УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ПРОГРЕТОМ И БЕЗОТКАЗНОМ ПРЕДПУСКОВОМ СОСТОЯНИИ

Полезная модель относится к двигателестроению, а конкретнее, к поддержанию двигателя внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии и может быть использована при эксплуатации транспортных средств, преимущественно тепловозов, в условиях низких температур.
Известно устройство для поддержания двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии, содержащее штатную водяную систему охлаждения основного дизеля с водяным насосом, топливную систему с топливоподкачивающим насосом, электрический подогреватель воды, водотопливный теплообменник и аккумуляторную батарею, подключенные к источнику электроэнергии, отличающееся тем, что дополнительно введен в качестве источника электроэнергии вспомогательный дизель-генератор малой мощности, маслопрокачивающий насос, подогреватель масла, датчики температуры воды и масла, четыре запорных вентиля, шесть электромагнитных контакторов, два электроуправляемых крана, блок управления, причем система охлаждения вспомогательного дизель-генератора через первый и второй запорные вентили подключена к штатной водяной системе охлаждения основного дизеля, система топливоподачи вспомогательного дизель-генератора подключена к топливной системе основного дизеля через третий и четвертый запорные вентили и первый и второй электроуправляемые краны, электроприводы топливоподкачивающего, маслопрокачивающего, водяного насосов и аккумуляторная батарея подключены через третий, четвертый, пятый и шестой электромагнитные контакторы к генератору вспомогательного дизель-генератора, к которому также подключены через первый и второй электромагнитные контакторы подогреватели воды и масла, при этом все выходы электромагнитных контакторов и электроуправляемых кранов и выходы с датчиков температуры воды и масла соединены с блоком управления, а выхлопной коллектор вспомогательного дизель-генератора малой мощности соединен с подогревателем воды [патент РФ №69929, F02N 17/06. опубл. 10.01.2008. БИ №1. «Устройство для поддержания двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии». Авторы: Д.Я.Носырев, Н.В.Чертыковцева, В.М.Пирогов].
Недостатками указанного устройства являются высокие энергозатраты в условиях низких температур окружающей среды, низкая надежность и эффективность работы дизеля, обусловленные чрезмерным количеством контакторов и вспомогательного дизеля, высокие потери тепла водяной системы.
Известно, устройство для поддержания двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии, содержащее штатную водяную систему охлаждения основного дизеля с водяным насосом и расширительным баком, топливную систему с топливоподкачивающим насосом, водотопливный теплообменник, тормозной компрессор, установленный. в шахте холодильника и аккумуляторную батарею, отличающееся тем, что дополнительно в него введена вспомогательная аккумуляторная батарея, которая установлена в шахте холодильника, термоэлектрический модуль, который установлен на водяных секциях основного и дополнительного контуров водяной системы, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов, который установлен в водяной системе, датчик температуры масла с электропневматическим преобразователем сигналов, который установлен в масляной системе электромагнитный контактор и электроуправляемый клапан, которые установлены в водяной системе, причем выходы термоэлектрического модуля, электромагнитного контактора, электроуправляемого клапана и датчика температуры воды соединены с блоком управления, а входы термоэлектрического модуля, электромагнитного контактора, электроуправляемого клапана и датчика температуры воды соединены со вспомогательной аккумуляторной батареей [патент РФ №90138, F02N 15/00. опубл. 27.12.2009. БИ №36. «Устройство для поддержания двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии». Авторы: И.К.Андрончев, М.А.Саламатин].
Недостатками указанного устройства являются высокие энергозатраты в условиях низких температур окружающей среды, низкая надежность и эффективность работы дизеля, обусловленные чрезмерным количеством контакторов и термоэлектрического модуля, высокие потери тепла водяной системы.
Это устройство выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является уменьшение энергозатрат в условиях низких температур окружающей среды, повышение надежности и эффективности работы ДВС, а также снижение потерь тепла водяной системы.
