УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ Российский патент 2002 года по МПК F01P3/20 F02G5/00 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания с целью повышения их эксплуатационной экономичности.

Известно устройство для экономии горючего с термически изолированным баком для двигателей внутреннего сгорания с водяным охлаждением и масляной системой смазки. Эти жидкости в нерабочем состоянии должны переливаться из основной гидравлической емкости (т.е. из емкостей двигателя внутреннего сгорания) в термоизолированный бак, имеющий спускные клапана для каждой жидкости. Термоизолированный бак расположен на более высоком уровне относительно основной гидравлической емкости. Сливные клапана, обеспечивающие слив каждой жидкости из термоизолированного бака в основную гидравлическую систему, принудительно устанавливаются в открытое положение при введении в действие таких элементов, как ручной тормоз, акселератор, и переходят в закрытое положение только после выключения двигателя внутреннего сгорания и остановки автомобиля. Устройство обеспечивает экономию энергии (топлива) в автомобиле. Известное устройство /1/ тоже предусматривает перекачку охлаждающей жидкости в термоизолированный бак и по достигаемому результату оно близко к предлагаемому устройству и поэтому оно применяется в качестве прототипа заявляемого устройства.

Недостатками известного устройства, принятого в качестве прототипа, являются: во-первых то, что запуск тепловой машины, преимущественно двигателя внутреннего сгорания (ДВС), возможен по истечении некоторого времени, после подачи сигнала от исполнительного устройства (например, ручного тормоза, акселератора), равного и необходимого на слив масла из термоизолированного бака в основную гидравлическую систему ДВС, по причине того, что ДВС не может даже кратковременно работать без подачи масла в нагруженные трущиеся узлы - шатунные и коренные подшипники. Данный недостаток является весомым при эксплуатации ДВС на транспорте (например, железнодорожном) либо при применении ДВС в качестве резервного двигателя, где особо оговаривается максимально-допустимое время приема нагрузки ДВС.

Кроме этого, отсутствует возможность подогрева охлаждающей жидкости в термоизолированном баке при длительном ее хранении (например, при техническом обслуживании или ремонте ДВС), в результате происходит остывание жидкости, а применение этой жидкости в качестве охлаждающей со специальными присадками как более дешевое вещество по сравнению с незамерзающей жидкостью "Тосол" приведет к замораживанию термоизолированного бака и выходу его из эксплуатации.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности тепловой машины. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве для повышения эксплуатационной экономичности тепловой машины, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, имеющего одно- либо двухконтурную систему охлаждения, содержащее термоизолированный бак для охлаждающей жидкости, установленный выше уровня основной гидравлической емкости тепловой машины, откачивающий насос с трубопроводом, трубопровод, соединяющий термоизолированный бак с тепловой машиной, впускным клапаном, радиатор системы охлаждения, внутри термоизолированного бака имеется принудительный подогрев охлаждающей жидкости, на всасывании откачивающего насоса через запорный вентиль подключен трубопровод забора охлаждающей жидкости от внешнего источника, при этом нижняя часть термоизолированного бака соединена компенсационными трубопроводами, имеющими запорные вентили со всасывающими патрубками водяных насосов контуров охлаждения тепловой машины, наддувочного воздуха и масла, а к верхней части термоизолированного бака подводятся пароотводные трубки от верхних точек соответствующих контуров охлаждения.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше прототипа является то, что внутри термоизолированного бака имеется принудительный подогрев охлаждающей жидкости, на всасывании откачивающего насоса через запорный вентиль подключен трубопровод забора охлаждающей жидкости от внешнего источника, при этом нижняя часть термоизолированного бака соединена компенсационными трубопроводами, имеющими запорные вентили со всасывающими патрубками водяных насосов контуров охлаждения тепловой машины, наддувочного воздуха и масла, а к верхней части термоизолированного бака подводятся пароотводные трубки от верхних точек соответствующих контуров охлаждения.

