КОТЕЛ ПРЕДПУСКОВОГО ПОДОГРЕВА ДВС

Полезная модель относится к области машиностроения, а более конкретно к устройствам для предпускового прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Актуальность проблемы вызвана широкой потребностью решения вопроса по облегчению эксплуатации авто-тракторного парка т.к. наша страна географически расположена в зоне постоянных сильных холодов Севера, Сибири и Дальнего Востока. До настоящего времени не достаточно решена проблема в системе предпускового прогрева двигателей внутреннего сгорания, особенно это актуально для районов Дальнего Севера в зимний период, что вызывает неудобства в использовании имеющихся средств для оперативного выполнения поставленной задачи по обеспечению быстрого запуска ДВС. Не решена проблема подобных средств по типажу ДВС, хотя все они сводятся в общем к единой системе предпускового прогрева. Работа всех систем имеет ряд общих недостатков и заставляет хотеть более эффективные, современные, простые системы предпускового прогрева, что значительно существенно бы могло повлиять на повышение эксплуатационных характеристик, интенсификации процесса прогрева, удобства обслуживания подвижных транспортных средств в зимний период в различных регионах страны.
Известны из рекламных информационных источников германские устройства подогреватели - отопители для автобусов и спецтехники. Например, подогреватели DBW 2010; DBW 2015; DBW - 300; «Webasto» -
Thesmo 90 SB; Thesmo 90 SD; NGW - 300. Все они представляют обогреватели закрыто - пламенной системы, модульной конструкции и содержат корпус, камеру сгорания, теплообменник, свечу накаливания, распылительную горелку, центробежный вентилятор, дозированный топливный насос, водяной насос, блок управления с микропроцессором оптимизации горения, датчик температуры и другие комплектующие.(Информ. листок №25-199-02 НИТ «Автотранспорт»).
Недостатком известных устройств, поставляемых в Россию, сложность конструкции, малоэффективная взрыво - пожарозащищенность, экологичность, эксплуатационная возможность и низкая работоспособность в экстремальных условиях, например, при эксплуатации транспортных средств при температуре -30°С и более.
Известны устройства предпускового подогрева охлаждающей жидкости и картерного масла основанных на использовании блока жидкостных подогревателей трех типов:
- ПЖБ-44 теплопроизводительностью 44 кВт для тракторов Т-130; Т-100М;
- ПЖБ-32 теплопроизводительностью 32 кВт для тракторов Т-150; Т-150K; Т-4А; ДТ-75М;
- ПЖБ-22 теплопроизводительностью 22 кВт для тракторов ДТ-75; Т-74; «Беларусь» (МТЗ-80; МТЗ-80Л; МТЗ-82; МТЗ-82Л).
Тракторы К-700 и К-701 оборудованы специальными системами для подогрева охлаждающей жидкости и картерного масла перед пуском изделия и отопления кабины в холодное время года.
Подогреватели типа ПЖБ включают котел подогреватель, топливный бачек для бензина, свечи накаливания блок управления и другие элементы обеспечения работы (1).
Недостатком известных подогревателей является низкая эксплуатационная надежность и недостаточные эксплуатационные возможности, пожароопасность значительная, не эффективная работоспособность при особо низких температурах т.к. зависит от различных
факторов взаимодействия обеспечения предпускового подогрева. Например, от наличия и качества бензина, стабильности работы свечи - накаливания, аккумулятора, вентилятора, а так же сложность в техническом уходе и обслуживании.
Известный термосифонный бензиновый подогреватель двигателей автомобилей, БТР и других подобный транспортных средств включает цилиндрический котел пускового подогревателя со свечей накаливания, электромагнитный клапан, электровентилятор, систему подводящих и отводящих патрубков, газоотводящих трубок и пульт управления. Котел подогревателя включен в систему охлаждения двигателя и систему электропитания от аккумуляторной батареи (2).
При работе котла подогревателя горячие газы, образующиеся от сгорания топлива, отдают тепло охлаждающей жидкости, находящейся в котле, и обтекая масляный картеры (поддоны), заключенные в специальные кожуха, нагревают масло в картерах двигателя, подготавливая двигатель к пуску.
Недостатком известного подогревателя является наличие низкой эксплуатационной надежности и недостаточные эксплуатационные возможности, наличие пожарной опасности, сложность оборудования и значительное подготовительное время прогрева. Необходимое время для прогрева двигателя перед пуском при температуре воздуха -20°С составляет 15 минут, а при -40°С до 25 минут. Кроме того, время подогрева зависит от различных факторов надежности комплектующих котла нагревателя, обеспечивающий технологический процесс, например, качества стабильного образования пламени свечи накаливания, качества подачи топлива (бензина), напряжения от аккумулятора, воздуха от вентилятора и так далее, в том числе сложность в техническом обслуживании и уходе. Ведет к экологическим загрязнениям окружающей стеры.
