УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ НА СЖИЖЕННОМ НЕФТЯНОМ ГАЗЕ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Полезная модель относится к области сельского хозяйства и промышленной отрасли - техническим средствам для реализации технологий облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания на сжиженном нефтяном газе.
Известны технические средства, облегчающие пуск двигателей при низких температурах окружающего воздуха, в основе которых лежит принцип разогрева горячим воздухом. Данные средства именуются как воздушные отопители. Они в большинстве случаев работают на топливе из бака машины, греют непосредственно воздух, который выдувается вентилятором из выходного отверстия теплообменника на сборочные единицы двигателя либо кабину и салон автомобиля.
Наблюдения за работой бензиновых двигателей, работающих на газообразном топливе, показывают что пуск в температурном режиме от минус 10°С и ниже невозможен (см. Цуцоев В.И. Пуск машин. Эксплуатация сельскохозяйственной техники зимой. - М.: Агропромиздат. - 1989. - с.8-9, Золотницкий В.А. Автомобильные газовые топливные системы - М. ACT: Астрель. - 2007. - с.108-109). Специфические особенности сжиженного газа и топливной аппаратуры не позволяют создать в момент пуска оптимальный состав топливной смеси. В связи с этим двигатель запускается на бензине, прогревается до температуры +40…+50°С, а затем переводится на газ. При таком запуске будет обеспечена удовлетворительная испаряемость газа, но для прогрева двигателя до t=+40°С требуются дополнительное время и денежные средства, затраченные на бензин. Для сокращения затрат времени на разогрев и топлива необходимо применение методики предпусковой подготовки топлива (сжиженного нефтяного газа (СНГ) - ГОСТ 27578-87), (см. Шилова Е.П., Крюков И.В., Толкачев Н.Н. и др. Опыт применения альтернативных видов топлива для автомобильной и сельскохозяйственной техники: Научный аналитический обзор. - М.: ФГНУ «Росинформагротех». - 2006. - c.40).
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения являются: устройство для обеспечения запуска и эксплуатации транспортных средств при низких (до -55°С) температурах - ТермМикс (осуществляет подогрев масла в поддоне картера двигателя и коробке передач, заднего моста, аккумуляторной батареи и т.п., работает на дизеле); автономные воздушные отопители серии «Гелиос», «Ксерос», «Зенит» (выпускаются фирмой Эберспехер (Германия), врезаются в систему охлаждения автомобиля, используются для обогрева кабин и салонов автомобилей); воздушный отоптель Планар (используется для подогрева салонов автомобиля, работает на дизеле) и т.д. (см. http: // www.avesto-ural.ru. - 2011, http: // www.avto-site.ru. - 2011).
Анализ работы существующих способов подготовки двигателя к пуску показал, что наряду с достоинствами они имеют и отрицательные стороны. Указанные отопители имеют конструктивные особенности (широкое выходное отверстие горячего воздуха), которые позволяют осуществлять разогрев кабин, салонов, но неудобны при разогреве элементов газовой аппаратуры автомобиля, требующих более узкой направленности теплового потока. Отрицательным моментом является также использование некоторыми моделями отопителей дизеля в качестве топлива, что вызывает дополнительные сложности в сравнении с отопителями, работающими на бензине из топливного бака автомобиля. Высокая стоимость большинства указанных отопителей (15500-72116 руб.) препятствует широкому распространению их в промышленности и особенно в сельском хозяйстве.
Исходя из этого, поставлена задача - при тепловой подготовке двигателя использовать относительно недорогое устройство, работающее на бензине из топливного бака автомобиля, с низким расходом топлива, позволяющее производить разогрев составных частей газобаллонного оборудования (а именно: редуктора-испарителя низкого давления), концентрируя тепловой поток на необходимом для прогрева элементе-редукторе-испариетеле.
