ГАЗО-ЭЛЕКТРОФАКЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS-ELECTRIC FLARE DEVICE OF A DIESEL ENGINE

Изобретение относится к области транспортного двигателестроения, в частности к устройствам облегчения пуска дизельного двигателя при отрицательных температурах холодного климата.
Для обеспечения пуска дизельного двигателя, эксплуатируемого в условиях отрицательных температур холодного климата, возможно применение различных устройств, облегчающих процессы смесеобразования и воспламенения, в цилиндрах двигателя, на пусковых режимах.
К наиболее простым способам можно отнести различного рода нагревательные элементы, работающие от аккумуляторных батарей или внешних источников питания. Эти способы не нашли широкого применения, особенно в двигателях с большими рабочими объемами, вследствие низкой эффективности пуска двигателей и относительно большого потребления энергии от аккумуляторных батарей.
В настоящее время на дизельных двигателях, в качестве средства облегчения пуска, применяется штатное электрофакельное устройство, которое состоит из факельной штифтовой свечи, электромагнитного топливного клапана, добавочного резистора с электротермическим реле, кнопочного выключателя, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, контрольной лампы и топливопроводов.
Основным устройством, обеспечивающим получение факела для нагрева поступающего в цилиндры воздуха, является факельная штифтовая свеча, которая подключена топливопроводом к топливной магистрали низкого давления системы питания двигателя. Факельная штифтовая свеча имеет корпус, внутри которого расположен нагревательный элемент, выполненный в виде однопроводной свечи закрытого типа. Спираль факельной штифтовой свечи помещена в тонкий металлический кожух, заполненный периклазом. На корпусе факельной штифтовой свечи расположен штуцер для подсоединения ее к топливопроводу, а в нижней части имеется резьба для крепления ее на впускном трубопроводе. В нужном положении факельная штифтовая свеча фиксируется контргайкой. В топливном штуцере располагается фильтр и дозирующий жиклер.
Недостатками таких конструкций является:
изменение проходного сечения дозирующего жиклера электрофакельного устройства вследствие осаждения смол дизельного топлива;
дополнительный расход электрической энергии на перевод применяемого дизельного топлива из жидкого в газообразное состояние;
неполное сгорание дизельного топлива, сопровождающееся выделением и отложением продуктов горения на сетке и экране факельной штифтовой свечи, что в свою очередь приводит к затруднению воспламенения топлива (возможности его затухания) и неустойчивости пламени;
продукты неполного сгорания загрязняют окружающую среду;
дизельное топливо имеет относительно узкие концентрационные пределы воспламенения, которые составляют 1-8% в объемных долях, в смеси с газами атмосферного воздуха, чем объясняется низкая устойчивость пламени;
пульсирующий характер пламени, определяемый поршневой конструкцией топливного насоса.
Применение, предлагаемого газо-электрофакельного устройства, позволяет избежать вышеуказанных недостатков, так как газовое топливо имеет легкий фракционный состав, не требует дополнительных затрат электроэнергии на перевод топлива в газообразное состояние (испарение), стабильность давления подаваемого газа определяет стабильность пламени, а полнота сгорания отсутствие характерного черного дыма. Продукты горения не осаждаются на поверхностях системы питания воздухом. Работу устройства отличает низкое содержание токсичных и канцерогенных соединений в продуктах горения.
Технический результат заявленного газо-электрофакельного устройства достигается заменой в существующем электрофакельном устройстве жидкостных топливопроводов на газопроводы, установкой в газопроводы регулировочного крана и заменой дозирующих жиклеров в факельных штифтовых свечах на жиклеры соответствующего проходного сечения.
Предложено газо-электрофакельное устройство, облегчающее пуск дизельного двигателя в условиях отрицательных температур холодного климата, включающее, газовый болон, редуктор, регулировочный кран, факельные штифтовые свечи с жиклерами газового топлива, газопроводы, соединяющие редуктор, регулировочный кран и факельные штифтовые свечи, добавочный резистор с электротермическим реле, кнопочный выключатель, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, контрольную лампу.
Предложение поясняется (фиг. 1), где изображена схема газо-электрофакельного устройства.
Газо-электрофакельное устройство состоит из кнопочного выключателя 1, контрольной лампы 2, добавочного резистора с электротермическим реле 3, регулировочного крана 4, факельных штифтовых свечей 5, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора 6, выключателя массы 7, замка зажигания 8, редуктора с манометром 9 и газового баллона 10.
Заявленное газо-электрофакельное устройство работает следующим образом:
до пуска двигателя при повороте ключа замка зажигания (8) в первое фиксированное положение «Нагрев» включается цепь обмотки реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора (6), что приводит к размыканию нижних и замыканию верхних контактов цепи, в которую входит кнопка выключателя (1) пускового устройства. При нажатии на кнопку (1) питание от аккумуляторных батарей подается на нагревательные элементы факельных штифтовых свечей (5) по замкнутой цепи: «+» аккумуляторных батарей, клеммы стартера, реле стартера, амперметр, выключатель (8), контакты реле (6) и кнопки (1), резистор термореле (3), нагревательные элементы свечей (5), «-» батарей. Так как контакты термореле (3) разомкнуты, то происходит разогрев нагревательных элементов свечей (5). Кроме того, при включении кнопки (1) питание подается на обмотку реле (6), которое размыканием своих контактов разрывает цепь обмотки возбуждения генератора, защищая факельные свечи (5) от напряжения, вырабатываемого генератором.
