СИСТЕМА ДЛЯ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE STARTING SYSTEM

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к их средствам запуска с подогревом текучей среды в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания тепловозов, других транспортных машин и передвижных дизель-электростанций.
Известна система подогрева двигателя внутреннего сгорания и отопления салона автотранспорта, содержащая блок подогрева с тепловым аккумулятором, заряжаемым отходящим теплом выхлопных газов. Блок подогрева встраивается в канал отвода выхлопных газов и в контур циркуляции теплоносителя (тосола). Основными функциональными режимами работы системы являются режим предпускового подогрева холодного двигателя и салона автотранспорта, а при работающем двигателе - режим зарядки теплового аккумулятора и режим отопления салона автотранспорта (Патент RU №2293207, кл. F02N 17/04, 2007 г.).
Недостатком известной системы является то, что блок подогрева, встраиваемый в канал отвода выхлопных газов, изменяет расчетные режимы работы двигателя, в режиме предпускового подогрева холодного двигателя не производится подогрев масла, и тепловой аккумулятор сохраняет тепло ограниченное время.
Известна электрическая система обогрева тепловоза 4ТЭ130 мощностью 12000 л.с., предназначенного для БАМа, содержащая электроподогреватель, водяной прокачивающий насос, маслопрокачивающий насос, топливоподкачивающий тепловозный насос. Питание переменным током электроподогревателя и электродвигателей прокачивающих агрегатов осуществляется от автономного дизель-генератора, установленного на сцепленной с тепловозом передвижной единице. Водяная система разработана таким образом, что обеспечивается необходимая циркуляция воды через электроподогреватель и все обогреваемые агрегаты, а также совместная работа системы прогрева и дизеля для ускорения его прогрева (Особенности подвижного состава предназначенного для работы в условиях низких температур. Реферативный сборник 5-80-10, ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. МОСКВА. 1980 г.).
Недостатками известной системы являются ее большие габариты и вес вследствие большой мощности электроподогревателя и питающего его дизель-генератора.
Известна также автономная автоматическая система подогрева и поддержания предпусковых температурных условий двигателей внутреннего сгорания большой мощности для железнодорожного, водного транспорта и передвижных дизель-электростанций, содержащая два жидкостных подогревателя с электронным управлением, которые подключены к основной магистрали штатной системы охлаждения через четыре дополнительных трубопровода и три обратных клапана, один из которых установлен на участке основной магистрали штатной системы охлаждения, а два других на выходе каждого из жидкостных подогревателей, дополнительный масляный насос, вход которого с помощью дополнительного масляного трубопровода подключен к картеру двигателя, а выход с помощью второго дополнительного масляного трубопровода подключен к головке блока цилиндров двигателя через специально проделанные отверстия к технологическим каналам сброса излишков масла, датчик температуры масла, установленный в нижней точке картера двигателя, два датчика температуры теплоносителя, установленные по одному на выходе каждого жидкостного подогревателя, пульт управления, микропроцессорный контроллер с записанной программой управления, содержащий приемопередающий модуль GSM и подключенный с помощью кабеля к пульту управления, электронным блокам управления подогревателей, к питающим клеммам дополнительного масляного насоса, датчику температуры масла, к двум датчикам температуры теплоносителя, автономный источник электропитания, подключенный к контроллеру и двум жидкостным подогревателям (RU, полезная модель №70693 U1, кл. F02N 17/06, 2008 г.).
Недостатком известной системы является то, что она не обеспечивает поддержания предпусковых температурных условий дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания и поддержания емкости аккумуляторной батареи при неработающем дизеле. Прогрев масла производится водой неэффективно - через металлоконструкцию дизельного блока (холодное масло подводится к дизелю через специально проделанные отверстия, к технологическим каналам сброса излишков масла). Установка датчиков температуры теплоносителя по одному на выходе каждого жидкостного подогревателя не обеспечивает полный контроль за изменением температуры в опасных зонах системы охлаждения и не исключает замерзания теплоносителя в параллельных ветвях системы с низким расходом и большими теплопотерями. Обогрев кабины машиниста производится каллорифером тепловоза с теплоносителем низкой температуры, что приводит к его малой эффективности.
Техническим результатом изобретения является увеличение времени простоя неработающего двигателя внутреннего сгорания в холодное время года в постоянной готовности его к запуску, сохранение ресурса работы двигателя внутреннего сгорания, а также повышение эксплуатационной надежности двигателя внутреннего сгорания.
