АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРЕДПУСКОВОЙ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания, и предназначено для повышения эффективности эксплуатации транспортных средств в условиях низких отрицательных температур.
Известна система облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания [Пат. 2200872 Российская Федерация, МПК Р02N 17/00, опубл. 20.03.2003. Система облегчения пуска двигателя внутреннего сгорания / Ильчук И.А., Суркин В.И., Мартынов А.Н., Щелконогов Е.С., Яковлев А.С.], включающая элементы системы охлаждения и смазочной системы двигателя, тепловой аккумулятор, соединенный с рубашкой охлаждения двигателя, гидротеплоаккумулятор, установленный рядом с двигателем и соединенный с его смазочной системой, при этом тепловой аккумулятор и гидротеплоаккумулятор снабжены электромагнитными клапанами, а система выполнена с блоком управления, связанный с электромагнитными клапанами.
Однако известное устройство обладает следующими недостатками: ограниченное время сохранения тепла тепловым аккумулятором, отсутствие подогревателя дизельного топлива.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является [Пат. 2041382 Российская Федерация, МПК Р02N 17/04, Р01М 5/02, опубл. 09.08.1995. Система предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания / Герасимович Л.С., Прищепов М.А., Кисель А.К., Крутов А.В., Воробей С.Е., Комаров СВ.]. Данное техническое решение содержит блок управления, снабженный коммутирующим устройством, мостовую измерительную схему и реле времени, а так же подогреватель охлаждающей жидкости, так же оснащено усилителем, пороговым элементом и подогревателем масла, при этом подогреватель масла расположен в поддоне картера двигателя и выполнен в виде поверхностно-распределенного термозависимого нагревателя, а подогреватель охлаждающей жидкости выполнен в виде трубчатого электронагревателя, причем электронагреватели образуют смежные плечи измерительного моста, к которым через коммутирующее устройство подключен источник напряжения, а противоположные плечи моста образованы уравновешивающими сопротивлениями, при этом в измерительную диагональ моста включен усилитель, выход которого через пороговый элемент и реле времени соединен с коммутирующим устройством.
Однако известное устройство обладает следующими недостатками: в системе отсутствует подогреватель дизельного топлива, а также в случае использования, в качестве источника аккумуляторной батареи существует опасность ее глубокого разряда, в результате чего пуск двигателя будет невозможен, а так же произойдет необратимое ухудшение характеристик аккумуляторной батареи [Дасоян М.А., Курзуков Н.И., Тутрюмов О.С., Ягятинский В.М. Стартерные аккумуляторные батареи. - М.: Транспорт, 1991. - с.152-153.].
Задачами полезной модели является обеспечение эффективной работы системы предпусковой тепловой подготовки в автономном режиме, применение программно-управляемого подогрева с оптимальным распределение энергии аккумуляторной батареи для обеспечения максимальной вероятности запуска двигателя в условиях низких отрицательных температур, предотвращение глубокого разряда аккумуляторной батареи, исключение самопроизвольной остановки двигателя из-за загустевания дизельного топлива и закупоривания топливных фильтров, выпавшим из топлива парафином.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство, включающее электроподогреватели охлаждающей жидкости, моторного масла, подключенные к блоку управления, дополнительно снабжено подогревателями топливного фильтра и топливозаборника, аккумуляторной батареи, датчиками температуры охлаждающей жидкости, моторного масла, дизельного топлива, электролита аккумуляторной батареи, окружающей среды, датчиками плотности электролита, прозрачности дизельного топлива и дополнительным масляным насосом. Подогреватели, датчики и дополнительный масляный насос подключены к микропроцессорному блоку управления, оснащенного блоком индикации.
При оптимизации распределения энергии аккумуляторной батареи учитывается, что влияние на конечный результат - успешный пуск двигателя, степени подогрева отдельных функциональных систем двигателя различно. Так же учитывается, что с увеличением затрат энергии на предпусковую тепловую подготовку двигателя, уменьшается затраты энергии на последующий пуск, однако также уменьшается и запас энергии аккумуляторной батареи.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фигуре 1 приведена общая схема предлагаемой автоматизированной системы предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания, на фигурах 2 и 3 - блок-схема алгоритма работы автоматизированной системы предпусковой тепловой подготовки двигателей внутреннего сгорания.
Автоматизированная система предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания состоит из блока управления 1, исполнительных устройств и чувствительных элементов. В качестве исполнительных элементов используются подогреватели: охлаждающей жидкости 2, моторного масла 3 в поддоне картера 4 двигателя 5, топливного фильтра 6 и топливозаборника 7, аккумуляторной батареи 8, а также дополнительный масляный насос 9 с электроприводом. В качестве подогревателя охлаждающей жидкости. 2 предполагается использовать топливный подогреватель. В качестве подогревателей моторного масла 3, топливного фильтра 6 и топливозаборника 7 предполагается использовать подогреватели ленточного типа, как наиболее эффективных. Чувствительными элементами, входящими в состав системы комплексной предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания являются: датчик температуры охлаждающей жидкости 10, датчик температуры моторного масла 11, датчики температуры дизельного топлива в фильтре тонкой очистки 12 и в топливном баке 13, датчик температуры электролита 14 аккумуляторной батареи 15 и датчик температуры окружающей среды 16. Помимо этого применяются датчики плотности электролита 17 аккумуляторной батареи 15, оптической прозрачности дизельного топлива 18. Так же автоматизированная система предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания содержит блок индикации 19.
