Каким образом можно решить проблему стабилизации температурного режима работы двигателя

Устройство автомобилей

Система охлаждения двигателя

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался во время работы, поскольку и перегрев и переохлаждение вредны двигателю.

Сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается выделением значительного количества теплоты. Если двигатель не охлаждать, или охлаждать недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, а это уменьшает их прочность, вызывает значительные тепловые деформации и изменение размеров, ухудшает свойства и снижает вязкость масла смазочной системы, отрицательно сказывается на наполнении цилиндров горючей смесью, вызывает интенсивное отложение нагара на деталях.
Все это может привести к снижению эффективности работы двигателя и даже его отказу из-за потери работоспособности отдельных деталей, агрегатов и узлов.

Переохлаждение двигателя тоже крайне нежелательно. Оно сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания (особенно в дизелях), следствием чего являются повышенный расход топлива, снижение эффективности работы двигателя, интенсивный коррозийный износ деталей из-за отложения конденсата, и увеличение выброса в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива.

Оптимальным для работы двигателя внутреннего сгорания является узкий температурный диапазон, который, например, у двигателей с жидкостной системой охлаждения, характеризуется температурой охлаждающей жидкости 85. 95 ˚С.

Требования к системе охлаждения

В связи с основным назначением, к системе охлаждения двигателя предъявляются следующие требования:

• автоматическое поддержание оптимального теплового режима в двигателе, независимо от режима его работы и внешних условий;
• надежная работа в условиях повышенных вибраций;
• малые габариты, масса и металлоемкость;
• технологичность и удобство в техническом обслуживании;
• быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры;
• длительное сохранение теплоты после остановки двигателя;
• малые энергетические затраты на функционирование (затраты энергии двигателя, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения);
• экологическая безопасность и минимальное коррозийное воздействие применяемых теплообменных материалов на детали двигателя.

Способы охлаждения двигателя

Отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется при помощи различных способов – применением принудительной системы охлаждения, охлаждением маслом смазочной системы, теплообменом с более массивными сопрягаемыми деталями, работающими в благоприятном температурном режиме, рассеиванием теплоты с рабочих поверхностей перегретых деталей и т. п.

Очевидно, что естественного теплообмена с перегретыми деталями двигателя недостаточно, чтобы поддерживать их оптимальную температуру в рабочем режиме, поэтому в современных двигателях применяется принудительный отвод теплоты от деталей, несмотря на то, что это связано с увеличением энергетических затрат и тепловых потерь рабочего цикла двигателя.
Принудительное охлаждение осуществляется с помощью жидкости или воздуха, поэтому различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Преимущества и недостатки систем охлаждения

Каждый из способов принудительного охлаждения имеет свои преимущества и недостатки.
Воздушная система охлаждения проста в эксплуатации, однако не может полностью обеспечить нормального теплового состояния деталей двигателя из-за неравномерности их охлаждения. Возникает необходимость использования принудительного направления движения воздуха в сочетании с оребрением двигателей, что приводит к увеличению уровня шума при работе двигателя, снижению его мощности, а также удорожанию деталей.

Теплопроводность жидких теплоносителей в 20…25 раз выше, чем у воздуха, поэтому жидкостная система охлаждения обеспечивает более эффективный теплоотвод и создает равномерное температурное поле охлаждения. Такая система охлаждения более инерционна — двигатель медленно прогревается, но и медленнее охлаждается.
Однако жидкостная система сложнее устроена, содержит в своей конструкции дорогостоящие узлы и детали для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости и теплообмена с внешней средой (радиатор).
Кроме того жидкостная система включает различные трубопроводы (патрубки, трубки), каналы и полости в охлаждаемых деталях для подвода и циркуляции жидкости, которые могут давать течь, снижая надежность и повышая стоимость двигателя в целом.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур в жидкостной системе охлаждения приходится применять специальные низкозамерзающие жидкости, имеющие достаточно высокую стоимость, что тоже отрицательно сказывается на экономических показателях.
Кроме того, применяемые в современных двигателях низкозамерзающие жидкости имеют более низкую теплопроводность, по сравнению с обычной водой, уменьшая тем самым основное преимущество жидкостной системы охлаждения перед воздушной.

Тем не менее, несмотря на перечисленные недостатки, в двигателях современных автомобилей наибольшее распространение получило жидкостное охлаждение, как более полно удовлетворяющее требованиям, перечисленным выше. Несмотря на сложность конструкции и связанные с этим удорожание и снижение надежности, жидкостная система охлаждения обеспечивает надежное поддержание рабочей температуры двигателя в заданных интервалах, и способна автоматически поддерживать ее в широком диапазоне нагрузочных режимов.

Источник

Оптимальное тепловое состояние двигателя

Оптимальный температурный режим двигателя – условие для нормальной работы. Влияние поддержания температурного режима двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов. Системы и агрегаты поддержания оптимального температурного режима.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основная часть

1.1 Оптимальный температурный режим двигателя

1.2 Значение поддержания температурного режима двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов

1.3. Системы и агрегаты поддержания оптимального температурного режима двигателя

Список используемой литературы

температурный режим двигатель

Тепловой режим двигателя. Одним из необходимых условий нормальной работы двигателя является его оптимальный тепловое состояние. Средняя температура газов в течение рабочего цикла находится в пределах 800 ° С. Часть теплоты воспринимается деталями, непосредственно контактирующие с этими газами, отчего их температура может достичь уровня, когда прочность их уменьшится. Кроме этого повышения температуры двигателя вызывает снижение вязкости масла, ухудшение смазки рабочих поверхностей деталей и значительный рост их износа. Двигатели для автомобилей рассчитаны на качественную работу в рамках определенного температурного диапазона. Разные двигатели имеют свой температурный режим в пределах от 80 к 105°c. То есть, при заданном температурном режиме эксплуатации термостаты быстро доводят двигатели до нужной температуры и стабильно ее поддерживают. Двигатели, которые не укладываются в определенную рабочую температуру, продуцируют отработанные газы высокой токсичности. Вмонтированные (в соответствии с законодательными требованиями) датчики контроля токсичности отработанных газов функционально зависят от правильной (надлежащей) температуры двигателя и охлаждающей жидкости. Производители автомобилей четко указывают, что термостаты нужно применять во всех регионах, независимо от климата, чтобы предотвратить повреждение двигателя.

Тепловой режим двигателя. При избыточном нагреве мотора ухудшается его рабочий процесс. Горючая смесь в цилиндрах может преждевременно вспыхивать или сгорать с детонацией (в бензиновых двигателях). Помимо этого мощность перегретого двигателя существенно уменьшаются из- за ухудшения весового наполнения цилиндров (разогретая горючая смесь занимает больший объем и часть ее не умещается в цилиндрах двигателя). При чрезмерном охлаждении двигателя процесс приготовления горючей смеси значительно ухудшается. Топливо недостаточно испаряется, плохо вспыхивает и медленно горит, в результате чего мощность двигателя снижается, а его запуск затрудняется. Кроме этого холодное, густое масло плохо подается к рабочим поверхностям двигателя, а конденсация топлива на холодных стенках цилиндров приводит к смыву из них масла, в результате чего резко повышается износ двигателя.

