Система забезпечення оптимальних температур охолоджуючої рідини в двигуні внутрішнього згорання

Реферат: Винахід належить до двигунобудування, до систем, що управляють тепловим станом двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ), і включає в себе систему забезпечення оптимальних температур охолоджуючої рідини в ДВЗ, при його передпусковому прогріві, під час роботи, а також при непрацюючому ДВЗ, що експлуатується в умовах низьких температур оточуючого середовища, та систему дистанційного автоматизованого контролю (моніторингу) параметрів двигуна. Вона дозволяє шляхом електронного керування ДВЗ і безпосередньо системою забезпечення оптимальних температур охолоджуючої рідини в ДВЗ підвищити ефективність використання палива, істотно поліпшити показники екологічної безпеки ДВЗ та досягти більшої зручності в процесі утилізації теплоти тепловими акумуляторами при забезпеченні передпускового прогріву і прискореного прогріву після пуску ДВЗ. При повному розряджанні теплового акумулятора фазового переходу системи охолодження і зниженні температури теплоносія в системі UA 106525 C2 (12) UA 106525 C2 охолодження забезпечується автоматична подача теплоти від теплового акумулятора фазового переходу відпрацьованих газів, таким чином забезпечується працездатність системи регулювання температури охолоджуючої рідини. Крім цього, для підвищення достовірності та ефективності обробки інформації винахід забезпечує дистанційний автоматизований контроль (моніторинг) і обстеження технічного стану самого ДВЗ із застосуванням інформаційнотелекомунікаційних технологій. UA 106525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до двигунобудування, до комплексу, що управляє тепловим станом двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ), і включає систему регулювання температури охолоджуючої рідини при прогріві ДВЗ, при його передпусковому прогріві, під час роботи, а також при непрацюючому ДВЗ, що експлуатується в умовах низьких температур оточуючого середовища, виконану з можливістю дистанційного автоматизованого контролю (моніторингу) параметрів двигуна. Відомий комплекс (система) електронного регулювання охолодження двигуна (ЕРОД), розроблений французькою фірмою "Valeo" для легкових автомобілів з робочим об'ємом від 3 1100 до 1400 см , може служити аналогом системи. Електричні датчики системи на вході і виході рідини з двигуна, подають сигнали в електронний модуль керування, що, у свою чергу, регулює роботу електровентилятора й електронасоса. Як показали випробування, застосування такої системи на автомобілях, в залежності від режиму руху, забезпечує економію палива від 1,3 % до 5,5 %, а при холодному пуску - до 20 % - 24 % [1]. Недоліком комплексу (системи) є те, що перемикання контурів сорочки охолодження відбувається за допомогою класичного термостату і не забезпечує високої якості регулювання теплового стану двигуна, а також не забезпечується можливість здійснювати накопичення теплоти для системи охолодження двигуна і відсутня можливість дистанційного моніторингу параметрів самого двигуна. Відомий комплекс (система) підігріву ДВЗ та обігріву салону автотранспортного засобу, що складається з рідинного підігрівача, що працює за рахунок спалювання рідкого моторного палива; автономного електронасоса; рідинних трубопроводів, що з'єднують підігрівач, автономний електронасос, система охолодження ДВЗ і радіатори-нагрівачі в єдиний циркуляційний контур; запірних арматур і електрообладнання, що управляє роботою підігрівача. Дана система забезпечує передпусковий підігрів і автоматичну підтримку теплового стану ДВЗ із рідинним охолодженням, а також обігрів салону автотранспортного засобу при непрацюючому двигуні [2, 3]. Недоліки такого комплексу (системи) підігріву випливають з практики його експлуатації, тобто вони мають невисоку надійність, обумовлену складністю його (їхньої) конструкції, і підвищеною пожежонебезпекою внаслідок наявності в конструкції підігрівача вогневого пальника; крім того, вони погіршують екологічну обстановку через викиди в атмосферу відпрацьованих газів (ВГ) при роботі підігрівача, а також не забезпечують можливість здійснювати накопичення теплоти для системи охолодження двигуна і відсутня можливість дистанційного моніторингу параметрів самого двигуна. Прототипом запропонованого винаходу є комплекс (система) підігріву (регулювання температури) двигуна внутрішнього згорання транспортного засобу, що складається з двигуна внутрішнього згорання, теплового акумулятора фазового переходу; автономного електронасосу; запірних арматур; рідинних трубопроводів, що з'єднують тепловий акумулятор фазового переходу, автономний електронасос, систему охолодження ДВЗ і радіатор-нагрівач салону [4]. Накопичення тепловим акумулятором фазового переходу теплової енергії в даній системі здійснюється в процесі руху автомобіля. У цьому випадку автономний електронасос виключений, а під дією штатного водяного насоса ДВЗ потік рідкого теплоносія (тосолу) рухається по замкненому контуру: система охолодження ДВЗ - тепловий акумулятор фазового переходу. У теплового акумулятора фазового переходу рідкий теплоносій передає частину своєї теплової енергії теплоакумулюючому матеріалу, що нагрівається у твердій фазі до температури плавлення, плавиться і далі нагрівається в рідкій фазі до деякої температури, при якій наступає теплова рівновага між теплоакумулюючим матеріалом і потоком рідкого теплоносія. Зберігання накопиченої теплоти здійснюється в період безгаражної стоянки автомобіля в умовах низьких температур. У цьому випадку теплоакумулюючий