ПРЕДПУСКОВОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК F02N19/04 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и, в частности, может быть использовано в двигателестроении.

Известна система подогрева двигателя с автоматическим пуском, содержащая котел, включающий теплообменник, горелку, электромагнитный клапан, электронагреватель топлива, форсунку; насосный агрегат, включающий в себя жидкостный, воздушный и топливный насосы и электромотор; транзисторный коммутатор и свечу зажигания; топливный бачек; подводящую и отводящую трубки; газоотводяшую трубу; переключатель; датчик температуры отключения подогревателя; термопару отключения насосного агрегата; датчик температуры включения подогревателя; электронный блок управления [Патент RU 146016 U1 F02N 19/04].

Указанное техническое решение имеет возможность пуска системы подогрева двигателя в автоматическом режиме в зависимости от температурного режима двигателя только после предварительного пуска предпускового подогревателя двигателя и перевода его в режим «работа» в ручном режиме, что не исключает недостатков, обусловленных ручным управлением подогревателем, вызывающим необходимость предварительной ручной прокачки топливопроводов подогревателя, осуществление визуального контроля продолжительности подготовки подогревателя к пуску в зависимости от температуры окружающего воздуха со стороны водителя (оператора) в ходе режима «продувка и подготовка топлива», а также необходимость аудиовизуальной идентификации осуществления пуска подогревателя с последующим ручным переключением режима «пуск» на режим «работа».

При этом выключение насосного агрегата при работе системы в автоматическом режиме осуществляется вследствие снижения температуры отработавших газов в ходе режима «продувка и подготовка топлива» на основании сигнала термопары, установленной на газоотводящей трубе. Снижение температуры газоотводящей трубы, на которой установлена термопара, происходит дольше, чем снижение температуры отработавших газов, в результате чего понижается точность определения времени отключения насосного агрегата, что приводит к увеличению продолжительности режима «продувка и подготовка топлива» и избыточному потреблению электрической энергии. Кроме того, перед отключением системы в ходе осуществления режима «продувка и подготовка топлива» происходит работа электронагревателя топлива, что также вызывает избыточный расход электрической энергии.

Автоматическое включение системы осуществляется на основании сигнала датчика температуры включения подогревателя вследствие снижения температуры масла, что не дает объективной оценки тепловому состоянию двигателя и необходимости его подогрева, так как в процессе теплообмена и прогрева двигателя используется охлаждающая жидкость.

Вместе с тем, при автоматическом режиме работы системы продолжительность подогрева топлива в зависимости от окружающей температуры не предусмотрена, автоматический переход с режима «продувка и подготовка топлива» с последовательным включением режима «пуск» и режима «работа» осуществляется спустя определенное время, а не по факту осуществления пуска, в результате чего пуск может не осуществиться, а при отсутствии идентификации этого по истечении определенного времени при автоматическом переходе на режим «работа» после отключения свечи топливо при отсутствии горения продолжает впрыскиваться в горелку, что не обеспечивает пожарной безопасности, а раннее воспламенение топливовоздушной смеси и отключение свечи с запаздыванием, обусловленным отсутствием идентификации горения и автоматическим включением режима «работа» спустя определенное время, приводит к избыточному потреблению электрической энергии.

Известен предпусковой подогреватель двигателя, состоящий из котла, включающего в себя теплообменник, горелку с установленным на ней блоком электромагнитного клапана, камеры штифтового электронагревателя топлива, форсунки, и электроискровую свечу, установленную в горелке; насосного агрегата, включающего в себя жидкостный, воздушный и топливный насосы, приводимые в действие одним электродвигателем; переключателя; щитка; жидкостных трубопроводов, на которых установлены воронка и два сливных краника; топливопроводов, соединенных через тройник, краник и бачок, на котором установлен клапан, с системой питания двигателя; газоотводящего патрубка, соединенного через полость между двойными стенками масляного картера с газоотводящей трубой [Бронетранспортер БТР-80. Техническое описание и инструкция по эксплуатации (ТО и ИЭ). 2-е издание. - М: Воениздат, 2001. - 567 с]. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются:

