СПОСОБ ПРЕДПУСКОВОГО РАЗОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F02N17/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к способам разогрева двигателей внутреннего сгорания, и может быть применено в эксплуатации строительных, дорожных, лесозаготовительных машин, автомобилей, тепловозов и других мобильных машин в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.

Известен способ предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания с помощью установленной на мобильной машине системы предпусковой тепловой подготовки, содержащей котел-подогреватель, работающий на жидком топливе, вентилятор с электродвигателем, топливную аппаратуру, трубопроводы подвода и отвода жидкого теплоносителя, трубопроводы подвода газообразных продуктов сгорания топлива к масляному поддону двигателя и приборы управления работой подогревателя. За счет теплоты, выделяемой в котле-подогревателе при сжигании жидкого топлива, обеспечивается нагрев теплоносителя системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Теплоноситель, постоянно циркулируя через теплообменник котла-подогревателя, нагревается и переносит теплоту, отдавая ее деталям двигателя. Одновременно обеспечивается подогрев моторного масла двигателя внутреннего сгорания путем обтекания отработавших газов котла-подогревателя масляного поддона двигателя [1].

При способе разогрева двигателя внутреннего сгорания потребляется топливо, имеют место повышения пожароопасность и сложность в эксплуатации [2].

Известен также способ предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания с помощью установленной на мобильной машине системы предпусковой теплоты подготовки, содержащей тепловой аккумулятор перехода, утилизирующий тепловую энергию отработавших газов и/или охлаждающей жидкости двигателя, электронасос, трубопроводы подвода и отвода охлаждающей жидкости и отработавших газов, запорную арматуру и приборы управления работой теплового аккумулятора. Теплота отработавших газов и/или охлаждающей жидкости работающего в условиях отрицательных температур окружающей среды двигателя внутреннего сгорания утилизируется и аккумулируется в тепловом аккумуляторе за счет фазового превращения теплоакуумулирующего материала из твердого состояния в жидкое. Процесс хранения накопленной теплоты осуществляется благодаря наличию в тепловом аккумуляторе тепловой изоляции. Разогрев двигателя внутреннего сгорания перед пуском происходит за счет теплоты, выделяемой в тепловом аккумуляторе при кристаллизации теплоаккумулирующего материала и переносимой жидким теплоносителем системы охлаждения двигателя по замкнутому контуру: теплообменник теплового аккумулятора - зарубашечное пространство двигателя [3,4].

При реализации данного способа предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания отмеченные выше недостатки устранены, однако имеет место ограниченность времени хранения накопленной от двигателя внутреннего сгорания тепловой энергии в тепловом аккумуляторе фазового перехода при приемлемых для машн его массогарабитных показателях и необходимость применения в нем сложных конструктивных решений для устранения так называемых "тепловых мостов" при выполнении тепловой изоляции теплоаккумулирующей среды от наружного корпуса.

Данный способ является наиболее близким аналогом.

Задача изобретения заключается в упрощении конструкции и уменьшении массогабаритных показателей теплового аккумулятора фазового перехода, а также в увеличении времени хранения тепловой энергии.

Задача решается благодаря тому, что в тепловом аккумуляторе применяют вещество, претерпевающее обратимый фазовый переход "плавление - кристаллизация", причем в жидкой фазе это вещество охлаждают ниже температуры его кристаллизации, которая происходит по внешнему сигналу с выделением теплоты фазового перехода.

На чертеже представлена принципиальная схема теплового аккумулятора фазового перехода, реализующего этот способ. Он состоит из наружного 1 и внутреннего 2 корпусов, разделенных слоем тепловой изоляции 3 (минеральная, шлаковая вата или вакуум). Внутри теплоаккумулирующего ядра, ограниченного корпусом 2, располагаются газовый и жидкостный теплообменники, теплоаккумулирующий материал 4 и пускатель.

Газовый и жидкостный теплообменники состоят соответственно из труб 5, 6 с закрепленными на них ребрами 7.

Пускатель состоит из кнопки 8, пружины 9 и полки 10. Оба конца пружины 9 жестко соединены с кнопкой 8 и полкой 10, которая крепится с помощью сварки к корпусу 2.

Для уменьшения влияния "тепловых мостов" на процесс диссипации тепловой энергии в период хранения накопленной теплоты между теплоаккумулирующим ядром и наружным корпусом 1 в местах ввода-вывода теплообменников и кнопки 8 пускателя установлены втулки 11 из материала с малым коэффициентом теплопроводности.