Принцип работы автоматизированной системы предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем: в блок управления 1 поступает информация о температуре окружающей среды, температуре масла в картере двигателя, температуре охлаждающей жидкости, температуре топлива в баке и в фильтре тонкой очистки, электролита аккумуляторной батареи 15; также поступает информация о степени оптической прозрачности дизельного топлива в фильтре тонкой очистки и о плотности электролита аккумуляторной батареи от соответствующих чувствительных элементов 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18. Информация о плотность электролита позволяет судить о степени заряженности аккумуляторной батареи 15, т.е. о энергозапасе. Датчик оптической прозрачности дизельного топлива 18 позволяет отслеживать момент начала кристаллизации парафинов. Использование информации о прозрачности дизельного топлива позволяет рационально расходовать энергию на подогрев дизельного топлива, как с точки зрения минимизации расхода энергии, так и с точки зрения минимизации его обводнения.
После активизации системы происходит определение степени заряженности аккумуляторной батареи 15 на основе информации о плотности, температуре электролита. В случае если степень заряженности будет меньше 25%, на индикаторе блока индикации 19 отражается сообщение «пуск двигателя маловероятен, необходим внешний источник энергии», если же степень заряженности больше 25%, то при помощи датчика оптической прозрачности дизельного топлива 18 определятся оптическая прозрачность дизельного топлива и необходимость его подогрева. После чего вновь определяется степень заряженности аккумуляторной батареи 15. В случае если степень заряженности меньше 25%, на индикаторе блока индикации 19 отражается сообщение «пуск двигателя маловероятен, необходим внешний источник энергии». В противном случае происходит измерение температуры охлаждающей жидкости, моторного масла, дизельного топлива, окружающей среды, формируется начальный вариант режимов работы исполнительных элементов системы: мощности подогревателей моторного масла 3, аккумуляторной батареи 8, продолжительность работы подогревателя охлаждающей жидкости 2, продолжительность работы дополнительного масляного насоса 9 (фиг.2).
Далее производится расчет степени заряженности аккумуляторной батареи 15, после предполагаемой работы исполнительных элементов системы 2, 3, 8, 9, моделируется нестационарная вольт-амперная характеристика аккумуляторной батареи 15, рассчитываются электромеханическая и механическая характеристики, стартерного электродвигателя.
Параллельно рассчитывается зависимость момента сопротивления двигателя 5 от частоты вращения коленчатого вала, после предполагаемой работы исполнительных элементов системы 2, 3, 8, 9, при этом используется предварительно заложенная в блок управления 1 информация о вязкостно-температурной характеристики моторного масла, а также о характеристиках пар трения конкретного двигателя.
Далее происходит совмещение кривых зависимостей крутящего момента стартерного электродвигателя и момента сопротивления двигателя 5 от частоты вращения его коленчатого вала и определение его расчетной частоты вращения (фиг.3).
На основании информации, заложенной в блок управления 1, определяется минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя 5 для заданного теплового состояния его основных функциональных систем. С целью достижения максимума разности между расчетной частотой вращения коленчатого вала и минимальной пусковой частотой вращения коленчатого вала происходит варьирование режимов работы исполнительных элементов системы 2, 3, 8, 9, при этом диапазон изменения параметров работы каждого из исполнительного элемента 2, 3, 8, 9, системы ограничен. Ограничения зависят от модели двигателя, характеристик исполнительных элементов 2, 3, 8, 9, емкости аккумуляторной батареи 15.
В случае если максимум разницы между расчетной частотой вращения коленчатого вала и минимальной пусковой частотой вращения коленчатого вала меньше единицы, то на индикаторе блока индикации 19 отражается сообщение «пуск двигателя маловероятен, необходим внешний источник энергии». В противном случае происходит включение исполнительных элементов, сначала включаются подогреватели охлаждающей жидкости 2, моторного масла 3, аккумуляторной батареи 8, а после необходимого прогрева включается дополнительный масляный насос 9 с электроприводом, который подает прогретое масло к парам трения двигателя 5. Далее выводится сообщение на индикатор блока индикации 19 о готовности двигателя к запуску.
Использование новых элементов: блока управления 1, подогревателей дизельного топлива 6, 7, датчика оптической прозрачности дизельного топлива 18, датчика плотности электролита 17 аккумуляторной батареи 15, датчика температуры охлаждающей жидкости 10, датчика температуры моторного масла 11, датчиков температуры дизельного топлива в фильтре тонкой очистки 12 и в баке 13, датчика температуры электролита 14 аккумуляторной батарей 15. Таким образом, обеспечивается оптимальное распределение энергии аккумуляторной батареи 15 между исполнительными элементами 2, 3, 8, 9, предотвращается глубокий разряд аккумуляторной батареи 15. Так же обеспечивается рациональный расход энергии на подогрев дизельного топлива, как с точки зрения минимизации расхода энергии, так и с точки зрения минимизации его обводнения. Кроме того, исключается самопроизвольная остановка двигателя 5 из-за загустевания дизельного топлива на морозе и закупоривания топливных фильтров, выпавшим из топлива парафином.