СИСТЕМА ПОДОГРЕВА И ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУР ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЯ
SYSTEM FOR HEATING AND TEMPERATURE MAINTENANCE OF HEATING MEDIUMS OF DIESEL ENGINE

Изобретение относится к транспортному машиностроению, касается систем охлаждения и подогрева теплоносителей дизелей тепловозов, а также двигателей внутреннего сгорания других транспортных средств.
Наиболее близким по техническому решению является устройство для поддержания систем двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии, содержащее штатную водяную систему охлаждения основного дизеля с водяным насосом, топливную систему с топливоподкачивающим насосом, электрический подогреватель воды, водотопливный теплообменник и аккумуляторную батарею, подключенные к вспомогательному дизель-генератору малой мощности, маслопрокачивающий насос, подогреватель масла, датчики температуры воды и масла, четыре запорных вентиля, шесть электромагнитных контакторов, два электроуправляемых клапана, блок управления, причем система охлаждения вспомогательного дизель-генератора через первый и второй запорные вентили подключена к штатной водяной системе охлаждения основного дизеля, а система топливоподачи вспомогательного дизель-генератора подключена к топливной системе основного дизеля через третий и четвертый запорные вентили и первый и второй электроуправляемые клапаны, электроприводы топливоподкачивающего, маслопрокачивающего, водяного насосов и аккумуляторная батарея подключены через третий, четвертый, пятый и шестой электромагнитные контакторы к генератору вспомогательного дизель-генератора, к которому также подключены через первый и второй электромагнитные контакторы подогреватели воды и масла (патент РФ №69929 U1, МПК F02N 17/6, опубл. 10.01.2008. Бюл. №1).
Недостатками данного устройства являются его сравнительно большие вес и габариты при применении для транспортных средств с дизелями большой мощности ввиду использования электрических подогревателей теплоносителей дизелей (воды, масла), электроприводов насосов и питающего их вспомогательного дизель - генератора, обеспечивающего потребление значительной мощности, а также связанный с этим перерасход дизельного топлива.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение веса и габаритов системы подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля и снижение расхода дизельного топлива.
Технический результат достигается тем, что система подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля содержит штатную водяную систему охлаждения основного дизеля, водотопливный теплообменник, вспомогательный дизель-генератор малой мощности. Система снабжена газоводяным теплообменником, связанным трубопроводами с водяным насосом, установленным на валу вспомогательного дизель-генератора, газовым подогревателем топлива и камерой сгорания, оборудованной форсункой, свечей зажигания и подключенной к вентилятору с электроприводом. Газоводяной теплообменник и водяной насос подключены трубопроводами с кранами к секциям радиатора первого контура штатной водяной системы охлаждения основного дизеля, водомасляному теплообменнику и соединенным с ним трубопроводом секциям радиатора второго контура штатной водяной системы охлаждения основного дизеля, к водотопливному теплообменнику, соединенному трубопроводом с секциями радиатора первого контура. Система также снабжена вспомогательным топливным баком, связанным трубопроводами с кранами с основным топливным баком, а топливной магистралью с краном, в которой установлены электрические подогреватели топлива, один из них перед форсункой, топливный насос с электроприводом, газовый подогреватель топлива, топливный фильтр и электромагнитный клапан, соединенным с камерой сгорания, и трубопроводами через обратный клапан с топливопроводами вспомогательного дизеля. Между топливной магистралью и вспомогательным топливным баком подключен электромагнитный клапан, а в трубопроводах, связывающих секции радиаторов первого и второго контуров с соответствующими водяными насосами штатной водяной системы охлаждения основного дизеля, установлены водяные заслонки.
На чертеже представлена схема системы подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля. Система подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля содержит вспомогательную дизель-генераторную установку, состоящую из вспомогательного дизеля 1 и генератора 2, газоводяной теплообменник 3, камеру сгорания 4. На валу дизель-генератора установлен водяной насос 5, подключенный с помощью трубопровода 6 к газоводяному теплообменнику 3, который трубопроводом 7 соединен с камерой сгорания 4. Газоводяной теплообменник 3 и водяной насос 5 подключены трубопроводами 8, 9, 10, 11 с кранами 12, 13 к секциям радиатора первого контура (горячего) 14 штатной водяной системы охлаждения основного дизеля 15 тепловоза, трубопроводами 16, 17, 18 с кранами 19, 20 к водомасляному теплообменнику 21 и соединенным с ним трубопроводом 22 секциям радиатора второго контура (холодного) 23 штатной водяной системы охлаждения основного дизеля 15, трубопроводами 24, 25 с краном 26 к водотопливному теплообменнику 27, в качестве которого можно использовать штатный подогреватель топлива основного дизеля 15. Водотопливный теплообменник 27 соединен трубопроводом 10 с секциями радиатора первого контура 14. Камера сгорания 4 оборудована форсункой 28 и свечей зажигания 29. Воздух в камеру сгорания подается вентилятором 30 с приводом от электродвигателя 31. Система подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля включает также вспомогательный топливный бак 32, который трубопроводами 33, 34 с кранами 35, 36 и сливным трубопроводом 37 соединен с основным (штатным) топливным баком 38 тепловоза. Из основного топливного бака 38 топливо во вспомогательный топливный бак 32 может подаваться, например, с помощью штатного топливоподкачивающего агрегата (на фигуре не показан). Топливной магистралью 39, в которой установлены электрический подогреватель топлива 40, кран 41, топливный насос 42 с приводом от электродвигателя 43, газовый подогреватель топлива 44, соединенный трубопроводом 45 с газоводяным теплообменником 3, электрический подогреватель топлива 46 перед форсункой 28, топливный фильтр 47 и электромагнитный клапан 48, вспомогательный топливный бак 32 соединен с камерой сгорания 4, а топливной магистралью 39 и трубопроводами 49, 50, с установленным в них обратным клапаном 51, трубопроводом 52 соединен с топливопроводами вспомогательного дизеля 1. Избыток топлива отводится из топливной магистрали 39 через электромагнитный клапан 53 и трубопровод 54. В трубопроводах 9 и 16, соединяющих водяные насосы 55 и 56 штатной водяной системы охлаждения основного дизеля 15 с секциями радиаторов первого 14 и второго 23 контуров охлаждения соответственно, установлены две водяные заслонки 57 и 58.