повышенные затраты времени, необходимые для подготовки подогревателя к работе, обусловленные низким уровнем автоматизации подготовительных работ (поворот ручки топливного краника, отворачивание и заворачивание клапана на бачке подогревателя, прокачка топливной магистрали подогревателя ручным топливоподкачивающим насосом);

низкий уровень автоматизации процесса перехода режимов работы подогревателя (все операции выполняются вручную);

невозможность точного определения продолжительности прогрева топлива перед пуском подогревателя, зависящей от температуры окружающего воздуха, в связи с отсутствием в составе подогревателя соответствующей термоизмерительной аппаратуры;

низкий уровень пожарной безопасности, обусловленный идентификацией завершения процесса прокачки топливопроводов подогревателя по наличию подтекания топлива из клапана, установленного на бачке;

избыточное потребление электрической энергии по окончании работы предпускового подогревателя перед его выключением, обусловленное включением нагревателя топлива в режиме продувки.

Технический результат изобретения направлен на обеспечение сокращения времени предпускового подогрева двигателя за счет автоматизации процессов подготовки предпускового подогревателя к работе, повышения точности определения продолжительности подготовки подогревателя к пуску, автоматического пуска и автоматической работы подогревателя на всех режимах, а также на сокращение потребления электрической энергии подогревателем в ходе продувки перед его выключением и на повышение уровня пожарной безопасности.

Технический результат достигается тем, что предпусковой подогреватель двигателя, состоящий из котла, включающего в себя теплообменник, горелку с установленным на ней блоком электромагнитного клапана, камеры электронагревателя топлива, форсунки, и электроискровую свечу, установленную в горелке; насосного агрегата, включающего в себя жидкостный, воздушный и топливный насосы, приводимые в действие одним электродвигателем; переключателя; щитка; жидкостных трубопроводов, на которых установлены воронка и два сливных краника; топливопроводов, соединенных через тройник и бачок, на котором установлен клапан, с системой питания двигателя; газоотводящего патрубка, соединенного через полость между двойными стенками масляного картера с газоотводящей трубой, дополнительно оснащен датчиком температуры окружающего воздуха, термодатчиком горелки, поплавковым клапаном с контактором, установленном в бачке, и электронным блоком управления, установленным в щитке и имеющим электрическую связь с датчиком температуры окружающего воздуха, датчиком температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя, термодатчиком горелки, электромагнитным клапаном горелки, электронагревателем топлива, электроискровой свечей, электродвигателем насосного агрегата, контактором поплавкового клапана и переключателем, а в магистраль соединения топливопроводов предпускового подогревателя с системой питания двигателя подключены электромагнитный золотниковый топливораспределитель и топливоподкачивающий электронасос, имеющие электрическую связь с электронным блоком управления.

Отличительными признаками от прототипа является то, что предпусковой подогреватель дополнительно оснащен датчиком температуры окружающего воздуха, термодатчиком горелки, поплавковым клапаном с контактором, установленном в бачке, и электронным блоком управления, установленным в щитке и имеющим электрическую связь с датчиком температуры окружающего воздуха, датчиком температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя, термодатчиком горелки, электромагнитным клапаном горелки, электронагревателем топлива, электроискровой свечей, электродвигателем насосного агрегата, контактором поплавкового клапана и переключателем, а в магистраль соединения топливопроводов предпускового подогревателя с системой питания двигателя подключены электромагнитный золотниковый топливораспределитель и топливоподкачивающий электронасос, имеющие электрическую связь с электронным блоком управления.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого предпускового подогревателя, на фиг. 2 представлен поплавковый клапан с контактором. Заявляемый предпусковой подогреватель состоит из котла, включающего в себя теплообменник 1, горелку 2 с установленным на ней блоком электромагнитного клапана 3, камеры электронагревателя 4 топлива, форсунки 5, и электроискровую свечу 6, установленную в горелке 2; насосного агрегата 7, включающего в себя жидкостный 8, воздушный 9 и топливный 10 насосы, приводимые в действие одним электродвигателем 11; переключателя 12; щитка 13; жидкостных трубопроводов 14, 15, 16 и 17, на которых установлены воронка 18 и два сливных краника 19 и 20; топливопроводов 21, 22, 23, 24 и 25, соединенных через тройник 26 и бачок 27, на котором установлен клапан 28, с системой питания двигателя; газоотводящего патрубка 29, соединенного через полость между двойными стенками масляного картера 30 с газоотводящей трубой 31.

