СПОСОБ И СИСТЕМА ПОДОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F02N17/00 

Изобретение относится к способам и системам подогрева двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано, как в стационарных так и в транспортных силовых установках с тепловыми двигателями.

Известен способ A подогрева двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащего в системе охлаждения компенсационный бачок и канал отвода пара и подвода жидкости в компенсационный бачок, при котором для подогрева используют блок подогрева с тепловым аккумулятором, газовым и жидкостным каналами, газовый канал сообщают с выхлопным коллектором двигателя, жидкостный канал оснащают средствами перекрытия, встраивают в жидкостный контур двигателя и обеспечивают возможность циркуляции жидкости при работающем и неработающем двигателе, при остановке двигателя удаляют жидкость из полости жидкостного канала блока подогрева [1, 2]. Недостатком способа A и системы подогрева на его основе является необходимость в течение каждого эксплуатационного цикла двигателя "подогрев-запуск-работа-останов-стоянка-подогрев-запуск" заполнения и последующего освобождения жидкостного канала блока подогрева, т.е. прерывание циркуляции жидкости в контуре подогрева, и обусловленные этим усложнение конструкции и необходимость дополнительных затрат времени на эксплуатацию пропорциональному числу циклов.

Известен также не имеющий такого недостатка способ Б жидкостного охлаждения и подогрева двигателя внутреннего сгорания, при котором используют блок подогрева с тепловым аккумулятором, содержащим теплоаккумулирующий элемент, газовым каналом и каналом теплоносителя, параллельным газовым каналом, средствами перекрытия каналов, канал теплоносителя встраивают в контур жидкостного охлаждения двигателя, при работающем двигателе обеспечивают возможность зарядки теплового аккумулятора отходящим теплом выхлопных газов одновременно с подогревом жидкости и обеспечивают возможность беспрерывной циркуляции жидкости с момента прекращения до момента возобновления работы двигателя [3] . Недостатком способа Б подогрева является постоянный расход запасенного в тепловом аккумуляторе тепла при неработающем двигателе и за счет этого уменьшение времени хранения эффективного тепла и, как следствие уменьшение допустимого времени стоянки транспортного средства с неработающим двигателем.

Известна система подогрева двигателя внутреннего сгорания, реализующая способ Б, содержащая рубашку двигателя, насос, радиатор, отопитель салона, блок подогрева с тепловым аккумулятором, электронасосом, газовым и жидкостным каналами, каналы подвода выхлопных газов и жидкости к блоку подогрева и отвода их от блока подогрева со средствами перекрытия каналов, средства управления потоками выхлопного газа и жидкости [3]. Недостатком системы является недостаток присущий способу Б.

Известна та же система подогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащая блок подогрева с тепловым аккумулятором, газовым каналом и каналом теплоносителя, каналы подвода выхлопных газов и теплоносителя к блоку подогрева и отвода их от блока подогрева, электронагнетатель с каналами подвода и отвода теплоносителя, средства перекрытия каналов подвода и отвода [3]. Недостатком такой системы подогрева является применимость ее только в условиях двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением и непригодность для условий двигателя с воздушным охлаждением.

Целями изобретения являются:
- увеличение допустимого времени стоянки транспортного средства с неработающим двигателем;
- обеспечение возможности унификации систем подогрева двигателей внутреннего сгорания с жидкостным и воздушным охлаждением.

Поставленные цели достигаются тем, что в отличие от известного способа подогрева, в момент остановки двигателя средствами перекрытия изолируют полость жидкостного канала блока подогрева и удаление жидкости из полости жидкостного канала блока подогрева осуществляют ее выкипанием за счет части тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе, и обеспечивают отвод пара в компенсационный бачок.

В варианте системы охлаждения и подогрева ДВС, реализующей предлагаемый способ, указанная цель достигается тем, что, в отличие от известной системы подогрева [3] жидкостный канал блока подогрева подключен последовательно к жидкостному каналу отопителя, уровень жидкости на выходе из канала блока подогрева расположен ниже уровня жидкости в радиаторе и выше уровня жидкости на входе в канал блока подогрева, средства перекрытия жидкостного канала блока подогрева расположены непосредственно на входе и выходе из канала и выполнены в виде отсечного и обратного клапанов на входе и обратного клапана на выходе, полость жидкостного канала блока подогрева на выходе дополнительно сообщена с полостью жидкостного контура двигателя трубкой, проходное сечение трубки в несколько раз меньше проходного сечения канала подвода жидкости к отопителю. Этим самым обеспечивается выкипание жидкости только в объеме жидкостного канала блока подогрева, сводятся к минимуму возможные потери пара и накопленного тепла после каждой остановки двигателя.