Система подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля работает следующим образом. После остановки основного дизеля 15 запускается вспомогательная дизель-генераторная установка от источника электропитания (на фигуре не показан), например вспомогательной аккумуляторной батареи. Предварительно напряжение от источника электропитания подается к электродвигателю топливного насоса 43 и электрическому подогревателю топлива 40. После включения топливного насоса 42 обеспечивается предпусковой подогрев топлива и прокачка топливной магистрали 39 и вспомогательного дизеля 1. Топливо к топливопроводам вспомогательного дизеля 1 подается из вспомогательного топливного бака 32 по топливной магистрали 39, трубопроводу 49, через обратный клапан 51, по трубопроводу 50. После запуска вспомогательного дизеля 1 от генератора 2 осуществляется дальнейшее электропитание потребителей и сразу же начинает работать водяной насос 5, обеспечивая прокачку воды по замкнутому контуру: водяной насос 5, газоводяной теплообменник 3, водяная система охлаждения тепловоза, водяной насос 5. При этом при закрытых водяных заслонках 57 и 58 вода через кран 12 по трубопроводам 8 и 9 подается в основной дизель 15 и через водяной насос 55 в секции радиатора первого контура 14, а затем по трубопроводу 11 через кран 13 поступает в водяной насос 5. Одновременно через кран 19, по трубопроводам 16 и 17, через водяной насос 56 вода подается в водомасляный теплообменник 21, после чего по трубопроводу 22 поступает в секции радиатора второго контура 23 штатной водяной системы охлаждения основного дизеля 15 и далее по трубопроводу 18 через кран 20 к водяному насосу 5. Кроме того, по трубопроводу 24 вода поступает к водотопливному теплообменнику 27, а затем по трубопроводу 25 через кран 26 и трубопроводу 10 к секциям радиатора первого контура 14.
При работе системы подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля топливо забирается топливным насосом 42 из вспомогательного топливного бака 32 и подается по топливной магистрали 39 к форсунке 28 через электромагнитный клапан 48 управления работой форсунки 28. Из форсунки 28 топливо под давлением впрыскивается в камеру сгорания 4, где попадает на раскаленную свечу зажигания 29 и сгорает в среде воздуха, нагнетаемого вентилятором 30. После камеры сгорания выхлопные газы нагнетаются в газоводяной теплообменник 3, где отдают тепло воде, прокачиваемой водяным насосом 5 по указанному выше замкнутому контуру. Из газоводяного теплообменника 3 отработанные газы по трубопроводу 45 поступают в газовый подогреватель топлива 44, что обеспечивает утилизацию тепла выхлопных газов для подогрева топлива с целью его более полного сгорания, затем отработанные газы поступают в глушитель (на фигуре не показан) основного дизеля 15. Часть топлива через электромагнитный клапан 53 по трубопроводу 54 может отводиться во вспомогательный топливный бак 32.
Первоначально система подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля запускается в основной режим работы, что обеспечивает повышение температуры воды в системе охлаждения до максимальной величины, после чего по сигналу датчика температуры (на фигуре не показан) система автоматически переводится на поддержание заданной температуры прогрева - «пониженный» режим работы путем включения электромагнитного клапана 53, обеспечивающего отвод части топлива от форсунки 28 во вспомогательный топливный бак 32. При этом снижается расход топлива, теплопроизводительность и температура воды постепенно понижается до минимального значения, после чего система прогрева автоматически переводится снова в основной режим работы.
Таким образом, обеспечиваются подогрев и поддержание необходимых температур воды, масла и топлива основного дизеля, что позволяет поддерживать его в работоспособном состоянии в холодное время года. Предлагаемое техническое решение позволяет создать систему подогрева и поддержания температур теплоносителей дизеля приемлемых веса и габаритов, снизить расход дизельного топлива, а значит увеличить время работы системы в автономном режиме.