1. Основная часть

1.1 Оптимальный температурный режим двигателя

На нагрев деталей двигателя затрачивается 20 — 35% теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах. Если эту теплоту не отводить, т. е. не охлаждать двигатель, то на многих движущихся деталях масло выгорит и вследствие чрезмерного расширения произойдет их заедание. Чтобы избежать перегрева деталей, от них принудительно отводится теплота с интенсивностью, зависящей от режима и условий работы двигателя. При недостаточном отводе теплоты двигатель перегревается — не развивает максимальной мощности, увеличивается расход топлива, а детали двигателя из-за недостаточной смазки быстро изнашиваются. В случае чрезмерного отвода тепла, т. е. при переохлаждении двигателя, также ухудшается его топливная экономичность и значительно снижается срок службы.

Поэтому двигатель следует охлаждать до оптимальной температуры, обеспечивающей получение максимальной мощности и высокой экономичности, а также длительного срока службы (моторесурса).Оптимальным тепловым режимом двигателя считают такой, когда температура основных деталей кривошипно-шатунного механизма составляет 90 … 110 ° С.

1.2 Значение поддержания температурного режима двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов

От оптимального теплового состояния двигателя, продолжительности его прогрева, стабильности температурного режима в процессе работы зависят не только надежность, но также топливная экономичность и токсичность отработавших газов. Надежный пуск холодного двигателя возможен при обогащении горючей смеси. Это объясняется тем, что ухудшается качество смеси из-за низких температур деталей двигателя, топлива и воздуха, низкой скорости воздуха проходящего через карбюратор. Для каждого типа двигателя при прочих равных условиях количество загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу, пропорционально расходу топлива. Поэтому экономия топлива одновременно по существу означает сокращение выброса токсичных веществ в атмосферу. Особенно значительные расходы топлива связаны с прогревом двигателя, а также агрегатов трансмиссии и шин после длительной стоянки на открытой площадке при низкой температуре воздуха в процессе движения. Увеличение расхода топлива двигателем объясняется ухудшением рабочих процессов, вызванным пониженным тепловым режимом. Холодный воздух имеет повышенную плотность, поэтому возрастает масса засасываемого воздуха. Плотность холодного топлива также выше, но выше его вязкость и ниже испаряемость, поэтому в целом горючая смесь оказывается обедненной. Холодная обедненная смесь горит недостаточно интенсивно, топливо сгорает неполно, и, как следствие этого, увеличивается расход топлива. В холодном коллекторе топливо плохо испаряется и около 40 % его (некоторые утверждают, что 90 %), поступая в камеру сгорания в виде пленки, практически не сгорает. При низких температурах воздуха возможно обледенение карбюратора (диффузора), что в свою очередь вызывает резкий перерасход топлива. Повышение теплового состояния двигателя в процессе прогрева приводит к уменьшению механических потерь, и, как результат этого, расход топлива постепенно снижается. При стабилизации теплового состояния двигателя стабилизируется и расход топлива. Поэтому процесс изменения расхода топлива при прогреве описывается также экспоненциальной зависимостью Начальное тепловое состояние двигателя и температура окружающего воздуха влияет на расход топлива при прогреве на холостом ходу. Тепловое состояние двигателя, в свою очередь, зависит от температуры воздуха, отсюда следует, что роль последнего довольно велика. Наиболее благоприятными условиями для приготовления горючей смеси являются температуры воздуха на входе в двигатель 35 … 40 С и топлива в карбюраторе 15 … 20 С. Кроме того, температура стенок впускного трубопровода должна быть 110 … 120 С, а температура горючей смеси на 25 … 30 С меньше температуры стенок. В этом случае при температуре в системе охлаждения 80 … 90 С и частичных открытиях дросселя (75 … 80 %) обеспечиваются наилучшие условия смесеобразования. При полном открытии дросселя температура горючей смеси может быть снижена на 20…25 С. Это обеспечивает лучшее наполнение цилиндров и увеличивает мощность двигателя.

1.3 Системы и агрегаты поддержания оптимального температурного режима двигателя

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального температурного режима двигателя. Регулирование теплового режима достигается путем регулирования отвода тепла от наиболее теплонагруженных деталей в результате соприкосновения их с горячими газами или трения.

Перегрев двигателя приводит к увеличению расхода топлива и уменьшению его мощности. Кроме этого сильный перегрев двигателя приводит к выгоранию смазки, при этом резко возрастает износ трущихся поверхностей деталей, а также происходит выплавление вкладышей подшипников, разрушение поверхности шеек коленчатого вала и заклинивание вала. При повышении температуры в карбюраторном двигателе могут происходить детонирующие удары. Все это выводит двигатель из строя.

С другой стороны при переохлаждении двигателя происходит потеря мощности, так как часть усилий двигатель вынужден расходовать на преодоление возросшего трения из-за повышения вязкости смазки. Кроме этого переохлаждение приводит к тому, что рабочая смесь конденсируется на стенках цилиндра и смывает пленку смазочного материала, увеличивая износ деталей. Увеличивается коррозионный износ стенок зеркал цилиндров из-за образования серных и сернистых соединений. Все это также приводит к увеличению расхода топлива и снижению срока службы двигателя.

В автомобилях применяется жидкостная и воздушная системы охлаждения. Воздушная система охлаждения применяется намного реже. При воздушной системе охлаждения передача тепла от двигателя происходит непосредственно в атмосферу. Необходимая интенсивность охлаждения обеспечивается работой охлаждающих ребер цилиндров и их головок, вентилятора и дефлектора. Воздушная система охлаждения имеет небольшую массу, а также обеспечивает быстрый прогрев двигателя после его пуска.

Однако система воздушного охлаждения имеет ряд существенных недостатков:

1) неравномерность отвода тепла по высоте цилиндра;

2) большие потери мощности двигателя на привод вентилятора;

3) высокий уровень шума при работе.

Наиболее часто применяют систему жидкостного охлаждения двигателя с принудительной циркуляцией жидкости. В качестве охлаждающей жидкости чаще всего применяют низкозамерзающие жидкости (антифризы, водный раствор этиленглюколя «Тосол»). Поток охлаждающей жидкости направляется в первую очередь к наиболее нагретым деталям двигателя: стенкам камеры сгорания, свечам зажигания, выпускным клапанам, цилиндрам двигателя. Тепло от нагретых деталей передается через стенки агрегатов охлаждающей жидкости, а от нее через стенки агрегатов системы охлаждения в атмосферу.

Конструкция жидкостной системы охлаждения включает в себя:

1) полость (рубашку) охлаждения блока головки цилиндров;

2) радиатор с жалюзи; 3)вентилятор;

4) водяной насос (помпа);

6) датчики температуры охлаждающей жидкости;

7) водораспределительная труба;

патрубки и шланги с деталями крепления;

9) расширительный (компенсационный) бачок;

10) сливные краники;

11) отопитель кабины водителя;

12) предпусковой нагреватель.

