Система прогрева и поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах самоходных машин

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для сокращения времени прогрева и поддержания заданного теплового режима в основных системах двигателей внутреннего сгорания, в частности, может быть использована для предпусковой подготовки дизельных двигателей тепловозов в холодное время года.
Известна система автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин, содержащая двигатель внутреннего сгорания, теплообменник, размещенный в поддоне двигателя, радиатор охлаждения масла, терморегулятор, подключенный параллельно радиатору, утилизационный контур, включающий газожидкостный теплообменник с газовой заслонкой, циркуляционный насос, терморегулятор, расширительный бак теплоносителя, подающий и отводящий трубопроводы, теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-жидкостный теплообменник системы охлаждения двигателя, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения жидкостный, включенный параллельно теплообменнику системы охлаждения двигателя, теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-масляный теплообменник системы смазки двигателя, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения масла ДВС, включенный параллельно теплообменнику системы смазки двигателя, теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-масляный теплообменник коробки передач, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения масла КП, включенный параллельно теплообменнику коробки передач, теплопотребляющий контур, включающий жидкостные теплообменники, включенные параллельно газожидкостному теплообменнику, с терморегуляторами, которые размещены на внешней или внутренней поверхности корпусов других редукторов [Патент РФ №2500899, МПК: F01M 5/00, опубл. 10.12.2013 Бюл. №34, авторы: Г.М. Крохта, А.Б. Иванников «Система автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин»].
Недостатком данной системы является низкая эффективность смазки трущихся деталей ДВС в момент запуска и повышенный расход топлива на прогрев.
Известна система автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин, содержащая двигатель внутреннего сгорания (ДВС), утилизационный контур, включающий газожидкостный теплообменник с газовой заслонкой, циркуляционный насос, терморегулятор, расширительный бак теплоносителя, подающий и отводящий трубопроводы, теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-жидкостный теплообменник системы охлаждения двигателя, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения жидкостный, включенный параллельно теплообменнику системы охлаждения двигателя; теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-масляный теплообменник системы смазки двигателя, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения масла ДВС, включенный параллельно теплообменнику системы смазки двигателя; теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-масляный теплообменник коробки передач (КП), включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения масла КП, включенный параллельно теплообменнику КП, теплопотребляющие контуры, включающие жидкостные теплообменники, включенные параллельно газожидкостному теплообменнику, с терморегуляторами, которые размещены на внешней или внутренней поверхностях корпусов редукторов, датчик температуры масла в КП, датчик температуры охлаждающей жидкости в ДВС, датчик температуры масла в редукторах ведущих мостов, запорный электромагнитный клапан, перекрывающий циркуляцию теплоносителя через теплообменники системы охлаждения и системы смазки ДВС, запорный электромагнитный клапан, перекрывающий циркуляцию теплоносителя через теплообменник системы смазки КП, запорный электромагнитный клапан, перекрывающий циркуляцию теплоносителя через теплообменники ведущих мостов и редукторов, перепускной электромагнитный клапан, блок управления или бортовой компьютер [Патент РФ №2577916, МПК: F01M 5/00, опубл. 20.03.2016 Бюл. №8, авторы: Г.М. Крохта, А.Б. Иванников «Система автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин»].
Недостатком данной системы является низкая эффективность смазки трущихся деталей ДВС в момент запуска и повышенный расход топлива на прогрев.
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности смазки трущихся деталей ДВС в момент запуска в холодное время за счет применения тепловых аккумуляторов и снижение расхода топлива за счет сокращения времени послепускового прогрева.
Технический результат достигается тем, что система прогрева и поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах самоходных машин, содержащая двигатель внутреннего сгорания (ДВС), утилизационный контур, включающий газожидкостный теплообменник с газовой заслонкой, циркуляционный насос, расширительный бак теплоносителя, теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-жидкостный теплообменник системы охлаждения двигателя, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения жидкостный, включенный параллельно теплообменнику системы охлаждения двигателя; теплопотребляющий контур, включающий жидкостно-масляный теплообменник системы смазки двигателя, включенный параллельно газожидкостному теплообменнику, терморегулятор, радиатор охлаждения масла ДВС, включенный параллельно теплообменнику системы смазки двигателя, датчик температуры охлаждающей жидкости в ДВС, запорный электромагнитный клапан, перекрывающий циркуляцию теплоносителя через теплообменник системы охлаждения, перепускной электромагнитный клапан, блок управления, согласно полезной модели система дополнительно снабжена датчиком температуры масла в ДВС, двумя запорными электромагнитными клапанами, перекрывающими циркуляцию охлаждающей жидкости и масла теплопотребляющих контуров соответствующих систем ДВС через жидкостно-жидкостный и жидкостно-масляный теплообменники, параллельно газожидкостному теплообменнику установлены тепловой аккумулятор (ТА) охлаждающей жидкости и ТА масла, рабочие трубопроводы которых подключены к соответствующим теплопотребляющим контурам, а вспомогательные трубопроводы - к утилизационному контуру, причем на входе и выходе ТА охлаждающей жидкости и ТА масла в теплопотребляющих контурах установлены электроуправляемые запорные клапаны, утилизационный контур снабжен тремя запорными электромагнитными клапанами, перекрывающими циркуляцию теплоносителя через теплообменник системы смазки ДВС, ТА охлаждающей жидкости, ТА масла, на входе в ДВС по воздушной части последовательно установлены свеча накаливания и датчик температуры. Каждый из тепловых аккумуляторов содержит внутреннюю емкость с датчиком температуры для рабочей жидкости и наружную емкость с датчиком температуры для теплоаккумулирующего материала (ТАМ).
