Устройство предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно, к системам, предназначенным для создания и поддержания температурных условий двигателей внутреннего сгорания транспортных средств при эксплуатации в холодный период времени, а также в условиях крайне низких температур.
Известна система предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащая подогреватель с впускным и выпускным трубопроводами, снабженными водяными насосами, к которым параллельно подсоединены головка блока с рубашкой блока цилиндров, радиатор с термостатом и змеевик маслобака, система снабжена дополнительным трубопроводом, который с одной стороны подсоединен к головке блока, а с другой стороны - к выпускному коллектору через трехходовой клапан (патент Su №956833, МПК F02N 17/02, опубл. 7.09.1982).
Так же известна система предпусковой подготовки двигателя, содержащая топливный бак, выполненный независимым от топливной системы двигателя, предпусковой подогреватель, в состав которого входит котел подогревателя, насосный агрегат, включающий нагнетатель, жидкостный и топливный насосы, предназначенные для обеспечения циркуляции теплоносителя между предпусковым подогревателем и двигателем по системе трубопроводов, и для подачи топлива от топливного бака к предпусковому подогревателю по топливопроводу, а также трубопровод отвода продуктов сгорания от предпускового подогревателя к фальшподдону двигателя, дополнительно содержит устройство обогрева аккумуляторных батарей, выполненное в виде трубки одним концом связанной с трубопроводом подачи теплоносителя в двигатель, а другим концом - с трубопроводом отвода охлажденного теплоносителя от двигателя в предпусковой подогреватель (патент Ru №183420, МПК F02N 19/02, опубл. 27.03.2018).
Наиболее близким устройством такого же назначения к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков и взятым за прототип является система предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащая предпусковой подогреватель, соединенный с теплообменником, посредством патрубка, кожух масляного картера, нагнетатель воздуха, связанные между собой трубопроводами, образующими контур циркуляции охлаждающей жидкости и контур циркуляции воздуха, кроме того дополнительно содержит теплообменник, нагнетатель воздуха и распределительную трубу, установленную в корпусе масляного картера, предпусковой подогреватель осуществляет подогрев контура циркуляции охлаждающей жидкости и контура циркуляции воздуха картерной полости, который выполнен замкнутым (патент Ru №193278, МПК F02N 19/04, опубл. 22.10.2019).
Известные технические решения в большинстве случаев осуществляют подогрев и подготовку к пуску двигателя разогревом блока цилиндров и моторного масла двигателя за счет предварительного подогрева и циркуляции охлаждающей жидкости, а также обдувом теплым воздухом картера двигателя и деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
Известно, что температура воздушно-топливной смеси оказывает значительное влияние на качество запуска холодного двигателя, то есть подогрев поступающего в цилиндры двигателя воздуха и (или) топлива, в дополнение к вышеуказанным действиям, может способствовать гарантированному запуску двигателя в условиях крайне низких температур, что в настоящее время не обеспечивается существующими вышеописанными конструкциями.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение и поддержание температурного режима двигателя в условиях низких температур с обеспечением гарантированного запуска двигателя, за счет подогрева охлаждающей жидкости двигателя, масла двигателя в картере, деталей КШМ двигателя, топлива и воздуха подаваемых в цилиндры двигателя в момент запуска двигателя.
Поставленная задача решается тем, что устройство предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержит предпусковой подогреватель с контуром подогрева охлаждающей жидкости, соединенный последовательно посредством патрубков с теплообменником воздушного контура, теплообменником контура подогрева топлива и теплообменником масляного картера, масляный картер, нагнетатель воздуха, трубопроводы, воздуховод подачи воздуха в цилиндры двигателя, распределительную трубу с направляющими соплами, установленную в корпусе масляного картера, топливный насос, воздушную и топливные заслонки, датчики температуры топлива, масла в картере и охлаждающей жидкости, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, блок управления, сигнальная лампа. Предпусковой подогреватель осуществляет подогрев охлаждающей жидкости в контуре циркуляции охлаждающей жидкости, воздуха в воздушном контуре и топлива в контуре подогрева топлива, а также масла в картере двигателя.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что устройство предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства дополнительно содержит теплообменник масляного картера, включающий пучок витых трубок, теплообменник контура подогрева топлива включающий пучок витых трубок, теплообменник воздушного контура включающий пучок витых трубок, топливный насос управляемый блоком управления, воздуховод подачи воздуха в цилиндры двигателя, воздушную и топливные заслонки управляемые блоком управления, датчики температуры топлива на выходе из теплообменника контура подогрева топлива, температуры масла в картере, температуры охлаждающей жидкости, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, подающие сигналы на блок управления, блок управления, сигнальная лампа.
