ИНДУКЦИОННЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ВПУСКНОГО ВОЗДУХА ДИЗЕЛЯ ТИПА В-2

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к устройствам по тепловой обработке воздуха двигателей внутреннего сгорания и может быть использована для облегчения пуска дизелей типа В-2 в условиях низких температур. В полезной модели решается задача облегчения пуска двигателя за счет устройства для предпускового подогрева. Устройство основано на индукционном подогреве впускного воздуха на режимах предпусковой подготовки и пуска.
Известен способ для предпускового подогрева двигателей внутреннего сгорания, в основном дизелей, основанный на прогреве воздуха во впускном трубопроводе двигателя за счет теплоты, полученной от сгорания топливовоздушной смеси. Способ заключается в том, что свеча накаливания предварительно нагревается и по истечении времени предварительного нагревания топливо впрыскивается форсункой на раскаленный нагревательный элемент свечи накаливания, происходит воспламенение топливовоздушной смеси. Свечи накаливания устанавливают в начале впускного трубопровода или в местах разводки по каналам цилиндров. Источник: Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Часть 1. М.: «Машиностроение», 2002 г., сс. 157…162, рис. 1, 2, 3.
Недостатками известного способа являются низкая эффективность применения свечей накаливания при пуске дизелей, зависимость эффективности работы свечей накаливания от рабочей температуры открытой спирали или кожуха штифтовой свечи. Из-за потери теплоты при большой длине трубопровода снижается эффективность работы свечей подогрева в условиях низких температур.
Также известен способ подогрева всасываемого воздуха в двигателях внутреннего сгорания с помощью электрофакельного подогрева (Патент РФ №2092713, F02N 17/047, опубликован 10 октября 1997 г.).
Способ основывается на том, что при низких температурах предварительно нагревают свечу накаливания, установленную во впускном трубопроводе, в течение первого промежутка времени, путем пропускания через нее постоянного тока, по истечении заданного промежутка времени на свечу накаливания впрыскивается топливо с помощью форсунок, происходит воспламенение топливовоздушной смеси, в дальнейшем, пока двигатель не достигнет определенной рабочей температуры, ток к свече накаливания подается импульсами, в соответствие с пониженной мощностью, а топливо продолжает впрыскиваться форсунками во впускной трубопровод, продолжает гореть и подогревать всасываемый воздух.
Недостатком способа является открытое горение топливной смеси во впускном коллекторе, что, в свою очередь, приведет к снижению массы кислорода в воздушной смеси, а также увеличит отложения продуктов горения на впускных клапанах. Способ не учитывает зависимость воспламеняемости топливной смеси от температуры окружающего воздуха, при этом допускает перерасход энергии.
Наиболее близкой по технической сущности является электронная система вихревого индукционного подогрева воздушного заряда дизелей типа В-2 в условиях низких температур (Патент РФ №178530, F02M 31/00, опубликован 6 апреля 2018 года).
Электронная система вихревого индукционного подогрева воздушного заряда дизелей типа В-2 в условиях низких температур обеспечивает подогрев и поддержание температуры воздушного заряда во впускном коллекторе дизеля в заданных значениях, снабженная защитным устройством, автоматически отключающим подогреватель в аварийной ситуации. Система содержит дополнительный соединительный канал впускных коллекторов, внутри которого расположена вихревая камера индукционного подогревателя с сердечником.
Недостатком данной системы является ее низкая эффективность работы, заключающаяся в недостаточном объеме подогреваемого воздуха, ограниченном воздушными коллекторами левого и правого полублоков, отсутствие возможности работать на режиме пуска, а также в качестве средства экстренного пуска.
Данная конструкция является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за наиболее близкий аналог (прототип).
Цель настоящей полезной модели заключается в улучшении пусковых характеристик дизеля, сокращении времени пуска двигателя при температуре воздуха ниже плюс 5°С в зависимости от температуры окружающей среды.
Технический результат заключается в совершенствовании системы воздухоснабжения с целью улучшения пусковых характеристик дизелей типа В-2 в условиях низких температур за счет подогрева свежего заряда индукционным подогревателем во впускном коллекторе.
