ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СО ВСТРОЕННЫМ ЭЛЕКТРОНАСОСОМ

Полезная модель относится к устройствам для облегчения запуска автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) при низких температурах воздуха в зимний период эксплуатации за счет предпускового разогрева охлаждающей жидкости.
Известны различные устройства для облегчения запуска ДВС за счет предварительного подогрева охлаждающей жидкости без принудительной ее циркуляции. В частности, к таким устройствам относятся полезные модели RU 57838 U1; RU 76685 U1; RU 84921 U1 и изобретение RU 2206785. Данные устройства содержат корпус с подводящим и отводящим каналами и размещенный во внутренней полости корпуса электронагревательный элемент со средствами соединения с источником питания и терморегулятором.
Такие устройства не могут обеспечить равномерный и достаточно быстрый прогрев двигателя, при этом возможен перегрев трубчатого электронагревателя.
Известны также устройства для облегчения запуска ДВС с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.
В полезной модели КНР CN 202039999 (Y), опубликована 16.11.2011, описан автомобильный подогреватель, который содержит полый корпус, соединенный посредством входного и выходного патрубков с системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, электрический насос, вращающий крыльчатку, расположенную в нагревательной камере, в которой также установлен нагревательный блок, и терморегулятор. Оболочка корпуса изготовлена из алюминиевого сплава с теплоизоляционным покрытием; входной и выходной патрубки расположены соответственно на левом и правом сторонах корпуса и отлиты за одно целое с корпусом. Электрический насос расположен на левой стороне нагревательной камеры на несущей пластине, закрепленной в верхней части нагревательной камеры и выполненной с пазом в правой части; нагревательный блок закреплен ниже несущей пластины, при этом терморегулятор установлен в пазу в правой части несущей пластины на расстоянии от нижней части нагревательного блока.
В полезной модели Российской Федерации RU 129566 U1, опубликована 27.06.2013, описан автомобильный электроподогреватель, содержащий полый корпус, снабженный крышкой, соединенный посредством входного и выходного патрубков с системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, электронагревательный элемент, установленный в камере нагрева корпуса. В камере нагрева электроподогревателя установлено средство для обеспечения принудительной циркуляции жидкости, которое представляет собой помпу или крыльчатку, соединенную с электрическим двигателем.
Кроме того, известен подогреватель охлаждающей жидкости для автомобиля, (полезная модель КНР CN 2639549 (Y), фиг. 2, опубл. 08.09.2004), который содержит нижний корпус с нижней плитой, верхний корпус, установленный на нижнем корпусе; патрубок подачи жидкости и патрубок исходящей жидкости, расположенные на верхнем корпусе; электрический нагреватель расположен в верхнем корпусе; электрический насос расположен в нижнем корпусе; выходной вал электродвигателя насоса выведен к входному патрубку в верхнем корпусе через уплотнительное кольцо и снабжен лопатками, обеспечивающими принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявленного технического решения является полезная модель КНР CN 201078303 (Y), в которой описан электрический подогреватель для двигателя автомобиля, содержащий полый корпус, соединенный посредством входного и выходного патрубков с системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Электронагревательный элемент установлен полости корпуса, кроме того, в полости корпуса установлено средство для обеспечения принудительной циркуляции жидкости в виде крыльчатки, соединенной с электродвигателем. Корпус электрического подогревателя выполнен разъемным и закрыт снизу крышкой. Крыльчатка, обеспечивающая принудительную циркуляцию жидкости системы охлаждения автомобиля, установлена вблизи входного отверстия корпуса подогревателя.
Указанные выше аналоги, в том числе и ближайший аналог, не обеспечивают достаточной эффективности при работе, так как поступающая к выходному патрубку охлаждающая жидкость перемешивается с охлаждающей жидкостью с более низкой температурой, подаваемой на входной патрубок. Это связано с тем, что происходит перемешивание жидкости, поступающей по входному патрубку, и жидкости, перемещающейся на выход из корпуса подогревателя.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение эффективности работы подогревателя за счет более быстрого и равномерного нагрева охлаждающей жидкости (и, соответственно, более быстрого прогрева ДВС) при исключении перегрева нагревательного элемента подогревателя.
Общими с ближайшим аналогом признаками являются следующие существенные признаки полезной модели: наличие корпуса с подводящим и отводящим каналами для охлаждающей жидкости и крышкой, герметично соединенной с корпусом, наличие трубчатого электронагревателя (ТЭН), закрепленного внутри полости корпуса, а также центробежный насос, образованный электродвигателем, на валу ротора которого установлена крыльчатка, расположенная внутри полости корпуса, причем ротор представляет собой постоянный магнит.
