ПРЕДПУСКОВОЙ ЖИДКОСТНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ДВС

Техническое решение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для подогрева двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением при подготовке к работе в условиях низких температур, а также для обогрева салонов транспортных средств.
Известна конструкция предпускового подогревателя ПЖД-30 автомобилей семейства КамА3-4310, содержащая котел с горелкой, электронагреватель топлива с форсункой, насосный электроагрегат, жидкостный и топливный насосы, систему электророзжига, вентилятор и систему дистанционного управления (см. Осько В.В. и др. ″Устройство и эксплуатация автомобиля КамА3-4310″. - М, Патриот, 1991, с. 114-124, рис. 58). Такое решение функционально (позволяет разогревать масляную систему ДВС), однако отличается сложностью и значительными габаритами.
Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент №35554, МПК F02N 17/06, F01M 5/02, опубл. 20.01.2004), содержащий котел с подключенной к нему горелкой и внутренней емкостью для нагрева охлаждающей жидкости, входную и выходную трубы, соединяющие емкость для нагрева охлаждающей жидкости с системой охлаждающей жидкости двигателя, причем емкость для нагрева охлаждающей жидкости выполнена в виде змеевика из труб, поперечно пересекающих котел и проходящих по всей его длине, при этом отверстие для подключения горелки выполнено в торцевой передней части котла, а продукты сгорания выходят из его торцевой задней части.
Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент №99074, МПК F02N 19/02, опубл. 10.11.2010), содержащий камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени, при этом корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а теплообменный аппарат выполнен в виде системы труб, поперечно пересекающих котел, имеющих наружное оребрение, обеспечивающее дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания
Известен жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания (а.с. SU №1539373, МПК F02N 17/04, F02B 43/08), опубл. 30.01.1990), в котором из блока управления подается сигнал на включение электродвигателя, который приводит в работу топливный насос, нагнетатель воздуха и насос прокачки охлаждающей жидкости. Топливо подается в камеру сгорания жидкостного подогревателя, где смешивается в стехиометрическом соотношении с воздухом, подаваемым в камеру сгорания нагнетателем воздуха. Поджиг горючей смеси происходит от свечи зажигания, что контролируется датчиком температуры. Отходящие газы омывают котел, нагревая в нем охлаждающую жидкость, затем по магистрали при открытой заслонке поступают в теплообменник в поддоне двигателя для нагрева масла, после чего сбрасываются в атмосферу. Нагретая охлаждающая жидкость в котле подводится в рубашку двигателя и при помощи насоса возвращается в котел. При достижении достаточных для запуска двигателя температур охлаждающей жидкости и масла блок управления дает команду форсунке на подачу топлива от насоса в реакционную трубу, заслонкам на открытие прохода газа в смеситель и на открытие трубопровода сброса продуктов сгорания в атмосферу.
Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент №94638, МПК F02N 19/10, опубл. 27.05.2010), принятый за прототип, содержащий горелочное устройство, включающее камеру сгорания с запальником, нагревательный котел, теплообменник с кольцевым газовым каналом продуктов сгорания и жидкостной рубашкой, блок нагнетания воздуха, циркуляционный и топливный насосы, электронный блок управления и кронштейны крепления к месту установки. Патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени. Корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а теплообменный аппарат выполнен в виде системы соединенных друг с другом параллельно расположенных пластин, поперечно пересекающих котел, в нижних пластинах выполнены цилиндрические углубления, обеспечивающие дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания.
Однако приведенные подогреватели имеют недостаточно рациональную компоновку, из-за того, что агрегаты подогревателя расположены на удалении друг от друга, а также малый КПД, из-за недостаточно эффективной теплопередачи.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание эффективного предпускового жидкостного подогревателя для подготовки к запуску двигателя внутреннего сгорания в зимнее время, особенно в северных регионах.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, является снижение тепловых потерь при сокращении габаритов конструкции, увеличение производительности и эффективности, за счет повышения интенсивности теплопередачи.
Технический результат достигается тем, что в предпусковом жидкостном подогревателе ДВС, содержащем горелочное устройство с запальником, теплообменник, нагревательный котел, блок нагнетания воздуха, циркуляционный и топливный насосы, электронный блок управления и кронштейны крепления к месту установки, новым является то, что, кронштейны крепления циркуляционного насоса интегрированы в корпус котла.
Теплообменник имеет спираль для направления потока жидкости.
Теплообменник выполнен с коэффициентом соотношения площади его внутренней поверхности к внешней поверхности не менее 2,7.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется фигурой, на которой показан общий вид подогревателя.
Здесь: 1 - запальник; 2 - электронный блок управления; 3 - нагревательный котел; 4 - блок вентиляции; 5 - циркуляционный насос; 6 - топливный насос; 7 - кронштейн крепления подогревателя; 8 - горелочное устройство; 9 - теплообменник; 10 - корпус нагревательного котла; 11 - блок нагнетания воздуха; 12 - жгут питания и управления; 13 - провода питания циркуляционного насоса; 14 - патрубок ввода в жидкостную рубашку; 15 - патрубок вывода из жидкостной рубашки; 16 - кольцевой газовый канал; 17 - жидкостная рубашка; 18 - спираль теплообменника; 19 - кронштейн крепления жидкостного насоса.
