Система облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания при низких температурах окружающего воздуха

УДК 621.4

СИСТЕМА ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОКРУЖАЮЩЕГО

ВОЗДУХА

Ю.М. Зайцев; В.В. Семынин; А.Д. Коленко, Дальрыбвтуз, Владивосток

Предложен вариант системы облегчения пуска двигателя ДВС в условиях низких температур окружающего воздуха с использованием теплового аккумулятора.

В период пускового режима трущиеся пары двигателя внутреннего сгорания (ДВС) работают в условиях полусухого или полужидкого трения. Состояние масляной пленки при несовершенной смазке может изменяться таким образом, что возможен переход от гидродинамической к граничной смазке. Основное влияние на изменение состояния масляной пленки оказывает температура масла. Граничная смазка образуется при сравнительно низких (до 30 °С) температурах, когда имеет место высокая вязкость масла и плохая смачиваемость поверхностей, а также при сравнительно высоких (более 200 °С) температурах, когда вязкость масла очень низкая.

Отсутствие достаточной смазки в пусковой период неизбежно приводит к повышенным износам трущихся деталей по сравнению с износом двигателя внутреннего сгорания при его нормальной работе. Пуск ДВС при любых температурах сопровождается некоторой задержкой поступления масла из картера двигателя к трущимся деталям (Ильчук И.А. Устройство для облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания. М.: Роспатент, 2007.). Особенно это характерно для двигателей большой мощности, и поэтому в их смазочных системах установлены элементы принудительного прокачивания масла.

Для устранения основных проблем холодного предпускового прокачивания масла разработана специальная система облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания. Принцип разработанной системы заключается в том, что при работе двигателя тепловой аккумулятор запасает тепло горячего моторного масла и обеспечивает его хранение до следующего пуска ДВС. В исходном положении электромагнитный клапан закрыт, и нагнетающий маслопровод соединен с масляным картером.

Таким образом, образуется круг циркуляции масла: масляный картер - всасывающий маслопровод - нагнетающий маслопровод. Тепловой аккумулятор заполнен маслом с температурой 60...80 °С, что значительно выше температуры масла в картере двигателя, а,

следовательно масло имеет меньшую вязкость и лучшую прокачиваемость.

Для подогрева находящегося в картере двигателя запускается привод, приводящий во вращение масляный насос. Наличие в тепловом аккумуляторе теплого масла приводит к снижению сопротивления подачи масла из всасывающего маслопровода в масляный насос, который без нагрузки (дополнительной потери энергии) начинает принудительно прокачивать масло через нагнетающий маслопровод и регулируемый дроссель обратно в масляный картер. Однако в виду того что поступающее в устройство теплового аккумулятора фазового перехода (ТАФП) из картера масло более холодное, а значит, более вязкое, в ТАФП будет создаваться разрежение, которое позволяет обеспечивать необходимую принудительную подачу масла из картера в ТАФП. С момента поступления масла в тепловой аккумулятор оно начинает разогреваться и на выходе из него имеет более высокую температуру и пониженную вязкость. Этот процесс будет продолжаться в течение 5...7 мин, пока не разрядится ТАФП, что будет контролироваться двумя температурными датчиками, расположенными в начале и на конце всасывающего маслопровода. С выравниванием температуры на входе и на выходе из ТАФП на блоке управления и индикации появится сигнал окончания разрядки последнего. Время разрядки теплового аккумулятора будет достаточно для многократного

прокачивания масла по кругу циркуляции.

Кроме того, масло разогревается при его прокачивании через регулируемый дроссель за счет внутреннего трения. При

необходимости дальнейшего разогрева масла продолжается

прокачивание масла через регулируемый дроссель, но с постепенным уменьшением дроссельного отверстия до минимальной величины. По достижении маслом необходимой температуры блок управления и индикации открывает электромагнитный клапан, и масло по

подводящему маслопроводу поступает в смазочную систему двигателя, что снижает сопротивление коленчатого вала его провертыванию при запуске. С началом работы двигателя начинается процесс зарядки ТАФП, и как только показания датчиков в начале и в конце всасывающего маслопровода уравниваются, на блоке управления и индикации появляется сигнал, указывающий на завершение зарядки ТАФП и его готовность к работе при следующем пуске двигателя.

Основой теплового аккумулятора, представляющего собой теплообменный аппарат кожухотрубного типа, служит теплоаккумулирующее ядро, состоящее из пучков жидкостных труб, закрепленных в трубных досках. Между жидкостными трубами находится теплоаккумулирующий материал. Для подвода и отвода жидкости тепловой аккумулятор снабжен жидкостными патрубками.

Теплоаккумулирующее ядро и наружный корпус разделены между собой тепловой изоляцией.

Таким образом, решение проблем уменьшения времени разогрева масла и автоматизации процесса его разогрева достигается наличием:

- устройства для облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания;

- масляного насоса с внешним приводом;

- всасывающего и нагнетающего маслопроводов, имеющих выходы в масляный картер;

- регулируемого дросселя, установленного в нагнетающем маслопроводе;

- переключателя, выполненного в виде электромагнитного клапана;

- нагнетающего и подводящего маслопроводов;

- блока управления и индикации;

- теплового аккумулятора;

- двух температурных датчиков, которые установлены в конце всасывающего маслопровода.

Применение блока управления и индикации позволяет:

- осуществлять контроль за работой устройства;

- осуществлять контроль за температурой разогреваемого масла;

- осуществлять контроль за процессами зарядки и разрядки ТАФП;

- завершать процесс разогрева масла путем автоматического переключения электромагнитного клапана.

Установка во всасывающем маслопроводе ТАФП позволяет осуществлять дополнительный разогрев прокачиваемого через него масла за счет утилизированной теплоты горячего масла, накопленной при работе двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, это позволяет создать условия принудительного всасывания холодного масла из масляного картера в ТАФП за счет разности температур, а значит, вязкости масла на входе и на выходе из него, так как масляный насос будет легко выкачивать теплое (маловязкое) масло из ТАФП, тогда в нем будет создаваться разрежение, которое обеспечит принудительное всасывание менее вязкого холодного масла в тепловой аккумулятор.

Установка в начале и в конце всасывающего маслопровода температурных датчиков позволяет осуществлять контроль за температурой масла на выходе из масляного картера двигателя, а также контролировать процессы зарядки и разрядки ТАФП за счет разности температур, фиксируемых ими.

Применение в нагнетающем маслопроводе электромагнитного клапана позволяет автоматизировать процесс соединения нагнетающего и подводящего маслопроводов смазочной системы двигателя при завершении разогрева масла в устройстве.

Применение данной системы облегчения пуска двигателя ДВС в условиях низких температур окружающего воздуха позволит в полной мере решить проблему зимнего запуска.