АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА ДВС

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к системам впуска наддувочного воздуха и может быть применена для двигателей, работающих в области низких и высоких температур.
Известна топливная система дизельного двигателя, содержащая топливопровод с двумя байпасными линиями, в одной из которых включены обратный клапан и вставка с высоковольтными электродами, причем внутренняя геометрия вставки спрофилирована в виде параболоида вращения (RU №2239719, МПК7 F02M 55/02, F02N 17/08, опубл. 10.11.2004).
Данная топливная система предназначена для облегчения подачи загустевшего при отрицательных температурах окружающей среды дизельного топлива в форсунку при запуске двигателя.
Известна система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания с байпасным каналом наддувочного воздуха, на котором установлен перепускной клапан наддувочного воздуха, охладитель наддувочного воздуха и блок управления с подключенными к нему датчиками (RU №2472950, МПК F02B 37/16, F02B 37/18, F02B 37/22, F02D 23/00 (2006.01), опубл. 27.10.2012).
Управляющий узел в данном техническом решении не пропорционален по потокам воздуха, имеет низкую пропускную способность, ограниченные функциональные возможности.
Известна также автоматическая система регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания, содержащая установленные во впускном коллекторе между нагнетателем и цилиндрами трехходовое перепускное устройство с приводом и воздушный охладитель наддувочного воздуха и включенную в коллектор байпасную линию с помещенными в ней вторым трехходовым перепускным устройством с приводом и газовым подогревателем наддувочного воздуха, омываемым выхлопными газами, дозирование подвода которых осуществляют при помощи второго трехходового перепускного устройства, привод которого связан с датчиком температуры надувочного воздуха, установленным во впускном коллекторе между воздушным охладителем наддувочного воздуха и цилиндрами, микропроцессорный контроллер, управляющий положением трехходовых клапанов управления потоками воздуха и теплоносителя, связанный с датчиками температуры и электронным блоком управления двигателя, вентилятор (RU №2262603, МПК 7 В60K 17/28, опубл. 20.10.2005).
Данное изобретение направлено на улучшения пуска двигателя при низких температурах, но не обеспечивает высокую надежность работы при низких и высоких температурах окружающей среды.
Прототипом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является автоматическая система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС, содержащая вентилятор, установленные между нагнетателями и цилиндрами трехходовое перепускное устройство с приводом и воздушный охладитель наддувочного воздуха, байпасную линию, второе трехходовое перепускное устройство с приводом и подогреватель наддувочного воздуха, контактирующий с теплоносителем, дозирование которого осуществляется вторым трехходовым перепускным устройством, датчик температуры наддувочного воздуха, установленный на входе трехходового перепускного устройства, и датчик температуры теплоносителя, расположенный на входе в подогреватель наддувочного воздуха, микропроцессорный контроллер, управляющий положением трехходовых клапанов управления потоками воздуха и теплоносителя, связанный с датчиками температуры и электронным блоком управления двигателя, теплообменник установленный в байпасной линии, подогреватель наддувочного воздуха которой выполнен жидкостным дистанционным, а в качестве теплоносителя используют охлаждающую жидкость, а ее элементы установлены в трубопроводе наддувочного воздуха перед впускным коллектором (RU №151615, МПК F02D 23/00, F02N 19/04, опубл. 20.04.2014)
Недостатком данного изобретения является недостаточное обеспечение экологических характеристик ДВС при пуске.
Была поставлена задача за счет обеспечения минимального снижения температуры воздуха на входе в цилиндры двигателя в процессе его пуска и работы повысить экологические характеристики ДВС.
Поставленная задача решается тем, что автоматическая система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС, элементы которого установлены в трубопроводе наддувочного воздуха, содержащая вентилятор, установленные между нагнетателями и цилиндрами трехходовое перепускное устройство с приводом и воздушный охладитель наддувочного воздуха, байпасную линию, датчик температуры наддувочного воздуха, установленный на входе трехходового перепускного устройства, и датчик температуры теплоносителя, в качестве которого используют охлаждающую жидкость, расположенный на входе в подогреватель наддувочного воздуха, микропроцессорный контроллер, управляющий положением трехходовых клапанов управления потоками воздуха и теплоносителя, связанный с датчиками температуры и электронным блоком управления двигателя, установленный в байпасной линии теплообменник наддувочного воздуха, дополнительно содержит дополнительный теплообменник, циркуляцию теплоносителя через который обеспечивает циркуляционный насос, и трехходовое перепускное устройство с приводом, которое осуществляет направление теплоносителя в дополнительный теплообменник.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что автоматическая система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС содержит дополнительный теплообменник, циркуляцию теплоносителя через который обеспечивает циркуляционный насос, и трехходовое перепускное устройство с приводом, которое осуществляет направление теплоносителя в дополнительный теплообменник, обеспечивает высокие экологические характеристики ДВС как при пуске, так и при его работе в условиях низких и высоких температурах окружающего воздуха.
