УСТРОЙСТВО НАГРЕВА МАСЛА ДЛЯ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК F01M5/02 F02N17/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно транспортному машиностроению, в частности к эксплуатации автотранспортного средства в зимних условиях, и может быть использовано для предпускового разогрева масла непосредственно в картере двигателя внутреннего сгорания.

Известны устройства для подогрева масляной системы двигателей внутреннего сгорания транспортного средства с целью облегчения запуска, в которых в качестве источника тепла электрическая энергия преобразуется в тепловую за счет нагрева с помощью сопротивления (патент США N 3798072, F 01 M 5/02, 1974), с помощью трубчатого нагревательного элемента (заявка PCT N 81/00879, F 01 M 5/02).

Нагревательные элементы в этих устройствах устанавливаются на маслоизмерительном щупе двигателя. К существенным недостаткам таких устройств относится низкая эффективность разогрева масла, обусловленная малой поверхностью нагревающего элемента, передающей поток к маслу. Тепловой поток от нагревающего элемента распространится по объему моторного масла от слоя к слою, не затрагивая в первый момент времени работы электронагревателя слои масла, отдаленные от элемента по ширине картера, что увеличивает время разогрева.

Из уровня техники известны технические решения, в которых электрический нагреватель установлен непосредственно в картере (патент РФ N 2037067 F 02 M 31/125, 1995). Недостатком такого устройства является то, что его невозможно использовать для создания системы нагрева предпусковой смазки без конструктивных изменений узлов двигателя. Это означает, что оно не может быть применимо на двигателях, находящихся в эксплуатации.

Известен электронагреватель моторного масла двигателей внутреннего сгорания перед их запуском, нагревающий элемент которого выполнен гибким в виде провода с многопроволочными токопроводящими жилами, на оплетку которого уложен сплошной слой углеродных нитей (патент РФ N 2088767, F 01 M 5/02, 1997). Этот нагревающий элемент закреплен в держателе и соединен через узел коммутации, расположенный в держателе с проводом электропитания. Жилы на конце провода оголены, провод снабжен цилиндрическим хвостовиком с наконечником из диэлектрического материала, скрепкой, при этом оголенные жилы равномерно ориентированы вдоль поверхности хвостовика, закрыты углеродными нитями и вместе с ними прижаты скрепкой к хвостовику.

Этот электронагреватель обладает следующими недостатками.

Необходимость соединения углеродных нитей вместе для прикрепления с помощью скрепки к хвостовику создает высокую концентрацию тепловыделяющих элементов в небольшом объеме скрепки, что вызывает значительный локальный нагрев хвостовика. Поэтому хвостовик выполнен из диэлектрического материала, а в качестве материала оболочки нагревателя используют диэлектрическую резину. Использование этих материалов снижает надежность данного электронагревателя, т. к. эти материалы не обладают повышенной стойкостью к агрессивной среде, которой является масло двигателя.

Соединение углеродных жил с проводами электропитания в узле коммутации также уменьшает надежность известного устройства, поскольку это соединение можно осуществить только механически, а так как углерод и металл имеют разные коэффициенты расширения из-за большого диапазона температур разогрева масла, то под действием теплосъема и разных температур нагрева возможно разрушение места соединения. Выполнение держателя диаметром больше диаметра отверстия для контроля за уровнем масла, в которое вводится электронагреватель, создает условия эксплуатации, при которых греющая часть электронагревателя не вся будет погружена в масло, что значительно снижает коэффициент теплоотдачи электронагревателя в масло, тем самым уменьшая эффективность нагрева. Кроме того снижается надежность изделия из-за теплоотдачи не в масло, а в воздух.

Наиболее близким является устройство нагрева масла для запуска двигателя автотранспортного средства, содержащий гибкий нагревательный элемент в виде нагревательного кабеля, выполненного с металлическим нагревательной и токопроводящими жилами, разделенными изолирующим высокотемпературным слоем, при этом кабель с одной стороны выполнен с концевой заделкой, и средство для подключения к электрической сети (патент США N 3171015, H 05 B 3/80, 1965).

