УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА МАСЛА

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована в системах смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) наземных машин, энергетических установок, сварочных и других специальных агрегатов с приводом от ДВС, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур, с целью облегчения холодного запуска двигателя.
Известен электрический подогреватель масла патронного типа, устанавливаемый в поддоне картера двигателя и находящийся там постоянно в течение всего времени эксплуатации двигателя (патент США N 3213263, опубликовано 19.10.1965). Основным нагревающим элементом в нем является проволочная спираль из материала с высоким удельным омическим сопротивлением, помещенная в корпус.
Недостатками известных электрических нагревателей моторного масла с проволочной спиралью являются их невысокая эффективность нагрева из-за малой поверхности контакта нагревателя с маслом, большая тепловая инерция из-за наличия металлических корпусов, отделяющих спираль от жидкости (масла), в результате чего тепло от спирали расходуется на прогрев корпуса, а затем только подводится к маслу. Кроме указанных недостатков, эти электронагреватели имеют несколько других весьма отрицательных сторон, ограничивающих успешное широкое применение электрических нагревателей моторного масла для облегчения запуска холодного двигателя. Это такие крупные недостатки, как значительные габариты, исключающие возможность их установки в наиболее оптимальном месте, а именно: под маслоприемником насоса на дне поддона картера, расстояние нижней точки (сетки) которого от дна составляет, например, для автомобилей ВАЗ 6-10 мм, а также пригар масла на поверхности корпуса нагревателя, который происходит из-за высокой температуры спиралей и металлических корпусов нагревателей.
Температура корпусов в указанных нагревателях значительно превосходит температуру коксования моторного масла (~245°С) и достигает величин 600-800°С и более. Поэтому применение таких нагревателей для подогрева моторного масла приводит к ухудшению качества масла и его смазывающих свойств. И, наконец, в-третьих, в случае перегорания проволочной спирали в известных нагревателях она не подлежит ремонту и весь дорогостоящий нагреватель требует замены.
Известно также устройство электроподогрева моторного масла (патент РФ №2201525, опубликовано 27.03.2003). Устройство находится в поддоне картера и огибает маслоприемник. Оно состоит из нижней и верхней токопроводящих пластин, расположенных параллельно и скрепленных диэлектрическими винтами. Между пластинами децентрализованно и плотно к ним прижаты позисторы, которые уложены внутри диэлектрической прокладки. Минусовая клемма подводится к пластине болтом, а плюсовая к пластине - проводом через изолятор. Окна способствуют лучшему обмену верхних и нижних слоев масла в поддоне картера.
Устройство позволяет снизить температурную и вязкостную неравномерность и повысить эффективность использования позисторов за счет двухсторонней теплоотдачи от них и увеличения теплообменной поверхности.
Недостатками позисторных нагревателей (патент РФ №2201525) являются их огромные габариты, мегаллоемкость, сложность конструкции, тепловая инерционность и др. На прогрев массивных деталей требуется большое количество времени (>15-20 мин), а следовательно, такой нагреватель обладает большой тепловой инерцией - бесспорным недостатком известных маслонагревателей.
На перегретых поверхностях нагревателя пригар масла (лаковые отложения) неизбежны, что приводит к ухудшению смазывающих свойств масла, закоксовыванию масляного фильтра и поршневых колец.
Главным недостатком позисторных подогревателей является их свойство фактического превышения потребляемого тока при низких температурах в 2-3 раза против паспортного, отсюда низкая эффективность и большое токопо-требление при низких температурах на первых минутах работы нагревателя.
Это объясняется тем, что при низких температурах сопротивление позисторов резко снижается, увеличивается потребляемая мощность и температура корпуса устройства, что приводит к ухудшению качества масла и его лакообразованию.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Устройство для разогрева масла» по патенту РФ №2006598, МПК F01М 5/00, опубликовано 30.01.1994.
Устройство для разогрева масла преимущественно в поддоне картера двигателя внутреннего сгорания в условиях холодного запуска, содержащее корпус и плоский электронагревательный элемент, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения его габаритов, корпус выполнен в виде пары горизонтальных пластин из теплостойкого электроизоляционного материала, а электронагревательный элемент - в виде размещенной между пластинами тонкой токопроводящей ленты, причем пластины установлены на днище поддона под маслоприемником и верхняя из них снабжена сквозными окнами.