Использование в системе датчика температуры масла ДВС, двух запорных электромагнитных клапанов, перекрывающих циркуляцию охлаждающей жидкости и масла теплопотребляющих контуров соответствующих систем ДВС через жидкостно-жидкостный и жидкостно-масляный теплообменники, установленных параллельно газожидкостному теплообменнику теплового аккумулятора (ТА) охлаждающей жидкости и ТА масла, рабочие трубопроводы которых подключены к соответствующим теплопотребляющим контурам, а вспомогательные трубопроводы - к утилизационному контуру, использование на входе и выходе ТА охлаждающей жидкости и ТА масла в теплопотребляющих контурах электроуправляемых запорных клапанов, трех запорных электромагнитных клапанов в утилизационном контуре, которые перекрывают циркуляцию теплоносителя через теплообменник системы смазки ДВС, ТА охлаждающей жидкости, ТА масла, последовательная установка на входе в ДВС по воздушной части свечи накаливания и датчика температуры, выполнение внутренних емкостей тепловых аккумуляторов с датчиками температуры для рабочей жидкости и наружных емкостей тепловых аккумуляторов с датчиками температуры для теплоаккумулирующего материала позволяет достичь повышения эффективности смазки трущихся деталей ДВС в момент запуска в холодное время и снижение расхода топлива за счет сокращения времени послепускового прогрева.
На фигуре представлена принципиальная схема системы прогрева и поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах самоходных машин.
Система прогрева и поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах самоходных машин состоит из I -утилизационного контура, II - контура системы охлаждения ДВС, III -контура системы смазки ДВС, 1 - газожидкостного теплообменника утилизационного контура с газовой заслонкой, 2 - расширительного бака утилизационного контура, 3 - запорного электромагнитного клапана утилизационного контура на входе в теплообменник системы охлаждения ДВС, 4 - теплообменника системы охлаждения ДВС, 5 - запорного электромагнитного клапана утилизационного контура на входе в тепловой аккумулятор охлаждающей жидкости, 6 - теплового аккумулятора (ТА) охлаждающей жидкости, 7 - датчика температуры ТА охлаждающей жидкости для теплоаккумулирующего материала (ТАМ), 8 - датчика температуры ТА охлаждающей жидкости; 9 - запорного электромагнитного клапана контура системы охлаждения ДВС на входе в ТА охлаждающей жидкости, 10 - запорного электромагнитного клапана утилизационного контура на входе в теплообменник системы смазки ДВС, 11 - теплообменника системы смазки ДВС, 12 - запорного электромагнитного клапана утилизационного контура на входе в тепловой аккумулятор масла, 13 - теплового аккумулятора (ТА) масла, 14 - датчика температуры ТА масла для теплоаккумулирующего материала (ТАМ), 15 - датчика температуры ТА масла, 16 - запорного электромагнитного клапана контура системы смазки ДВС на входе в ТА масла, 17 - блока управления, 18 - перепускного электромагнитного клапана, 19 - запорного электромагнитного клапана контура системы смазки ДВС на выходе из ТА масла, 20 - запорного электромагнитного клапана контура системы смазки ДВС на входе в теплообменник системы смазки ДВС, 21 - запорного электромагнитного клапана контура системы охлаждения ДВС на выходе из ТА охлаждающей жидкости, 22 - запорного электромагнитного клапана контура системы охлаждения ДВС на входе в теплообменник системы охлаждения ДВС, 23 - терморегулятора системы охлаждения ДВС, 24 - терморегулятора системы смазки ДВС, 25 - масляного радиатора системы смазки ДВС, 26 - радиатора системы охлаждения ДВС, 27 - датчика температуры охлаждающей жидкости в ДВС, 28 - датчика температуры масла в ДВС, 29 - двигателя внутреннего сгорания (ДВС), 30 - датчика температуры воздуха в ДВС, 31 - свечи накаливания, 32 - циркуляционного насоса утилизационного контура, 33 - терморегулятора привода газовой заслонки газожидкостного теплообменника утилизационного контура.