В варианте унифицированной системы подогрева ДВС, поставленная цель достигается тем, что в отличие от известной системы подогрева ДВС [3], в качестве теплоносителя использован атмосферный воздух, выход из газового канала блока подогрева и вход в канал теплоносителя блока подогрева соединены между собой дополнительным каналом, в дополнительный канал встроено средство перекрытия канала, средства перекрытия каналов выполнены с возможностью обеспечения при неработающем двигателе циркуляции теплоносителя в газовом канале и/или канале теплоносителя.

При этом выход канала теплоносителя может быть соединен с всасывающим патрубком двигателя, вход - сообщен с воздушной средой, а всасывающий патрубок оснащен средством перекрытия канала подвода атмосферного воздуха. Это позволяет при первых же оборотах стартера засасывать в цилиндры только подогретый воздух и тем облегчить пуск холодного двигателя.

Предлагаемая система подогрева может быть оснащена средствами регулирования температуры подогрева воздуха, масляная полость картера двигателя оснащена каналами подвода и отвода воздуха, канал подвода соединен с каналом отвода подогретого воздуха от теплового аккумулятора. Этим самым может быть облегчен пуск холодного двигателя за счет разогрева картера и масла горячим воздухом, нагнетаемым в полость картера двигателя. Средства регулирования температуры при этом обеспечивают необходимую величину температуры воздуха.

С целью экономии затрат тепла на предпусковой подогрев двигателя канал отвода подогретого воздуха из масляного картера двигателя может быть соединен с каналом подвода воздуха к воздушному нагнетателю.

Для дополнительного увеличения допустимого времени стоянки транспортного средства с неработающим двигателем в тепловой аккумулятор обеих предлагаемых систем может быть встроен электронагреватель с средствами подключения его к источнику электропитания.

Сущность предлагаемых способа и систем подогрева поясняется на фиг.1 - 4.

На фиг. 1 представлена принципиальная электропневмогидравлическая схема системы подогрева двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, в которой реализуется предлагаемый способ подогрева.

На фиг. 2 дана соответствующая схема конструкции блока подогрева с тепловым аккумулятором и средствами распределения потоков выхлопного газа и теплоносителя.

На фиг. 3 представлены принципиальная электропневматическая схема унифицированной системы подогрева, пригодная для подогрева двигателя внутреннего сгорания как с жидкостным так и с воздушным охлаждением.

На фиг. 4 дана соответствующая схема конструкции блока подогрева.

Система подогрева двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением (фиг. 1) содержит рубашку двигателя 1, насос 2, радиатор 3, терморегулятор 4, отопитель 5, кран отопителя 6, компенсационный бачок 7, обратный клапан 8, блок подогрева БП, включающий в себя подогреватель 9 с тепловым аккумулятором, электронагревателем, жидкостным и газовым каналом (см. фиг. 2), насос 10, электродвигатель 11, средства 12, 13 и 14 перекрытия жидкостного канала подогревателя, канал 15 отвода пара из жидкостного канала подогревателя, канал 16 подвода газа от выхлопного коллектора двигателя 1 к тепловому аккумулятору подогревателя, средства 17 и 18 перекрытия газовых каналов, имеющих общий выход в глушитель 19, источник тока 20, например, электрический аккумулятор, включатель 21.

Блок подогрева (фиг. 2) содержит тепловой аккумулятор, состоящий из теплоаккумулирующего элемента 22, теплоизоляции 23, газового канала 24 подвода газа от выхлопного коллектора 25, электронагревателя 26, параллельный газовый канал 27, средства 17 и 18 перекрытия газовых каналов, жидкостный канал 28 с входным 29 и выходным 30 патрубками, средствами перекрытия жидкостного канала, например, входным 31 и выходным 32 обратными клапанами, и каналом 15 отвода пара в жидкостный контур двигателя.

Унифицированная (воздушная) система подогрева (фиг. 3) двигателя 1 внутреннего сгорания содержит выхлопной коллектор 25 двигателя, блок подогрева, включающий в себя подогреватель 9 с тепловым аккумулятором, электронагревателем 26, воздушным каналом 33, газовоздушным каналом 34, воздушный нагнетатель 10 с воздухозаборником 35, канал 36 подвода воздуха в картер двигателя 1, канал 37 подвода воздуха для предпускового подогрева и отопления салона с присоединительным устройством 38, средства 39 и 40 перекрытия воздушных каналов, патрубок 41 отвода воздуха из картера двигателя с обратным клапаном 42, электродвигатель 11, источник тока 20, например, электрический аккумулятор, включатель 21.