Недостатками устройства по данному патенту являются сложность изготовления верхней пластины и самой токопроводящей ленты, отсутствие сформированных щелей для прохода масла между нижней пластиной и токопроводящей лентой, а также недостаточно жесткое крепление нагревателя к днищу картера (в 4-х точках в проушинах по углам нагревателя). Это приводило к снижению эффективности нагрева масла, надежности и качества работы устройства.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение технологичности изготовления устройства, упрощение его конструкции при сохранении его места размещения непосредственно под маслоприемником, повышение эффективности нагрева масла, надежности и качества работы устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для разогрева масла преимущественно в поддоне картера двигателя внутреннего сгорания в условиях холодного запуска, включающем корпус и электронагревательный элемент, при этом корпус выполнен в виде пары горизонтальных пластин из теплостойкого электроизоляционного материала, а электронагревательный элемент - в виде размещенной между пластинами токопроводящей ленты, причем пластины установлены на днище поддона под маслоприемником, согласно заявляемому техническому решению, верхняя пластина выполнена в виде плоской рамки с выступами вовнутрь в форме полосок, прижимающих периферийную часть токопроводящей ленты, а ее средняя часть снабжена поперечной стяжкой, связанной с нижней пластиной и служащей для предотвращения подъема средней части электронагревательного элемента.
Токопроводящая лента уложена на опорные вставки так, что между токопроводящей лентой и нижней пластиной формируются щели для протекания масла.
Для повышения прочности устройства его верхняя пластина покрыта бензомаслостойким термореактивным покрытием.
Крепление устройства для разогрева масла к днищу поддона картера осуществляется z-образными прижимными лапками, приваренными к днищу.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где
- на фиг.1 изображен общий вид устройства для разогрева масла;
- на фиг.2 - сечение А-А устройства для разогрева масла;
- на фиг.3 - показано размещение и подключение устройства к клеммам "+" (подвод тока от аккумуляторной батареи) и "-" ("масса" двигателя);
- на фиг.4 - узел I на фиг.3;
- на фиг.5 - схема подключения устройства для разогрева масла к аккумуляторной батарее.
Устройство содержит корпус 1, состоящий из верхней пластины 2 с открытой сверху центральной частью и нижней пластины 3, токопроводящую ленту 4 с подводящим 5 (+) и отводящим 6 (-) электродами. Для обеспечения свободного контакта токопроводящей ленты 4 с маслом и его конвективного обмена, верхняя пластина 2 выполнена в виде плоской рамки с выступами внутрь в форме полосок 7, прижимающих периферийную часть токопроводящей ленты и соединенных с нижней пластиной 3. Благодаря такой форме верхней пластины 2 масло непосредственно контактирует с токопроводящей лентой 4 и непосредственно нагревается от нее, минуя промежуточные элементы.
Для предотвращения подъема средней части токопроводящей ленты 4 в результате тряски и вибрации двигателя, на верхней пластине 2 с ее противоположных краев установлена прямолинейная стяжка 8 из теплостойкой сетки с дополнительным креплением ее к нижней пластине 3.
Дополнительными особенностями предлагаемой полезной модели устройства для разогрева масла являются следующие:
-токопроводящая лента 4 устройства для разогрева масла уложена на опорные вставки 9 так, что между токопроводящей лентой 4 и нижней пластиной 3 сформированы щели 10, 11, 12 улучшающие теплообмен между токопроводящей лентой и маслом;
- для повышения прочности устройства его верхняя пластина 2 покрыта бензомаслостойким термореактивным покрытием;
- для повышения технологичности размещения устройства для разогрева масла и надежности его крепления к днищу поддона картера, крепление осуществляется z-образными лапками 13, приваренными к днищу 14 поддона картера двигателя (фиг.4).
Устройство работает следующим образом.
Будучи установленным на днище поддона 14 (фиг.3) картера двигателя и закрепленным посредством z-образных лапок 13, устройство для разогрева масла всегда находится в затопленном маслом состоянии, т.е. под слоем масла. При этом масло через открытую сверху центральную часть в верхней пластине 2 и щели 10, 11 и 12 корпуса 1 устройства для разогрева масла непосредственно контактирует с токопроводящей лентой 4.
