ПРЕДПУСКОВОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к предпусковым подогревателям двигателя внутреннего сгорания.
Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2122138, F02N 17/06), включающий камеру сгорания с форсунками, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, электронагреватель топлива, а камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями подвода воздуха в первичную зону предкамеры, камера сгорания и предкамера снабжены корпусом с образованием общей воздушной полости, внутри которой вокруг предкамеры установлен электронагревательный элемент, а патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой.
Однако в известном подогревателе вследствие подачи вентилятором в камеру сгорания воздуха с температурой окружающей среды устойчивость горения топлива недостаточно высока, что замедляет подогрев двигателя.
Недостатком данного подогревателя является сложность включения данного устройства в работу, повторное использование возможно только после полного остывания свечи накаливания и проведения вентиляции предкамеры, устройство не позволяет регулировать воспламеняемость топливной смеси в зависимости от температуры окружающего воздуха, не затрагивает молекулярную структуру подготовки топлива и слабо влияет на процесс активизации топлива.
Кроме того, конструкция предпускового подогревателя сложна и, вследствие этого, обладает низкой надежностью, а известный подогреватель требует для своей работы высокую энерговооруженность автомобиля.
Прототипом полезной модели является предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №78877), включающий камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник типа “газ-жидкость”. Камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями подвода воздуха в первичную зону предкамеры. Камера сгорания и предкамера снабжены корпусом с образованием общей воздушной полости. Патрубок подвода воздуха в полость расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой. В передней глухой стенке предкамеры установлен плазменный конвертор топлива. Форсунки камеры сгорания расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45° к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени.
Недостатком данного предпускового подогревателя двигателя внутреннего сгорания является низкая теплопроизводительность нагрева охлаждающей жидкости, длительное время прогрева двигателя в условиях резко отрицательных температур и невозможность варьирования габаритными размерами предпускового подогревателя под конкретно заданный автомобиль.
Целью полезной модели, является снижение времени прогрева двигателя внутреннего сгорания путем повышения теплопроизводительности камеры сгорания подогревателя в условиях резко отрицательных температур окружающей среды, сокращение времени пуска двигателя при температуре воздуха ниже плюс 5°С и возможностью варьирования габаритных размеров подогревателя под конкретно заданный автомобиль.
Поставленная цель достигается тем, что в предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания, включающем камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями для подвода воздуха в первичную зону предкамеры, а в передней глухой стенке предкамеры установлен с помощью резьбового соединения плазменный конвертор топлива, 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 труб, поперечно пересекающих котел, имеющих наружное оребрение, обеспечивающее дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания, что позволяет максимально использовать тепловую энергию сгорающего топлива для нагрева именно охлаждающей жидкости и повысить КПД нагревателя.
К существенным отличиям заявленного решения от известного относится, что корпус теплообменника для нагрева охлаждающей жидкости изготовлен в виде системы труб, поперечно пересекающих котел, имеющих наружное оребрение, обеспечивающее дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания, что позволяет максимально использовать тепловую энергию продуктов камеры сгорания для нагрева именно охлаждающей жидкости и повысить КПД теплообменника и подогревателя воздуха в целом.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Предполагаемый вариант реализации заявленного предпускового подогревателя ДВС изображен на фиг.1 (продольный разрез). Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит камеру сгорания 1 с форсунками 2 и отверстиями для подвода воздуха 3, теплообменник 4 типа “газ-жидкость”, камера сгорания 1 снабжена предкамерой 5 с закрытым фронтовым устройством и отверстиями 6 подвода воздуха в первичную зону предкамеры 5. Камера сгорания 1 и предкамера 5 снабжены корпусом 7 с образованием общей воздушной полости 8. Патрубок 9 подвода воздуха в полость 8 расположен на корпусе 7 между камерой сгорания 1 и предкамерой 5. Форсунки 2 камеры сгорания 1 расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания 1 и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45° к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры 5 на входе в камеру сгорания 1 установлен стабилизатор пламени 10. В передней глухой стенке предкамеры 5 установлен плазменный конвертор топлива 11.