Указанный технический результат достигается тем, что в системе для запуска двигателя внутреннего сгорания, содержащей систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, жидкостной подогреватель, подключенный к основной магистрали штатной системы охлаждения, датчики температуры теплоносителя, штатную топливную систему двигателя внутреннего сгорания со штатным топливным баком и подкачивающим топливным насосом, дополнительный масляный насос, автономный источник электропитания, автономный источник электропитания выполнен в виде дизель-генераторной установки с устройством подзарядки стартерной аккумуляторной батареи тепловоза, система для запуска двигателя внутреннего сгорания снабжена дополнительным топливным баком, оснащенным переливным трубопроводом, соединенным сливным трубопроводом со штатным топливным баком, трубопроводом с краном и дросселем, соединяющим дополнительный топливный бак с нагнетательным топливным трубопроводом штатной топливной системы, трубопроводом с краном, соединяющим дополнительный топливный бак с топливопроводом дизель-генераторной установки, трубопроводом с краном и трубопроводом, соединяющим дополнительный топливный бак с жидкостным подогревателем, в штатную топливную систему параллельно подкачивающему топливному насосу установлен дополнительный топливный насос, дополнительный масляный насос подключен параллельно штатному прокачивающему масляному насосу, датчики температуры теплоносителя для контроля за работой системы включены в трубопровод с наиболее низкой температурой теплоносителя системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания в режиме работы системы для запуска двигателя внутреннего сгорания, кроме того, в кабине машиниста установлен жидкостной подогреватель воздуха, соединенный с дополнительным топливным баком трубопроводом с краном.
На чертеже изображена схема системы прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Система для запуска двигателя внутреннего сгорания включает систему прогрева двигателя внутреннего сгорания, устройство подзарядки стартерной аккумуляторной батареи и содержит жидкостной подогреватель 1 с электронным управлением, который подключен к основным трубопроводным магистралям 2, 3 штатной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (дизеля) 4 последовательно с циркуляционным насосом 5 трубопроводами 6 и 7, дополнительный масляный насос 8 подсоединен параллельно штатному масляному насосу 9, датчики 10 температуры теплоносителя, автономный источник 11 электропитания, выполненный в виде дизель-генераторной установки с устройством подзарядки стартерной аккумуляторной батареи тепловоза, дополнительный топливный насос 12, установленный в штатную топливную систему 13 параллельно подкачивающему топливному насосу 14, дополнительный топливный бак 15, оснащенный переливным трубопроводом 16, соединенным сливным трубопроводом 17 со штатным топливным баком 18, трубопровод 19 с краном и дросселем, соединяющий дополнительный топливный бак 15 с нагнетательным топливным трубопроводом 20 штатной топливной системы 13, трубопровод 21 с краном и трубопровод 22, соединяющие дополнительный топливный бак 15 с жидкостным подогревателем 1, трубопровод 23 с краном и трубопровод 24, соединяющие дополнительный топливный бак 15 с топливопроводами дизель-генераторной установки 11, в кабине машиниста 25 установлен жидкостной подогреватель 26 воздуха, соединенный трубопроводом с краном 27 с дополнительным топливным баком 15. В трубопроводной магистрали 2 штатной системы охлаждения дизеля 4 дополнительно установлен обратный клапан 28.
Штатная топливная система 13 дизеля 4 состоит из топливного бака 18, подкачивающего топливного насоса 14, нагнетательного топливного трубопровода 20, редукционного клапана 29, водяного топливоподогревателя 30, заборносливного устройства 31, все элементы соединены трубопроводом 32.
Штатная система охлаждения дизеля 4 состоит из горячего и холодного контуров. Горячий контур включает циркуляционный насос 33, водяные полости 34 дизеля 4, радиатор 35 охлаждения, водяные полости водяного топливоподогревателя 30, калорифер 36 в кабине машиниста 25, все элементы горячего контура объединены трубопроводной магистралью 2. Холодный контур включает циркуляционный насос 37, охладитель наддувочного воздуха 38, водомасляный теплообменник 39 и радиатор 40, все элементы холодного контура объединены трубопроводной магистралью 3.
Штатная масляная система дизеля 4 состоит из прокачивающего масляного насоса 41, масляных полостей водомасляного теплообменника 39 и масляных каналов 42 смазки дизеля 4, все элементы системы соединены трубопроводом 43.
Калорифер 36 в кабине машиниста 25 соединен с всасывающей линией циркуляционного насоса 33 трубопроводом 44 с установленными на ней датчиками 10 температуры теплоносителя для контроля за работой системы. Место установки датчиков определено как место с наиболее низкой температурой теплоносителя системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания в режиме работы системы для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Система для запуска двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
При работающем дизеле 4 топливо в штатную топливную систему 13 дизеля подается подкачивающим топливным насосом 14, поддерживается давление топлива на необходимом уровне редукционным клапаном 29. Из нагнетательного топливного трубопровода 20 штатной топливной системы 13 топливо подается по трубопроводу 19 с краном и дросселем в дополнительный топливный бак 15, и из него излишки топлива сливаются по переливному трубопроводу 16 и по сливному трубопроводу 17 в штатный топливный бак 18. При остановке дизеля 4 и переводе тепловоза, других транспортных средств, передвижных электростанций в режим отстоя по команде оператора запускается дизель-генераторная установка 11 с устройством подзарядки стартерной аккумуляторной батареи тепловоза, тем самым обеспечивается электропитание всех элементов системы прогрева и подзарядка стартерных аккумуляторных батарей тепловоза. Питание топливом дизель-генераторной установки 11 осуществляется из дополнительного топливного бака 15 по трубопроводу 21 с краном, слив излишков топлива производится по трубопроводу 22.
