СПОСОБ И СИСТЕМА ПРЕДПУСКОВОГО ПРОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD AND SYSTEM OF PRESTART ICE WARM-UP

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к способу и устройству для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания.
Известно устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания (авторское свидетельство СССР №981641 F01M 5/02), содержащее источник тепла, нагреватели, размещенные в картере двигателя в непосредственном контакте с крышками коренных подшипников коленчатого вала и снабженные в местах контакта с крышками конденсационными полостями, разделенными ребрами, проводник тепла от источника к нагревателям, выполненный в виде змеевика, размещенного в зоне нагрева источника тепла, паропровода и конденсатопровода, которые сообщают змеевик с конденсационными полостями. Конденсатопровод снабжен емкостью и двумя клапанами, один из которых установлен на входе в емкость, а другой - на выходе из нее.
В таком устройстве из-за наличия конденсационных нагревателей требуется доработка базовых деталей двигателя (блока цилиндров, крышек коренных подшипников) и применение специального предпускового подогревателя с двумя контурами теплоносителей - жидкостного для системы охлаждения двигателя и перегретого пара для прогрева подшипников коленчатого вала.
Также известна система предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания, наиболее близкая по сущности к изобретению (авторское свидетельство СССР №823610 F01M 5/02 - принята за прототип), содержащая предпусковой подогреватель, трубопровод подвода горячих газов от подогревателя к масляному поддону двигателя и масляный насос с автономным приводом, сообщенный с масляным поддоном, размещенную вдоль блока двигателя и подключенную к масляному насосу с автономным приводом дополнительную магистраль с соплами, направленными на подшипники коленчатого вала, стенки цилиндров и днища поршней.
Из уровня техники (авторское свидетельство СССР №823610 F01M 5/02) известен способ предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания, включающий прогрев масла в масляном поддоне двигателя до заданной температуры, заполнение подогретым маслом с помощью масляного насоса с автономным приводом масляной магистрали с соплами, направленными на коренные шейки коленчатого вала, и орошение коренных шеек коленчатого вала, стенок цилиндров и днищ поршней струей теплого масла из сопел масляной магистрали.
Однако во время подготовки двигателя к запуску с использованием данных способа и системы предпускового подогрева масло в масляном насосе после прогрева масла в масляном поддоне остается нерастопленным, из-за чего масляный насос, забитый застывшим маслом, не может нормально функционировать сразу после его включения. Также не обеспечивается достаточный прогрев рубашки жидкостного охлаждения. Все это способствует увеличению времени подготовки двигателя к запуску.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание способа предпускового прогрева двигателя и системы для его осуществления, позволяющих сократить время подготовки двигателя к пуску, особенно в условиях низких температур, когда масло может представлять собой густую застывшую массу.
Для решения поставленной задачи способ предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания включает растапливание масла в масляном поддоне двигателя, нагнетание растопленного масла в масляную магистраль с соплами, направленными на коренные шейки коленчатого вала, при помощи масляного насоса с автономным приводом и орошение коренных шеек коленчатого вала струей растопленного масла из сопел масляной магистрали, а новым в соответствии с данным изобретением является то, что во время растапливания масла в масляном поддоне осуществляют растапливание масла в масляном насосе и прогрев рубашки жидкостного охлаждения двигателя при помощи циркуляции жидкого теплоносителя.
Также для решения поставленной задачи система для осуществления способа предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащая предпусковой подогреватель, средства подвода тепла от подогревателя к маслу в поддоне, масляный насос с автономным приводом, сообщенный с масляным поддоном, и размещенную вдоль блока двигателя и подключенную к масляному насосу с автономным приводом масляную магистраль с соплами, направленными на коренные шейки коленчатого вала, согласно изобретению характеризуется наличием рубашки жидкостного прогрева на масляном насосе и проходящего через предпусковой подогреватель контура для циркуляции жидкого теплоносителя. Причем в контур циркуляции жидкого теплоносителя включены сообщенные посредством трубопроводов рубашка жидкостного прогрева на масляном насосе и рубашка жидкостного охлаждения двигателя.
Прогрев масла в поддоне может осуществляться как снаружи, так и изнутри поддона. Чтобы повысить интенсивность процесса растапливания масла в объеме масляного поддона двигателя и, как следствие, сократить время на предпусковую подготовку, прогрев масла осуществляют одновременно снаружи и изнутри поддона.
Для этого средства подвода тепла к поддону включают трубопровод для горячих газов, идущих от подогревателя, а также установленную в поддоне и помещенную в масло оребренную трубу, встроенную в контур, по которому циркулирует теплоноситель.
Чтобы сбалансировать по времени процессы разогрева блока и поддона двигателя и тем самым избежать вынужденных отключений подогревателя из-за возможного закипания жидкости, циркуляция теплоносителя организована так, что тепло, получаемое от подогревателя, теплоноситель отдает последовательно маслу, находящемуся в масляном поддоне, маслу в масляном насосе, а затем рубашке жидкостного охлаждения двигателя. Для этого оребренная труба, рубашка жидкостного прогрева масляного насоса и рубашка жидкостного охлаждения двигателя встроены в контур циркуляции теплоносителя последовательно.
Для увеличения поверхности нагрева и турбулизации потока газов подогревателя поддон имеет полости с ребрами для прохода газов.
Сопла дополнительной масляной магистрали направлены в зазоры между щеками коленчатого вала и крышками коренных опор с целью подвода прогретого масла непосредственно к коренным опорам.
Способ предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления поясняется графически.
На фиг.1 изображена схема расположения элементов системы прогрева и схема циркуляции охлаждающей жидкости, прогретого масла и выхлопных газов подогревателя.
На фиг.2 изображена схема подвода прогретого масла к коренным опорам.