Недостатком его является недостаточная эффективность.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности нагрева масла путем сокращения времени его разогрева, снижение потребления электрической энергии при одновременном обеспечении надежности, технологичности и долговечности работы устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве нагрева масла для запуска двигателя автотранспортного средства, содержащем гибкий нагревательный элемент в виде нагревательного кабеля, выполненного с металлическими нагревательной и токопроводящими жилами, разделенными изолирующим высокотемпературным слоем, при этом нагревательный кабель выполнен с концевой заделкой, и средства для подключения к электрической сети, одна из жил кабеля выполнена в виде оплетки, оболочка кабеля выполнена маслобензостойкой и термостойкой, нагревательный кабель соединен с одним из концов соединительного кабеля и герметизирован в соединительной муфте, которая выполнена гибкой, другой конец соединительного кабеля подключен через соединительный узел к средствам для подключения к электрической сети.

Кроме того технический результат достигается за счет того, что диаметр соединительного узла d_c по отношению к диаметру нагревательного элемента d_н удовлетворяют условию соотношения 1,2 ≥ d_c/d_н ≥ 1,0, а также, что соединительная муфта и концевая заделка изготовлены из материала, близкого по химическому составу и структуре с материалом, из которого изготовлена оболочка нагревательного кабеля, соединительный кабель выполнен с маслобензостойкой оболочкой, а соединительный узел выполнен из термоусаживающегося материала.

Изобретение поясняется фиг. 1-2. На фиг. 1 показано устройство в общем виде, на фиг. 2 - узел А-А фиг. 1.

Устройство нагрева масла содержит нагревательный элемент 1, выполненный в виде гибкого нагревательного кабеля, соединенного с соединительным кабелем 2 через соединительную муфту 3, соединительный кабель через соединительный узел 4 соединен со средствами 5 для подключения к электрической сети. Нагревательный кабель выполнен с концевой заделкой 6, а соединительный кабель снабжен маслосъемным кольцом 7 для снятия остатков масла. На соединительном кабеле могут быть нанесены метки 8 глубины погружения нагревательного элемента в зависимости от объема бака картера.

Нагревательный кабель содержит гибкую нагревательную жилу 9 (фиг. 2), например, из нихрома или другого сплава высокого сопротивления, изолирующий высокотемпературной слой 10, например, из стекловолокна, токопроводящую жилу 11, выполненную в виде оплетки, например, из медных проволок, оболочку 12, выполненную из маслобензостойкого и термостойкого материала, например, из маслобензостойкого ПВХ пластина.

Согласно проведенным экспериментам оптимальные размеры кабеля могут быть определены следующими соотношениями:
d_из/d_ж = 3 - 6,
d_обол/d_из = 1,5 - 2,
где d_из - диаметр изоляции кабеля,
d_ж - диаметр жилы кабеля,
d_обол - диаметр оболочки кабеля.

Длина нагревательного кабеля зависит от объема масла в картере, что определяется видом автотранспортного средства, поэтому для легковых автомобилей эта длина должна быть, например, 0,4 - 0,6 м, а для грузовых - 0,8 - 1,2 м, причем мощность нагревательного элемента устройства с длиной 0,6 м составляет 30 - 50 Вт, а с длиной 1,2 м - 60 - 150 Вт, при этом погонная мощность нагревательного элемента составляет 60 -120 Вт/м.

Использование в данном устройстве нагревательного кабеля, выбранного с учетом вышеприведенных соотношений, позволяет достигнуть требуемого нагрева масла в зависимости от объема бака картера за 5-10 мин.

Экспериментально установлено, что соотношение диаметра соединительного узла d_c и нагревательного элемента d_н из условия 1,2 ≥ d_c/d_н ≥ 1,0 является оптимальным, что позволяет обеспечить возможность полного погружения нагревательного элемента в масло, что повышает эффективность работы нагревателя и надежность его работы.

Работу с устройством нагрева масла производят следующим образом:
вынуть масляный щуп из отверстия в картере,
вставить на его место устройство и погрузить его на необходимую глубину в соответствии с метками, нанесенными на соединительном кабеле для различных объемов бака картера и размеров узла для маслоизмерительного щупа,
соединить устройство при помощи зажимов с клеммами аккумуляторной батареи или при помощи вилки с электрической сетью,
осуществить предпусковой нагрев масла (время подогрева 5-10 мин),
отсоединить устройство от аккумулятора и вынуть его из картера двигателя, сняв остатки масла с помощью маслосъемного кольца,
установить масляный щуп.

