УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ КАРТЕРНОГО МАСЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАГНИЯ В ПРОГРЕТОМ ПРЕДПУСКОВОМ СОСТОЯНИИ

Полезная модель относится к устройствам для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания и предназначена для предпускового подогрева масла.
Известно устройство для предпускового подогрева моторного масла двигателей внутреннего сгорания, содержащее заключенный в маслосливную пробку поддона электронагревательный элемент и термореле, управляющее исполнительным механизмом в виде контактов и световой сигнализацией (SU 259554, опубл. 01.01.1970).
Недостатком известного устройства является наличие у терморегулятора электрических контактов, которые имеют низкую надежность и ограниченный срок службы, при использовании ТЭНа (трубчатого нагревательного элемента) создается температурная и вязкостная неравномерность прогрева масла.
Известно устройство подогрева топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащее топливозаборный патрубок, фильтры, топливный бак и саморегулируемые нагревательные полупроводниковые элементы (позисторы), один из которых установлен на топливозаборном патрубке, а другие на фильтрах (патент RU 2093373, опубл. 20.10.1997).
Недостатком известного устройства является низкая его эффективность из-за неполного отбора тепла от саморегулируемых нагревательных полупроводниковых элементов (позисторов) при размещении их на внешней стороне корпуса. Кроме того, при его использовании для прогрева масла будет создаваться высокая температурная и вязкостная неравномерность прогрева.
Известно также устройство для предпускового подогрева масла двигателей внутреннего сгорания (патент RU №2136905, кл. F01M 5/02, опубл. 10.09.1999 г.) содержащее смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера электронагреватель, центральный изолированный потенциальный электрод которого связан с продольным радиатором, помещенным в масло, а электрически - через коммутатор с источником питания, преимущественно аккумуляторной батареей. Радиатор выполнен в виде продольно, диаметрально разрезанного оребренного цилиндрического стержня, части которого жестко связаны между собой через размещенные между ними нагревательные элементы, а поддон картера заключен в термостатированный кожух с воздушным зазором.
Это устройство характеризуется следующими недостатками. Большая тепловая инерция из-за наличия массивных металлических конструкций в зоне подогрева (магистрали, маслозаборник с сеткой), которые длительно нагреваются конвективным теплом, поглощая его при работающем масляном насосе, что снижает эффективность нагрева и затрудняет смазку ДВС на пусковых режимах при низких отрицательных температурах.
В случае перегорания нагревательного элемента устройство нагрева неремонтопригодно и обладает низкой функциональной надежностью в процессе эксплуатации.
Известно устройство для облегчения электростартерного запуска двигателя внутреннего сгорания (патент RU №2140546, кл. F01M 5/02, F02N 1/08 опубл. 27.10.1999 г.) содержащее, расположенное внутри картера и установленное на его стенке нагревательное средство, связанное с источником питания и включающее корпус, нагревательное средство, содержащее саморегулируемые нагревательные полупроводниковые элементы, пружинный контакт для связи с источником питания с выступающими участками и пластинчатый изолятор, корпус выполнен в виде металлической пластины, одна поверхность которой непосредственно примыкает к внутренней поверхности стенки картера, а на противоположной ее поверхности выполнены углубления для размещения в них саморегулируемых нагревательных полупроводниковых элементов, при этом пластинчатый изолятор установлен на пружинном контакте с обеспечением возможности регулируемого поджатая его выступающих участков к саморегулируемым нагревательным полупроводниковым элементам. Устройство обеспечивает запуск при низких температурах окружающей среды, исключая масляное голодание двигателя.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования саморегулируемых нагревательных полупроводниковых элементов из-за малой односторонней теплоотдачи от них. Устройство не обеспечивает равномерности прогрева масла ввиду невозможности организации его нормальной циркуляции. В случае перегорания нагревательного элемента устройство нагрева неремонтопригодно и обладает низкой функциональной надежностью в процессе эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является устройство для предпускового подогрева картерного масла двигателя внутреннего сгорания (патент RU №121864, кл. F01M 5/02, опубл. 10.11.2012 г.) содержащее картер и установленное на его стенке нагревательное средство, связанное с источником питания, нагревательные элементы подогрева масла картера выполнены из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и размещены на внешних боковых образующих цилиндрических углублений днища поддона картера высотой не менее 5 диаметров, с децентрализовано расположенными нагревательными элементами.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования нагревательных элементов из-за малой локальной теплоотдачи от них. Устройство не обеспечивает равномерности прогрева масла ввиду невозможности организации его нормальной циркуляции.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание устройства для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии с высокой функциональной надежностью, возможностью адаптивного регулирования подогрева масла картера двигателя в зависимости от наружной температуры окружающего воздуха. Это позволит снизить температурную и вязкостную неравномерность разогреваемого масла и повысить эффективность использования нагревательных элементов, выполненных в виде в виде электрически обогреваемых матов, размещенных на внешних боковых образующих внешней стороны поддона картера двигателя, гибкие нагревательные элементы расположены децентрализовано, т.е. со смещением, что позволяет подключать их ступенчато, за счет увеличения поверхности теплоотдачи.