По истечении 1…2 мин в зависимости от температуры окружающего воздуха биметаллическая пластина термореле (3), нагреваясь, изгибается и замыкает контакты, вследствие чего загорается контрольная лампа (2), сигнализирующая о готовности системы к пуску двигателя. Для пуска двигателя необходимо нажать на педаль подачи топлива и повернуть ключ выключателя во второе нефиксированное положение «Старт». При этом включается обмотка реле включения стартера, замыкает свои контакты и приводит в действие тяговое реле стартера, обеспечивая введение шестерни привода в зацепление с венцом маховика и включение стартера. Одновременно при повороте ключа замка зажигания (8) включается обмотка реле (6), которая переключением своих контактов шунтирует резистор термореле (3). Нагревательные элементы факельных свечей (5) через кнопку (1) получают полное напряжение аккумуляторных батарей в обход спирали термореле (3), так как при проворачивании коленчатого вала двигателя стартером напряжение на их выводах снижается.
В период пуска всасываемый, через воздушный фильтр, воздух поступает во впускные коллекторы. В этот момент открывается регулировочный кран (4) и газовое топливо, из газового баллона (10) и редуктор с манометром (9), подается на раскаленные нагревательные элементы факельной штифтовой свечи (5) образуя пламя, подхватываемое потоком воздуха. Таким образом обеспечивается прогрев воздушного заряда, поступающего в цилиндры двигателя.
После пуска двигателя освобожденный ключ выключателя (8) под действием пружины возвращается в фиксированное положение; цепь обмотки реле стартера выключается, и его контакты размыкают цепи обмоток тягового реле, выключая при этом стартер. Одновременно размыкается и цепь обмотки реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора (6), и пружина, переключая его контакты, размыкает цепь, обеспечивающую полный накал нагревательных элементов свечей (5).
Реализация действительного цикла в таких условиях характеризуется нестабильной частотой вращения коленчатого вала. Для поддержания стабильности требуется продолжение работы газо-электрофакельного устройства. Водитель имеет возможность некоторое время поддерживать горение факела во впускных трубопроводах, держа включенным кнопочный выключатель (1).
Для завершения работы газо-электрофакельного устройства регулировочный кран (4) подачи газового топлива закрывается отпусканием кнопки (1) прерывается подача электроэнергии на термореле и свечи, горение сигнальной лампы (2) прекращается.
Эффективность применения предлагаемого устройства заключается в уменьшении износа дизельных двигателей за счет повышения надежности их пуска, сокращении времени прогрева и выхода на нагрузочные режимы. Надежность пуска обеспечивается легким фракционным составом топлива, отсутствием потребности в смене его состояний, полнотой сгорания, чем и объясняется большее тепловыделение относительно применения дизельного топлива. Кроме того, внедрение нового газо-электрофакельного устройства ведет к улучшению экологических характеристик дизельных двигателей, а отсутствие фактических смол в газовом топливе к стабильности работы дозирующих топливных жиклеров. Не представляет значительных затрат унифицировать факельную штифтовую свечу дизельных двигателей разных конструкций. Представляется хорошая возможность в выборе газового топлива, таких-как метан, этан, пропан-бутановая смесь, ацетилен, водород и т.д.
Например, водород и ацетилен обладают широкими концентрационными пределами воспламенения, чем обеспечивают устойчивое пламя в активном потоке воздуха, возможность регулирования коэффициента избытка воздуха в значительном диапазоне.
Сборочно-операционное описание
1. Ввернуть в факельную штифтовую свечу дозирующий жиклер газового топлива.
2. Ввернуть факельную штифтовую свечу в резьбовое отверстие впускного коллектора.
3. Установить регулировочный кран на двигатель посредством резьбового соединения.
4. Установить баллон для хранения газа. Баллон устанавливается таким образом, чтобы исключить механические повреждения и искрообразование от соприкосновения с металлическими деталями. Баллон должен надежно закрепляется резьбовыми соединениями, защищаться дополнительными элементами от солнечных лучей и возможных повреждений.
5. Установить на баллон понижающий редуктор отрегулированный на давление 2,5 мПа. Герметичность соединения обеспечивается герметизирующей прокладкой.
6. Соединить редуктор с регулировочным краном посредством газопровода. В качестве газопровода возможно применение трубки или гибкого шланга. Подсоединение газопровода осуществляется резьбовым соединением.
7. Соединить регулировочный кран с факельной штифтовой свечой посредством газопровода. В качестве газопровода возможно применение трубки или гибкого шланга. Подсоединение газопровода осуществляется резьбовым соединением.
8. Проверить герметичность соединений с использованием пенного раствора.