В качестве теплоаккумулирующего материала 4 применяется вещество, способное к переохлаждению в жидкой фазе. Таким веществом может быть, например, тригидрат ацетата натрия NaC₂H₂O•3H₂O с температурой плавления Т_пл=58^oC, допускающий переохлаждение в процессе кристаллизации до ΔT = 65^°C.
Способ предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания, основанный на использовании вещества, способного к переохлаждению в жидкой фазе, в описанном тепловом аккумуляторе фазового перехода осуществляется следующим образом. Зарядка аккумулятора тепловой энергией осуществляется пропусканием либо потока отработавших газов через трубку 5, либо потока охлаждающей жидкости через трубку 6. Также возможна зарядка аккумулятора от обоих теплоносителей одновременно.

В процессе теплообмена теплоносителя с теплоакуумулирующим материалом 4 последний нагревается в твердой фазе до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до некоторой температуры, при которой наступает тепловое равновесие в системе тепловой аккумулятор - окружающая среда.

В период межсменной стоянки мобильной машины, когда двигатель внутреннего сгорания заглушен, теплоаккумулирующий материал 4 сохраняется в жидком состоянии за счет тепловой изоляции 3.

При этом не требуется, чтобы тепловая изоляция 3 была выполнена из высокоэффективного материала с малым коэффициентом теплопроводности и применения сложных технических решений для уменьшения влияния "тепловых мостов", поскольку теплоаккумулирующий материал охлаждается в жидкой фазе ниже температуры Т_пл, но не ниже некоторого предельного значения температуры T^*= T_пл-ΔT, где ΔT - интервал переохлаждения, в пределах которого теплоаккумулирующий материал 4 находится в жидкой фазе.

Для функционирования теплового аккумулятора с целью предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания следует воспользоваться пускателем. Для этого к кнопке 8 прикладывается небольшое внешнее усилие P, в результате которого пружина 9 сжимается, а затем возвращается в исходное положение. Деформация пружины 9 приводит к образованию в зоне теплоаккумулирующего материала 4, прилегающего к пускателю, центров кристаллизации. При этом происходит быстрое затвердевание теплоаккумулирующего материала 4, причем его температура резко поднимается до Т_пл [5].

После этого в трубу 6 подается жидкий теплоноситель (вода, тосол, антифриз), который нагревается главным образом за счет скрытой теплоты кристаллизации и поступает в зарубашечное пространство двигателя внутреннего сгорания. За счет организации жидкого теплоносителя по замкнутому контуру теплообменник теплового аккумулятора - зарубашечное пространство двигателя внутреннего сгорания происходит предпусковой разогрев последнего.

Подтверждением достижения поставленной задачи является следующее: применение в качестве теплоаккумулирующего материала вещества, способного к переохлаждению в жидкой фазе, позволяет не применять высокоэффективную дорогостоящую тепловую изоляция вплоть до полного ее отсутствия; упростить конструкцию теплового аккумулятора, не применяя сложных технических решений для ликвидации "тепловых мостов", а также значительно повысить время хранения накопительной теплоты до нескольких суток за счет того, что теплоаккумулирующий материал в жидкой фазе охлаждают ниже температуры его кристаллизации.

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

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

3. Куликов А. "Термос" под капотом// Наука и жизнь. - 1993. - N 3. - С. 62 - 65.

4. Гулин С.Д., Шульгин В.В., Яковлев С.А. Система разогрева двигателя с помощью теплового аккумулятора //Лесная промышленность. - 1996. - N 3. - С. 20 - 21.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Термодинамика и молекулярная физика /Уч. пособие для студентов физических специальностей вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1979, - 552 с.

Изобретение относится к способам разогрева двигателей внутреннего сгорания мобильных машин при их безгаражном хранении в условиях отрицательных температур и может быть применено в эксплуатации строительных, дорожных, лесозаготовительных машин, автомобилей, тепловозов и др. Сущность изобретения заключается в том, что в тепловом аккумуляторе фазового перехода, используемом в качестве источника тепловой энергии для предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания, теплоаккумулирующий материал фазового перехода "плавление - кристаллизация" представляет собой вещество, способное в жидкой фазе охлаждаться ниже температуры кристаллизации (переохлажденная жидкость). Благодаря его применению не требуется использование в конструкции теплового аккумулятора высокоэффективной тепловой изоляции, значительно упрощается конструкция аккумулятора, поскольку не требует сложных технических решений для устранения "тепловых мостов", а также увеличивается время хранения тепловой энергии. 1 ил.

Способ предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания с применением в качестве источника теплоты теплового аккумулятора фазового перехода, утилизирующего и аккумулирующего бросовую тепловую энергию двигателя внутреннего сгорания в виде теплоты отработавших газов и/или охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что в качестве теплоаккумулирующего материала применяют вещество, способное находиться в жидкой фазе при уменьшении его температуры ниже температуры фазового перехода "плавление-кристаллизация" и выделять скрытую теплоту кристаллизации при внешнем санкционированном воздействии, приводящем к образованию центров кристаллизации.