Радиатор предназначен для охлаждения жидкости, которая отводит тепло от деталей двигателя. Сердцевина радиатора, в которой происходит охлаждение жидкости, состоит из медных, латунных или алюминиевых трубок, на которых предусмотрены охлаждающие ребра, изготовленные из латуни или стали. Сердцевина соединяет верхние и нижние бачки радиатора. Воздушный поток, обдувающий сердцевину радиатора, регулируется положением створок жалюзи или вентилятором. На верхнем бачке радиатора находится заливная горловина, которая закрыта пробкой с паровоздушным клапаном. При перегреве охлаждающей жидкости и при повышении давления пара внутри радиатора выше допустимого значения клапан автоматически открывается.

Жалюзи состоят из отдельных пластин и предназначены для регулирования обдува сердцевины радиатора встречным потоком воздуха.

Водяной насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. Насос находится в передней части блока цилиндров. Он состоит из улиткообразного силуминового корпуса, вала с крыльчаткой и самоуплотняющегося сальника. Крыльчатка, вращаясь, создает центробежные силы, под действием которых происходит перемещение жидкости от центра корпуса насоса к его наружным стенкам.

Вентилятор обеспечивает обдув радиатора и двигателя за счет усиления движения потока воздуха через середину радиатора. Вентилятор включает в себя несколько лопастей из стали или пластмассы. Для улучшения обдува двигателя на радиаторе может быть установлен направляющий кожух.

Термостат предназначен для поддержания теплового режима двигателя. Он направляет движение жидкости по малому или большому кругу циркуляции. Термостат устанавливается в полости впускного патрубка или на выходе жидкости из рубашек охлаждения головок цилиндров.

Предпусковой подогреватель предназначен для пуска двигателя при низких температурах окружающей среды. Кроме этого он способствует значительному уменьшению износа деталей поршневой группы. В дизельных двигателях предпусковой подогреватель применяют только при температуре ниже -25 °С. При более высокой температуре применяют электро-факельное устройство, которое включает в себя факельные свечи накаливания. В свечах накаливания осуществляется испарение топлива, пары топлива смешиваются с воздухом и воспламеняются.

Отопитель кабины водителя грузового автомобиля, салона- автобуса или легкового автомобиля использует тепло охлаждающей жидкости двигателя. Системы жидкостного отопления выполняются по одинаковой схеме для всех видов автомобилей. Воздух, нагреваемый радиатором системы охлаждения, подается в воздухораспределительный канал и далее через специальные шланги попадает к патрубкам. Патрубки располагаются у ног водителя, лобового стекла, а также в других местах, требующих подогрева. Подача воздуха в радиатор отопления регулируется отопительной заслонкой. Отопительная заслонка имеет три положения. Первое положение направляет воздух в отопитель только из кабины водителя или салона автомобиля. Второе положение направляет воздух в отопитель из вентиляционного канала. Третье положение направляет воздух только в кабину водителя с забором снаружи.

Значительное повышение окружающей температуры связано с опасностью перегрева двигателя, а следовательно, с закипанием и выбросом воды, вынужденными остановками для охлаждения двигателя, с перерасходом горючего и частым возникновением детонации, ухудшением условий смазки трущихся поверхностей деталей двигателя и усиленным износом этих деталей. Поэтому при подготовке к эксплуатации в условиях высоких температур необходимо обратить особое внимание на состояние системы охлаждения для обеспечения нормального теплового режима двигателя. От температурного режима работы двигателя существенно зависят многие его характеристики, например, мощность, экономичность и токсичность отработавших газов. Отсюда следует, насколько важно при эксплуатации автомобиля следить за температурой охлаждающей двигатель жидкости.

Всегда существует жесткая зависимость между нагрузкой двигателя и оптимальной температурой. Хорошая работа двигателя определяется, среди прочего, оптимальной температурой охлаждающей жидкости. При системе охлаждения с электронным регулированием температура охлаждающей жидкости изменяется при частичной нагрузке двигателя в пределах от 95 до 110C и при полной нагрузке — от 85 до 95C.

Повышенная температура охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно влияет на расход топлива и токсичность отработавших газов.

Благодаря пониженной температуре охлаждающей жидкости при полной нагрузке увеличивается мощность двигателя. Всасываемый воздух несколько охлаждается, что ведет к росту мощности двигателя.

Источник

#1

Гость_AIS_*

#2

AlexM

#3

rtty

#4

Ilev

#5

Толстый

#6

Ilev

#7

AlexM

#8

Ilev

#9

AlexM

#10

Ilev

#11

AlexM

#12

ВладимирБ

#13

Vjacheslav

#14

AlexM

#15

AlexM

#16

ВладимирБ

#17

AlexM

#18

Ilev

#19

Гость_GRIS_*

#20

Vjacheslav

#21

Ilev

#22

Ilev

#23

AlexM

#24

Vjacheslav

#25

Гость_AS1959_*

Реконструкция топливной системы тепловоза ТЭМ-2 для работы на смеси сжиженного газа, дизельного топлива и присадки выполняется на станции Рубцовск ЗападноСибирской железной дороги.

Гаэотопливная (газодизельная) смесь приготавливается на пункте экипировки маневровых тепловозов при использовании стандартного оборудования и баллонов. Технико-экономические предпосылки, некоторые результаты экспериментов и обоснование выполнены авторами ранее [7]. Поставщик, оптовые и закупочные цены и объемы на топливо, а также оборудование будут конкретно определяться после ходовых испытаний тепловоза.

Литература

1. Ведрученко В. Р. О методах оценки воспламеняемости топлив в дизелях // Омский научный вестник. Выпуск девятый: Омск, ОмГТУ, 1999. С. 50-52.

2. Семенов Б. Н. Применение сжиженного газа в судовых дизелях. Л.: Судостроение. 1969.176 с.

3. Мамедова М. Д. Работа дизеля на сжиженном газе. М: Машиностроение, 1980.149 с.

4. Смайлис В. И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение, 1972.12В с.

В. В. РОБУСТОВ, А. С. НЕНИШЕВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

УДК 621.43

Многочисленными исследованиями и наблюдениями установлено, что тепловой режим ДВС при массовой эксплуатации в условиях отрицательных температур является пониженным относительно оптимального.

По данным, приведенным в [1], 95% двигателей легковых автомобилей переохлаждается в течение 90% времени их работы. И хотя это относится к двигателям начала 70-х годов, проблема нереохлаждения ДВС не решена до настоящего времени. Работа двигателей на пониженных тепловых режимах приводит к ухудшению качества сгорания топлива, увеличению его расхода, повышению токсичности выбросов, возрастанию интенсивности износа деталей цилиндрово-поршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ): при температуре охлаждающей жидкости (ОЖ) 40″С износы гильз цилиндров возрастают вчетверо, а при температуре ОЖ 50°С — вдвое [2,3]. По данным [26] при снижении температуры охлаждающей жидкости с 80°С до 40°С

5. Боксерман Ю. И., Мкртычан Я. С., Чириков К. Ю. Перевод транспорта на газовое топливо. М.: Недра, 1988. 224 с.