При подключении токопроводящей ленты 4 в электрическую цепь аккумуляторной батареи ток протекает от "+" батареи к клемме "+" на внешней стороне поддона, далее к электроду 5 "+" токопроводящей ленты 4, от него уходит через электрод 6 "-" токопроводящей ленты 4 на массу "-" двигателя. В результате протекания электрического тока по токопроводящей ленте 4, она нагревается и нагревает контактирующие с ней порции масла. Нагретое масло в результате конвекции поднимается к маслоприемнику 15, насоса 16, а холодное масло поступает к горячим поверхностям токопроводящей ленты 4 и процесс повторяется, как описано выше. В результате активного обмена горячих и холодных масс масла на открытых поверхностях токопроводящей ленты 4 устанавливается равновесная температура поверхностей токопроводящей ленты 4 на уровне 420-440° К, что значительно ниже температуры начала коксования масла (520° К), но достаточно для его подогрева, при этом прогрев не приводит к лакообразованию на поверхностях токопроводящей ленты 4, т.е. пригару масла.
Таким образом, сохраняются смазывающие свойства масла и, следовательно, повышается общая эффективность прогрева.
В цепи подключения устройства для разогрева масла к аккумуляторной батарее 17 (фиг.4) предусмотрены плавкий предохранитель 18, выключатель 19 и контрольная лампа 20, т.е. необходимые средства защиты и контроля.
Пример. Устройство для разогрева моторного масла по данной полезной модели было изготовлено и испытано на дизельном двигателе ВАЗ-3413 в составе дизель-генератора в камере холода. Основные характерные параметры устройства для разогрева моторного масла были рассчитаны на подогрев масла в поддоне картера двигателя дизель-генератора в объеме 3,0-3,75 л от отрицательной до положительной температуры с тем, чтобы за счет снижения вязкости и повышения текучести масла обеспечить его гарантированную подачу насосом к трущимся поверхностям и подшипникам двигателя.
2
2
Мощность устройства для разогрева масла составила 280 Вт при напряжении 24 В, площадь контакта токопроводящей ленты с маслом равна 105 см, при этом толщина токопроводящей ленты составила 22 мкм. Габариты устройства для разогрева масла в сборе составили 120×120×2 мм (длина, ширина, высота соответственно). Устройство для разогрева масла было размещено на внутренней стороне днища поддона картера двигателя и укреплено на восьми z-образных лапках 13 крепления под маслоприемником насоса на глубине 8-9 мм от сетки маслоприемника. Подключение устройства для разогрева масла к аккумулятору дизель-генератора осуществляли монтажным электрическим проводом с медной жилой сечением 1,5 мм через плавкий предохранитель на 24 А и выключатель типа "клавиша" на два положения "включено" и "выключено".
Температура окружающего воздуха при испытаниях в камере холода составляла от -25 до -23°С. Устройство для разогрева масла включали на 15-20 мин до момента запуска двигателя и при этом фиксировали потребляемый ток, который составлял 12 А. По истечении указанного времени прогрева устройство для разогрева масла отключали клавишей и запускали двигатель. Двигатель запускался с первой попытки, при этом подача подогретого масла насосом в магистраль была гарантированной, о чем свидетельствовало почти мгновенное отключение индикаторной красной лампочки давления масла на щитке приборов после первых секунд вращения коленчатого вала двигателя.
В соответствии с программой испытаний устройства для разогрева масла был снят поддон картера для осмотра и анализа технического состояния. Внешний осмотр состояния устройства, электрические измерения сопротивления электронагревательного элемента и прочности его изоляции показали отсутствие каких- либо отклонений от нормы, следы пригара масла на токопроводящей ленте отсутствуют, поверхности чистые, ровные, потемнении и нарушений целостности нет.
Таким образом, изготовленный опытный образец устройства для разогрева масла успешно прошел испытания в составе двигателя ВА3-341 3 дизель-генератора, тем самым практически подтверждены осуществимость технического решения, новизна и эффективность для предпускового подогрева моторного масла в условиях эксплуатации двигателей при отрицательных температурах воздуха.
Проведенные испытания показали, что за счет прямого контакта с маслом и отсутствия собственной тепловой инерции резко увеличивается теплопередача и устанавливается температура нагревающей поверхности на уровне ниже температуры лакообразования масла (меньше 250°С).
Кроме того, применение разработанного устройства для разогрева моторного масла позволяет существенно сократить затраты и время на предпусковую подготовку двигателей в холодный период эксплуатации, повысить надежность и долговечность двигателя и полностью исключить выход из строя двигателя из-за непоступления загустевшего масла в насос и к подшипникам в условиях запуска непрогретого двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Внедрение предлагаемой полезной модели в практику широкой эксплуатации автотракторных двигателей хозяйственного и двойного назначения способно обеспечить получение многомиллионного экономического эффекта.