ЖИДКОСТНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE LIQUID HEATER

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения и предназначено в качестве вспомогательных теплоэнергетических установок транспортных средств для поддержания их двигателей внутреннего сгорания в прогретом состоянии, нагрева воздуха в кабинах и снабжения бортовой сети электроэнергией.
Известен жидкостный автономный подогреватель, выпускаемый преимущественно фирмами "Webasto" и "Eberspacher", содержащий топливный насос с топливопроводом, котел, включающий камеру сгорания с теплообменником, жидкостный насос, термостат, систему управления.
К недостаткам жидкостного автономного подогревателя следует отнести значительное потребление электроэнергии от бортовой сети транспортного средства, что в результате длительной работы приводит к сильному разряду аккумуляторных батарей. В некоторых случаях разряд аккумуляторных батарей столь значительный, что невозможно осуществить запуск двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Известна теплоэнергетическая установка (выбранная за прототип), содержащая двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, теплообменник утилизатор теплоты отработанных газов, смесительное устройство с электронагревателем, жидкостный насос с электроприводом, обратный клапан, вентили, гидролинии [Патент РФ №2421626, МПК F02G 5/02].
Указанная теплоэнергетическая установка в своей структуре имеет сложную разветвленную гидравлическую сеть с двумя кранами для управления потоками охлаждающей жидкости, а также смесительное устройство с электронагревателями. Все вышеуказанные конструктивные особенности приводят к следующим недостаткам:
1) к увеличению габаритов теплоэнергетической установки вследствие более значительных размеров теплообменника утилизатора отработанных газов, который работает с частичным потоком охлаждающей жидкости;
2) сложности управления потоком охлаждающей жидкости, для чего требуется наличие двух вентилей
3) движению охлаждающей жидкости через все элементы теплоэнергетической установки при работе двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Из всего вышесказанного следует, что известные системы подогрева двигателей внутреннего сгорания транспортных средств имеют ряд недостатков, снижающих их эффективность и удобство применения.
Задачей данного изобретения является создание жидкостного подогревателя двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, имеющего простую конструкцию, более высокую тепловую эффективность, малые габариты и электронезависимость от аккумуляторных батарей транспортного средства.
Жидкостный подогреватель транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, теплообменник утилизатор теплоты отработанных газов, магистраль отработанных газов, гидролинии, жидкостный насос с электроприводом, обратный клапан, емкость с электронагревателем, рекуперативный теплообменник для охлаждения охлаждающей жидкости с электровентилятором, трехходовые краны с сервоприводом, при этом жидкостный насос с электроприводом при помощи гидролиний, по которым движется охлаждающая жидкость, последовательно соединен с системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, в которую встроена емкость с электронагревателями и теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов, который соединен при помощи гидролинии с первым трехходовым краном с сервоприводом, установленным после обратного клапана на гидролинии, подводящей охлаждающую жидкость из двигателя внутреннего сгорания транспортного средства к гидролиниям радиатора отопителя транспортного средства и рекуперативного теплообменника охладителя охлаждающей жидкости с электровентилятором, второй трехходовой кран с сервоприводом установлен перед жидкостным насосом с электроприводом и соединяет отводящую и подводящую охлаждающую жидкость гидролинии с двигателем внутреннего сгорания транспортного средства, также по магистрали отработанных газов отработанные газы двигателя внутреннего сгорания подводятся к теплообменнику утилизатору их теплоты.
На фиг.1 изображена схема жидкостного подогревателя двигателя внутреннего сгорания.
Жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит двигатель внутреннего сгорания 1, соединенный с электрогенератором 17, емкость с электронагревателями 2, теплообменник утилизатор теплоты отработанных газов 3, обратный клапан 4, трехходовые краны с сервоприводами 5 и 8, рекуперативный теплообменник охладитель охлаждающей жидкости с электровентилятором 6, жидкостный насос с электроприводом 7, магистраль отработанных газов 9, гидролинии 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16.
Жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
При работе двигателя внутреннего сгорания 1 (фиг.1) электрогенератор 17 вырабатывает электроэнергию, которая предназначена для потребителей бортовой электросистемы транспортного средства (в первую очередь для зарядки его аккумуляторных батарей, питания жидкостного насоса с электроприводом 7, нагрева охлаждающей жидкости в емкости с электронагревателями 2). Жидкостный насос с электроприводом 7 подает охлаждающую жидкость к системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания 1, в которую встроена емкость с электронагревателями 2. Поток охлаждающей жидкости, проходя через полости системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания 1, нагревается и поступает в емкость с электронагревателями 2. В емкости с электронагревателями 2 установлены трубчатые электронагреватели, которые можно подключать к электросети, как все сразу, так и по отдельности. Работой емкости с электронагревателями 2 управляет автоматическая система управления, которая включает их во время режима интенсивного прогрева двигателя внутреннего сгорания транспортного средства (на фиг. не показан) или во время предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания 1. В емкости с электронагревателями 2 поток охлаждающей жидкости дополнительно нагревается и направляется к теплообменнику-утилизатору теплоты отработанных газов 3. В свою очередь по магистрали отработанных газов 15 к теплообменнику утилизатору теплоты отработанных газов 3 подводится от двигателя внутреннего сгорания 1 отработанный газ. Утилизировав теплоту отработанных газов поток охлаждающей жидкости нагревается до конечной температуры в циркуляционном цикле и направляется к трехходовому крану 5 с сервоприводом. Трехходовой кран с сервоприводом 5 установлен на гидролинии 12 после обратного клапана 4, предотвращающего возврат охлаждающей жидкости на вход циркуляционного насоса с электроприводом 7. Работой трехходового крана с сервоприводом 5 управляет автоматическая система управления. В случае превышения температуры охлаждающей жидкости выше 90°C автоматическая система управления дает управляющий сигнал на трехходовой кран с сервоприводом 5 таким образом, что поток охлаждающей жидкости направляется по гидролинии 16 к теплообменнику охладителю охлаждающей жидкости с элетровентилятором, где ее теплота рассеивается в окружающий воздух. После теплообменника охладителя охлаждающей жидкости ее поток по гидролинии 16 подводится в гидролинию 13. Во всех остальных случаях трехходовой кран с сервоприводом 5 направляет поток охлаждающей жидкости по гидролинии 10 к радиатору отопителю транспортного средства (на фиг. не показан), а затем по гидролинии 11 отводится от него в гидролинию 13. Если температура окружающего воздуха выше 0°C, трехходовой кран с сервоприводом 8 перекрывает верхнюю часть гидролинии 14. В этом случае поток охлаждающей жидкости направляется по нижней части гидролинии 14 к жидкостному насосу с электроприводом 7. Таким образом, не допускается поступление потока охлаждающей жидкости в систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства по гидролинии 13. При температуре окружающего воздуха ниже 0°C, а также в случаях, когда требуется принудительный прогрев двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, автоматическая система управления перекрывает при помощи трехходового крана с сервоприводом 8 нижнюю часть гидролинии 14. В этом случае поток охлаждающей жидкости по гидролинии 13 поступает к двигателю внутреннего сгорания транспортного средства. При прогреве охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства до 40°C трехходовой кран с сервоприводом 8 перекрывает верхнюю часть гидролинии 14, а нижнюю открывает. В результате поток охлаждающей жидкости начинает поступать только к жидкостному насосу с электроприводом 7, а прогрев двигателя внутреннего сгорания транспортного средства прекращается. Прогрев двигателя транспортного средства вновь возобновляется только при падении температуры охлаждающей жидкости в нем до 35°C путем перекрытия трехходовым краном с сервоприводом 8 верхней ветки гидролинии 14 и открытия ее нижней части.
Во время работы двигателя транспортного средства в зависимости от температуры охлаждающей жидкости трехходовой кран с сервоприводом 8 может обеспечит движение его охлаждающей жидкости как через жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания по верхней части гидролинии 14, так и минуя его по гидролинии 12, обратный клапан 4, трехходовой кран с сервоприводом 5 к гидролинии 10 и далее к радиатору отопителю транспортного средства.
Заявленный жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания может быть использован в качестве вспомогательной энергетической установки на большегрузном автотранспорте, сельскохозяйственных машинах, строительно-дорожных машинах, тепловозах для производства тепловой и электрической энергии. Применение ее позволит повысить эффективность системы предпускового подогрева транспортного средства путем прогрева его охлаждающей жидкости и моторного масла, обеспечить его тепловой и электрической энергией во время длительных стоянок в холодное время года, а также расширить сервисные возможности при эксплуатации в любых климатических условиях.