Задача решается путем создания устройства, обеспечивающего испаряемость газа, при прогреве редуктора-испарителя и воспламенение газовоздушной смеси с одновременным разогревом двигателя, причем в качестве базового средства, позволяющего осуществлять предпусковой разогрев двигателя при низких температурах воздуха, используется воздушный индивидуальный независимый универсальный отопитель О15-0010-10. Выбор данного электробензинового отопителя обусловлен такими факторами:
1) необходимое напряжение U=12 В отопитель получает от аккумуляторной батареи автомобиля;
2) экономичный расход бензина (0,35 л/ч);
3) пожаробезопасность.
3
Данный отопитель является разработкой ОАО «Шадринский автоагрегатный завод» и обладает следующими характеристиками: теплопроизводительность 2,04 кВт; объем нагреваемого воздуха 75 м/ч; температура воздуха на выходе из распределительной коробки +80°С (см. Фучаджи К.С., Стрюк Н.Н. Автомобиль ЗАЗ-968М «Запорожец». - 3-е изд., стер. - М.: Транспорт. - 1994. - 352 с.).
2
2
3
в
На фигуре 1 представлена разработка полезной модели, в которой для локализации теплового потока редуктор-испаритель - 1 низкого давления газовой аппаратуры помещен в специальный объемный металлический кожух - 2, с верхней откидной крышкой, которая крепится на кронштейны - 3, в кожухе - 2 поступает горячий воздух от отопителя через присоединительный съемный металлический гофрированный патрубок - 5. Редуктор-испаритель - 1 расположен внутри кожуха на расстоянии 8-10 мм от его стенок, расстояние регулируется втулкой - 6, а втулка одевается на шпильку крепления - 4. Это позволяет горячему воздуху свободно проходить вокруг всей поверхности редуктора, передавая ему тепло. Горячий воздух проходит с расчетной скоростью порядка υ=5,47 м/с через патрубок с площадью поперечного сечения S=0,0028 м. Выходное отверстие - 7 в кожухе имеет площадь поперечного сечения порядка S=0,0015 м. Площадь поперечного сечения патрубка и расстояние между кожухом и редуктором определены с учетом объема воздуха V=0,92 м, проходящего через отопитель в одну минуту. Разница площадей входного и выходного отверстий способствует замедлению выхода горячего воздуха из кожуха и эффективному прогреву редуктора-испарителя - 1 и охлаждающей жидкости в нем, имеющей массу m=0,1 кг, до температуры t=+40…+60°С, в зависимости от температуры окружающего воздуха. Выбор соотношения площадей поперечного сечения входных и выходных отверстий подобран расчетным путем и практически проверен на опытной установке и неверные параметры негативно влияют (увеличивают) на время прогрева редуктора-испарителя низкого давления и охлаждающей жидкости в нем. Из кожуха горячий воздух выходит дальше в подкапотное пространство, дополнительно нагревая его и прогревая двигатель и масляный картер. Для контроля температуры охлаждающей жидкости в редукторе через тройник в резиновый шланг встроены указатель и датчик температуры. Манометры низкого давления встраиваются в газопровод перед газовым электроклапаном и после него посредством металлических тройников. К манометру, установленному за электроклапаном, встроен также датчик давления, к которому подключена сигнальная лампа, выведенная на панель приборов. При отсутствии давления в газопроводе загорится лампа на панели. Такая ситуация возможна при поломке газового электроклапана. Отопитель работает на бензине, подаваемом электробензонасосом из бака автомобиля. Отработанные газы отопителя выходят из-под капота автомобиля не попадая в кабину водителя. Горячий воздух, выходящий из кожуха в подкапотное пространство нагревает воздух до температуры плюс 40°С, так как объем воздуха, находящегося под капотом, сопоставим с объемом воздуха, проходящим через отопитель за одну минуту с температурой на выходе плюс 80°С. В свою очередь нагретый подкапотный воздух прогревает двигатель