под действием силы, прилагаемой течением хладагента и относительного увеличения давления на одной стороне средства плунжера, так что хладагент, хранящийся в первой камере 8, будет направлен к одному концу блока цилиндров 2 по трубопроводу 5, тогда как охлажденный хладагент направляется из блока цилиндров 2 во вторую камеру 8', при этом постепенно наполняя вторую камеру.

Когда перемещаемое средство плунжера 9 приблизится к верхней торцевой стенке накопительного бака 7, выступающая наружу часть подвижного элемента 20 клапана приходит в соприкосновение с торцевой стенкой и посредством этого занимает положение открытого клапана. Однако, насос 10 не останавливается в этом положении направляющей клапана, а продолжает работать, пока трубопровод 5, подсоединенный к перепускным каналам хладагента в блоке цилиндров 2, также не опустеет от горячего, сохраненного хладагента. В результате этого, хладагент блока цилиндров заменяется по существу на горячий хладагент, сохраненный в накопительном баке 7, после чего двигатель становится готовым к запуску.

При запуске двигателя 1 насос двигателя 3 нагнетает хладагент в обратном направлении, то есть в первую камеру 8 накопительного бака 7, при этом поток хладагента перемещает средство плунжера 9 назад в его нижнее концевое положение (фиг. 2) в соприкосновении с торцевой стенкой, тогда как подвижный элемент 20 клапана открывается, и хладагенту снова обеспечена возможность циркулировать через накопительный бак 7.

Двигателем привода насоса 10 можно управлять с помощью известных средств, например, с помощью переключателей крайнего положения, которые приводятся в действие в соответствии с положением средства плунжера 9 в накопительном баке 7, и средство управления, которое действует для остановки насоса 10 по истечении заранее установленного периода времени. Конечно, в проходящих местоположениях можно обеспечить термочувствительные датчики, с целью предотвращения нежелательного приведения в действие устройства, например, когда подлежащий запуску двигатель уже имеет необходимую для запуска температуру. Все сигналы, производимые считывающими средствами, предпочтительно координируют с помощью микропроцессора.

Поскольку две камеры 8, 8' накопительного бака можно размещать в сообщении по потоку друг с другом через средство подвижного элемента 20 клапана, соответствующее изобретению сохраняющее тепло устройство также обеспечивает преимущество возможности для водителя и пассажиров транспортного средства использовать сохраненное тепло для обогрева внутреннего салона транспортного средства с помощью теплообменника, установленного внутри транспортного средства, когда двигатель 1 не работает. На практике, это позволяет сохранять теплым внутренний салон автомобиля на стоянке с выключенным двигателем посредством приведения в действие насоса 10 и тем самым вызывая циркулирование теплого, сохраненного хладагента через теплообменник, предусмотренный внутри транспортного средства. Чтобы обеспечить возможность сохранять теплым внутренний салон транспортного средства для комфорта водителя и пассажиров в случае сравнительно длительной парковки, в подходящем месте в накопительном баке 7 можно установить нагревательный элемент, так что приведение в действие насоса 10 приведет к тому, что хладагент протекает мимо нагревательного элемента и благодаря этому нагревает внутренний салон транспортного средства.

Соответствующее изобретению сохраняющее тепло устройство, кроме того, имеет преимущество, позволяющее в случае необходимости взаимно подсоединять несколько накопительных блоков, где все баки могут приводиться в действие с помощью одного единственного насоса. Как можно понять, это возможно потому, что две камеры можно располагать сообщающимся по потоку друг с другом с помощью средства клапана 19, предусмотренного в средстве плунжера, где это средство клапана дает возможность хладагенту течь через накопительный бак 7.

Также должно быть понятно, что соответствующее изобретению устройство можно использовать в областях, отличающихся от описанной и показанной на чертежах, таких как для хранения хладагента и, например, для регулирования температуры в помещении.

Настоящее изобретение касается сохраняющего тепло устройства для двигателя внутреннего сгорания с водяным охлаждением и предназначенного для нагревания двигателя перед его запуском, в котором блок цилиндров имеет насос системы охлаждения и перепускные каналы циркуляции хладагента, в котором сохраняющее тепло устройство включает в себя термоизолированный накопительный бак, предназначенный для сохранения нагретого хладагента, способное осуществлять возвратно-поступательное перемещение средство плунжера, смонтированное в баке и функционирующее с целью деления бака на две камеры, которые соединяются с впускным и выпускным отверстиями перепускных каналов системы охлаждения блока цилиндров, и насос, с помощью которого хладагент может пропускаться из перепускных каналов блока цилиндров в накопительный бак, в котором две камеры, можно расположить сообщающимся по потоку образом друг с другом через среду по меньшей мере одного средства клапана, предусмотренного в перемещаемом средстве плунжера. Изобретение обеспечивает возможность горячему хладагенту, протекая через накопительное устройство, нагревать его при работающем двигателе. 3 з. п.ф-лы, 3 ил.

1. Сохраняющее тепло устройство, подходящее для двигателя внутреннею сгорания с жидкостным охлаждением и предназначенное для нагревания двигателя перед запуском двигателя, в котором блок цилиндров (2) имеет насос системы охлаждения (3) и перепускные каналы циркуляции хладагента, где сохраняющее тепло устройство включает в себя термоизолированный накопительный бак (7) для хранения нагретого хладагента, способное осуществлять возвратно-поступательное движение средство плунжера (9), смонтированное в баке (7) и действующее с целью деления бака на две камеры (8, 8'), которые подсоединены к впускному и выпускному отверстиям перепускных каналов системы охлаждения блока цилиндров, и насос (10), с помощью которого хладагент может пропускаться из перепускных каналов блока цилиндров в накопительный бак (7), отличающееся тем, что две камеры (8, 8') сообщены по потоку друг с другом через среду по меньшей мере одного средства клапана (19), предусмотренного в перемещаемом средстве плунжера (9) так, чтобы позволить хладагенту течь через накопительный бак (7), когда двигатель (1) работает, и тем, что насос (10) функционирует известным образом с целью нагнетания хладагента в одну (8') из камер накопительного бака (8, 8') в направлении, противоположном направлению течения хладагента двигателя перед запуском двигателя, причем средство клапана (19) в перемещаемом средстве плунжера (9) является закрытым. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство клапана (19) сконструировано, так, чтобы открываться, когда оно приходит в соприкосновение с торцевой стенкой бака (7), и закрываться, когда средство плунжера (9) отходит от соприкосновения с торцевой стенкой по направлению к противоположной торцевой стенке. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что средство клапана (19) включает в себя подвижный элемент клапана, имеющий часть, которая выступает с каждого конца средства плунжера, в котором подвижный элемент (20) клапана смещен по направлению к положению закрывания клапана с помощью средства плунжера (21), и в котором подвижный элемент клапана занимает положение открытого клапана, когда выступающая наружу часть приходит в соприкосновение с одной из торцевых стенок бака. 4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что перемещаемое средство плунжера (9) термоизолировано.

Приоритет по пунктам:
14.11.94 - по пп. 1, 2 и 4;
20.03.95 - по 2136952 п. 3.