В бачке 27 установлен клапан 28 для прокачки топливопроводов предпускового подогревателя перед его пуском. Клапан 28 (фиг. 2) состоит из корпуса, выполненного вместе с колпаком 32 воздушного клапана и седлом 33 поплавкового клапана 34, имеющего возможность вертикального перемещения вдоль направляющих 35 при изменении уровня топлива в бачке 27 за счет опускания или поднимания поплавка 36. В основании колпака 32 воздушного клапана выполнено седло 37, в котором установлен шарик 38, поджимаемый к седлу 37 пружиной 39. Вместе с тем, в основании колпака 32 воздушного клапана установлены два контакта 40, а на поверхности поплавкового клапана 34 размещена металлическая пластина-замыкатель 41. В верхней части колпака 32 воздушного клапана выполнены отверстия для выхода воздуха из бачка 27 в атмосферу.

В щитке 13 (фиг. 1) установлен электронный блок управления (ЭБУ) 42, имеющий электрическую связь с датчиком 43 температуры окружающего воздуха, термодатчиком 44 горелки 2, электромагнитным клапаном 3, электронагревателем 4 топлива, электроискровой свечей 6, электродвигателем 11 насосного агрегата 7, контактами 40 клапана 28, датчиком 45 температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя и переключателем 12.

В магистраль 25 соединения топливопроводов предпускового подогревателя с системой питания двигателя подключены электромагнитный золотниковый топливораспределитель 46 и топливоподкачивающий электронасос 47, имеющие электрическую связь с ЭБУ 42.

Заявляемый предпусковой подогреватель работает следующим образом. Запуск предпускового подогревателя осуществляется включением переключателя 12 (фиг. 1).

Режим «прокачка».

В случае нахождения воздуха в магистрали топливопроводов 22, 23, 24 и в бачке 27, поплавок 36 (фиг. 2) будет находиться в нижнем положении, обеспечивая открытие клапана 34, а контакты 40 и пластина-замыкатель 41 будут разомкнуты, что вызывает отсутствие соответствующего сигнала, подающегося в ЭБУ 42 (фиг. 1) через контакты 40, вследствие чего при включении переключателя 12 от ЭБУ 42 подаются сигналы только на электромагнитный золотниковый топливораспределитель 46 и топливоподкачивающий электронасос 47. При получении сигнала от ЭБУ 42 электромагнитный золотниковый топливораспределитель 46 переводится из положения В - «выключено», разобщающего топливопроводы подогревателя с системой питания двигателя, в положение П - «прокачка», а топливоподкачивающий электронасос 47 включается в работу и осуществляет прокачку топлива, забираемого из системы питания двигателя через тройник 26, топливопровод 25, и топливораспределитель 46 в бачок 27, топливопроводы 24, 23 и 22, заполняя камеру электронагревателя 4. При этом воздух, находящийся в камере электронагревателя 4, топливопроводах 22, 23 и 24, вытесняется в бачок 27. Вследствие нагнетания топлива топливоподкачивающим электронасосом 47 давление воздуха, скапливающегося в бачке 27, увеличивается, что приводит к преодолению шариком 38 (фиг. 2) усилия возвратной пружины 39, выходу его из седла 37 и открытию воздушного клапана 28, в котором через отверстия в верхней части колпака 32 происходит удаление воздуха в атмосферу.

По мере заполнения бачка 27 топливом происходит подъем поплавка 36 вдоль направляющих 35 до тех пор, пока не произойдет упор клапан 34 в седло 33. При перекрытии клапаном 34 седла 33 пластина-контактор 41 замыкает контакты 40, а шарик 38 под действием пружины 39 садится в седло 37. Для регулировки усилия возвратной пружины 39 в верхней части колпака 32 воздушного клапана 28 ввернута регулировочная пробка 49.

Режим «нагрев топлива».

После замыкания контактов 40, через них в ЭБУ 42 (фиг. 1) поступает сигнал, вследствие чего подача сигнала с ЭБУ 42 на топливоподкачивающий электронасос 47 прекращается, а на электромагнитный золотниковый топливораспределитель 46 подается сигнал, для переключения его в положение Р - «работа».