Предпусковой подогреватель осуществляет подогрев охлаждающей жидкости в контуре циркуляции охлаждающей жидкости, воздуха в воздушном контуре, что позволяет снизить вязкость моторного масла в сопряжениях КШМ двигателя, повысить частоту вращения коленчатого вала, подать теплый воздух в цилиндры двигателя при его пуске, тем самым облегчить пуск двигателя, топлива в контуре подогрева топлива, что позволяет подать теплое топливо в цилиндры двигателя облегчив тем самым более качественное смесеобразование воздушно-топливной смеси и ее последующее гарантированное воспламенение в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, масла в картере двигателя для снижения его вязкости при запуске двигателя.
Заявляемая полезная модель поясняется схематичным изображением, на котором изображено устройство предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства (фиг. 1).
Устройство предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства содержит (фиг. 1) предпусковой подогреватель 1, теплообменник 2 воздушного контура, включающий пучок трубок 13, теплообменник 3 подогрева топлива, включающий пучок трубок 14, теплообменник 4 включающий пучок трубок 15, масляный картер 5, нагнетатель воздуха 6, распределительную трубу 7 с направляющими соплами 18, воздуховод 8 подачи воздуха в цилиндры двигателя, датчик 20 температуры топлива, датчик 21 температуры масла и датчик 27 температуры охлаждающей жидкости, блок 26 управления, трубопровода 9, 10, 12, 16, 25, труба 11, цилиндры 17 двигателя, сигнальная лампа 28, датчик 29 частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, топливный насос 19, воздушную заслонку 22, топливные заслонки 23, 24.
Пучки трубок 13, 14 и 15 установлены в теплообменник 2 воздушного контура, теплообменник 3 подогрева топлива и теплообменник 4 масляного картера 5 соответственно, позволяют существенно увеличить площадь контакта поверхности нагретых трубок, внутри которых проходят отработавшие газы предпускового подогревателя 1, с воздухом циркулирующим в воздушном контуре, топливом циркулирующим в контуре подогрева топлива и маслом в масляном картере 5 двигателя внутреннего сгорания. При этом пучки трубок 13, 14 и 15 выполнены в виде витых трубок теплообмена, что увеличивает турбулентность взаимодействующих потоков жидкостей и газов.
Предпусковой подогреватель 1 и система охлаждения двигателя внутреннего сгорания связаны между собой трубопроводами 9, образующими замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости.
Теплообменник 2 воздушного контура, нагнетатель воздуха 6, распределительная труба 7 с направляющими соплами 18, связанные между собой трубопроводами 10 образуют воздушный контур.
Топливный насос 19, теплообменник 3 подогрева топлива, топливные заслонки 23, 24 и трубопровода 25 образуют контур подогрева топлива.
В качестве теплового источника для разогрева охлаждающей жидкости в контуре циркуляции охлаждающей жидкости, подогрева воздуха в воздушном контуре, подогрева топлива в контуре подогрева топлива, подогрева масла в масляном картера двигателя внутреннего сгорания используют отработавшие газы предпускового подогревателя 1. При этом, предпусковой подогреватель 1, теплообменник 2 воздушного контура, включающий пучок трубок 13, теплообменник 3 подогрева топлива, включающий пучок трубок 14, теплообменник 4 масляного картера 5, включающий пучок трубок 15 и труба 11 связаны между собой трубопроводами 12, образуют линию выпуска отработавших газов предпускового подогревателя 1.
Распределительная труба 7 с направляющими соплами 18 установлена в корпусе масляного картера 5. Нагнетатель воздуха 6 выполнен в виде электрического вентилятора управление, которым осуществляется подачей сигнала с блока 26 управления.
Устройство предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства работает следующим образом.
При включении устройства предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, управляющие сигналы с блока 26 управления подаются на включение нагнетателя воздуха 6, топливного насоса 19, при этом воздушная заслонка 22 находится в положении I, топливная заслонка 23 в положении I, топливная заслона 24 в положении I. Датчики 20 температуры топлива, 21 температуры масла и 27 температуры охлаждающей жидкости подают сигнал на блок 26 управления с информацией о текущей температуре топлива, масла и охлаждающей жидкости.