Технический результат достигается тем, что устройство для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии, содержащее картер и установленные на его стенках нагревательные средства, связанные с источником питания и выполненными в виде электрически обогреваемых матов, размещенных на внешних боковых и нижней образующих внешней стороны поддона картера двигателя, гибкие нагревательные элементы расположены децентрализовано, т.е. со смещением, что позволяет подключать их ступенчато.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии, содержит картер и установленные на его стенках нагревательные средства, связанные с источником питания, снабжено блоком контроля и управления температурными датчиками, включающими: датчик температуры окружающей среды, установленный вне двигателя, датчик температуры масла в картере двигателя, смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера и датчики температуры гибких нагревательных элементов, расположенные внутри нагревательных средств, выполненных в виде многослойных электрически обогреваемых матов, изготовленных из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, размещенных децентрализовано, т.е. со смещением.
Электрически обогреваемые маты для защиты изготавливаются из водо- и морозостойкого материала, обеспечивающего эластичность материала тепловолокна с встроенной системой терморегулирования и термоотключения. Обогревающие маты предусматривают возможность регулирования поступления тепла в картер двигателя внутреннего сгорания во избежание общего и локального перегревания масла в картере двигателя. Датчик температуры масла в картере двигателя, смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера контролирует температуру нагрева в картере двигателя не выше плюс 70°C.
Применение электрически обогреваемых матов, с размещенными датчиками температуры гибких нагревательных элементов позволяет ступенчато регулировать теплоотдачу обогреваемых матов в зависимости от температуры окружающей среды. Это обеспечивает более эффективный прогрев масла в картере двигателя, при этом масло, нагреваемое в картере поддона, благодаря большей поверхности контакта с гибкими нагревательными элементами, прогревается быстрее. Максимальная температура гибкого электронагревателя, выполненного в виде электрически обогреваемых матов не превышает 180°C, а в случае перегорания электрического провода в обогреваемом мате, он не возгорается, что повышает пожаро- и взрывобезопасность устройства в целом.
Для улучшения прогрева масла нагревательные элементы могут подключаться ступенчато и группами, в зависимости от температуры окружающей среды, что существенно снижает затраты энергии на нагрев масла в картере ДВС до заданной температуры и позволяет максимально использовать тепловую энергию электрически обогреваемых матов для нагрева именно масла в картере двигателя, т.е. повысить КПД теплообменника.
Так как КПД нагревательных элементов близок к 99%, подогреватели отличаются от традиционных малым энергопотреблением.
Время разогрева масла зависит от температуры окружающей среды и вязкости масла, объема масла, а также от количества установленных на поддон нагревательных элементов. Так, например, при объеме масла 10 литров и при установке в поддон 5 обогреваемых матов, время разогрева масла до нулевой температуры при температуре окружающего воздуха минус 20°C составляет 20 мин., а время разогрева масла в картере двигателя до 70°C составляет 2 часа.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется на чертеже фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
Устройство для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии включает (фиг.1 и фиг.2) поддон 1 картера, гибкие нагревательные элементы 2, выполнены в виде электрически обогреваемых матов, размещенные на внешних боковых и нижней плоскостях поддона 1 картера, гибкие нагревательные элементы 2 расположенные децентрализовано, что позволяет подключать их ступенчато и группами.
Подключение источника питания к гибким нагревательным элементам 2 осуществляется через изолированные от "массы" клеммы (на рисунке не показаны). Таким образом, каждая из клемм изолирована от "массы" и не зависит одна от другой, т.е. каждый блок (группа) нагревательных матов получает электропитание только через свою, предназначенную только для него клемму, не зависимую от клеммы другого нагревательного элемента.
С наружной поверхности гибкие нагревательные элементы 2 закрыты термоизоляционным кожухом 3, который жестко прикреплен с помощью болтов к обечайке поддона 1 картера, выполнен из плотного материала.
С наружной стороны термоизоляционного кожуха 3 расположен разъем 4, позволяющий подавать питание на гибкие нагревательные элементы 2, как от бортовой сети автомобиля, так и от внешней сети 220 V (на фиг.1 не показано).
Устройство для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии снабжено блоком контроля и управления 5 температурными датчиками, включающими: датчик температуры окружающей среды 6, датчик температуры масла в картере двигателя 7, смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера и датчики температуры гибких нагревательных элементов 8, размещенных внутри многослойных электрически обогреваемых матов 2 (фиг.2), изготовленных из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, что позволяет подключать их ступенчато, в зависимости от показаний датчика температуры окружающей среды 6.
Электрически обогреваемые маты выполнены из четырех слоев, расположенных в следующей последовательности (сверху вниз) в соответствии с фиг.3:
- первый слой 9 - предназначен для интенсивной передачи тепла к поддону 1 картера (фиг.1);
второй слой 10 - слой с размещенными нагревательными элементами, которые могут подключаться ступенчато и группами, а также с датчики температуры гибких нагревательных элементов 8;
третий слой 11 - защитный изолирующий слой;
четвертый слой 12 - отражающий слой размещен с тыльной стороны обогреваемого мата.