Одновременно с этим, после поступления через контакты клапана 28 сигнала в ЭБУ 42, со стороны последнего подаются сигналы для включения электродвигателя 11 и электронагревателя 4. Продолжительность работы предпускового подогревателя в режиме нагрева топлива зависит от температуры окружающего воздуха, значение которой поступает в ЭБУ 42 от датчика 43, и осуществляется в соответствии с заложенным в ЭБУ 42 алгоритмом.

Режим «пуск».

По истечении времени нагрева топлива, заложенного в алгоритм работы ЭБУ 42, подача сигнала на электронагреватель 4 прекращается, при этом со стороны ЭБУ 42 через транзисторный коммутатор 48 подается сигнал на электроискровую свечу 6, а затем с задержкой на 30 секунд - на электромагнитный клапан 3. Свеча 6 включается, а электромагнитный клапан 3 открывается. Топливо, нагнетаемое топливным насосом 10, поступает через открытый электромагнитный клапан 3 в форсунку 5, через которую оно распыляется в камере сгорания горелки 2, перемешивается с воздухом, нагнетаемым воздушным насосом 9, после чего происходит зажигание топливовоздушной смеси от свечи 6.

Режим «работа».

При зажигании топливовоздушной смеси в горелке 2 происходит повышение температуры, что вызывает срабатывание датчика 44, с которого в ЭБУ 42 поступает сигнал о горении, вследствие чего подача сигнала на свечу 6 прекращается и она выключается.

Алгоритмом работы ЭБУ предусмотрено, что если по истечении 30 секунд после включения свечи 6 и открытия электромагнитного клапана 3 пуск подогревателя не произошел, то с ЭБУ 42 подача всех сигналов прекращается, и после минутного перерыва работа возобновляется с режима «прокачка».

После запуска подогревателя и выключения свечи 6 горение поддерживается от ранее зажженного пламени. При этом электродвигатель 11 насосного агрегата 7 продолжает работать, топливо, нагнетаемое топливным насосом 10, проходит через топливопровод 23, установленный внутри котла, где оно подогревается и при открытом электромагнитном клапане 3 распыляется форсункой 5 в камеру сгорания, перемешивается с воздухом, нагнетаемым воздушным насосом 9, и сгорает, отдавая тепло охлаждающей жидкости в теплообменнике 1.

Охлаждающая жидкость, проходящая через трубопроводы 14, 16 и теплообменник 1, под действием жидкостного насоса 8 циркулирует в системе охлаждения двигателя и подогревает двигатель.

Горячие газы из котла по газоотводящему патрубку 29 направляются в полость между двойными стенками масляного картера 30, нагревают масло и отводятся по газоотводящей трубе 31 в атиосферу.

Продолжительность режима «работа» обеспечивается в соответствии с функциональной зависимостью температуры, до которой прогревается охлаждающая жидкость, от температуры окружающего воздуха, заложенной в алгоритм работы ЭБУ 42, в который сведения о значениях указанных температур поступают от датчиков 43 и 45.

Режим «продувка».

При достижении значения температуры охлаждающей жидкости до номинальной величины, соответствующей обеспечению нормального пуска двигателя в условиях низких температур окружающего воздуха, с ЭБУ 42 подается сигнал для закрытия электромагнитного клапана 3, вследствие чего подача топлива в горелку 2 перекрывается и горение прекращается. При этом электродвигатель 11 продолжает работать и за счет потока воздуха, нагнетаемого воздушным насосом 9, осуществляется продувка котла.

Режим «выключение».

По истечении 30 секунд после включения режима «продувка» подача сигналов с ЭБУ 42 на электродвигатель 11 и электромагнитный золотниковый топливораспределитель 46 прекращается, электродвигатель 11 выключается, что вызывает остановку работы насосного агрегата, а золотниковый топливораспределитель 46 переводится в положение В - «выключено».

Если перед включением предпускового подогревателя в магистрали топливопроводов 22, 23, 24 и в бачке 27 воздух отсутствует и поплавковый клапан 34 (фиг. 2) обеспечивает замыкание контактов 40, то во время включения выключателя 12 (фиг. 1), при наличии сигнала, проходящего через контакты клапана 28, работа подогревателя начинается с режима «нагрев топлива».