Предпусковой жидкостный подогреватель ДВС содержит последовательно установленные блок нагнетания воздуха 11 в сборе, блок вентиляции 4 в сборе, горелочное устройство 8 с запальником 1, нагревательный котел 3, теплообменник 9 с кольцевым газовым каналом продуктов сгорания 16 и жидкостной рубашкой 17. Теплообменник имеет спираль 18 для направления потока жидкости. Кроме того, подогреватель имеет электронный блок управления 2, снабженный жгутом питания и управления 12, циркуляционный насос 5 с проводами питания 13, топливный насос 6, кронштейны крепления 7 к месту установки подогревателя. Кронштейны 19 крепления циркуляционного насоса интегрированы в корпус 10 нагревательного котла 3, что обеспечивает размещение циркуляционного насоса 5 в непосредственной близости к корпусу 10 нагревательного котла 3.
Кронштейны 19 (интегрированные в корпус 10 нагревательного котла) представляют собой бобышки в корпусе 10, к которым при помощи винтов крепится циркуляционный насос.
Теплообменник 9 выполнен с коэффициентом соотношения площади его внутренней поверхности к внешней поверхности не менее 2,7.
При изготовлении теплообменника путем литья, получаемые ребра на внутреннем диаметре ограничены уклонами формовочных моделей, которые составляют минимум 2.3 градуса, регламентируются по ГОСТ 3212-92, что приводит к увеличению толщин ребер по мере приближения к глухой части теплообменника. При изготовлении теплообменника методом экструзии, вышеуказанных уклонов нет, что позволяет увеличить количество ребер, тем самым увеличив активную площадь теплообмена.
Пример:
Теплообменник ПЖД 14ТС-10, производства ООО ″Адверс″, имеет те же габаритные размеры, получен методом литья, имеет 18 ребер по внутреннему диаметру, при этом соотношение площади его внутренней поверхности к внешней поверхности менее 2,7. Предлагаемый теплообменник при тех же габаритах имеет на внутреннем диаметре 26 ребер, при этом соотношение площади его внутренней поверхности к внешней поверхности составляет не менее 2,7.
Работает предпусковой подогреватель следующим образом.
При включении подогревателя электронный блок управления 2 осуществляет тестирование и контроль работоспособности элементов подогревателя. При исправном состоянии начинается процесс розжига: включается топливный насос 6, по заданной программе происходит предварительная продувка камеры сгорания и разогрев до необходимой температуры свечи накаливания (запальника 1). В качестве источника тепла используются газы от сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания нагревательного котла 3. Через стенки теплообменника 9 тепло передается охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя автомобиля.
Включается циркуляционный насос 5 для прокачки жидкости-теплоносителя. Топливо от топливного насоса 6 подается в испаренном виде в камеру сгорания нагревательного котла 3, куда подается и воздух. От запальника 1 топливовоздушная смесь воспламеняется и после установившегося режима запальник 1 отключается.
Нагреваемая жидкость подводится в жидкостную рубашку 17, задаваемую спиралью 18, через патрубок 14, расположенный в днище корпуса 10 нагревательного котла 3. Вывод нагретой жидкости из подогревателя из жидкостной рубашки 17, осуществляется через патрубок 15. Таким образом, направление течения жидкости противоположно направлению движения потока горения газов в кольцевом газовом канале 16.
Нагретая охлаждающая жидкость поступает в блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
После образования стабильного горения происходит отключение свечи накаливания (запальника 1). Блок управления 2 осуществляет контроль температуры охлаждающей жидкости и, в зависимости от величины температуры охлаждающей жидкости, устанавливает режимы работы подогревателя: ″полный″, ″средний″, ″малый″, ″остывание″. При охлаждении жидкости ниже 55°C подогреватель автоматически включается вновь на режим ″полный″.
При подаче команды на выключение подогревателя, вручную или автоматически: - по истечению установленного времени работы подогревателя, прекращается подача топлива и производится продувка камеры сгорания воздухом.
При нагреве жидкости до заданной температуры по сигналу датчика температуры жидкости (на фигуре не показано) предпусковой подогреватель отключается автоматически, либо вручную с пульта управления подогревателем.
Выполнение кронштейнов крепления циркуляционного насоса интегрированными (встроенными) в корпус котла предполагает, что сам циркуляционный насос расположен в непосредственной близости к нагревательному котлу, что обеспечивает достижение заявленного технического результата - снижение тепловых потерь при одновременном сокращении продольных габаритов конструкции, исключая необходимость дополнительного размещения насоса на автомобиле.
Снабжение теплообменника 9 спиралью 18 для направления потока жидкости, позволяет создать турбулентное течение, тем самым повысить интенсивность теплопередачи и эффективность подогрева.
Выполнение теплообменника с коэффициентом соотношения площади внутренней поверхности к его внешней поверхности не менее 2,7 обеспечивает необходимый уровень теплопередачи от газового к жидкостному каналу в заданных габаритах.
Таким образом, заявляемая конструкция предпускового подогревателя ДВС компактна, имеет небольшие габариты, обеспечивает высокую теплоотдачу продуктов сгорания, устойчивую и экономичную работу агрегата, высокую надежность и эффективность подогрева.