Заявляемое техническое решение поясняется схематичным изображением, на котором изображена схема автоматической системы регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС.
Автоматическая система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС содержит установленные в трубопроводе 1 наддувочного воздуха перед впускным коллектором 2 между нагнетателями (на схеме не показано) и цилиндрами (на схеме не показано) трехходовое перепускное устройство 3 с приводом 4 и воздушный теплообменник 5 наддувочного воздуха. В трубопровод 1 включена байпасная линия 6, связанная с системой охлаждения двигателя, состояние линии зависит от температуры циркулирующего в контурах системы теплоносителя, который через трехходовое перепускное устройство 7 с приводом 8 направляется в подогреватель 9 жидкостный дистанционный, и при необходимости, в теплообменник 10 наддувочного воздуха. Исполнение подогревателя 9 жидкостным дистанционным позволяет реализовать заложенный алгоритм воздействия на наддувочный воздух как при предпусковой подготовке, связанной с подогревом охлаждающей жидкости, так и при эксплуатации двигателя для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости через теплообменник 10, использующий ее в качестве теплоносителя.
В трубопроводе 1 между воздушным охладителем 5 наддувочного воздуха и турбокомпрессором 11 на входе трехходового перепускного устройства 3 установлен датчик 12 температуры наддувочного воздуха. На входе в подогреватель 9 жидкостный дистанционный установлен датчик 13 температуры теплоносителя. Микропроцессорный контроллер 14 управляет положением трехходовых перепускных устройств 3 и 7 управления потоками воздуха и теплоносителя, связан с датчиками температуры 12 и 13 и электронным блоком 15 управления дизельного двигателя 16, имеющим датчик 17 температуры наддувочного воздуха на впускном коллекторе 2. Движение теплоносителя через жидкостный теплообменник 10 наддувочного воздуха определяется положением трехходового перепускного устройства 18 с приводом 19, которое может направлять теплоноситель в дополнительный теплообменник 20, циркуляция теплоносителя через который обеспечивается циркуляционным насосом 21, управление им и положением трехходового перепускного устройства 18 осуществляется микропроцессорным контроллером 14.
Элементы 18-21 образуют собой независимый от системы охлаждения двигателя при определенных условиях контур циркуляции охлаждающей жидкости теплоносителя, предназначенный для охлаждения наддувочного воздуха. Трехходовое перепускное устройство 18 с его приводом 19 при пуске разобщают контур от системы охлаждения и контура системы предпусковой подготовки, позволяя циркулировать охлаждающей жидкости через теплообменник 10. При эксплуатации при высоких температурах окружающего воздуха трехходовое перепускное устройство 18 с его приводом 19 позволяют циркулировать охлаждающей жидкости при работе циркуляционного насоса 21 внутри контура между теплообменником 10 и дополнительным теплообменником 20 охлаждаемого вентилятором 22.
1
1
1
2
1
Автоматическая система подготовки воздуха дизельного двигателя обеспечивает нагрев наддувочного воздуха как при пуске двигателя при низкой температуре t так и в условиях его эксплуатации при низкой температуре t и высоких нагрузках дизельного двигателя 16, когда отсутствует необходимость использовать теплообменник 5 наддувочного воздуха с максимальной эффективностью при согласованной работе турбокомпрессора 11 и поршневой части дизельного двигателя 16. Подогреватель 9 жидкостный дистанционный при низкой температуре t в течение периода подготовки к пуску дизельного двигателя обеспечивает нагрев и циркуляцию охлаждающей жидкости через рубашку охлаждения двигателя минуя теплообменник 10 подготовки наддувочного воздуха. При температуре охлаждающей жидкости t, достигшей в процессе предпусковой подготовки двигателя значений выше 45°С, микропроцессорный контролер 14 подает управляющий сигнал на привод 8 трехходового перепускного устройства 7, направляет поток охлаждающей жидкости через теплообменник 10 подготовки воздуха при положении трехходового перепускного устройства 18 обеспечивающего движение теплоносителя в направлении подогревателя 9 жидкостного дистанционного, происходит нагрев воздуха в зоне теплообменника 10 и накопление тепла в его «теле» и близко расположенных воздухотрубопроводов. Перед пуском двигателя 16 при низкой температуре t положение трехходового перепускного устройства 3 соответствует проходу воздуха через байпасную линию 6 и теплообменник 10 подготовки наддувочного воздуха.