Если во время работы подогревателя в топливную магистраль попадает воздух, который скапливается в бачке 27, что может вызвать снижение уровня топлива в бачке 27, а также открытие поплавкового клапана 34 (фиг. 2), размыкание контактов 40 и прекращение подачи сигнала через контакты 40, то при наличии сигнала со стороны датчика 44, включения режима «прокачка» не происходит, а выпуск воздуха осуществляется через клапан 28, как было описано выше.

Для дозаправки подогревателя охлаждающей жидкостью служит воронка 18, установленная на трубопроводе 15. Для слива охлаждающей жидкости из подогревателя и системы охлаждения служат сливные краники 19 и 20.

В результате достигается сокращение времени предпускового подогрева двигателя за счет автоматизации процессов подготовки предпускового подогревателя к работе, повышения точности определения продолжительности подготовки подогревателя к пуску, автоматического пуска и автоматической работы подогревателя на всех режимах, а также сокращение потребления электрической энергии подогревателем в ходе продувки перед его выключением и повышение уровня пожарной безопасности.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Предпусковой подогреватель двигателя состоит из котла, включающего в себя теплообменник (1), горелку (2) с установленным на ней блоком электромагнитного клапана (3), камеру электронагревателя (4) топлива, форсунку (5) и электроискровую свечу (6), установленную в горелке (2). Имеется насосный агрегат (7), включающий в себя жидкостный, воздушный и топливный насосы (8), (9) и (10), приводимые в действие одним электродвигателем (11). В состав подогревателя входит переключатель (12), щиток (13), жидкостные трубопроводы (14), (15), (16) и (17), на которых установлены воронка (18) и два сливных краника (19), (20), топливопроводы (21), (22), (23), (24) и (25), соединенные через тройник (26) и бачок (27), на котором установлен клапан (28), с системой питания двигателя. Имеется газоотводящий патрубок (29), соединенный через полость между двойными стенками масляного картера (30) с газоотводящей трубой (31). Подогреватель дополнительно оснащен датчиком (43) температуры окружающего воздуха, термодатчиком (44) горелки (2), поплавковым клапаном с контактором, установленным в бачке (27), и электронным блоком (42) управления. Электронный блок (42) управления установлен в щитке (13) и имеет электрическую связь с датчиком (43) температуры окружающего воздуха, датчиком (45) температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя, термодатчиком (44) горелки, электромагнитным клапаном (3) горелки, электронагревателем (4) топлива, электроискровой свечой (6), электродвигателем (11) насосного агрегата, контактором поплавкового клапана (28) и переключателем (12). В магистраль (25) соединения топливопроводов предпускового подогревателя с системой питания двигателя подключены электромагнитный золотниковый топливораспределитель (46) и топливоподкачивающий электронасос (47), имеющие электрическую связь с электронным блоком (42) управления. Технический результат заключается в сокращении времени предпускового подогрева двигателя. 2 ил.

Предпусковой подогреватель двигателя, состоящий из котла, включающего в себя теплообменник, горелку с установленным на ней блоком электромагнитного клапана, камеры электронагревателя топлива, форсунки, и электроискровую свечу, установленную в горелке; насосного агрегата, включающего в себя жидкостный, воздушный и топливный насосы, приводимые в действие одним электродвигателем; переключателя; щитка; жидкостных трубопроводов, на которых установлены воронка и два сливных краника; топливопроводов, соединенных через тройник и бачок, на котором установлен клапан, с системой питания двигателя; газоотводящего патрубка, соединенного через полость между двойными стенками масляного картера с газоотводящей трубой, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен датчиком температуры окружающего воздуха, термодатчиком горелки, поплавковым клапаном с контактором, установленным в бачке, и электронным блоком управления, установленным в щитке и имеющим электрическую связь с датчиком температуры окружающего воздуха, датчиком температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя, термодатчиком горелки, электромагнитным клапаном горелки, электронагревателем топлива, электроискровой свечой, электродвигателем насосного агрегата, контактором поплавкового клапана и переключателем, а в магистраль соединения топливопроводов предпускового подогревателя с системой питания двигателя подключены электромагнитный золотниковый топливораспределитель и топливоподкачивающий электронасос, имеющие электрическую связь с электронным блоком управления.