Известно устройство для бесфакельного нагрева смазочного масла (по А.С. СССР №164511), содержащее термоизолированную емкость и
высоконапорный насос. Внутри емкости размещен оребренный змеевик с наконечником, за которым установлена камера с подпружиненным поршнем, имеющим центральное отверстие, к которому со стороны к концу змеевика прикреплен полый шток, входящий свободным концом в змеевик, при этом камера со стороны полого штока сообщена посредством импульсной трубки с линией нагнетания насоса, который нагнетательным патрубком соединен со змеевиком, а всасывающим - с емкостью. Устройство снабжено электрокраном, датчиком температуры, термометром, манометром и предохранительным клапаном (3).
Недостатком известного устройства является низкие эксплуатационные характеристики, сложность конструкции и значительное подготовительное время прогрева.
Известный электрический подогреватель, принятый за прототип, содержит составной корпус, тепловой электронагреватель расположенный в нижней части корпуса и терморегулятор, причем выпускным трубопроводом подогреватель в верхней части корпуса связан с нижней полостью рубашки охлаждения двигателя, а выпускным трубопроводом связан нижней частью подогревателя с противоположной, верхней или другой относительно удаленной частью рубашки охлаждения, терморегулятор расположен на днище нижней части корпуса (4).
Недостатком известного подогревателя является низкая эксплуатационная надежность, не эффективная работоспособность при особо низких температурах, так как требует значительное время прогрева.
Целью предлагаемого к рассмотрению технического решения является повышение эксплуатационной надежности, эксплуатационных возможностей и экономичности, снижение пожароопасности, упрощение конструкции, снижение трудоемкости и упрощение в обслуживании. Для достижения поставленной цели заявляемое техническое решение содержит общие существенные признаки выраженные определенными понятиями.
По отношению к прототипу, заявляемое техническое решение имеет отличительные признаки заключающиеся в том, что подогреватель представляет кавитационно-гидродинамическое устройство, которое содержит корпус котла и вал-активатор, на поверхностях которых позиционно выполнены камеры активации встречно-поперечных потоков, равномерно расположенные по всей длине активной зоны в виде плоскопараллельных кольцевых перегородок включающие выступы с проточками пазов, впадины, промежуточную успокоительную камеру, которые образуют проточный контур с равными боковыми зазорами лабиринтных каналов, выполненные в едином исполнении проточек проемов формы, причем успокоительная камера разделяет активную зону на равные части, а пазы проемов, по всей длине активной зоны выполнены во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Между отличительными признаками и целью изобретения существует причинно-следственная связь, при которой технический результат, обусловлен достижением положительного эффекта в виде повышения эксплуатационной надежности, эксплуатационных возможностей и экологичности, снижение пожароопасности, упрощение конструкции, снижение трудоемкости и упрощение в обслуживании.
Отличительные существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают возможность предлагаемому к рассмотрению технического решения повысить эксплуатационные надежность и возможность, повысить экологичность, снизить пожарную безопасность, упрощение конструкции, снижение трудоемкости и упрощение в обслуживании при обеспечении предпускового подогрева ДВС.
Благодаря выполнения подогревателя в виде кавитационно-гидродинамического устройства, включающим корпус котла и вал-активатор с системой проворота от электродвигателя обеспечивается абсолютная взрывопожарная безопасность, экологическая чистота в виду полного отсутствия загрязнения окружающей среды, так как не связано с
использованием каких-либо горюче-смазочных материалов провоцирующих возгорание и нет продуктов выделения вредных для окружающей среды. Налицо упрощение конструкции и, как следствие, снижение трудоемкости и упрощение обслуживания. Кроме того повышаются эксплуатационные характеристики, за счет повышения надежности работы в самых экстремальных условиях. Общая компоновка позволяет снизить массогабаритные размеры.
Позиционное выполнение на поверхностях корпуса котла и вала-активатора камер активации обеспечивает стабильность подвода встречно-поперечных потоков среды теплоносителя в активной зоне, что способствует интенсификации процесса, в конечном счете повышает эксплуатационные характеристики обеспечения теплообразования.
Наличие промежуточной успокоительной камеры способствует созданию нормальных условий для протекания процесса кавитации встречно-поперечных потоков среды.
Равномерное расположение, по всей длине активной зоны, плоскопараллельных кольцевых выступов и впадин на поверхности корпуса и вала-активатора при вращении вала-активатора способствует образованию гидродинамического удара.
Образование проточного контура для среды теплоносителя с равными боковыми зазорами лабиринтных каналов между кольцевых выступов и впадин расположенных между поверхностей воздействия на проточную среду позволяет обеспечить формирование динамических взаимосвязей, образуют единую объемно-поверхностную структуру силовой компоновки рабочих элементов в регламенте параметров сборочного сопряжения, что способствует повышению эксплуатационных характеристик технического решения, за счет интенсивности воздействия на среду в местах поверхностного контакта активной зоны при гидродинамических ударах.