Технический результат достигается тем, что в устройство для поддержания двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии, содержащее штатную водяную систему охлаждения основного ДВС с водяным насосом и расширительным баком, топливную систему с топливоподкачивающим насосом, водотопливный теплообменник, тормозной компрессор, установленный в шахте холодильника, основную аккумуляторную батарею, вспомогательную аккумуляторную батарею, которая установлена в шахте холодильника, электромагнитный контактор и электроуправляемый кран, которые установлены в водяной системе, датчики температуры воды и масла с электропневматическими преобразователями сигналов, установленные в соответствующих системах, согласно полезной модели, дополнительно введены два тепловых аккумулятора фазового перехода, один из которых установлен в водяной системе на выходе ДВС, а другой подключен к газовой и водяной системам и установлен на выходе ДВС в выхлопном коллекторе газовой системы, датчики температуры воды и температуры газа с электропневматическими преобразователями сигналов, которые установлены на выходах тепловых аккумуляторов фазового перехода, сепаратор, который установлен на входе расширительного бака в шахте холодильника и подключен к выходам водяных секций, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса и регулятор частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса, которые подключены к выходу электромагнитного контактора, пять трехходовых электроуправляемых кранов, три из которых установлены на входах тепловых аккумуляторов фазового перехода, а остальные два - на входах водяных секций, четыре двухходовых электроуправляемых крана, из которых один установлен на входе водяных секций, два других установлены на выходах водяных секций, а один - на входе и выходе водяных секций, причем выходы электроуправляемых кранов и датчиков с электропневматическими преобразователями сигналов соединены с программным блоком, входы датчиков с электропневматическими преобразователями сигналов и асинхронного электродвигателя привода водяного насоса соединены со вспомогательной аккумуляторной батареи, а входы асинхронного электродвигателя привода водяного насоса, регулятора частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса, электромагнитного контактора, электроуправляемых кранов соединены с блоком управления и вспомогательной аккумуляторной батареей, программный и блок управления соединены со вспомогательной аккумуляторной батареей, выход программного блока соединен со входом блока управления.
Введение тепловых аккумуляторов фазового перехода для использования тепла, получаемого от воды и отработавших газов позволяет повысить энергоэффективность ДВС, а также снизить нагрузку на вспомогательную аккумуляторную батарею во время простоя с заглушенным ДВС. Совместное использование тепловых аккумуляторов фазового перехода и вспомогательной аккумуляторной батареи позволяет снизить расход топлива. Осушение и продувка водяных секций во время простоя с заглушенным ДВС позволяет сократить вероятность их разрушения при остывании воды в водяной системе в условиях воздействия низких температур, а также снизить теплопотери водяной системы тепловоза до 90%. Использование асинхронного электродвигателя привода водяного насоса, регулятора частоты вращения асинхронного электродвигателя привода. водяного насоса, датчиков с электропневматическими преобразователями сигналов и электроуправляемых кранов обеспечивает автоматическое поддержание оптимального температурного режима ДВС.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для поддержания двигателя внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии.
Устройство для поддержания двигателя внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии содержит ДВС 1, вспомогательную аккумуляторную батарею 2, блок управления 3, программный блок 4, тепловые аккумуляторы фазового перехода 5, 6, водомасляный теплообменник 7, водотопливный теплообменник 8, водяные секции 9 и 10, тормозной компрессор 11, электромагнитный контактор 12, водяной насос 13, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса 14, регулятор частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 16, датчик температуры масла с электропневматическим преобразователем сигналов 17, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 18, датчик температуры газа с электропневматическим преобразователем сигналов 19, электроуправляемые краны 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, контур масляной системы 29, контур газовой системы 30, систему охлаждения ДВС 31, контур топливной системы ДВС 32, воздушную магистраль 33, расширительный бак 34, сепаратор 35.
Устройство для поддержания двигателя внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии работает в двух режимах: режиме аккумуляции тепла и режиме обогрева заглушенного ДВС.
Режим аккумуляции тепла.
В режиме аккумуляции тепла участвуют следующие элементы: ДВС 1, блок управления 3, программный блок 4, тепловые аккумуляторы фазового перехода 5, 6, водомасляный теплообменник 7, водотопливный теплообменник 8., водяные секции 9 и 10, электромагнитный контактор 12, водяной насос 13, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса 14, регулятор частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 16, датчик температуры масла с электропневматическим преобразователем сигналов 17, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 18, датчик температуры газа с электропневматическим преобразователем сигналов 19, электроуправляемые краны 20, 21, 24, 27, 28, контур масляной системы 29, контур газовой системы 30, система охлаждения ДВС 31, контур топливной системы ДВС 32, расширительный бак 34.