6. Гладков О. А., Лерман Е. Ю. Создание малотоксичных дизелей речных судов. Л.: Судостроение, 1990.112 с.

7. Сковородников Е. И., Панькин Е. В. Оценка эффективности перевода транспортных дизелей на газодизельное топливо // Повышение надежности и экономичности дизельного подвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2000. С. 69 — 79.

ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, д.т.н., профессор кафедры «Теплоэнергетика» ОмГУПС. ВОЛОДИН Александр Иванович, д.т.н., профессор, академик АТ РФ, первый проректор, проректор по учебной работе, кафедра «Локомотивы» ОмГУПС. ДАНКОВЦЕВ Вячеслав Тихонович, к.т.н., доцент кафедры «Локомотивы» ОмГУПС.

КРАЙНОВ Василий Васильевич, преподаватель кафедры «Теплоэнергетика» ОмГУПС.

ПАНЬКИН Евгений Викторович, директор дорожных ремонтно-механических мастерских ст. Рубцовск ЗападноСибирской ж.д.

объемное содержание оксида углерода в отработавших газах (ОГ) увеличивается в 1,5-2 раза, а углеводородов (С„Нт)-наЮ%.

Первейшим требованием к системе охлаждения (СО) является требование»поддерживать тепловое состояние двигателя в определенных пределах при заданных условиях эксплуатации» [4], а входящие в СО технические средства регулирования тепловой эффективности СО, в свою очередь, должны «обеспечивать автоматическое поддержание теплового состояния двигателя в заданных пределах при любых скоростных и нагрузочных режимах его работы и любых температурах окружающей среды (в расчетном диапазоне)» [4]. СО должна также обеспечивать «быстрый прогрев двигателя после пуска» и «исключать опасность размораживания радиатора во время работы двигателя» [4].

Однако, как было показано выше, традиционные системы охлаждения отечественных ДВС с заданными им функциями не справляются.

К ПРОБЛЕМЕ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДВС В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: КОНЦЕПЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ_

В СТАТЬЕ ОБСУЖДАЕТСЯ ПРОБЛЕМА ЗИМНЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ ЯВЛЯЕТСЯ ВЕСЬМА АКТУАЛЬНОЙ ДЛЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, БОЛЕЕ 80% ТЕРРИТОРИИ КОТОРОЙ РАСПОЛОЖЕНО В ЗОНЕ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА.

Существует целый ряд причин, приводящих к переохлаждению двигателя в зимний период. Первая и наиболее важная из них — это существующая концепция регулирования теплового состояния ДВС, которую можно выразить одним словом — «охлаждение». Реализующая данную концепцию технология направлена на охлаждение двигателя стой разницей, что она воздействует лишь на интенсивность охлаждения двигателя и не направлена на оптимизацию его теплового состояния во всех реальных условиях.

Другой причиной, приводящей к переохлаждению двигателя в определенных условиях, является принятая методика расчета системы охлаждения. Так, за расчетную температуру воздуха при проектировании СО принимают +40°С. Если же двигатель предназначен для работы в особо тяжелых условиях, то за расчетную принимают температуру +50°С. Однако указанные температуры не являются достаточно обоснованными, т.к. не учитывается работа двигателя при низких отрицательных температурах, поэтому в зимний период эксплуатации часто наблюдается переохлаждение двигателей, системы охлаждения которых созданы без учета условий эксплуатации двигателя при низких температурах [3].

Наибольшее распространение в отечественных автотракторных двигателях получили системы жидкостного охлаждения закрытого типа, радиаторные. В классификации по признаку используемых теплоносителей, точнее будет называть эти СО — воздушно-жидкостного охлаждения, т.к. вода в радиаторе охлаждается воздухом [5].

Принципиальное многообразие этих систем невелико: наиболее характерны следующие 3 типа систем охлаждения (рис. 1):

1. Замкнутая с разделяющим 2-клапанным терморегулятором;

2. Замкнутая с одноклапанным терморегулятором.

3. Замкнутая со смешивающим 2-клапанным терморегулятором.

Тип 1

Тип 2

РО

о

Тип 3

т-

Г

О -^н^ь,—I

гЬоп

к

б)

В)

Рис. 1. Основные типовые схемы систем охлаждения автотракторных ДВС:

а) замкнутая с разделяющим 2-клапанным терморегулятором; 6) замкнутая с одноклапанным терморегулятором; в) замкнутая со смешивающим 2-клапанным терморегулятором.

О • двигатель, Н — насос, В — вентилятор, Т — теплообменник, РО — регулирующий орган.

Во всех этих схемах использован метод регулирования температуры охлаждающей жидкости способом перепуска.

Недостатком способа перепуска является то, что при низких температурах воздуха через радиатор пропускается мало воды, вследствие чего она может замерзнуть. Частично этот недостаток преодолевается установкой жалюзи, которые прикрывают часть радиатора, тем самым снижают его эффективность.

Способ перепуска’ нашел наибольшее распространение в автотракторных ДВС, однако присущие ему недостатки приводят к переохлаждению двигателя в определенных условиях терморегулирования, а использование

термостатов, уменьшающих циркуляцию жидкости в системе, не исключает возможности переохлаждения двигателя [1].

Таким образом, из вышеизложенного следует, что ни одна из существующих схем автотракторных систем охлаждения не обеспечивает оптимального теплового состояния двигателя и не отвечает современным требованиям [5], а сама концепция и технология регулирования теплового состояния ДВС охлаждением требуют пересмотра и совершенствования.

В мировой практике создания новых конструкций ДВС и совершенствования работы их систем охлаждения имеется целый ряд новых технических решений, повышающих эффективность регулирования теплового состояния двигателей в условиях отрицательных температур и не допускающих их длительного переохлаждения.

Так, одно из таких технических решений реализовано на чешских автобусах «Кароса», где эта задача решается посредством использования подогревателя-отопителя фирмы «ЕЬегэрасИег» (Германия), жидкостная система которого объединена с системой охлаждения двигателя. Благодаря циркуляции нагретой в теплообменнике подогревателя жидкости по объединенному контуру исключается переохлаждение двигателя при любых температурах окружающего воздуха от 0°С и ниже и любых режимах работы двигателя [6].

Использование данного метода исключения переохлаждения двигателей на отечественных автомобилях для эксплуатационных режимов распространения не получило. Однако, для предпусковой подготовки двигателей некоторых автомобилей при отрицательных температурах такие подогреватели-отопители находят применение («Гидроник» той же фирмы и т.п.), несмотря на имеющиеся у них недостатки: дороговизна, дополнительный расход топлива, длительное время подогрева, не эффективный подогрев масла в картере, пожароопасность.

Для подогрева охлаждающей жидкости в двигателях, особенно легковых автомобилей, находят применение и электрические подогреватели различного назначения, конструкций и уровня напряжения: 12,24,36,220 В. Питание электроподогревателей от внешнего источника с напряжением 36,220 В делает возможным их применение лишь для предпусковой подготовки двигателя [7, 8, 9] автомобиля, стоящего у сетей внешнего электроснабжения, при этом повышаются требования к электробезопасности.

