УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к устройствам для облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания при отрицательных температурах окружающего воздуха. Устройство осуществляет предпусковой подогрев охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя.
Известны различные конструкции устройств аналогичного назначения, которые делятся на две группы: с циркуляцией охлаждающей жидкости по принципу термосифонного эффекта и с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости за счет встроенного насоса. Для заявляемой полезной модели выбран метод циркуляции охлаждающей жидкости по принципу термосифонного эффекта.
Известно устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ на полезную модель №57838, F02N 17/06, опубликован 27.10.2006). Устройство содержит корпус, жидкостная полость внутри которого через подводящий с обратным клапаном и отводящий каналы подключена к системе охлаждения двигателя, и электронагревательный элемент, установленный в этой полости. Электронагревательный элемент выполнен в виде овальной спирали, расположенной горизонтально, при этом средний виток выступает по отношению к крайним виткам и прикреплен к фланцу, а в цилиндрическом канале обратного клапана с шариком внутри имеются проходы и ограничитель хода. Ограничитель хода выполнен в виде винта. Корпус устройства может иметь дополнительный отводящий канал.
Недостатками данного устройства являются отсутствие аварийного термовыключателя, что снижает надежность устройства, а также использование винта, вкручивающегося снаружи корпуса, в качестве ограничителя хода шарика обратного клапана, что снижает герметичность устройства. Кроме того, вследствие выполнения электронагревательного элемента в виде овальной спирали, расположенной горизонтально, снижается его жесткость и надежность его крепления к фланцу. Увеличивается вероятность повреждения электронагревательного элемента или нарушения герметичности устройства в месте присоединения электронагревательного элемента к фланцу при воздействии вибрационных нагрузок во время работы двигателя.
Известно устройство для облегчения запуска автомобильных двигателей внутреннего сгорания (Патент РФ на полезную модель №76685, F02N 17/08, опубликовано 27.09.2008.), которое содержит корпус с подводящим и отводящим каналами для жидкости, соединенный с фланцем, на котором закреплены электронагревательный элемент, терморегулятор и аварийный термовыключатель. Терморегулятор и аварийный термовыключатель закреплены на фланце с помощью прижимной планки. В подводящем канале корпуса установлен шариковый обратный клапан с ограничителем хода. Ограничитель хода шарикового обратного клапана выполнен в виде стержня, запрессованного в гнезда стенок подводящего канала корпуса.
Недостатком указанного устройства является его низкая надежность. Отводящий патрубок устройства расположен на боковой стенке корпуса, что затрудняет термосифонную циркуляцию охлаждающей жидкости и значительно повышает вероятность образования воздушных пробок в зоне выше отводящего патрубка. Это отрицательно влияет на долговечность электронагревательного элемента и повышает вероятность локального перегрева охлаждающей жидкости. Подводящий патрубок устройства направлен вниз, что приведет к перегибу присоединяемого рукава и также затруднит термосифонную циркуляцию охлаждающей жидкости. Кроме того, контроль аварийным термовыключателем температуры электронагревательного элемента недостаточно эффективен, так как в данном устройстве отсутствует непосредственный контакт электронагревательного элемента и фланца в зоне установки аварийного термовыключателя. В случае отсутствия такого контакта и при отсутствии в полости корпуса устройства жидкости, интервал времени между недопустимым разогревом электронагревательного элемента и срабатыванием аварийного термовыключателя значительно увеличивается, что может привести к повреждению устройства. Помимо этого, выполнение ограничителя хода шарикового обратного клапана в виде стержня, запрессованного в гнезда стенок подводящего канала корпуса, является недостаточно надежным в эксплуатации решением, так как, вследствие малой площади контактирующих поверхностей соединяемых деталей, полученное прессовое соединение будет недостаточно надежным в условиях эксплуатационных нагрузок.
Наиболее близким к заявляемому решению, выбранным в качестве прототипа, является устройство для облегчения запуска автомобильных двигателей внутреннего сгорания (Патент РФ на полезную модель №102064, F02N 19/10, опубликовано 10.02.2010). Устройство содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками, закрепленные на фланце корпуса электронагревательный элемент, терморегулятор и аварийный термовыключатель. В подводящем патрубке установлен обратный клапан с ограничителем хода в виде шайбы с отверстием. Терморегулятор и аварийный термовыключатель расположены с обратной стороны фланца, причем терморегулятор расположен в зоне поступления жидкости из подводящего патрубка, а аварийный выключатель расположен в зоне контакта выступа фланца и электронагревательного элемента.