Поставленная задача для заявленной полезной модели решается за счет того, что центробежный насос снабжен кожухом, установленным в корпусе и закрепленным одним концом в гнезде корпуса подогревателя в зоне впускного канала, а другим - на крышке корпуса в зоне выхода вала ротора с крыльчаткой так, что крыльчатка расположена внутри кожуха. Кожух выполнен виде фасонной трубки, образованной из соединенных между собой двух частей разного диаметра - части с меньшим диаметром, расположенной в зоне от подводящего канала и проходящей внутри спирали трубчатого электронагревателя, и сочлененной с ней части большего диаметра, расположенной в зоне крыльчатки, причем в зоне крыльчатки кожух выполнен с проемами, сообщающими полость кожуха с полостью корпуса подогревателя. Ротор электродвигателя заключен в корпус в виде стакана, закрытого крышкой стакана, расположенного с внешней стороны крышки корпуса подогревателя и закрепленного с внутренней ее стороны, причем часть вала ротора с закрепленной на нем крыльчаткой, пропущена через крышку стакана и крышку корпуса подогревателя в полость корпуса, а трубчатый электронагреватель в виде цилиндрической спирали расположен над проемами кожуха преимущественно коаксиально ему, т.е. вокруг кожуха без контакта с ним, и герметично запрессован в крышку корпуса подогревателя, при этом электроотсек подогревателя расположен с внешней стороны крышки подогревателя и закрыт крышкой электроотсека. В электроотсеке подогревателя размещены статор электродвигателя с двумя катушками и терморегулятор, фиксирующиеся выступами в пластмассовой крышке, закрывающей электроотсек, а также электроразъемы трубчатого электронагревателя и ввод электропитания. Подводящий канал для охлаждающей жидкости, кожух центробежного насоса и вал ротора с крыльчаткой расположены соосно, а отводящий канал расположен в части корпуса вблизи подводящего канала. Также соосно указанным элементам может располагаться трубчатый электронагреватель. Корпус подогревателя и его крышка выполнены литыми из алюминиевого сплава, трубчатый электронагреватель опрессован с помощью стальных втулок в крышке подогревателя, при этом соединение корпуса подогревателя с его крышкой уплотнено резиновым кольцом круглого сечения, расположенным в прямоугольной кольцевой канавке корпуса подогревателя.
Корпус ротора электродвигателя в виде пластмассового стакана закреплен центре крышки подогревателя в расточке и уплотнен по крышке подогревателя резиновым кольцом круглого сечения, причем относительно крышки корпуса подогревателя стакан зафиксирован прижимной пластиной с двумя винтами. Питание подогревателя осуществляется через электрошнур с приформованной вилкой с заземляющим контактом и амортизатором со стороны крышки электроотсека.
Техническим результатом от использования полезной модели является повышение эффективности работы подогревателя за счет более быстрого прогрева прокачиваемой жидкости при меньшем расходе электроэнергии, что обусловлено, во-первых, компоновкой подогревателя, а во-вторых, конструкцией центробежного насоса. Компоновка подогревателя, обеспечивающая повышение эффективности его работы, характеризуется соосным расположением подводящего канала, кожуха центробежного насоса и вала ротора с крыльчаткой, а также установкой ТЭНа вокруг кожуха центробежного насоса с зазором относительно него. Более быстрому прогреву жидкости с меньшими затратами энергии способствует также то, что ротор электродвигателя помещен в стакан, прикрепленный к крышке корпуса подогревателя, и выведен за пределы корпуса в электроотсек. Это снижает теплопотери на нагрев ротора при запуске подогревателя, так как стакан (корпус ротора) находится вне потока жидкости и при этом не создается дополнительное сопротивление потоку нагреваемой жидкости. Стакан герметично соединен с крышкой корпуса, что позволило создать общую герметизированную полость корпуса подогревателя и стакана, при этом охлаждающая жидкость из полости корпуса подогревателя может поступать внутрь стакана и выполнять функцию смазки для ротора. Вывод электроотсека подогревателя за пределы корпуса и размещение в нем перечисленных выше элементов также способствует более эффективной работе подогревателя.
Центробежный электронасос, встроенный в корпус подогревателя, как и у ближайшего аналога, обеспечивает непрерывную принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в подогревателе и подачу ее в ДВС в процессе разогрева или подогрева. Однако в заявленном подогревателе эффективность подогрева выше вследствие усовершенствованной конструкции центробежного насоса в сочетании с предложенной компоновкой подогревателя. Введение в конструкцию центробежного насоса кожуха, образующего канал для потока охлаждающей жидкости и установленного в корпусе, как описано выше, а также установка ТЭНа так, что он охватывает кожух трубчатой формы и расположен с зазором относительно него, обусловливает эффективную работу подогревателя за счет прокачки холодной жидкости от подводящего канала через проемы кожуха вблизи крышки корпуса подогревателя, подачу ее на ТЭН и равномерное обтекание ТЭНа, в результате чего на выход, расположенный выше ТЭНа поступает только прогретая жидкость, не смешивающаяся с холодной жидкостью, поступающей на вход подогревателя. Более высокая эффективность заявленного подогревателя при этом достигается также за счет того, что поток холодной жидкости в процессе протекания по кожуху от подводящего канала к проемам предварительно подогревается через стенку кожуха более теплой жидкостью, контактирующей с ТЭНом, т.е. на выход из кожуха и поступает жидкость, имеющая более высокую температуру, чем на входе в корпус подогревателя. Предварительный нагрев жидкости, протекающей внутри кожуха, позволяет более эффективно использовать энергию ТЭНа, затрачиваемую на нагрев жидкости, которая затем поступает в отводящий канал, расположенный вблизи подводящего канала. Кроме того, вследствие перечисленных выше существенных признаков ТЭН будет всегда омываться охлаждающей жидкостью, что исключает его перегрев и увеличивает срок его службы. Дополнительным техническим результатом, достигаемым совокупностью существенных признаков подогревателя является то, что его можно располагать в любом удобном месте моторного отсека автомобиля и в любом пространственном положении. Единственное ограничение -подогреватель должен располагаться не выше отметки “min” в расширительном бачке системы охлаждения.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 и фиг. 2 - общий вид подогревателя в сборе.