Свойства каждого из слоев электрически обогреваемого мата в совокупности позволяют обеспечить заявленный технический результат.
Устройство для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии работает следующим образом.
При подаче напряжения на изолированные от "массы" клеммы (на рисунке не показаны) электрический ток проходит через гибкие нагревательные элементы 2, размещенные в обогреваемом мате, они нагреваются до расчетной температуры, тем самым нагревательный элемент 2 выделяет тепло для нагрева масла в поддоне 1 картера (фиг.1, фиг.2).
В поддоне 1 картера масло нагревается и под действием гравитационных сил обеспечивается барботаж (перемешивание) масла, вновь поступающее холодное масло опускается на дно картера 1, где нагревается и поднимается вверх, так повторяется цикл нагрева масла. Подогретое на боковых и нижней плоскостях поддона 1 картера гибким нагревательным элементом 2 масло порциями поступает в центральную часть поддона 1 картера, обеспечивая поддержание постоянной температуры масла.
Многослойные электрически обогреваемые маты 2, расположенные на внутренних боковых поверхностях, обеспечивают поддержание заданной температуры внутри картера 1, в зависимости от температуры окружающей среды.
Датчики 6, 7 осуществляют постоянный контроль температуры окружающей среды и температуры масла в картере двигателя 1. При температуре окружающей среды в пределах комфортной датчик 7 отключается и работает только датчик 6, контролирующий температуру окружающей среды. При этом блок контроля и управления 5 подает сигнал или команду на выключение нагревательного элемента 2, если он был включен ранее. При снижении температуры окружающей среды ниже комфортной работают оба датчика 6 и 8, а температура масла непосредственно в картере контролируется датчиком 7. Когда температура масла в картере 1 двигателя ниже заданной критической точки, с датчика 7 формируется сигнал или команда блоком контроля и управления 5 на включение нагревательного элемента 2. После прогрева масла в картере 1 ДВС до установленной температуры датчик 7 формирует сигнал в блоке контроля и управления 5, который подает команду на отключение нагревательного элемента 2.
В зависимости от температуры окружающей среды (показаний датчика 6) подключаются нагревательные элементы 2 на нижней или на боковых плоскостях поддона 1 картера.
Размещение гибких нагревательных элементов 2 по всему сечению поддона 1 картера снижает до минимума температурную и вязкостную неравномерность прогрева масла. При этом каждый гибкий нагревательный элемент 2 обеспечивает изменение температуры масла в своей зоне размещения, при этом датчики температуры гибких нагревательных элементов 8, расположенные внутри многослойных электрически обогреваемых матов 2 (фиг.3), позволяют подключать их ступенчато, в зависимости от показаний датчика температуры окружающей среды 6, регулируя тепловой поток к поддону 1 картера.
Благодаря перемешиванию масла под действием гравитационных сил (теплового напора) вероятность перегрева масла полностью исключается. Кроме того, применение локального нагрева масла на боковых поверхностях и на днище картера 1 увеличивает эффективность использования тепла, вырабатываемого обогреваемыми матами 2 за счет увеличения площади тепловоспринимающей поверхности.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить температурную и вязкостную неравномерность прогрева масла и повысить эффективность использования гибких нагревательных элементов 2 за счет эффективной теплоотдачи от них и увеличения теплообменной поверхности.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что применение электрически обогреваемых матов с датчиками температуры гибких нагревательных элементов 8, расположенных внутри многослойных электрически обогреваемых матов 2 (фиг.3), позволяет подключать их ступенчато, в зависимости от показаний датчика температуры окружающей среды 6.
Такая конструкция позволяет обеспечить лучший термический контакт между двумя средами и соответственно повысить коэффициент полезного действия устройства для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии.
Повышение кпд устройства для поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии достигается тем, что в конструкции применен блок контроля и управления температурными датчиками, включающими: датчик температуры окружающей среды, датчик температуры масла в картере двигателя, смонтированном в пробке сливного отверстия поддона картера и датчики температуры гибких нагревательных элементов, расположенных внутри многослойных электрически обогреваемых матов, изготовленных из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, размещенных децентрализовано, т.е. со смещением, что позволяет подключать их ступенчато, в зависимости от показаний датчика температуры окружающей среды.
Достигается более полное и эффективное использование теплоты выделяемой гибкими нагревательными элементами 2, в зависимости от температуры окружающей среды, улучшаются экономические и экологические характеристики устройства поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии в целом.
Технический результат: быстрый и надежный пуск двигателя, а также более полное и эффективное использование теплоты выделяемой гибкими нагревательными элементами, повышается коэффициент полезного действия устройства поддержания картерного масла двигателя внутреннего сгорания в прогретом предпусковом состоянии.