Блок подогрева (фиг. 4) содержит тепловой аккумулятор с теплоаккумулирующим блоком 22, теплоизоляцией 23, газо-воздушным каналом 34 с входным и выходным патрубками 43 и 44, воздушным каналом 33 с входным и выходным патрубками 45 и 46, входной распределительный блок 47 со средствами перекрытия 17, 40, воздушным патрубком 48, выходной распределительный блок 49 со средствами перекрытия 18 и 39, воздушным патрубком 50. Каналы 33 и 34 сообщаются между собой и каналом 51 подвода теплоносителя посредством раструба 52 и средства перекрытия 39.

Основными возможными эксплуатационными режимами работы обеих систем подогрева являются:
1. При работающем двигателе:
1.1) зарядка теплового аккумулятора отходящим теплом выхлопных газов;
1.2) хранение тепла;
1.3) потребление тепла для отопления салона.

2. При неработающем двигателе:
2.1) хранение накопленного при работе двигателя тепла;
2.2) потребление тепла для предпускового подогрева двигателя;
2.3) потребление тепла для подогрева салона.

Каждый из режимов выполняется установкой положения средств перекрытия каналов 6, 17, 18, 12, 13, 14, 39, 40 и включателя 21 согласно таблицы режимов (см. таблицу). В таблице знак "+" обозначает "Открыто", "Выключено", знак "-" обозначает "Закрыто", "Выключено". Знаки "+/-" и "-/+" характеризуют двухпозиционное ("Открыто" или "Закрыто") положение средств перекрытия 17 и 18 для поддержания температуры T теплоаккумулирующего элемента в диапазоне T_min<T<T_max, осуществляемое, например, посредством теплового реле, связанного с приводом средств перекрытия, обеспечивающего прекращение и возобновление подачи выхлопного газа в газовый канал теплового аккумулятора. Посредством этого же реле может осуществляться включение и отключение электроподогревателя 26 (см. фиг. 2, и 3). Положение средств перекрытия на фиг. 1 дано применительно к режиму 1.3, а на фиг. 3 - применительно к режимам 2.2, 2.3 (см. таблицу).

Предлагаемые способ и системы подогрева двигателя могут быть использованы в силовых установках всех видов транспорта, оснащенного двигателями внутреннего сгорания, например, в силовых установках средств пассажирского транспорта.

Предлагаемые способ и системы подогрева по сравнению с прототипом обладают тем преимуществом, что:
а) при стоянке транспортного средства с выключенным двигателем:
- не требуют постоянной циркуляции теплоносителя, чем обеспечивают предпусковой подогрев двигателя и салона после большего времени стоянки,
- обеспечивают практически неограниченное время стоянки в условиях наличия возможности подключения электроподогревателя теплового аккумулятора к источнику электропитания;
б) при движении транспортного средства с включенным двигателем обеспечивают дополнительный подогрев теплоносителя для отопления салона;
в) в варианте с воздушным теплоносителем система подогрева пригодна для двигателей как с жидкостным так и с воздушным охлаждением.

Литература
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 739250, классы F 01 N 5/02, F 02 N 17/02, публ. 05.06.1980 г.

2. Описание изобретения к патенту Российской Федерации N 2043532, классы F 02 N 17/04, F 01 N 5/02, F 02 G 5/02, F 01 M 5/02, публ. 10.09.95 г.

3. Описание изобретения к патенту Российской Федерации N 2117780, кл. F 01 P 3/00 и др., приоритет 17.12.96 г.