3
3
При пуске двигателя происходит теплообмен между теплоносителем и наддувочным воздухом. При повышении температуры t выше значений 40°С микропроцессорный контролер 14 подает управляющий сигнал на привод 4 трехходового перепускного устройства 3, направляет поток наддувочного воздуха в штатные элементы системы охлаждения наддувочного воздуха и в теплообменник 5 наддувочного воздуха. Приток внешнего воздуха для охлаждения самого теплообменника 5 наддувочного воздуха осуществляется вентилятором 22. При работе двигателя и при понижении температуры наддувочного воздуха t ниже значений 10°С микропроцессорный контролер 14 на основе данных с электронного блока 15 управления двигателем и связанного с ним датчика 17 температуры воздуха на входе в двигатель 16 подает управляющий сигнал на привод 4 трехходового перепускного устройства 3, направляет часть потока наддувочного воздуха в байпасную линию 6 для его нагрева.
1
3
3
При эксплуатации двигателя при низкой температуре t и при понижении температуры наддувочного воздуха t ниже значений 10°С, связанного с работой двигателя 16 при вращении вентилятора 22, микропроцессорный контролер 14 подает управляющий сигнал на привод 4 трехходового перепускного устройства 3, направляет часть потока наддувочного воздуха в байпасную линию 6 для нагрева воздуха. При этом имеется возможность поддержания оптимального значения температуры tнаддувочного воздуха на входе в двигатель 16 за счет пропорциональности потоков воздуха проходящих через байпасную линию 6 и теплообменник 5 наддувочного воздуха. Значение пропорциональности потоков, формируемое уровнем сигнала, подаваемого на привод 4, в свою очередь определяется показаниями от датчика 17 температуры наддувочного воздуха на входе в двигатель и от датчика 12 температуры наддувочного воздуха после компрессорной ступени турбокомпрессора 11. Нагрев наддувочного воздуха при открытой байпасной линии обеспечивается в теплообменнике 10 подготовки наддувочного воздуха, а при необходимости интенсивного нагрева наддувочного воздуха в теплообменнике обеспечивается циркуляция охлаждающей жидкости из двигателя насосом 23 подогревателя жидкостного дистанционного, управляемого своим блоком управления 24. Это позволяет наиболее эффективнее обеспечивать подогрев наддувочного воздуха за счет высокого аккумулирования (накопления) охлаждающей жидкостью тепловой энергии и последующей передачей ее непосредственно в теплообменнике 10 наддувочному воздуху.
1
3
При эксплуатации двигателя в условиях жаркого климата (в т.ч. и эксплуатации в данных условиях при высокой нагрузке на двигатель и небольшой скорости движения автомобиля, при снижении эффективности теплообменника 5 наддувочного воздуха или при ее потере) при высокой температуре t и при повышении температуры наддувочного воздуха t выше значений плюс 100°С, связанным с работой двигателя 16 при вращении вентилятора 22, и снижением эффективности в таких условиях теплообменника 5 наддувочного воздуха, микропроцессорный контролер 14 подает управляющий сигнал на привод 4 трехходового перепускного устройства 3, направляет поток наддувочного воздуха в байпасную линию 6 для охлаждения воздуха, при этом одновременно подается управляющий сигнал на циркуляционный насос 21 и привод 19 трехходового перепускного устройства 18 для направления теплоносителя в дополнительный теплообменник 20, в котором происходит при вращении вентилятора охлаждения теплоносителя нагреваемого в теплообменнике 10 при вращении вентилятора. Состояние системы автоматического управления формируется уровнем сигнала, подаваемого на привод 4, который в свою очередь определяется показаниями от датчика 17 температуры наддувочного воздуха на входе в двигатель и от датчика 12 температуры наддувочного воздуха после компрессорной ступени турбокомпрессора 11. Охлаждение наддувочного воздуха при открытой байпасной линии обеспечивается в теплообменнике 10 подготовки наддувочного воздуха.
Таким образом, была обеспечена высокие экологические характеристики ДВС при пуске.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.