Технический результат достигается тем, что обеспечивается подогрев значительно большего объема впускного воздуха на режиме предпусковой подготовки, также имеется возможность работы на режиме пуска, место размещения вихревой камеры с сердечником индукционного подогревателя выбрано таким образом, что подогрев впускного воздуха осуществляется в двух контурах: предварительный подогрев рабочего тела на режиме предпусковой подготовки, подогрев рабочего тела на режиме пуска, также имеется возможность использования индукционного подогревателя впускного воздуха в качестве средства экстренного пуска дизеля.
Устройство отличается от наиболее близкого аналога тем, что подогрев впускного воздуха осуществляется в два этапа: на режиме предпусковой подготовки и на режиме пуска, при этом различаются контуры подогрева рабочего тела на заданных режимах работы, что обеспечивает подогрев впускного воздуха, как при повседневной эксплуатации двигателя, с учетом работы предпускового подогревателя, так и при экстренном пуске дизеля, улучшив его пусковые характеристики.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Решение частных задач по улучшению пусковых характеристик дизелей типа В-2, устанавливаемых на образцы военных гусеничных машин целесообразней планировать с минимальным задействованием свободного объема, ввиду ограниченного пространства в моторно-трансмиссионном отсеке образца. На основании вышеизложенного следует, что подогрев свежего заряда должен обеспечиваться устройствами с минимальным задействованием объема, но при этом для обеспечения надежного пуска количество подогреваемого свежего заряда должно быть максимально возможным.
Обеспечение автоматизации процесса подогрева воздушного заряда и поддержание температуры в заданных пределах достигается за счет работы электронного блока управления с датчиками температуры.
Для приведения в действие вихревого индукционного подогревателя воздушного заряда используется электроэнергия бортовой сети образца военной техники, что отрицательно не скажется на пуске дизеля, так как основной системой пуска дизелей типа В-2 является система воздушного пуска. При пуске дизеля комбинированным способом в конструкцию могут быть добавлены суперконденсаторы. При этом, питание индукционного подогревателя будет осуществляться в импульсном режиме, доля электроэнергии бортовой сети, необходимая на подогрев воздушного заряда будет незначительной.
Анализ предлагаемого решения позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности.
Для облегчения пуска дизелей типа В-2 конструкцией предусмотрен предпусковой подогреватель. В соответствии с инструкцией по эксплуатации объекта, подогреватель необходимо использовать при температуре окружающей среды от +5°С и ниже, при этом производится подогрев охлаждающей жидкости, которая в процессе теплообмена (через змеевик основного масленого бака) повышает температуру моторного масла. Конструктивно подогрев воздушного заряда может осуществляться системой экстренного пуска с помощью двух электрофакельных горелок, пользоваться которыми в повседневной деятельности запрещено, их ресурс строго ограничен. О каждом использовании производится запись в паспорт (формуляр) объекта вооружения и военной техники. Другим способом подогрев впускного заряда воздуха не предусмотрен. При этом температура в конце такта сжатия может быть недостаточной для надежного воспламенения рабочей смеси. Таким образом, для облегчения пуска дизеля, конструкцией предусмотрено снижение момента сопротивления, создаваемого трущимися поверхностями, а не создание благоприятных условий в камере сгорания для надежного воспламенения топлива.
Предлагаемый индукционный подогреватель впускного воздуха дизеля типа В-2 изображен на чертеже, он содержит:
штатные аккумуляторные батареи 1, стартер-генераторная установка 2, левый полублок двигателя 3, электронный блок управления 4, датчики температуры воздуха во впускных коллекторах 5, 11, соединительный тройник впускных коллекторов 6, заслонка в соединительном тройнике впускных коллекторов с исполнительным механизмом 7, блок индуктора 8, трубопровод охлаждающей жидкости 9; датчик температуры охлаждающей жидкости 10, правый воздушный коллектор 12, электровентилятор 13, вихревая камера с сердечником 14, правый полублок двигателя 15, левый воздушный коллектор 16, компрессор 17, турбина 18.
Предлагаемое устройство вихревого индукционного подогрева воздушного заряда дизелей типа В-2 в условиях низких температур работает следующим образом.