В режиме отстоя тепловоза в соответствии с алгоритмом работы системы и в зависимости от температур воды, масла и топлива включаются три системы циркуляции теплоносителей: топливная, масляная, охлаждения.
При включении дополнительного топливного насоса 12, установленного в штатную топливную систему 13 параллельно подкачивающему топливному насосу 14, обеспечивается подача топлива в дополнительный топливный бак 15 и циркуляция топлива по всей топливной системе 13 дизеля, тем самым используя штатные устройства тепловоза (например, водяной топливоподогреватель 30, заборносливное устройство 31 во всасывающей трубе подкачивающего топливного насоса 14) для подогрева топлива.
При включении дополнительного масляного насоса 8, установленного в штатную масляную систему дизеля 4 параллельно штатному прокачивающему масляному насосу 41, обеспечивается циркуляция масла по всей масляной системе дизеля, тем самым используя штатные устройства (водомасляный теплообменник 39 и масляные каналы 42 смазки дизеля 4) для подогрева масла.
При включении дополнительного циркуляционного насоса 5 и жидкостного подогревателя 1, подключенных к штатной системе охлаждения, обеспечивается прогрев всех теплоносителей дизеля 4 во время отстоя тепловоза. Подогрев теплоносителя жидкостным подогревателем 1 происходит по команде с датчиков 10 температуры, установленных на трубопроводе 44 теплоносителя в месте с самой большой скоростью остывания и, соответственно, с самой низкой температурой теплоносителя, на тепловозах этим местом, как правило, является трубопровод 44, соединяющий калорифер 36 в кабине машиниста 25 с всасывающей линией циркуляционного насоса 33. Подогретый теплоноситель из жидкостного подогревателя 1 поступает двумя потоками в радиатор 40 холодного контура и в циркуляционный насос 37 с охладителем наддувочного воздуха 38 и водомасляным теплообменником 39, объединившись, далее теплоноситель вновь разделяется на два потока: один поток проходит через радиатор 35 горячего контура, а второй через циркуляционный насос 33 и водяные полости 34 дизеля, объединившись, теплоноситель далее вновь разделяется на два потока: один поток проходит через калорифер 36 в кабине машиниста 25, а второй поток - через топливоподогреватель 30, объединившись, далее теплоноситель возвращается во всасывающую полость циркуляционного насоса 5 по трубопроводу 7. Теплоноситель, протекающий по трубопроводу 44, имеет наиболее высокую скорость охлаждения из-за удаленности этой ветви от дизеля и пониженного расхода теплоносителя через него, по этой причине трубопровод 44 является наиболее подходящим местом для установки датчиков 10 контроля температуры теплоносителя на рассматриваемом тепловозе. При включенной системе прогрева двигателя внутреннего сгорания обогрев кабины машиниста 25 производится калорифером 36 с теплоносителем пониженной температурой, что мало влияет на готовность дизеля к запуску, но сильно ухудшает условия работы машиниста в момент приведения тепловоза в рабочее состояние, Для улучшения температурных условий в кабине машиниста 25 установлен жидкостной подогреватель 26 воздуха, соединенный с дополнительным топливным баком 15 трубопроводом 27 с краном.
Обратный клапан 28 предотвращает переток теплоносителя из трубопроводной магистрали 3 во всасывающую линию циркуляционного насоса 5, не нарушая работы системы охлаждения дизеля 4 в режиме выключенной системы для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Использование автономного источника электропитания в виде дизель-генераторной установки с устройством подзарядки стартерной аккумуляторной батареи тепловоза, с подачей топлива на дизель-генераторную установку из дополнительного топливного бака 15 тепловоза, позволяет находиться тепловозу в режиме прогрева неограниченное время (до окончания топлива в баке тепловоза), сохраняя ресурс работы двигателя внутреннего сгорания, повышая его эксплуатационную надежность, и обеспечивает возможность запуска двигателя в любое время.
Установленные датчики 10 температуры теплоносителя в холодный трубопровод 44 системы охлаждения дизеля 4 своевременно подают сигналы в систему прогрева при достижении температуры теплоносителя предельных значений, обеспечивая надежный контроль за состоянием теплоносителей дизеля.
Установка в кабине жидкостного подогревателя 26 воздуха позволяет поддерживать температуру воздуха в кабине машиниста на требуемом уровне в течение всего времени работы системы прогрева.