Предпусковой подогреватель 1 осуществляет разогрев охлаждающей жидкости в контуре подогрева охлаждающей жидкости, которая циркулирует в системе охлаждения двигателя и обеспечивает нагрев блока, гильз и головки цилиндров. Нагнетатель воздуха 6 осуществляет циркуляцию воздуха в воздушном контуре через теплообменник 2. В нем воздух нагревается от горячих отработавших газов предпускового подогревателя, проходящих внутри трубок пучка трубок 13 и поступает в распределительную трубу 7, которая имеет направляющие сопла 18 для направленного обдува шатунов и коренных опор коленчатого вала. При этом закрытая воздушная заслонка 22 (в положении I) не позволяет поступать нагретому воздуху в трубопровод 16 и далее в воздуховод 8 подачи воздуха в цилиндры двигателя и далее в цилиндры двигателя 17. Обеспечивается подогрев циркулирующего в воздушном контуре воздуха.
Отработавшие газы предпускового подогревателя 1 после теплообменника 2 воздушного контура поступают в пучок трубок 14 теплообменника 3 контура подогрева топлива в котором топливо нагревается от горячих отработавших газов подогревателя, проходящих внутри трубок пучка трубок 14. Топливный насос 19 подает топливо из топливного бака через топливную заслонку 23 (в положении I), которая не допускает попадания топлива к топливному насосу высокого давления (ТНВД) и далее к форсункам, поступает в теплообменник 3 контура подогрева топлива и далее по трубопроводу 25 через топливную заслонку 24 (в положении I) подогретое топливо сливается в топливный бак. Обеспечивается подогрев топлива циркулирующего по контуру подогрева топлива.
Далее после теплообменника 3 контура подогрева топлива по трубопроводу 12 отработавшие газы поступают в пучок трубок 15 теплообменника 4 масляного картера 5. Разогретый пучок трубок 15 теплообменника 4 способствует нагреванию масла в картере двигателя 5.
В последующем по трубопроводу 12 отработавшие газы поступают в трубу 11 и далее в атмосферу.
По достижении требуемого значения температуры охлаждающей жидкости подогреваемой предпусковым подогревателем 1, температуры масла в масляном картере 5 двигателя, температуры топлива в контуре подогрева топлива, сигналы о значении температуры охлаждающей жидкости с датчика 27 температуры охлаждающей жидкости, о значении температуры масла с датчика 21 температуры масла в картере двигателя 5, о значении температуры топлива с датчика 20 температуры топлива поступают в блок 26 управления, который подает сигнал водителю транспортного средства о готовности к запуску двигателя - включает сигнальную лампу 28, подает сигнал на открытие воздушной заслонки 22 (в положение II), открывает доступ теплого воздуха прогретого в воздушном контуре в воздуховод 8 подачи воздуха в цилиндры двигателя и далее в цилиндры 17 двигателя, подает сигнал на открытие топливной заслонки 24 (в положение II), закрывает трубопровод слива топлива в топливный бак и открывает доступ теплого топлива по трубопроводу 25 к ТНВД и далее к форсункам.
По сигналу сигнальной лампы 28 водитель транспортного средства осуществляет гарантированный запуск двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. После успешного запуска двигателя с датчика 29 частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на блок 26 управления подается сигнал, после чего блок управления подает сигнал на отключение предпускового подогревателя 1, выключение сигнальной лампы 28, закрытие воздушной заслонки 22 (в положение I), отключение нагнетателя воздуха 6, закрытие топливной заслонки 23 (в положение II), переводит топливную заслонку 24 в положение I, после этого двигатель внутреннего сгорания продолжает работать в обычном режиме.
В процессе подогрева двигателя внутреннего сгорания в случае перегрева топлива сверх установленного значения, при поступлении сигнала с датчика 20 температуры топлива на блок 26 управления, блок 26 управления подает сигнал на топливную заслонку 23 (переводит ее в положение II), тем самым не допуская поступления топлива в теплообменник 3, а переведенная по сигналу с блока 26 управления топливная заслонка 24 в положение I, позволяет слить остатки топлива из контура подогрева топлива в топливный бак.
Заявляемое техническое решение позволяет сократить время тепловой подготовки и осуществить гарантированный пуск двигателя внутреннего сгорания транспортного средства при отрицательных температурах, применять в зимний период более вязкие сорта моторных масел, а также может использоваться в составе существующих систем обеспечения пуска двигателя.