Выполнение проточного контура с равными боковыми зазорами лабиринтных каналов в едином исполнении формы обеспечивает стабильную
подачу дозированной порции среды по лабиринтам активной зоны с определенными линейными скоростями и обеспечением гидродинамического удара.
Разделение активной зоны успокоительной камеры на равные части обеспечивает стабильность подачи среды с определенным давлением и способствует нормальным условиям создания кавитации в успокоительной камере.
Выполнение проточек проемов по всей длине активной зоны во взаимно перпендикулярных плоскостях обеспечивают стабильное дробление порций среды при гидродинамических ударах.
Заявляемое техническое решение, благодаря наличию в нем существенных отличительных признаков, приобретает новую форму в рабочем технологическом режиме подогревателя рабочей среды.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого технического решения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «Новизна».
Сущность заявляемой полезной модели не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники и в то же время полученный положительный эффект в общей совокупности отличает заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «Изобретательский уровень».
Совокупность существенных признаков характеризующих сущность полезной модели могут быть многократно использованы в устройствах предпускового подогрева транспортных средств, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется графикой.
На: Фиг. - 1 - показана принципиальная схема
Фиг. - 2 - показан общий вид с разрезом.
Фиг. - 3 - показан вид в сечении А-А.
Фиг. - 4 - показан вид в сечении Б-Б.
Фиг. - 5 - показан вид проточного контура при заполнении средой теплоносителя
Фиг. - 6 - показан вид формирования нагрева среды.
Котел 1 предпускового подогрева ДВС представляет собой малогабаритную конструкцию с последовательно расположенными камерами активации, которые образуют общую активную зону проточной среды теплоносителя, за счет использования гидро-акустического эффекта. Котел 1 содержит лабиринтный корпус 2 (статор), вал-активатор 3 (ротор), подшипники 4-5, прижимные крышки 6, сальники 7 и регулируемый привод, в который входят электродвигатель 8 муфта 9 насос 10. Корпус 2 котла 1 разъемный и состоит из двух симметричных половин с плоскостью разъема вдоль оси. Корпус 2 котла 1 и вал-активатор 3 на поверхностях имеют позиционно выполненные камеры активации встречно-поперечных потоков, равно расположенные по всей длине активной зоны в виде плоскопараллельных кольцевых перегородок включающие выступы 11, 12, с проточками четырех пазов 13, впадины 14, 15, которые вместе образуют проточный контур с равными боковыми зазорами лабиринтных каналов 16. Проточки пазов 13 по всей длине активной зоны выполнены крестообразно во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Успокоительная камера 17 разделяет активную зону на две равные части, одна из которых имеет входную камеру 18 и патрубок ввода 19, а другая часть имеет выходную камеру 20 и патрубок вывода 21 среды теплоносителя.
Работа котла 1 заключается в следующем. Нагревательная среда насосом 10 подается в патрубок ввода 19 камеры 18 и далее в активную зону камер активации через боковые зазоры между выступами и впадинами, образуемых валом-активатором 3 и лабиринтном корпусе 2, а так же через пазы 13 выступов вала-активатора 3 и лабиринтного корпуса 2. При включении электродвигателя 8 с определенной частотой вращения, вал-активатор 3 получает вращение и обеспечивает еще и поперечное
перемещение среды находящейся в пазах 13 кольцевых выступов 12 вала-активатора 3 (см. Фиг.5), причем в момент совпадения пазов 13, расположенных на кольцевых выступах 12 вала-активатора 3 и на выступах 11 лабиринтного корпуса 2, среда продавливается в продольном направлении в пазы 13 кольцевого выступа 12 вала-активатора 3, а на их место дополнительно поступает сразу новая порция среды теплоносителя. Вся среда перемещается с определенной скоростью в поперечном направлении, ударяется в края паза 13 лабиринтного корпуса 2 (точки «С» на Фиг.5), обеспечивая гидродинамический удар. Два выступа 12 вала-активатора 3 и контактирующий с ним выступ 11 корпуса 2 образует самостоятельную локальную активную зону, которая многократно повторяется. Перемещаясь далее в поперечном направлении, паз 13 кольцевого выступа 12 вала -активатора 3 входит в лабиринт зазора 20 корпуса 2 и вовлекает за собой среду, находящуюся в зазоре 20 между точками «С» и «Д» (см. Фиг.6). при этом создается встречно-поперечное направление движение пограничных слоев среды теплоносителя, которые в свою очередь создают разряжение между слоями и способствуют нормальным условиям для протекания процессов кавитации в успокоительной камере 17. Действие двух процессов приводит к получению мощного всплеска тепловой энергии. Далее, после достаточного нагрева, среду обогрева направляют из камеры 20 через выпускной патрубок 21 к потребителю, непосредственно на предпусковой прогрев двигателя внутреннего сгорания.