При включении питания электронный блок управления 4 обрабатывает показания датчиков температур 5, 10 и 11, сигнал от стартер-генераторной установки 2. Условиями для активации устройства служат: отсутствие сигнала от стартер-генераторной установки 2 (дизель не заведен), показания на датчиках температуры воздуха 5, 11 (+5°С и ниже), показания на датчике температуры охлаждающей жидкости 10 (на ΔT ниже минимальной температуры для пуска дизеля (время работы предпускового подогревателя намного продолжительнее, чем время, необходимое на подогрев воздушного заряда во впускном коллекторе). При пуске подогревателя в условиях низких температур производится нагрев охлаждающей жидкости, показания считываются датчиком температуры охлаждающей жидкости 10. При достижении температуры охлаждающей жидкости значения:
ПВИП
МПД
Т=Т - ΔТ,
ПВИП
где Т - температура охлаждающей жидкости на датчике 10, соответствующая началу работы вихревого индукционного подогревателя;
МПД
Т - минимальная температура, для надежного пуска дизеля (определяется техническими условиями в зависимости от температуры окружающей среды);
ΔТ - разница температур, при которой происходит нагрев воздушного заряда вихревым индукционным подогревателем во впускном коллекторе (то есть время, необходимое для подогрева воздушного заряда во впускном коллекторе, соответствующее времени повышения температуры охлаждающей жидкости на температуру ДГ, определяется в зависимости от температуры окружающей среды).
Сигнал с электронного блока управления 4 поступает на блок индуктора 8, где электрический ток преобразуется и направляется в вихревую камеру с сердечником 14, повышая внутреннюю энергию находящегося в ней сердечника (нагревательного элемента). Параллельно с этим открывается заслонка в соединительном тройнике впускных коллекторов с исполнительным механизмом 7, включается электровентилятор 13, принудительно подавая в вихревую камеру с сердечником 14 холодный воздух. Осуществляется циклический подогрев воздушного заряда в контуре: правый и левый впускные коллекторы 12, 16, соединительный тройник впускных коллекторов 6, воздуховод, компрессор 17.
Цикличность подогрева обеспечивается созданием разряжения в зоне соединительного тройника впускных коллекторов 6 за счет работы электровентилятора 13. Направление движения подогреваемого воздуха в процессе подогрева: воздуховод, компрессор 17, правый и левый впускные коллектора 12, 16 правого и левого полублоков 15 и 3, соединительный тройник впускных коллекторов 6.
При достижении необходимой температуры воздушного заряда, датчики температуры воздуха во впускных коллекторах 5 и 11 подаются сигнал на электронный блок управления 4, и система подогрева отключается.
1
МПД
При понижении температуры воздуха во впускном коллекторе (до пуска дизеля) на ΔТ подогрев возобновляется, поддерживая температуру воздушного заряда в заданных пределах. При достижении температуры охлаждающей жидкости до значения Т механик-водитель производит пуск дизеля. После пуска дизеля электронный блок управления считывает сигнал от стартер-генераторной установки 2 и деактивирует систему (выключая вихревой индукционный подогреватель, электровентилятор 13, и закрывая заслонку в соединительном тройнике впускных коллекторов с исполнительным механизмом 7). Расположение данного устройства в воздуховоде, на пути перемещения свежего заряда от воздухоочистителя к компрессору, обусловлено недопущением создания дополнительного сопротивления во впускных коллекторах на различных режимах работы дизеля, вследствие чего понижения мощностных, экономических и экологических показателей дизеля. При этом, данное размещение создает возможность использования индукционного подогревателя впускного воздуха, как на режиме пуска при повседневной эксплуатации образца военных гусеничных машин, так и в качестве средства экстренного пуска.
Датчики температуры воздуха во впускных коллекторах 5 и 11 выступают в качестве защитного устройства, автоматически отключающего подогреватель в аварийной ситуации.
При использовании данного устройства улучшения пусковых характеристик дизелей типа В-2 в условиях низких температур, достигается более рациональное и эффективное его использование, ввиду подогрева большего объема свежего заряда, возможности работы на режимах предпусковой подготовки и пуска, а также для обеспечения экстренного пуска. При внедрении заявленного устройства серьезных изменений в конструкции двигателя не требуется.
Индукционный подогреватель впускного воздуха имеет возможность работать на трех режимах:
обеспечение подогрева впускного воздуха на режиме предпусковой подготовки;
обеспечение подогрева впускного воздуха на режиме пуска;
обеспечение экстренного пуска двигателя, без учета работы предпускового подогревателя.
Указанные преимущества свидетельствуют о достижении поставленной задачи - совершенствовании системы воздухоснабжения с целью повышения пусковых характеристик дизелей типа В-2 в условиях низких температур, и как следствие, сохранении их ресурса, повышении мощностных, экономических и экологических показателей.