Изобретение относится к подогреву двигателей внутреннего сгорания и используется в стационарных и транспортных силовых установках с тепловыми двигателями. Способ и два варианта системы подогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащей блок подогрева с тепловым аккумулятором, заряжаемым отходящим теплом выхлопных газов, газовым каналом, каналом теплоносителя и средствами перекрытия каналов. В одном варианте системы теплоносителем служит охлаждающая жидкость, в другом - воздух. Блок подогрева встраивается в канал отвода выхлопных газов и в контур циркуляции теплоносителя. Удаление жидкого теплоносителя из канала теплоносителя блока подогрева после остановки двигателя осуществляется способом выкипания с отводом пара в компенсационный бачок системы жидкостного охлаждения. В варианте с воздушным подогревом при неработающем двигателе обеспечена возможность циркуляции воздуха в газовом и/или воздушном канале блока подогрева, подогретый воздух для предпускового подогрева двигателя подводится, например, в полость масляного картера двигателя с жидкостным или воздушным охлаждением. Основными функциональными режимами работы систем подогрева являются режим предпускового подогрева холодных двигателя и салона автотранспорта, а при работающем двигателе - режим зарядки теплового аккумулятора отходящим теплом выхлопных газов и режим дополнительного подогрева теплоносителя для отопления салона. Обеспечивается возможность подзарядки теплового аккумулятора от источника электроэнергии при длительной стоянке транспортного средства в холодное время года и суток. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ подогрева двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, при котором средства регулирования обеспечивают отвод пара при случайном закипании жидкости в компенсационный бачок через жидкостный контур двигателя, для подогрева используют блок подогрева с тепловым аккумулятором, газовым и жидкостным каналами, газовый канал сообщают с выхлопным коллектором двигателя, жидкостный канал оснащают средствами перекрытия, встраивают в жидкостный контур двигателя и обеспечивают возможность циркуляции жидкости при работающем и неработающем двигателе, при остановке двигателя удаляют жидкость из полости жидкостного канала блока подогрева, отличающийся тем, что в момент остановки двигателя средствами перекрытия изолируют полость жидкостного канала блока подогрева и удаление жидкости из полости жидкостного канала блока подогрева обеспечивают ее выкипанием за счет части тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе, и обеспечивают отвод пара в компенсационный бачок. 2. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая рубашку двигателя, насос, радиатор, отопитель салона, блок подогрева с тепловым аккумулятором, электронасосом, газовым и жидкостным каналами, каналы подвода выхлопных газов и жидкости к блоку подогрева и отвода их от блока подогрева со средствами перекрытия каналов, средства управления потоками выхлопного газа и жидкости, отличающаяся тем, что жидкостный канал блока подогрева подключен последовательно к жидкостному каналу отопителя, уровень жидкости на выходе из канала блока подогрева расположен ниже уровня жидкости в радиаторе и выше уровня жидкости на входе в канал блока подогрева, средства перекрытия жидкостного канала блока подогрева расположены непосредственно на входе и выходе из канала и выполнены в виде отсечного и обратного клапанов на входе и обратного клапана на выходе, полость жидкостного канала блока подогрева на выходе дополнительно сообщена с полостью контура двигателя трубкой, проходное сечение трубки в несколько раз меньше проходного сечения канала подвода жидкости к отопителю. 3. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания по п.2, отличающаяся тем, что блок подогрева оснащен электронагревателем, встроенным в тепловой аккумулятор, и средством подключения электронагревателя к источнику электропитания, например к генератору, приводимому от двигателя, или к бытовой электросети. 4. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащая блок подогрева с тепловым аккумулятором, газовым каналом и каналом теплоносителя, каналы подвода выхлопных газов и теплоносителя к аккумулятору и отвода их от аккумулятора, электронагнетатель с каналами подвода и отвода теплоносителя, средства перекрытия каналов подвода и отвода, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя использован атмосферный воздух, выход из газового канала блока подогрева и вход в канал теплоносителя блока подогрева соединены между собой дополнительным каналом, в дополнительный канал встроено средство перекрытия канала, средства перекрытия каналов выполнены с возможностью обеспечения при неработающем двигателе циркуляции теплоносителя в газовом канале и/или канале теплоносителя. 5. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания по п.4, отличающаяся тем, что блок подогрева оснащен электронагревателем, встроенным в тепловой аккумулятор, и средством подключения электронагревателя к источнику электропитания, например к генератору, приводимому от двигателя, или к бытовой электросети. 6. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания по п.4, отличающаяся тем, что выход канала теплоносителя соединен с всасывающим патрубком двигателя, вход - сообщен с воздушной средой, а всасывающий патрубок оснащен средством перекрытия канала подвода атмосферного воздуха. 7. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания по п.4, отличающаяся тем, что оснащена средствами регулирования температуры подогрева воздуха, масляная полость картера двигателя имеет канал подвода и канал отвода воздуха, канал подвода соединен с каналом отвода подогретого воздуха от блока подогрева. 8. Система подогрева двигателя внутреннего сгорания по п.4, отличающаяся тем, что канал отвода подогрева воздуха из масляного картера двигателя соединен с каналом подвода воздуха к электронагнетателю.