Находят применение на автомобилях и двигателях всевозможные электрические подогреватели, питаемые и от источников бортовой сети.

Согласно патенту США № 4971576 2-х-точечный электроподогреватель состоит из 2-х тепловыделяющих элементов (ТЭ), ввертываемых в гнезда стенки поддона картера или (и) блока цилиндров ДВС [10]. Выделяемая ими теплота используется для подогрева масла и охлаждающей жидкости. В последние годы такие подогреватели ОЖ появились на рынке автокомпонентов РФ в больших количествах.

Система разогрева холодного ДВС с жидкостным охлаждением предложена в патенте № 396810 (Австрия). Она содержит электронагревательное устройство с электронасосом, работающим от АКБ [11]. При прогреве нагреваемая жидкость циркулирует по малому контуру с отключенным радиатором.

Из отечественных изобретений известны патенты РФ №№ 2006598 и 2078979 на ленточные электрические беспригарные подогреватели моторного масла и дизельного топлива оригинальной разработки — компактные и эффективные [24].

Имеется целый ряд других патентов и изобретений, направленных на улучшение работы систем охлаждения в условиях отрицательных температур.

‘ Примечание. Из других способов регулирования известны: а) способ дросселирования расхода жидкости через насос, б) способ обвода, когда часть воды, подаваемой в теплообменник, направляется в обвод его (на слив в открытых системах), в) способ воздействия на производительность насоса или вентилятора.

В патенте США № 5275538 предложен водяной насос с электроприводом для ДВС [12]. Отсутствие прямой зависимости привода насоса от коленвала (КВ) двигателя позволяет оптимизировать циркуляцию жидкости в СО в зависимости от нагрузки и температуры ОЖ в конкретных условиях.

Много патентов и изобретений предлагают технические решения по независимому (от коленвала) приводу вентилятора системы охлаждения.

Патент США № 5180279 предлагает электрический привод вентилятора автомобильного ДВС, а а с. № 1713893 -гидромотор-вентилятор [13,14].

Для подогрева охлаждающей жидкости в радиаторе с целью исключения «прихватки» радиатора, ускорения прогрева жидкости после пуска двигателя, а также в режиме «горячий резерв» среди патентов и изобретений имеется целый ряд оригинальных технических решений.

Так, заявка Великобритании № 2242260 предлагает небольшой закрытый электрический нагревательный элемент (НЭ), располагаемый внутри радиатора или снаружи его. Питание НЭ осуществляется от АКБ или внешнего вспомогательного источника. Управление — со щитка приборов или дистанционное [15].

A.c. № 1590581 СССР содержит описание радиатора, в нижнем коллекторе которого вмонтировано теплообменное устройство, позволяющее подогревать охлаждающую жидкость теплотой отработавших газов (ОГ) [16].

В патенте № 147153 (ПНР, 1989г.) предлагается подогреватель ОЖ от ОГ, проходящих через газожидкостный теплообменник после пуска двигателя для ускорения выхода его на нормальный тепловой режим [17].

Оригинальный и простой способ подогрева радиатора теплым воздухом от работающего двигателя предложен в а с. № 1774059 (1992 г.). При этом устанавливают на прогретом двигателе вместо штатного ремня вентилятора вспомогательный ремень, располагаемый на шкивах в виде восьмерки: теплый воздух от двигателя направляется на радиатор и отогревает его [18].

Говоря об устройствах и методах совершенствования работы системы охлаждения автомобильных ДВС, нельзя не упомянуть и о совершенно новых из них, получивших реальное распространение в последние годы. Речь идет о так называемых «аккумуляторах тепла» или «тепловых аккумуляторах» (ТА). ТА представляет собой устройство накопления и сохранения на определенное время тепловой энергии от работающего двигателя, которая затем будет использована для подогрева систем охлаждения и запуска холодного двигателя. Техническое исполнение ТА может быть самым различным, начиная от самого простого в виде большого термоса, сохраняющего тепло помещенной в него ОЖ, а перед пуском двигателя отдающего его в систему охлаждения, разогревая ее [19].

В более сложных ТА используются вещества, которые при нагреве от ОЖ в теплообменнике запасают тепловую энергию, а затем при охлаждении переходят через точку фазового перехода, сохраняя скрытую теплоту. Выделение этой теплоты происходит при подаче электрического тока на электроды, помещенные в этот раствор, когда происходит обратный фазовый переход охлаждающая жидкость в системе охлаждения проходит через теплообменник и нагревается [19]. Такое устройство описано в пат. США № 5954119, в нем использован раствор натрийацетатгидрата, который при охлаждении переходит через точку фазового перехода при +58°С [20].

Заканчивая обзор новых технических решений по совершенствованию работы систем охлахедения автомобильных ДВС, вернемся к его началу, где было отмечено, что использование питания электрических подогревателей от внешней сети с напряжением 36, 220В ограничивает возможности их распространения лишь на режимы предпусковой подготовки двигателя. Использование напряжения питания 12В при повышенной мощности подогревателя

требует увеличения сечения питающих проводов и усиленной арматуры.

Компромиссным решением данной задачи является, на наш взгляд, устройство, предложенное в пат. США № 5975058, где электрическая система управления пуском холодного двигателя содержит контур, преобразующий напряжение от АКБ 12В до уровня 40В, что значительно упрощает все питающие цепи и сам электронагреватель [21 ].

Проведенный анализ показывает, что для совершенствования работы систем охлаждения автомобильных ДВС имеется огромный выбор технических решений, дело за их внедрением и широким использованием в автомобилях массового производства.

Нами разрабатывается и предлагается перспективная концепция и технология оптимизации теплового состояния ДВС при отрицательных температурах воздуха на основе последних мировых достижений науки и техники и собственных разработок и исследований.

Разработана технологическая схема совершенствования систем охлаждения автотракторных ДВС (рис. 2).

С учетом этой схемы были проанализированы реализованные функции современных систем охлаждения отечественных ДВС и не реализованные, но необходимые функции систем охлаждения.

Среди реализованных функций СО можно назвать следующие; 1 )хранение запаса ОЖ в СО; 2) охлаждение цилиндров (блока и головки); 3)сбростепла в радиаторе; 4) ускорение прогрева двигателя после пуска (за счет работы термостата); 5) циркуляция ОЖ в СО (принудительная); 6)распределение жидкости между малым и большим кругами; 7) управляемое сообщение с атмосферой (защита от повышения давления и разряжения); 8)компенсация объема ОЖ в СО двигателя (для СО с расширительными бачками); 9) подогрев впускного коллектора (послепусковой, на ряде двигателей).

Как видим, реализованные функции практически не направлены на обеспечение оптимального теплового состояния двигателя, особенно в условиях отрицательных температур.

Такое направление можно заметить среди известных, но не реализованных функций. К ним относятся: 1) предпусковой и послепусковой дополнительный подогрев ОЖ в головке и блоке; 2) предпусковой и послепусковой дополнительный подогрев ОЖ в радиаторе; 3) предотвращение размораживания радиатора; 4) предотвращение переохлаждения двигателя; 5) оптимизация температуры ОЖ; 6) накопление и хранение тепла до следующего пуска холодного двигателя (аккумуляторы тепла); 7) независимый привод вентилятора (реверсируемый); независимый привод насоса СО и некоторые другие.