Дополнительно термоизолированный бак используется в качестве емкости для приготовления охлаждающей жидкости и хранения ее при длительных простоях тепловой машины.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Она состоит из тепловой машины - 1, имеющей контур охлаждения - 2 тепловой машины, включающий последовательно установленные радиатор охлаждения - 3 и водяной насос - 4, нагнетающий патрубок, соединенный с тепловой машиной, состоит из контура охлаждения наддувочного воздуха - 5, включающего последовательно соединенные радиатор охлаждения - 6, охладитель наддувочного воздуха - 7, масла - 8 и водяной насос - 9, осуществляющий циркуляцию охлаждающей жидкости в данном контуре, откачивающего насоса - 10 с электродвигателем - 11, нагнетающая сторона которого подсоединена с помощью трубопровода - 12 через вентиль - 13 к термоизолированному баку - 14, включающему в себя теплоэлектрический нагреватель - 15 и теплопередающую поверхность - 16, выполненную из трубопроводов и обеспечивающую передачу тепла от горячей воды или пара от постороннего источника, либо от тепла выхлопных газов, подаваемых от собственной тепловой машины 1, компенсационный трубопровод контура охлаждения тепловой машины - 17, соединяющий через вентиль - 18, термоизолированный бак 14 и всасывающий патрубок водяного насоса - 4 компенсационный трубопровод контура охлаждения наддувочного воздуха и масла - 19, соединяющий через вентиль - 20 термоизолированный бак и всасывающий патрубок водяного насоса - 9, вентили 21 и 22, соединяющие соответственно компенсационные трубопроводы 17 и 19 со всасывающим патрубком откачивающего насоса 10, вентиль 23, подсоединенный одной стороной к всасывающему патрубку откачивающего насоса 10, а другой стороной к постороннему (внешнему) источнику охлаждающей жидкости, вентиль 24, соединенный одной стороной с нагнетающим патрубком откачивающего насоса 10, а второй стороной направлен к месту слива охлаждающей жидкости (например, приямок либо емкость и т.д.); пароотводные трубки контура охлаждения тепловой машины 25 и контура охлаждения наддувочного воздуха - 26 соединяют верхние точки соответствующих контуров и верхнюю часть объема, не заполненную охлаждающей жидкостью, термоизолированного бака 14. Предлагаемое устройство может быть использовано и для одноконтурной системы охлаждения тепловой машины, т. е., когда контур охлаждения наддувочного воздуха и масла отсутствует. Данное обстоятельство имеет место, когда тепловая машина не имеет устройства наддува и требует охлаждать воздух, поступающий в тепловую машину, а масло охлаждается в контуре охлаждения либо имеет свой способ охлаждения (например, в масляном радиаторе либо по поверхности).

При наличии у тепловой машины одного контура охлаждения, а именно контура охлаждения тепловой машины, в устройстве отсутствуют (см. чертеж) контур 5 и входящие в его состав радиатор охлаждения 6, охладитель наддувочного воздуха 7 и масла 8, водяной насос 9, компенсационный трубопровод контура охлаждения наддувочного воздуха и масла 19, включающий вентиль 20, вентиль 22, пароотводная трубка 26.

Устройство работает следующим образом.

От постороннего источника (например, емкости хранения охлаждающей жидкости), при открытом вентиле 23, при включенном откачивающем насосе 10, через открытый вентиль 13 по трубопроводу 12 охлаждающая жидкость поступает в термоизолированный бак 14 до заполнения определенного уровня, при этом вентили 18, 20, 21, 22, 24 закрыты, после чего вентили 13 и 23 закрываются.

При необходимости заполнения контура охлаждения 2 тепловой машины открывается вентиль 18, и охлаждающая жидкость по компенсационному трубопроводу данного контура 17 поступает в контур охлаждения тепловой машины 1, при этом воздух из данного контура удаляется в воздушный объем термоизолированного бака 14 по пароотводной трубке 25. При этом остальные вентили 13, 20, 21, 22, 23, 24 закрыты. Аналогичным образом происходит заполнение охлаждающей жидкостью контура охлаждения наддувочного воздуха и масла, а именно открывается вентиль 20 и охлаждающая жидкость из термоизолированного бака 14 по компенсационному трубопроводу 19 поступает в контур охлаждения наддувочного воздуха и масла 5, а воздух из контура отводится по пароотводной трубке 26 в воздушный объем термоизолированного бака 14.