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность. Горизонтальное расположение электронагревательного элемента, имеющего форму овальной спирали, снижает жесткость и надежность его крепления в устройстве. Обратный клапан имеет недостаточно высокую надежность срабатывания, потому что возможна остановка запирающего элемента до седла клапана и, соответственно, неполное закрытие клапана Задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является повышение надежности и эффективности работы устройства.
Поставленная задача решается тем, что устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками, присоединенный к площадке корпуса фланец с выступом и закрепленными на нем электронагревательным элементом, терморегулятором и аварийным термовыключателем, причем электронагревательный элемент контактирует с выступом фланца, а терморегулятор и аварийный термовыключатель расположены с обратной стороны фланца. В канале подводящего патрубка установлен обратный клапан. Электронагревательный элемент расположен вертикально, в канале подводящего патрубка расположен дополнительный проход для охлаждающей жидкости, а ограничитель хода запирающего элемента обратного клапана выполнен в виде сферической заглушки, закрепленной в канале подводящего патрубка.
Канал, в котором перемещается запирающий элемент обратного клапана, имеет наклон в сторону седла клапана.
Запирающий элемент обратного клапана имеет сферическую форму и выполнен из полимерного или эластомерного материала.
Запирающий элемент обратного клапана имеет сферическую форму и выполнен из комбинации металла и полимерного материала или комбинации металла и эластомерного материала.
Технический результат - повышение надежности и эффективности работы устройства для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания.
Конфигурация корпуса устройства и расположение подводящего и отводящего патрубков оптимальны для циркуляции охлаждающей жидкости по принципу термосифонного эффекта, исключает возможность образования воздушных пробок в верхней части жидкостной полости корпуса при возможном наклоне устройства. Электронагревательный элемент имеет форму спирали, преимущественно с круглыми витками. Электронагревательный элемент расположен вертикально, что увеличивает его жесткость и надежность крепления к фланцу.
Полезная модель представлена чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 - разрез Α-A, на фиг.3 - вид справа, на фиг.4 - вид слева.
Устройство для облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания (фиг.1) содержит корпус 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками, которые выполнены за одно целое с корпусом 1. Корпус 1 имеет присоединительную площадку 4 с резьбовыми крепежными отверстиями 5, на которой закреплен фланец 6 с размещенными на нем электронагревательным элементом 7, терморегулятором 8 и аварийным термовыключателем 9 (фиг.2). Фланец 6 закреплен на присоединительной площадке 4 корпуса 1 с помощью винтов 10 через корпусной фланец 11. Герметичность соединения обеспечивается применением уплотнительных прокладок 12. Фланец 6 имеет выступ 13, а электронагревательный элемент 7 закреплен на фланце 6 таким образом, чтобы обеспечить его контакт с выступом 13. Терморегулятор 8 и аварийный термовыключатель 9 расположены с обратной стороны фланца 6, причем аварийный термовыключатель 9 установлен в зоне контакта выступа 13 фланца 6 и электронагревательного элемента 7, а терморегулятор 8 установлен в зоне поступления жидкости из подводящего патрубка 2 устройства. Терморегулятор 8 и аварийный термовыключатель 9 установлены на фланце 6 с применением теплопроводящей пасты, что обеспечивает их стабильный тепловой контакт с фланцем 6. Терморегулятор 8 и аварийный термовыключатель 9 закреплены на фланце 6 с помощью прижимной пластины 14. На торце корпусного фланца 11 с помощью винтов 15 (фиг.3) закреплена крышка 16, которая защищает выводы электронагревательного элемента 7, терморегулятор 8 и аварийный термовыключатель 9 от воздействия факторов внешней среды. В отверстии, образованном выемками корпусного фланца 11 и крышки 16, установлен шнур электропитания 17 с маслобензостойкой изоляцией. В канале подводящего патрубка 2 устройства установлен обратный клапан 18 с запирающим элементом 19 и ограничителем хода 20 запирающего элемента. Ограничитель хода 20 выполнен в виде сферической заглушки, закрепленной в канале подводящего патрубка 2 устройства. Для увеличения пропускной способности обратного клапана 18, в канале подводящего патрубка 2 устройства выполнен дополнительный проход 21 для охлаждающей жидкости. На наружной поверхности корпуса 1 (фиг.4) имеются приливы 22, в которых выполнены резьбовые отверстия 23 для крепления устройства для облегчения запуска на двигателе. В нижней точке корпуса 1 (фиг.1) имеется сливное отверстие 24, закрытое пробкой 25.