Система включает предпусковой подогреватель 1, трубопровод 2 подвода горячих газов от предпускового подогревателя для обогрева масляного поддона 3 двигателя 4, полости 5 с ребрами 6 на поддоне для прохода газов подогревателя и увеличения поверхности нагрева и завихрения потока газов, масляный насос 7 с автономным приводом 8, трубопровод 9 забора нагретого масла из картерной полости двигателя, подключенный к всасывающей полости 10 насоса 7, и расположенную вдоль блока двигателя масляную магистраль 11 с соплами 12, направленными на шейки 13 коленчатого вала.
Чтобы при очередном включении масляного насоса 7 на холодном двигателе обеспечить мгновенную подачу теплого масла по всей длине магистрали 11 одновременно ко всем подшипникам коленчатого вала и тем самым сократить время подготовки двигателя к пуску магистраль 11 на концах имеет два дренажных отверстия 14, через которые происходит опорожнение полости магистрали 11 после прекращения работы насоса 7 на горячем работающем двигателе (фиг.2). Для предотвращения перегруза автономного привода 8 масляного насоса 7 при работе на слабо прогретом густом масле на конце магистрали 11 орошения коленвала маслом установлен перепускной клапан 15 (фиг.2).
Оребренная труба подогрева 16 встроена в масляный поддон 3 и подключена к установленной на масляном насосе 7 рубашке жидкостного прогрева 17. Рубашка жидкостного прогрева 17 маслонасоса 7, сообщенная с ней рубашка жидкостного охлаждения 18 двигателя и проходящий через предпусковой подогреватель трубопровод 19, соединяющий рубашку жидкостного охлаждения 18 двигателя с оребренной трубой подогрева 16, образуют контур, по которому циркулирует теплоноситель, получающий тепло от подогревателя.
На V-образном двигателе встроенная в масляный поддон 3 оребренная труба подогрева 16 выполнена в виде двух магистралей, каждая из которых соответственно соединена с рубашками жидкостного охлаждения 18 левого и правого ряда цилиндров.
Для обеспечения нагрева масла внутри масляного фильтра 20 и корпуса жидкостно-масляного теплообменника 21 выход трубопровода 2 подвода горячих газов от предпускового подогревателя 1 к масляному поддону 3 двигателя направлен на масляный фильтр 20 двигателя и жидкостно-масляный теплообменник. Нагрев масла внутри масляного фильтра обеспечивает его функционирование сразу после запуска двигателя и тем самым устраняет риск возникновения задира, вызываемого работой на неочищенном масле.
Для лучшего теплообмена между горячими газами от подогревателя и маслом в поддоне 3 на внешней поверхности поддона выполнены ребра.
При подготовке двигателя к пуску включается в работу подогреватель 1. По трубопроводу 2 горячие газы от подогревателя направляются к масляному поддону 3 двигателя, имеющему полости 5 с ребрами 6, где путем теплопередачи осуществляется прогрев масла. Выход горячих газов из полостей 5 поддона 3 направлен на колпаки масляного фильтра 20, обеспечивая прогрев масла в нем.
Одновременно при включении подогревателя 1 осуществляется циркуляция жидкого теплоносителя (например, воды) при помощи автономного насоса (не показан). Теплоноситель, получивший тепло от подогревателя 1, поступает по трубопроводу 19 в оребренные трубы 16, расположенные внутри масляного поддона 3, и отдает часть тепла маслу изнутри поддона.
Далее теплоноситель последовательно отдает тепло, проходя через рубашку жидкостного прогрева 17 масляного насоса 7, обеспечивая прогрев масла в нем, рубашку системы охлаждения двигателя 18, обеспечивая прогрев двигателя, и по трубопроводу 19 возвращается к подогревателю для получения тепла.
После нагрева масла до заданной температуры (по крайней мере до растопленного состояния) включают автономный привод 8, приводящий в действие масляный насос 7. При работе масляного насоса 7 нагретое масло забирается во всасывающую полость 10 через заборник трубопровода 9, расположенный ниже уровня масла в поддоне 3. Из нагнетательной полости 22 нагретое масло подается в магистраль 11, расположенную вдоль двигателя. Расположенные на магистрали 11 сопла 12 обеспечивают подачу нагретого масла на шейки 13 коленчатого вала, а именно в зазоры между щеками 23 коленчатого вала и крышками коренных опор 24. Масло, попав в зону шеек 13 коленчатого вала, отдает тепло и снова стекает в поддон 3 для нагрева.
После прогрева двигателя до состояния, обеспечивающего его надежный пуск, предпусковой подогреватель 1 и масляный насос 7 выключают. После запуска на работающем горячем двигателе масло из магистрали 11 стекает через дренажные отверстия 14 в поддон 3, исключая таким образом возможность образования на холодном двигателе в магистрали 11 пробок из застывшего масла.
Для гарантированного опорожнения магистрали 11 при любых кренах двигателя дренажные отверстия 14 расположены на обоих концах магистрали 11.
Для предотвращения перегруза автономного привода 8 масляного насоса 7 при работе на слабо прогретом густом масле на конце магистрали 11 установлены перепускные клапаны 15.
Таким образом, предлагаемая система предпускового подогрева обеспечивает одновременный интенсивный прогрев масла в поддоне двигателя, снаружи газами и внутри жидкостью от подогревателя, и прогрев масла внутри масляного насоса системы прогрева коленчатого вала, что позволяет сократить время до начала включения масляного насоса и начала процесса прогрева коленчатого вала. Благодаря наличию дренажных отверстий на концах магистрали орошения коленчатого вала маслом, исключающих возможность образования пробок из застывшего масла на холодном двигателе, обеспечивается одновременная подача масла ко всем опорам коленчатого вала.