При штатной работе тепловой машины 1 охлаждающие жидкости циркулируют по соответствующим контурам 2 и 5 посредством водяных насосов 4 и 9, при этом вентили 18 и 20 открыты, а вентили 13, 21, 22, 23, 24 закрыты. При работе тепловой машины 1 на малых нагрузках, особенно в зимних условиях, с целью обеспечения повышения топливной экономичности и моторесурса за счет обеспечения повышенных температур охлаждающей жидкости в контуре охлаждения тепловой машины 1 и контуре охлаждения наддувочного - 4 - воздуха и масла /2, 3, 4, 5/, охлаждающая жидкость, находящаяся в термоизолированном баке 14, нагревается благодаря теплоэлектрическому нагревателю 15 либо с помощью теплопередающей поверхности 16 от постороннего источника тепла или выхлопных газов и по соответствующим компенсационным трубопроводам 17 и 19 поступает в соответствующие контуры 2 и 5, а охлажденная охлаждающая жидкость по соответствующим пароотводным трубкам 25 и 26 поступает в термоизолированный бак 14, где вновь нагревается и поступает в соответствующие контуры, тем самым обеспечивая постоянный подогрев. При работе тепловой машины на средних и больших нагрузках, где подогрев охлаждающей жидкости не требуется, отключается теплоэлектронагреватель 15 либо по теплопередающей поверхности 16 прекращается циркуляция теплоносителя.

При необходимости остановки тепловой машины (например, на ремонт) и с целью сохранения тепла охлаждающей жидкости соответствующих контуров она перекачивается откачивающим насосом 10 из контуров в термоизолированный бак 14 по трубопроводу 12, при этом вентили 13, 21, 22 открыты, а вентили 18, 20, 23, 24 закрыты, после чего вентили 13, 21, 22 закрываются. Тем самым обеспечивается сохранность охлаждающей жидкости для последующего ее использования, что сокращает эксплуатационные расходы, дает возможность использовать в качестве охлаждающей жидкости воду со специальными присадками вместо дорогостоящего "Тосола". С целью исключения возможности размораживания термоизолированного бака 14 в зимних условиях, есть возможность периодического подогрева охлаждающей жидкости в термоизолированном баке 14 с помощью термоэлектрического нагревания 15 либо теплопередающей поверхностью 16 или посторонним теплоносителем. Кроме этого, перед заполнением охлаждающей жидкости в соответствующие контуры 2 и 5 имеется возможность подогрева охлаждающей жидкости в термоизолированном баке 14, тем самым ускоряется пуск и сокращается время прогрева тепловой машины 1, что приводит к снижению затрат топлива на прогрев, а значит, к повышению эксплуатационной экономичности.

При необходимости слива охлаждающей жидкости из обоих контуров 2, 5 и термоизолированного бака 14, в случае ее замены по причине отработанного ресурса, открываются все вентили 13, 18, 20, 21, 22, 23, 24 и охлаждающая жидкость по соответствующим трубопроводам, проходя вентили 23 и 24, сливается в постороннюю емкость либо в канализацию, после чего все вентили закрываются.