Благодаря тому, что концевая муфта выполнена в виде полусферы, а все устройство состоит из гибких элементов: нагревательного кабеля, муфты, соединительного кабеля, оно легко и свободно проходит в отверстие для измерителя уровня масла в картере и, принимая нужную форму, распространится по всему дну бака картера с учетом оптимально выбранной длины нагревательного элемента. Под действием возникающих от разности температур конвективных потоков эффективно перемешиваются слои теплого и холодного масла во всем объеме бака картера, т. е. расположение нагревателя в протяженных слоях масла позволяет достаточно быстро обеспечить необходимые температуру и вязкость масла вблизи устья масляного насоса.

Использование в конструкции устройства металлических греющего и токопроводящего элементов позволяет обеспечить простое и высоконадежное соединение этих элементов и избежать большой концентрации греющих элементов в зоне концевой заделки нагревательного кабеля, что позволило применить для изоляции устройства маслобензостойкой ПВХ материал, благодаря использованию которого устройство маслоустойчиво и не может произвести замыкания на корпус автотранспортного средства, что также повышает его надежность.

Технология выполнения элементов устройства для нагрева масляной системы двигателя достаточно проста и может быть отработана для изготовления на отечественном оборудования с применением отечественных материалов.

Предложенное устройство рассчитано на два напряжения 12 В и 24 В с питанием как от бортовой сети автомобиля, так и от внешней сети, например, в стационарных условиях в гараже, где оно может быть подключено через понижающий трансформатор к осветительной сети.

В зависимости от объемов бака картера различных двигателей внутреннего сгорания предложенное устройство может быть изготовлено с различной длиной нагревательного элемента и поэтому применимо на многих транспортных средствах, а также агрегатах, использующих двигатели внутреннего сгорания при низких температурах.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для предпускового разогрева масла непосредственно в картере двигателя внутреннего сгорания при низкотемпературных условиях его эксплуатации. Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение эффективности нагрева масла путем сокращения времени его разогрева, снижение потребления электрической энергии при одновременном обеспечении надежности, технологичности и долговечности работы. В устройстве нагревательный элемент выполнен в виде гибкого нагревательного кабеля, соединенного через соединительную гибкую муфту с соединительным кабелем, который через соединительный узел подключен к средствам для подключения к сети, причем выполнение соединительного узла d_c и диаметр нагревательного элемента d_н удовлетворяют условию соотношения 1,2 ≥ d_c/d_н ≥ 1,0. Нагревательный кабель выполнен с металлическими нагревательной и токоподводящей жилами, разделенными изолирующим высокотемпературным слоем, одна из жил кабеля выполнена в виде оплетки, оболочка кабеля выполнена маслобензостойкой и термостойкой. Соединительная муфта и концевая заделка изготовлены из материала, близкого по химическому составу и структуре с материалом, из которого изготовлена оболочка нагревательного кабеля, соединительный кабель выполнен с маслобензостойкой оболочкой, а соединительный узел выполнен из термоусаживающегося материала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство нагрева масла для запуска двигателя автотранспортного средства, содержащее гибкий нагревательный элемент в виде нагревательного кабеля, выполненного с металлическими нагревательной и токопроводящими жилами, разделенными изолирующим высокотемпературным слоем, при этом нагревательный кабель выполнен с концевой заделкой, и средства для подключения к электрической сети, отличающееся тем, что одна из жил кабеля выполнена в виде оплетки, оболочка кабеля выполнена маслобензостойкой и термостойкой, нагревательный кабель соединен с одним из концов соединительного кабеля и герметизирован в соединительной муфте, которая выполнена гибкой, другой конец соединительного кабеля подключен через соединительный узел к средствам для подключения к электрической сети. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр соединительного узла d_c и диаметр нагревательного элемента d_н удовлетворяют условию соотношения 1,2 ≥ d_c/d_н ≥ 1,0. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительная муфта и концевая заделка изготовлены из материала, близкого по химическому составу и структуре с материалом, из которого изготовлена оболочка нагревательного кабеля. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный кабель выполнен с маслобензостойкой оболочкой. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный узел выполнен из термоусаживающегося материала.