На фиг. 3 - подогреватель в разрезе.
На фиг. 4 - кожух центробежного насоса подогревателя.
Позициями на чертежах обозначено:
1 - шнур электропитания в сборе; 2 - ротор электродвигателя; 3 - входной штуцер; 4 - выходной штуцер; 5 - вывод ТЭНа; 6 - терморегулятор; 7 - корпус подогревателя; 8 - кожух центробежного насоса; 9 - стакан (корпус ротора); 10 - крышка стакана (корпуса ротора); 11 - крыльчатка; 12 - статор; 13 - катушка статора; 14 - уплотнительное кольцо стакана; 15 - прижимная пластина; 16 - уплотнительное кольцо корпуса подогревателя; 17 - крышка электроотсека; 18 - крышка корпуса подогревателя; 19 - трубчатый электронагреватель.
Электрический подогреватель состоит из литого алюминиевого корпуса 7. Корпус 7 закрыт снизу крышкой 18 также из алюминиевого сплава. Корпус 7 выполнен с входным 3 и выходным 4 штуцерами для охлаждающей жидкости, соединенными соответственно с подводящим и отводящим каналами корпуса 7.
Внутри корпуса 7 расположен трубчатый электронагреватель (ТЭН) 19, имеющий форму цилиндрической спирали. ТЭН опрессован с помощью стальных втулок в алюминиевой крышке корпуса подогревателя. Соединение корпуса 7 с крышкой 18 подогревателя уплотнено резиновым кольцом 16 круглого сечения, расположенным в прямоугольной кольцевой канавке корпуса 7. В центре крышки 18 подогревателя в расточке установлен пластмассовый стакан 9 с крышкой стакана 10, уплотненный по крышке 18 подогревателя резиновым кольцом 14 круглого сечения. Внутри пластмассового стакана 9 размещен ротор 2 электродвигателя, представляющий собой постоянный магнит. Стакан 9 зафиксирован на крышке 18 прижимной пластиной 15 с двумя винтами.
Центробежный насос образован кожухом 8 в виде фасонной трубки и крыльчаткой 11, закрепленной на валу ротора 2. Фасонная трубка вставлена в гнездо корпуса 7 подогревателя в зоне впускного канала и упирается в крышку 18 корпуса 7, при этом фасонная трубка образована из двух соединенных между собой частей разного диаметра - части с меньшим диаметром, расположенной от подводящего канала и проходящей в зоне расположения спирали трубчатого электронагревателя 19, и части большего диаметра, расположенной в зоне крыльчатки 11. В части кожуха большего диаметра выполнены проемы, обеспечивающие при работе крыльчатки 11 поступление жидкости из полости кожуха 8 в полость корпуса 7.
С наружной стороны крышки 18 корпуса подогревателя располагается статор 12 электродвигателя с двумя катушками 13 и терморегулятор 6, фиксирующиеся выступами в пластмассовой крышке 17 электроотсека, которой закрыт электроотсек. Корпус 7, крышка корпуса 18 и крышка электроотсека 17 стянуты четырьмя болтами с гайками.
Питание подогревателя осуществляется через шнур 1 с приформованной вилкой с заземляющим контактом и амортизатором со стороны крышки 17 электроотсека, исключающим излом шнура в месте выхода из крышки.
Работа подогревателя охлаждающей жидкости автомобильного двигателя внутреннего сгорания со встроенным электронасосом осуществляется следующим образом.
Подогреватель, установленный в моторном отсеке автомобиля, посредством шнура 1 с вилкой соединяют с электрической сетью. При этом включается двигатель, к валу ротора 2 которого присоединена крыльчатка 11, а также ТЭН 19.
Охлаждающая жидкость (антифриз) прокачивается крыльчаткой 11 центробежного насоса от входного штуцера 3 по подводящему каналу корпуса 7, через полость трубчатого кожуха 8 к проемам в кожухе 8, расположенным вблизи крышки 18 корпуса 7, и выходит из проемов. По мере прохождения жидкости по кожуху 8 она нагревается окружающей кожух жидкостью, уже нагретой ТЭНом 19. Поэтому из проемов кожуха жидкость выходит уже предварительно подогретая.
Далее нагретая непосредственно ТЭНом 19 жидкость выходит через отводящий канал корпуса и выходной штуцер 4 в систему охлаждения двигателя.