Система прогрева и поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах самоходных машин работает следующим образом.
ж
M
Перед запуском ДВС 29 открываются запорные электромагнитные клапаны контура системы охлаждения ДВС 9, 21, и из ТА охлаждающей жидкости 6 по рабочим трубопроводам в ДВС 29 подается первая порция охлаждающей жидкости (температура жидкости t=70-90°С, которая контролируется датчиком температуры ТА охлаждающей жидкости 8), одновременно открываются запорные электромагнитные клапаны контура системы смазки ДВС 16, 19, и из ТА масла 13 по рабочим трубопроводам в ДВС 29 подается первая порция масла (температура масла t=60-80°С, которая контролируется датчиком температуры ТА масла 15), также в момент запуска ДВС подается первая порция воздушного заряда, подогретого свечой накаливания 31, температура воздуха контролируется датчиком температуры воздуха в ДВС 30.
После того, как ДВС 29 запустился, отключается свеча накаливания 31, и перекрываются запорные электромагнитные клапаны 9, 16, 19, 21 соответствующих контуров II, III. Затем открываются запорные электромагнитные клапаны утилизационного контура теплообменников систем охлаждения и смазки ДВС 3, 10 и запорный электромагнитный клапаны 20, 22 теплопотребляющих контуров II, III. Рабочая жидкость из расширительного бака 2 через теплообменники системы охлаждения и смазки ДВС 4, 11 по утилизационному контуру I циркулируется с помощью циркуляционного насоса 32 и подогревается в газожидкостном теплообменнике утилизационного контура с газовой заслонкой 1 за счет теплоты отработанных газов, температура рабочей жидкости утилизационного контура I регулируется за счет терморегулятора привода газовой заслонки 33. При достижении температуры жидкости в системе охлаждения ДВС и масла в системе смазки ДВС равной или более t≥70°С, которая контролируется датчиками температуры охлаждающей жидкости и масла в ДВС 27, 28, запорные электромагнитные клапаны утилизационного контура 3, 10 отключаются, и подача теплоносителя в теплообменники прекращается.
Дальнейший разогрев ДВС 29 до оптимальной температуры (t=85-95°С) осуществляется за счет теплоты, которая аккумулируется системами охлаждения и смазки при работе в штатном режиме. Охлаждающая жидкость из ДВС 29 по контуру системы охлаждения ДВС II через терморегулятор системы охлаждения ДВС 23 поступает в теплообменник системы охлаждения ДВС 4 и возвращается в ДВС 29. Параллельно из ДВС 29 по контуру системы смазки ДВС III поступает масло через терморегулятор системы смазки ДВС 24 в теплообменник системы смазки ДВС 11 и возвращается в ДВС 29.
При достижении температуры охлаждающей жидкости t≥95°С, терморегулятор системы охлаждения ДВС 23 перекрывает циркуляцию охлаждающей жидкости по контуру системы охлаждения ДВС II и открывает доступ через радиатор системы охлаждения ДВС 26 для поддержания оптимальной температуры.
При достижении температуры масла t≥85°С, терморегулятор системы смазки ДВС 24 перекрывает циркуляцию масла по контуру системы смазки ДВС III и открывает доступ через радиатор системы смазки ДВС 25 для поддержания оптимальной температуры.
При достижении температуры охлаждающей жидкости и масла t≤70°С в ТА охлаждающей жидкости 6 и ТА масла 13 открываются запорные электромагнитные клапаны утилизационного контура 5, 12 и рабочая жидкость продолжает циркулировать по утилизационному контуру через ТА охлаждающей жидкости и масла 6, 13. Температура ТА охлаждающей жидкости и масла 6, 13 по утилизационному контуру контролируется датчиками температуры ТА охлаждающей жидкости и масла для ТАМ 7, 14.
При достижении оптимальных температур в теплопотребляющих контурах II, III с ТА охлаждающей жидкости и масла 6, 13 запорные электромагнитные клапаны утилизационного контура 3, 5, 10, 12 закрываются, и открывается перепускной электромагнитный клапан 18, позволяющий осуществлять непрерывную циркуляцию теплоносителя утилизационного контура через газожидкостный теплообменник 1, тем самым предотвращая перегрев или закипание теплоносителя.
Показания всех датчиков температуры поступают в блок управления 17, который подает управляющие сигналы на открытие и закрытие запорных электромагнитных клапанов.
Применение предлагаемой системы позволяет повысить эффективность смазки трущихся деталей ДВС в момент запуска в холодное время и снизить расход топлива на (1-2)% за счет сокращения времени послепускового прогрева на (5-10)%.