Теплообменник 4 расположен за камерой сгорания 1 и имеет двухходовую схему движения охлаждающего газа (продуктов сгорания) и многоходовую схему движения охладителя (жидкости). Корпус теплообменника 4 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, к которому с помощью сварки крепится теплообменный аппарат для нагрева охлаждающей жидкости, выполненный в виде системы труб 12, поперечно пересекающих котел 13, имеющих наружное оребрение, обеспечивающее дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания,
Наружное оребрение системы труб, с заданными геометрическими характеристиками, обеспечивающее дополнительную площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания и необходимую турбулизацию потока охлаждающей жидкости при кипении. Параллельно расположенные трубы, поперечно пересекающие котел, соединены между собой колосниками 14. Теплообменник 4 крепится под траверсой рамы автомобиля, на которой устанавливается двигатель.
В качестве теплообменника 4 предпускового подогревателя воздуха наиболее перспективно применение цельносварного или пакетно-сварного варианта. В этом случае систему труб с помощью попеременно устанавливаемых прокладок сваривают в блок либо пакет, а из пакетов набирают сам теплообменник.
Система подвода воздуха включает вентилятор подачи воздуха (на фиг.1 не показана), система подачи топлива включает насос подачи топлива с трубопроводами (на фиг.1 не показана), система подвода охлаждающей жидкости включает насос прокачки охлаждающей жидкости с трубопроводами (на фиг.1 не показана).
В процессе работы предпускового подогревателя всасываемый воздух подается через патрубок подвода воздуха 9, часть воздуха, потребляемого предпусковым подогревателем, подается в плазменный конвертор топлива 11, установленный в предкамере 5, который преобразует его в низкотемпературную воздушную плазму, воздействующую на углеводородную топливную смесь, с образованием химически активных радикалов топливовоздушной смеси, осуществляя конверсию и воспламенение топливовоздушной смеси. Воздух, поступающий через отверстия 6 в первичную зону предкамеры 5, нагревается за счет теплоты сгорания топливовоздушной смеси, одновременно осуществляя прогрев стенок предкамеры 5, что улучшает работу предпускового подогревателя и обеспечивает устойчивый процесс горения в предкамере 5.
Процесс горения в предлагаемом предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания осуществляется в две стадии - в предкамере 5 (первичная зона циркуляции) и в основной камере сгорания 1 (вторичная зона циркуляции). Основная камера сгорания 1 вступает в работу после начала устойчивого процесса горения в предкамере 5, продукты сгорания из предкамеры 5 попадают в основную камеру сгорания 1, куда через форсунки 2 впрыскивается дополнительное топливо, а через отверстия 3 поступает воздух.
Наличие двух циркуляционных зон (в предкамере 5 и в основной камере сгорания 1) улучшает условия перемешивания, повышает устойчивость горения и увеличивает время пребывания воздуха в камере сгорания, что повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси.
Тепло от продуктов сгорания в теплообменнике 4 передается через оребрение системы труб соединенных друг с другом, поперечно пересекающих котел. Наружные ребра обеспечивают дополнительную площадь соприкосновения с горячими продуктами сгорания, что обеспечивает более быстрое нагревание оребреной системы труб с охлаждающей жидкостью. Что приводит к снижению времени нагрева охлаждающей жидкости и как следствие к сокращению времени подготовки двигателя к пуску.
Система оребренных труб, поперечно пересекающих котел, крепится посредством сварки к внутренней поверхности корпуса 7, что способствуют естественной циркуляции охлаждающей жидкости в каналах системы нагрева.
Тепловая энергия от сгорающего топлива в камере сгорания топлива 1 кроме нагрева охлаждающей жидкости в теплообменнике 4 нагревает еще и масло в картере двигателя, т.к. верхняя поверхность камеры сгорания теплообменника 4 непосредственно контактирует с нижней поверхностью картера двигателя (на фиг.1 не показано).
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что применение теплообменного аппарата такой конструкции позволяет сократить его геометрические размеры, обеспечить лучший термический контакт между двумя средами и соответственно повысить коэффициент полезного действия предпускового подогревателя воздуха.
Повышение кпд предпускового подогревателя достигается тем, что в конструкции теплообменника “газ-жидкость” для создания компактной поверхности теплообмена применены дополнительные вторичные поверхности со стороны горячего газа, что позволяет существенно увеличить площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания топлива, обеспечивая более быстрое нагревание охлаждающей жидкости, с интенсивным ее перемешиванием, что сокращает время подготовки двигателя к пуску. Достигается более полное и эффективное использование теплоты сгораемого топлива, улучшаются экономические и экологические характеристики предпускового подогревателя двигателя в целом.
Технический результат: быстрый и надежный пуск, как предпускового подогревателя, так и самого двигателя, а также более полное и эффективное использование теплоты сгорания топлива, повышается коэффициент полезного действия предпускового подогревателя воздуха.