Приготовление охлаждающей жидкости происходит следующим образом. Специальные присадки к воде высыпаются в термоизолированный бак 14, открываются вентили 13, 18, 20, 21, 22 (вентили 23, 24 закрыты), включается электродвигатель 11, приводящий в действие откачивающий насос 10, и смесь воды с присадками начинает циркулировать из термоизолированного бака 14 по трубопроводам 17, 19 и по трубопроводу 12 вновь подается в термоизолированный бак 14, тем самым обеспечивается перемешивание и растворение составляющих компонентов, входящих в состав охлаждающей жидкости, при этом имеется возможность подогрева жидкости для лучшего растворения компонентов.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества: во-первых то, что в термоизолированном баке 14 имеется возможность подогрева охлаждающей жидкости за счет применения теплоэлектронагревателя 15 либо теплообменной поверхности 16 с теплоносителем. Кроме этого, исключается возможность размораживания термоизолированного бака 14 при длительном хранении в нем охлаждающей жидкости в зимних условиях, еще есть возможность подачи подогретой в термоизолированном баке 14 охлаждающей жидкости в соответствующие контуры охлаждения тепловой машины, тем самым обеспечивая повышенные температуры охлаждающей жидкости при работе на холостом ходу и малых нагрузках, что в свою очередь способствует снижению расхода топлива и повышению моторесурса, кроме этого, перед заправкой охлаждающей жидкости в контуры тепловой машины осуществляется подогрев охлаждающей жидкости с минимальными потерями в окружающую среду, т. к. бак термоизолирован, это все способствует сокращению времени пуска и прогрева охлаждающих жидкостей до рабочих температур, а значит, тем самым и сокращению износов в тепловой машине и, как следствие, повышению моторесурса. Кроме этого устройство позволит с минимальными трудовыми затратами осуществлять заправку и замену охлаждающей жидкости в контурах охлаждения тепловой машины, а также термоизолированный бак используется в качестве емкости для приготовления охлаждающей жидкости, имеющей в своем составе воду и специальные присадки.

В результате использования изобретения на газовом двигатель-генераторе ГДГ 500/1500, в частности в контейнерном исполнении, который эксплуатируется на определенном расстоянии от мест, имеющих необходимые запасы водных ресурсов, значительно сокращаются эксплуатационные расходы.

Источник информации
1. Устройство для экономии горючего с термически изолированным баком для двигателя внутреннего сгорания. Франция, заявка 2503260, F 02 G 5/00, опубл. 08.10.82, 40 (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, имеющим двух- либо одноконтурную систему охлаждения. С целью повышения их эксплуатационной экономичности в предлагаемом устройстве внутри термоизолированного бака имеется принудительный подогрев охлаждающей жидкости, на всасывании откачивающего насоса через запорный вентиль подключен трубопровод забора охлаждающей жидкости от внешнего источника, нижняя часть термоизолированного бака соединена компенсационными трубопроводами, имеющими запорные вентили со всасывающими патрубками водяных насосов контуров охлаждения тепловой машины, наддувочного воздуха и масла, а к верхней части термоизолированного бака подводятся пароотводные трубки от верхних точек соответствующих контуров охлаждения, термоизолированный бак используется для приготовления охлаждающей жидкости и хранения ее при длительных простоях тепловой машины. Изобретение обеспечивает повышение эффективности тепловой машины. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для повышения эксплуатационной экономичности тепловой машины, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, имеющего одно- либо двухконтурную систему охлаждения, содержащее термоизолированный бак для охлаждения жидкости, установленный выше уровня основной гидравлической емкости тепловой машины, откачивающий насос с трубопроводом, трубопровод, соединяющий термоизолированный бак с тепловой машиной, впускным клапаном, радиатор системы охлаждения, отличающееся тем, что внутри термоизолированного бака имеется принудительный подогрев охлаждающей жидкости, на всасывании откачивающего насоса через запорный вентиль подключен трубопровод забора охлаждающей жидкости от внешнего источника, при этом нижняя часть термоизолированного бака соединена компенсационными трубопроводами, имеющими запорные вентили со всасывающими патрубками водяных насосов контуров охлаждения тепловой машины, наддувочного воздуха и масла, а к верхней части термоизолированного бака подводятся пароотводные трубки от верхних точек соответствующих контуров охлаждения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термоизолированный бак используется в качестве емкости для приготовления охлаждающей жидкости и хранения ее при длительных простоях тепловой машины.