В режиме аккумуляции тепла при работе ДВС 1 происходит накопление тепла тепловыми аккумуляторами фазового перехода за счет частичного пропускания через них теплоносителей: воды из контура охлаждения ДВС 31 через тепловой аккумулятор 5 посредством электромагнитного крана 20, отработавших газов из контура газовой системы 30 через тепловой аккумулятор 6 посредством электроуправляемого крана 28. При этом о зарядке теплового аккумулятора 5 и необходимости прекращения подачи к нему теплоносителя свидетельствует датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 16; о зарядке теплового аккумулятора 6 и необходимости прекращения подачи к нему теплоносителя свидетельствует датчик температуры газа с электропневматическим преобразователем сигналов 19, после чего отработавшие газы посредством электроуправляемого крана 28 перестают подаваться к тепловому аккумулятору 6 и отводятся в атмосферу. Вода системы охлаждения ДВС 31 проходит через электроуправляемый кран 27 без подвода к тепловому аккумулятору фазового перехода 6. При циркуляции теплоносителя по системе 31 охлаждаются масляные секции 7 контура масляной системы 29 и прогревается водотопливный теплообменник 8 контура топливной системы 32. Посредством электроуправляемых кранов 21 и 24 вода подводится к водяным секциям 9 и 10 контура охлаждения ДВС 31. Датчик температуры масла с электропневматическим преобразователем сигналов 17 и датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 18 направляют электросигналы о состоянии соответствующих жидкостей на программный блок 4, где информация собирается, анализируется и направляется на блок управления 3. Блок управления 3 подает соответствующие команды на электромагнитный контактор 12, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса 14, регулятор частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15, изменяя напор воды в контуре охлаждения ДВС 31 для обеспечения поддержания оптимального температурного режима ДВС 1. Циркуляция воды обеспечивается водяным насосом 13 посредством электромагнитного контактор 12, асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 14, регулятора частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15. Утечка воды пополняется из расширительного бака 34. Излишки воздуха и водяного пара из расширительного бака 34 отводятся в атмосферу.
Режим обогрева заглушенного ДВС.
В режиме обогрева заглушенного ДВС участвуют следующие элементы: ДВС 1, вспомогательная аккумуляторная батарея 2, блок управления 3, программный блок 4, тепловые аккумуляторы фазового перехода 5, 6, водомасляный теплообменник 7, водотопливный теплообменник 8, водяные секции 9 и 10, тормозной компрессор 11, электромагнитный контактор 12, водяной насос 13, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса 14, регулятор частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 16, датчик температуры масла с электропневматическим преобразователем сигналов 17, датчик температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 18, датчик температуры газа с электропневматическим преобразователем сигналов 19, электроуправляемые краны 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, контур масляной системы 29, контур газовой системы 30, систему охлаждения ДВС 31, контур топливной системы ДВС 32, воздушную магистраль 33, расширительный бак 34, сепаратор 35.
В режиме обогрева заглушенного ДВС при стоянке тепловоза ДВС 1 глушится и в работу включается вспомогательная аккумуляторная батарея 2, от которой получают питание водяной насос 13, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса 14 с регулятором частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15 через электромагнитный контактор 12, обеспечивая циркуляцию воды по контуру системы охлаждения ДВС 31. Поочередно по мере остывания ДВС водяные секции 9, и 10 осушаются путем перепуска и слива из них воды посредством электроуправляемых кранов 21 и 23 и их продувки воздухом, подаваемым от тормозного компрессора 11 по воздушной магистрали 33 через электроуправляемые краны 22, 24, 25, 26 с дальнейшим подводом водовоздушной смеси к сепаратору 35, где вода отделяется от воздуха, который отводится в атмосферу, и направляется в расширительный бак 34. Одновременно с этим, начинают работать тепловые аккумуляторы фазового перехода 5 и 6, которые с помощью датчика температуры воды с электропневматическим преобразователем сигналов 18, датчика температуры масла с электропневматическим преобразователем сигналов 17 и блоков 3 и 4 поддерживают заданную температуру. Посредством циркуляции теплоносителя начинают прогреваться водотопливный теплообменник 8, масляные секции 7, контур топливной системы ДВС 32, контур масляной системы 29. Циркуляция воды осуществляется по контуру системы охлаждения ДВС 31 через водяные секции 9 и 10. Забор тепла для обогрева ДВС обеспечивается за счет пропускания воды через тепловые аккумуляторы: с теплового аккумулятора 5 забор тепла производится через электроуправляемый кран 20 по тому же трубопроводу, что и при зарядке его с работающим ДВС; с теплового аккумулятора 6 забор тепла производится через электроуправляемый кран 27 путем пропускания воды через полости теплового аккумулятора. Датчики температуры воды 16 и 18, масла 17 и газа 19 с электропневматическими преобразователями сигналов посредством программного блока 4 осуществляют сбор и передачу данных на блок управления 3. Электроуправляемые краны 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, электромагнитный контактор 12, водяной насос 13, асинхронный электродвигатель привода водяного насоса 14, регулятор частоты вращения асинхронного электродвигателя привода водяного насоса 15 управляются блоком 3. При разрядке вспомогательной аккумуляторной батареи запускается ДВС от сигнала блока управления 3. От блока управления 3 поступает сигнал зуммера к ответственному исполнителю. Утечку воды пополняю из расширительного бака 34. Излишки воздуха и водяного пара из расширительного бака 34 и сепаратора 35 отводятся в атмосферу.
Предлагаемое устройство позволяет уменьшить теплопотери водяной системы ДВС до 90%, уменьшить энергозатраты, обеспечить простой с заглушенным ДВС в условиях низких температур до 10 часов, повысить надежность и эффективность работы ДВС.