Устройство для облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. Устройство устанавливается в моторном отсеке автомобиля как можно ниже по отношению к двигателю и как можно ближе к нему. Устройство соединяется с системой охлаждения двигателя при помощи рукавов (на чертеже не показаны). Подводящий патрубок 2 устройства соединяется с низшей точкой системы охлаждения, а отводящий патрубок 3 соединяется с высшей точкой системы охлаждения. Для начала предпускового подогрева двигателя устройство подключается к источнику питания с помощью шнура электропитания 17. Электронагревательный элемент 7 начинает разогревать жидкость в полости корпуса 1. Плотность жидкости при нагреве уменьшается, и ее разогретые слои по отводящему патрубку 3 и соединительному рукаву будут подниматься в верхнюю часть системы охлаждения двигателя. Холодная жидкость из нижней части системы охлаждения двигателя, имеющая большую плотность, через соединительный рукав и подводящий патрубок 2 будет поступать в полость корпуса 1 устройства. Таким образом, установится термосифонная циркуляция жидкости через устройство и систему охлаждения двигателя, обеспечивая прогрев двигателя. Разогрев жидкости будет продолжаться до тех пор, пока температура жидкости на входе в устройство облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания, не достигнет верхней границы интервала настройки терморегулятора 8. Терморегулятор 8 отключит электронагревательный элемент 7 от источника питания. После охлаждения жидкости до температуры, определяемой нижней границей интервала настройки терморегулятора 8, произойдет подключение электронагревательного элемента 7 к источнику питания и повторный разогрев жидкости. То есть, устройство будет поддерживать температуру жидкости в системе в пределах температурного интервала, задаваемого настройкой терморегулятора 8. В случае отсутствия жидкости в полости корпуса 1, например, из-за наличия утечек жидкости в системе охлаждения автомобиля, электронагревательный элемент 7 разогреет область фланца 6 в зоне установки аварийного термовыключателя 9 до температуры, определяемой настройкой аварийного термовыключателя. После этого аварийный термовыключатель 9 отключит электронагревательный элемент 7 от источника питания. Возврат устройства в рабочее состояние выполняется после устранения неисправности нажатием встроенной кнопки на аварийном термовыключателе 9.
Компактная конструкция устройства обеспечивает его удобное размещение в моторном отсеке транспортного средства и надежное крепление на двигателе. Требуемое для установки количество крепежных изделий минимально.
Электронагревательный элемент 7 имеет форму спирали, расположенной вертикально. Значительно увеличена площадь поверхности электронагревательного элемента 7 по сравнению с прототипом, что повышает скорость и равномерность прогрева охлаждающей жидкости в полости корпуса 1 устройства. Аварийный термовыключатель расположен в зоне контакта выступа 13 фланца 6 и электронагревательного элемента 7, то есть, в зоне локального нагрева, а терморегулятор 8 максимально удален от зоны локального нагрева, Такое расположение терморегулятора 8 и аварийного термовыключателя 9 обеспечивает максимально точную и надежную работу этих узлов.
Обратный клапан 18 обеспечивает направленность и стабильность термосифонной циркуляции жидкости в системе охлаждения двигателя. Разница давлений в подводящем и отводящем патрубках образуется только за счет разницы температур охлаждающей жидкости. Поэтому запирающий элемент обратного клапана должен иметь небольшую массу в сочетании с большой площадью уплотнительной поверхности. Применение запирающего элемента обратного клапана сферической формы из полимерного или эластомерного материала или комбинации металла и полимерного или эластомерного материала позволяет увеличить проходное сечение клапана и, как следствие, уменьшить его гидравлическое сопротивление. Канал, в котором перемещается запирающий элемент 19 обратного клапана 18, имеет наклон относительно горизонтали в сторону седла клапана, что повышает надежность срабатывания обратного клапана 18. Кроме того, для повышения пропускной способности обратного клапана 18, в канале подводящего патрубка 2 выполнен дополнительный проход 21 для охлаждающей жидкости. Это важно, так как термосифонная циркуляция осуществляется за счет гравитационного напора, возникающего вследствие разной плотности холодной и горячей жидкости. Получаемый напор относительно мал, поэтому обеспечение минимально возможного гидравлического сопротивления всех коммуникаций между устройством и двигателем внутреннего сгорания повышает надежность и эффективность работы устройства.
Рабочие чертежи предложенной полезной модели разработаны в НПООО «Фенокс». Опытный образец изготовлен и прошел проверку в производственных условиях.