Эти функции способствуют повышению эффективности и надежности работы системы охлаждения двигателя на любых режимах его работы и мы предлагаем их использовать в разрабатываемой нами концепции и технологии путем введения в конструкцию двигателя новых нетрадиционных технических средств и расширения функции традиционных авто-компонентов.

Конкретно, с целью ускорения достижения оптимальной температуры двигателя до и после его пуска, а также в условиях, когда штатная система охлаждения с функцией оптимизации теплового состояния двигателя не справляется, предлагается использовать дополнительные источники тепла, в том числе, тепло отработавших газов и тепло, рассеиваемое двигателем в воздух.

В качестве дополнительных источников тепла нами предлагаются эф-фективные и экономичные ленточные подогреватели моторного масла, топлива и охлаждающей жидкости [24, 28,29, 30].

Комплексную систему охлаждения с дополнительными источниками теплоиспользования, приборами контроля и управления предлагаем называть «системой оптимизации теплового состояния» ДВС.

ш

3

тз

Хранение запаса охлаждающей жидко ста

Охлаждение цилиндров, блока и головки

Сброс тепла в радиаторе

Ускорение прогрева после пуска

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе

Распределение жидкости между малым и большим коугом

Подогрев впускного коллектора после лгу ска

Сообщение с атмосферой

Компенсация объма жидкости в системе

Контроль Т0» С

Подогрев жидкости в гпттвке и блоке

Подогрев жидкости в радиаторе

Накопление и хранение тепла до следующего холодного пуска

Предотвращение размораживания оалнатооа

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Пр ед отвращение пеоеохлаждения ПВС

Оптимизация температуры ОЖ

Независимый привод вентилятора

Независимый привод насоса

Проведенные нами сравнительные испытания двигателя ЗМЗ-406.2 при -20″С в штатной комплектации и с ленточным электрическим подогревателем масла МЭН-02 показывают, что в последнем случае двигатель значительно динамичнее выходит на установившийся тепловой режим, а его система охлаждения поддерживает заданную температуру ОЖ при более низкой температуре окружающего воздуха. Так, при прогреве двигателя без rqq3i^aaEnHM3H-02nxnerxycrarpi-20t; Тжза6 мин достигала +60°С, а при прогреве того же двигателя с включенным подогревателем МЭН-02 мощностью 500Вт Тож достигала за 6 мин +77,3°С.

Исследования, приведенные в работе [27], с водо-масляным подогревателем (теплообменником), размещенным в картере и соединенным с системой охлаждения двигателя, показывают, что в случае постоянного (включения) подогрева масла от теплообменника в зимний период износ двигателя уменьшается на 20-25%.

Испытания разработанного нами электрического подогревателя ОЖ мощностью 900Вт в составе дизеля ВАЗ-3434 в режиме предпусковой подготовки показали, что двигатель подогревается за 1 час до 47-50°С в измеряемых точках головки и блока цилиндров, а температура масла при включенном подогревателе МЭН-02 повысилась до 67°С.

Таким образом, можно утверждать, что перспективная концепция и технология оптимизации теплового состояния ДВС в условиях отрицательных температур могут быть успешно реализованы в отечественных двигателях автотракторного типа на основе использования известных технических решений, а также использования результатов наших исследований и разработок

Выводы

1. Существующие концепция и технология регулирования теплового состояния ДВС охлаждением не отвечают требованиям эксплуатации двигателей в зимний период.

2. Для повышения динамики оптимизации теплового состояния ДВС при отрицательных температурах необходимы новые концепция и технология с использованием дополнительных источников тепла.

3. В качестве дополнительных источников тепла могут быть использованы различные подогреватели моторного масла, топлива, охлаждающей жидкости, в том числе ленточные, а также теплообменники с использованием тепла отработавших газов.

Литература

1. Автомобильные двигатели. Под ред. проф. М.С.Ховаха. М., Машиностроение, 1977.

2. Н.В.Семенов. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур. М., Транспорт, 1993.

3. Л.Г.Резник, Г.М.Ромалис, С.Т.Чарков. Эффективность использования автомобилей в различных условиях эксплуатации. М., Транспорт, 1989.

4. В.С.Гольнев, В.И.Макаров. Расчетные параметры окружающей среды для проектирования системы охлаждения тракторного двигателя. Труды НАТИ, 1971, в. 211, с. 3-17.

5. В.И.Крутов. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. М., Машиностроение, 1989.

6. Автобусы «Кароса». Техническое описание, эксплуатация и обслуживание. Высоке Мыто (Чешская Республика), 1995.

7 А.Ладыгин. Тепло, рожденное на Севере В ж. «За рулем», № 11,1998, с. 54-55. Устройства для предпускового подогрева двигателя зимой… (Подогреватели DEFA Warm Up (Норвегия) для тосола).

8. Пагекг № 2023200 РФ, МКИ5 F02N17/06, «Устройство Для облегчения запуска ДВС», опубл. 1511.1994.

9. Патент США №4901686, МКИ4 F02N17/02, НКИ 123/ 142-5Е, «Предпусковой подогреватель», опубл. 20.02.1990.

10. Патент США № 4971576 «Предпусковой подогреватель», МКИ5 H01R11/00, НКИ 439/502, опубл. 20.11.1990.

11. Патент № 396810, Австрия, МКИ5 F02N17/06, «Система разогрева холодного ДВС», опубл. 27.12.1993.

12. Патент США № 5275538, МКИ5 F04B35/00, НКИ 417/ 314, «Водяной насос с электроприводом», опубл. 4.01.1994.

13. Патент США № 5180279, МКИ5 F01D5/08, НКИ415/ 177, «Вентилятор с электрическим приводом», опубл. 19.01.1993.

14. A.c. № 1713893 СССР, МКИ5 F02P7/02, «Система регулирования температуры теплоносителя ДВС», опубл. 7.05.1993.

15. Заявка № 2242260, Великобритания, МКИ5 F02N17/ 06, «Электрический подогреватель радиатора автомобильного ДВС», опубл. 25.09.1991.

16. A.c. № 1590581 СССР, МКИ5 F01P11/20, «Система охлаждения ДВС», опубл. 7.09.1990.

17. Патент № 147153 (ПНР), МКИ4 F02N17/06, F02G5/02, «Подогреватель охлаждающей жидкости», опубл. 30.11.1989.

18. A.c. № 1774059 СССР, МКИ5 F02N17/06, «Способ подогрева радиатора двигателя внутреннего сгорания», опубл. 7.11.1992.

19. Заявка №4311524, ФРГ, МКИ5 F05P3/20, «Система охлаждения», опубл. 21.10.1993.

20. Патент США № 5954119, МПК F28D17/00, «Тепловой аккумулятор», опубл. 1999.

21. Патент США № 5975058, МПК F02M51/00, «Система облегчения пуска», опубл. 1999.

22. Н.М.Луков. Автоматическое регулирование температуры двигателей. М. Машиностроение, 1977.