и, поступая в газовоздушный смеситель и смешиваясь с газом, обеспечивает лучшее воспламенение в цилиндрах двигателя. Это позволяет значительно облегчить пуск двигателя на СНГ в холодное время года. Схема устройства подогрева, встроенного в газовое оборудование автомобиля, приведена на фигуре 2. Она включает в себя следующие элементы: 1 - газовый баллон; 2 - блок запорно-контрольной и предохранительной арматуры; 3 - выносное заправочное устройство; 4 - газовый трубопровод; 5 - тройник металлический; 6 - манометр низкого давления ДМ1001У2 IP40 ГОСТ2405-88; 7 - газовый электроклапан; 8 - тройник металлический; 9 - датчик давления ОТК1 - 09-08; 10 - сигнальная лампа; 11 - манометр низкого давления ДМ1001У2 IP40 ГОСТ2405-88; 12 - газовый редуктор-испаритель низкого давления; 13 - кожух для подогрева газового редуктора-испарителя низкого давления; 14 - шланг резиновый (тосол); 15 - тройник металлический; 16 - датчик температуры (ТМ 100А); 17 - высоковольтный провод; 18 - указатель температуры (УКА-145А); 19 - шланг резиновый для газовоздушной смеси; 20 - газовый дозатор; 21 - газовый смеситель; 22 - двигатель ЗМЗ-51110-8V-4; 23 - металлический гофрированный патрубок; 24 - отопитель воздушный независимый (015-0010-10); 25 - фланец; 26 - металлический гофрированный патрубок; 27 - бензиновый электроклапан; 28 - резиновый топливный шланг (бензиновый); 29 - отстойник бензиновый; 30 - электробензонасос; 31 - топливный бак (бензиновый); 32 - высоковольтный провод; 33 - аккумулятор (6СТ-75, ТУУ 31.4-31950849-001-2004); 34 - высоковольтный провод; 35 - переключатель газово-бензиновый.
Результаты апробирования устройства для запуска двигателя на СНГ при различных температурах окружающего воздуха показали следующее. Замеры продолжительности разогрева редуктора-испарителя и двигателя до +40°С, времени пуска двигателя проводились при различных температурах окружающего воздуха (0, -5, -8, -15, -18, -20°С).
2
2
2
2
Экспериментально установлено, что при использовании разработанного устройства на разогрев редуктора-испарителя и охлаждающей жидкости в нем до +40°С для нормальной работы двигателя при вышеуказанных температурных режимах затрачивается от 1,65 до 4,99 мин. Результаты времени пуска двигателя на газу с использованием предварительного прогрева, полученные при всех температурных режимах отражены в зависимости на фигуре 3, математическое выражение зависимости t=-0,1039Г-1,7775Т+114,75, достоверность имеет значение R=0,9993. Для контроля в данной фигуре также приведена зависимость времени пуска двигателя на СНГ от температуры окружающего воздуха без использования предложенного устройства, математическое выражение зависимости t=0,1818Т-8,621Т+105,35, достоверность имеет значение R=0,9348.
Таким образом, время пуска ДВС на газе при температуре от нуля до минус 8°С значительно превышает время пуска ДВС, работающих на СНГ, с использованием разогрева горячим воздухом. Температурный диапазон, при котором возможен и проверен пуск автомобиля на газе с использованием предпускового разогрева, значительно шире (до -20°С), чем при пуске без него (до -8°С).
Для достижения наибольшего эффекта в работе запущенный при низкой температуре окружающего воздуха двигатель необходимо прогреть до температуры +40…+50°С. Замеры времени и расхода топлива, необходимого для разогрева двигателя до +40°С, что предпусковой подогрев системы подачи топлива и разогрев самого двигателя с использованием отопительного устройства требуют значительно меньших затрат времени, чем разогрев двигателя на газу и на бензине. Время разогрева двигателя в зависимости от температуры окружающего воздуха сокращается в 1,8-2,1 раза. Расход топлива во время разогрева двигателя до t=+40°С с использованием отопителя О15-0010-10 экономичнее разогрева двигателя на бензине и на газу в 1,7-1,9 раза.