23. М.И.Левин, М.И.Цыркин. Системы автоматического регулирования температур в судовых дизельных установках. Л. Судпромиздат, 1959.

24. В.В.Робустов и др. Новая технология повышения пусковых и эксплуатационных качеств ДВС на основе применения ленточных электрических подогревателей. Омский научный вестник, вып. 8, сентябрь, Омск, 1999, с. 46-47.

25. Э.И.Бургсдорф. К вопросу проектирования систем охлаждения силовых установок с быстроходными форсированными дизелями. В ж. «Двигателестроение», 1998, № 4, с. 34-36.

26. А.Г.Сопов. Оценка приспособленности двигателя ЗМЗ-402 к низкотемпературным условиям эксплуатации. В сб. «Проблемы адаптации техники к суровым условиям». Доклады международной научно-практической конференции, 17-18 ноября 1999 г., ТюГНГУ.п Тюмень, 1999, с. 62-65.

27. Г.И.Суранов. Повышение эффективности системы смазки двигателей в условиях низких температур. Там же, с. 228-231.

28. В.В.Робустов, Н.Г.Певнев, С.Г.Фомин, А.П.Жигадло. Научно-обоснованная классификация путей и методов повышения надежности пуска холодных двигателей при низких температурах окружающей среды. Омский научный вестник, вып. 9, декабрь, Омск, 1999, с. 47-49.

29. А.П.Жигадло, В.В.Робустов, Н.Г.Певнев, С.Г.Фомин. Повышение эффективности предпусковой подготовки холодных ДВС малого и среднего литража прокачкой теплого масла электронасосом. В сб. ‘Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии». Том 1, «Совершенствование эксплуатации и обеспечение безопасности автомобильного транспорта», г. Омск, 2000, с. 68-70.

30. А.С.Ненишев, В.В.Робустов. Математическое описание процесса подогрева масла в картере ДВС плоским нагревательным элементом. Там же, с. 35-38.

РОБУСТОВ Валентин Валентинович, канд. техн. наук, доцент, начальник отдела топливных и масляных систем. НЕНИШЕВ Анатолий Степанович, д.т.н, зав. каф «Теплотехника и тепловые двигатели» СибАДИ.

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателестроению и, в частности, к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор, датчик температуры охлаждающей жидкости, вентилятор обдува радиатора, содержащий привод и аккумулятор тепла, теплоаккумулирующее вещество и каналы для прохода охлаждающей жидкости, масла и отработавших газов, снабжена термоклапанами в системе охлаждения и системе смазки и насосами для прокачки жидкости и масла. Причем клапаны установлены на двигателе в месте отвода жидкости и масла — два для поддержания температуры в межсменное время +20^oС +2°С: один в системе охлаждения, другой в системе смазки, и два клапана для ускорения прогрева двигателя, включающиеся только при работающем двигателе, а при остановке двигателя они переходят в выключенное и закрытое состояние. Клапан для регулирования отвода тепла через охлаждающую жидкость в теплоаккумулятор и клапан, регулирующий подачу жидкости на охлаждение через радиатор, установлен в верхнем патрубке передней части двигателя, а насосы расположены в месте подвода охлаждающей жидкости и масла. Изобретение позволяет снизить затраты энергии и улучшить эксплуатационные характеристики. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателестроению и, в частности, к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания со средствами для предпускового подогрева охлаждающей жидкости и масла, а также аккумулирования тепла из отработавших газов в условиях низких температур при стабилизации оптимального теплового режима во всем диапазоне работы, а также поддержания минимально необходимой температуры в межсменный период эксплуатации. С целью обеспечения возможностей для продления периода пребывания двигателя в прогретом состоянии в межсменное время дополнительного прогрева перед запуском и в начальный период работы, а также поддержания оптимальной температуры при работе на малых нагрузках.

Известны системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания, эксплуатирующихся в холодное время года при низких температурах окружающей среды значительную часть времени на холостом ходу (авт.св. N 756056, кл. F 01 P 3/20, 1980), содержащая рубашку охлаждения двигателя, радиатор, две перепускных магистрали и теплоизолированный аккумулирующий тепло бак, а также (авт. св. N 1048143 A, кл. F 01 P 3/20, 1983) включающая первый контур охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящий из рубашки охлаждения двигателя внутреннего сгорания, радиатора, циркуляционного насоса, и второй контур, состоящий из теплообменника, циркуляционного насоса и теплового аккумулятора.

Недостатком указанных устройств является то, что аккумулирование тепла в теплоаккумуляторе предусматривается путем отбора тепла из охлаждающей жидкости двигателя, что в условиях низких окружающих температур и продолжительной работы на неполной нагрузке является весьма проблематичным, а также не предусматривается устройства для эффективного поддержания заданной температуры в системе охлаждения и смазки в межсменный период с целью экономии ограниченных запасов тепла, способствующего продлению продолжительности пребывания двигателя в прогретом состоянии до очередного запуска.

Известны система охлаждения двигателей внутреннего сгорания (авт.св. N 1380354 A, кл. F 01 P 3/20, F 02 N 17/06, 1985), содержащая два параллельных контура циркуляции теплоносителя: первый — «горячий», содержит рубашку охлаждения цилиндров двигателя, радиатор, циркуляционный насос; второй — «холодный», содержит водомасляный теплообменник, охладитель наддувочного воздуха, масляный теплообменник, охладитель наддувочного воздуха, радиатор, насос и перепускной трубопровод с управляемым клапаном, и система (авт.св. N 1453069 A1, кл. F 01 P 3/20, F 02 N 17/4, 1989), содержащая соединенные между собой два контура циркуляции охлаждающей жидкости, подогреватель охлаждающей жидкости и вспомогательный насос.

Недостатком указанных устройств является отсутствие механизмов для эффективного регулирования заданной температуры в системе охлаждения и системе смазки в межсменный период с целью экономного расходования ограниченных запасов тепла в теплоаккумуляторе, способствующего продлению сроков пребывания двигателя в прогретом состоянии до очередного запуска, дополнительного подогрева перед запуском, в начальный период и в процессе основной работы на малых нагрузках.

Наиболее близким к заявляемому решению является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания строительного механизма (авт.св. N 1430568 A1, кл. F 01 P 3/20, F 02 N 17/02, 1988), содержащая последовательно соединенные рубашку охлаждения двигателя, датчик температуры охлаждающей жидкости, циркуляционный насос с приводом, радиатор и аккумулятор тепла, снабженный каналами для прохода охлаждающей жидкости и отработавших газов.

Недостатком указанной системы является отсутствие устройства для эффективного поддержания заданной температуры в системе охлаждения и системе смазки в межсменный период с целью экономного расходования ограниченных запасов тепла в теплоаккумуляторе, способствующего продлению сроков пребывания двигателя в прогретом состоянии до очередного запуска, дополнительного подогрева перед запуском, в начальный период и в процессе основной работы на малых нагрузках.

Для устранения указанных выше недостатков настоящее изобретение обеспечивает эффективное автоматическое поддержание заданной температуры в системе охлаждения и смазки двигателя в межсменный период до очередного запуска, дополнительного подогрева в период запуска, также в начальный период после запуска и в процессе основной работы на неполных нагрузках.

Это достигается тем, что система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающей рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор, датчик температуры охлаждающей жидкости, вентилятор обдува радиатора, содержащий привод и аккумулятор тепла, содержащий теплоаккумулирующее вещество и каналы для прохода охлаждающей жидкости, масла и отработавших газов, снабжена термоклапанами в системе охлаждения и системе смазки и насосами для прокачки жидкости и масла, причем клапаны установлены на двигателе в месте отвода жидкости и масла: два для поддержания температуры в межсменное время +20^oC +2^oC, один из них в системе охлаждения, другой в системе смазки, и два для ускорения прогрева двигателя, включающиеся только при работающем двигателе, а при остановке двигателя они переходят в выключенное и закрытое состояние, клапан для регулирования отвода тепла через охлаждающую жидкость в теплоаккумулятор и канал, регулирующий подачу жидкости на охлаждение через радиатор, установлен в месте подвода охлаждающей жидкости и масла.

На чертеже изображен общий вид системы поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания.

Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя 1, циркуляционный насос 4 с приводом 5, радиатор 9 и датчик 12 температуры охлаждающей жидкости, установленный на выходе из системы охлаждения двигателя, вентилятор 10 обдува радиатора с приводом 11, аналоговый блок 6, аккумулятор тепла 26, снабженный теплоаккумулирующим веществом и каналами 24 и 25 соответственно для прохода масла из системы смазки двигателя, охлаждающей жидкости и отработавших газов.

Каналы 24 для прохода охлаждающей жидкости сообщены при помощи первого трубопровода 6, в котором установлен обратный клапан 8 и циркуляционный насос 4 с приводом 5, радиатором и с рубашкой охлаждения двигателя 1, в двух местах: через термоклапан 13 и насос 4, а при помощи второго трубопровода 18, в котором установлены три термоклапана 15, 16 и 17, соответственно закрывающиеся при температурах 70, 24 и 85^oC, сообщены с рубашкой охлаждения двигателя 1.

Каналы 25 для прохода отработавших газов сообщены с выпускной магистралью 14 двигателя 1 через газовый распределитель 22. Приводы 5 и 11 соответственно циркуляционного насоса 4 и вентилятора 10 выполнены управляемыми и подключены через аналоговый блок 6 к датчику 12 температуры охлаждающей жидкости. Теплоаккумулятор 26 снабжен теплообменником 23, соединенным с двигателем с одной стороны через два термоклапана 20 и 21 и трубопровод 19, а с другой стороны через насос 3 с приводом 2, включающимися в момент открытия одного из двух клапанов для поддержания номинальной температуры в межсменный период и оптимальной — в прогреве после запуска и в процессе работы на минимальной нагрузке. При этом термоклапаны 20 и 15 функционируют только при работающем двигателе, а на период стоянки отключаются.

Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. При запуске двигателя 1 с номинальной температурой 20^oC — 25^oC после межсменной стоянки включаются в работу термоклапаны 20 и 15, одновременно автоматически включая приводы 2 и 5 насосов 3 и 4 соответственно для ускорения процесса прогрева системы охлаждения и смазки до номинальной температуры с последующим поддержанием ее на этом уровне в процессе работы на пониженных нагрузках теплом из теплоаккумулятора. Основным источником тепла для теплоаккумулятора являются выхлопные газы.

При нагреве охлаждающей жидкости до +70^oC термоклапан 15 закрывается и двигатель начинает работать на подъем своей температуры до +85^oC. При нагреве на +85^oC термоклапан 17 открывается, включая при этом привод 5 насоса 4, охлаждающая жидкость прокачивается по контуру циркуляции и в каналах 24 отдает тепло аккумулятору тепла 26, за счет чего сама охлаждается. При этом термоклапан 13 закрыт и привод 11 вентилятора 10 выключен. Благодаря значительной теплоемкости аккумулятора тепла 26, двигатель 1 может работать несколько часов с выключенным вентилятором 10.

По мере зарядки аккумулятора 26 тепла и расплавления всего теплоаккумулирующего вещества температура охлаждающей жидкости в двигателе увеличивается до +90^oC. При этом термоклапан 13 открывается и по сигналу датчика 12 включается привод 11 вентилятора 10, вследствие чего температура охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор 9, снижается до +80^oC и соответственно термоклапан 13 закрывается, а вентилятор 10 выключается. При остановке двигателя 1 автоматически отключаются клапаны 15 и 20 и тепло, накопленное в теплоаккумуляторе 26 путем срабатывания термоклапана 16 при одновременном замыкании контактов включения привода 5 насоса 4, поддерживает температуру двигателя 1 в пределах 20^oC — 25^oC в течение межсменного времени и обеспечивает при этом эффективный запуск его после межсменного простоя. Поступление тепла в радиатор 9 в этом случае предотвращает обратный клапан.

Более полное использование тепла, отводимого от двигателя 1, обеспечивается путем направления отработавших газов в каналы 25 с помощью газового распределителя 22, вследствие чего ускоряется зарядка и постоянное пополнение теплом теплоаккумулятора 26. Накопленное тепло аналогичным образом используется и для поддержания температуры масла в системе смазки двигателя в оптимальных пределах +70^oC в процессе его работы с помощью термоклапана 20 и насоса 3 в комплекте с приводом 2, а в межсменный период — на минимальном уровне +20^oC с помощью термоклапана 21 и насоса 3 путем его прокачивания через теплообменник 24.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет снизить затраты энергии, продлить период пребывания двигателя в прогретом состоянии в межсменный период, а также ускорить процесс прогрева перед и после запуска с последующим поддержанием оптимальной температуры при работе на неполной нагрузке путем более эффективного регулирования температуры в системе охлаждения и смазки с помощью термоклапанов совместно с насосами для прокачки жидкости через соответствующие теплообменники.

Формула изобретения

Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор и датчик температуры охлаждающей жидкости, установленный на выходе из рубашки, вентилятор обдува радиатора, снабженный приводом, и аккумулятор тепла, снабженный резервуаром с теплоаккумулирующим веществом и каналами для прохода охлаждающей жидкости и отработавших газов, причем каналы для прохода охлаждающей жидкости аккумулятора тепла сообщены при помощи по меньшей мере двух трубопроводов, отличающаяся тем, что она снабжена термоклапанами в системе охлаждения и системе смазки и насосами для прокачки жидкости и масла, причем клапаны установлены на двигателе в месте отвода жидкости и масла — два для поддержания температуры в межсменное время +20^oC +2^oC: один в системе охлаждения, другой в системе смазки, и два клапана для ускорения прогрева двигателя, включающиеся только при работающем двигателе, а при остановке двигателя они переходят в выключенное и закрытое состояние, клапан для регулирования отвода тепла через охлаждающую жидкость в теплоаккумулятор и клапан, регулирующий подачу жидкости на охлаждение через радиатор, установлен в верхнем патрубке передней части двигателя, а насосы расположены в месте подвода охлаждающей жидкости и масла.

РИСУНКИ

Рисунок 1