матеріал зберігається в розплавленому стані завдяки наявності в конструкції теплового акумулятора фазового переходу високоефективної теплоізоляції. Розрядка теплового акумулятора фазового переходу виконується шляхом включення автономного електронасосу. Управляючи потоком теплоносія за допомогою запірних арматур, можлива організація його циркуляції по двох варіантах: система охолодження ДВЗ - тепловий акумулятор фазового переходу і радіаторнагрівач салону - тепловий акумулятор фазового переходу. У першому випадку здійснюється підігрів двигуна перед пуском, а в другому - обігрів салону автомобіля при непрацюючому двигуні. В обох випадках віддача теплової енергії споживачеві виконується за рахунок виділення тепловим акумулятором фазового переходу схованої теплоти кристалізації, при цьому теплоакумулюючий матеріал виконує оборотний фазовий перехід з рідкого стану у твердий. В описаній вище системі [4] у якості теплоакумулюючого матеріалу використовується 1 UA 106525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 добре апробована речовина – октагідрат гідроксиду барію Ва(ОН)2·8Н2О з температурою плавлення Тпл=78 °C і питомою теплотою фазового переходу r=280 кДж/кг. Недоліками такої системи є складність підтримання температури рідкого теплоносія в межах Трід=90…100 °C для гарантованого накопичення тепловим акумулятором фазового переходу теплоти й зниження в цей період температури повітря в салоні, а також відсутня можливість дистанційного моніторингу параметрів самого двигуна. Метою винаходу є додаткове використання теплової енергії відпрацьованих газів (ВГ) й охолоджуючої рідини ДВЗ, яка дозволяє суттєво підвищити температуру рідинного теплоносія, що знаходиться в ДВЗ перед його пуском, покращення пускових якостей двигуна, зменшення зношування деталей в процесі пуску в результаті використання постійно прогрітого ДВЗ і, як наслідок, підвищення довговічності основних деталей в результаті зменшення часу прогріву двигуна, й, відповідно, покращення паливної економічності, зменшення викидів шкідливих речовин, а також довгострокове підтримання температури рідини в системі охолодження при заглушеному ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" (50-70 °C для охолоджуючої рідини ДВЗ, в залежності від експлуатаційних умов й заводської інструкції) при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації з одночасним дистанційним автоматизованим контролем (моніторингом) і обстеженням технічного стану ДВЗ, в тому числі, в залежності від параметрів системи регулювання температури охолоджуючої рідини ДВЗ, шляхом застосування інформаційно-телекомунікаційних технологій, що підвищить достовірність та ефективність обробки інформації при вказаному обстеженні, завдяки чому підвищиться якість управління запропонованим комплексом в оперативному режимі і, завдяки цьому, в цілому підвищиться рівень надійності ДВЗ. Поставлена задача вирішується тим, що відповідно до експлуатаційних умов, запропонований комплекс дозволяє додатково використовувати теплову енергію ВГ ДВЗ, що дозволяє істотно підвищити температуру рідкого теплоносія, яка надходить з теплового акумулятора фазового переходу ВГ у процесі накопичення їм теплоти, не знижуючи при цьому температурні параметри в тепловому акумуляторі фазового переходу системи охолодження і рідинно-повітряному теплообміннику. Задача досягається завдяки тому, що в комплексі для забезпечення оптимальних температур охолоджуючої рідини в ДВЗ встановлені додаткові електричні програмовані насоси системи охолодження, які працюють паралельно штатному насосу системи охолодження, і керуються блоком керування комплексом для забезпечення оптимальних температур охолоджуючої рідини в ДВЗ з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами за допомогою системи одноходових кранів, і тепловий акумулятор фазового переходу ВГ з датчиками температури теплового акумулятора фазового переходу й охолоджуючої рідини системи охолодження до і після теплового акумулятора фазового переходу, що мають зв'язок з блоком керування комплексом для забезпечення оптимальних температур охолоджуючої рідини в ДВЗ з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами і блоком керування ДВЗ, а також з одноходовими кранами і додатковими електричними програмованими насосами системи охолодження. На більшості сучасних ДВЗ система охолодження ДВЗ і система повітряного підігріву салону (кабіни) транспортного засобу, або моторного приміщення (відсіку) пересувної (стаціонарної) електростанції з ДВЗ, або самого ДВЗ конструктивно виконуються у вигляді єдиного циркуляційного контуру, завдяки чому опалення салону (кабіни) транспортного засобу, або моторного приміщення (відсіку) пересувної (стаціонарної) електростанції з ДВЗ, або самого ДВЗ здійснюється за рахунок теплової енергії рідкого теплоносія системи охолодження, що нагрівається в ДВЗ. Через те, що на такий повітряний прогрів витрачається значна кількість теплової енергії, температура теплоносія (охолоджуючої рідини) у системі охолодження ДВЗ в реальних умовах зимової експлуатації значно нижче того значення, що рекомендується заводом-виготовлювачем. Наприклад, відповідно до відомостей з проведених досліджень [5], температура охолоджуючої рідини в системі охолодження ДВЗ автобуса ЛиАЗ-5256, обладнаного дизелем КамАЗ-7408, при температурі навколишнього повітря Тпов=-15…0 °C і становила Трід=45…58 °C, а відповідно до відомостей [2, 3] робоча температура рідини в системі охолодження повинна бути дорівнює Троб=80…98 °C. Таким чином, при утилізації й акумулюванні теплової енергії тільки охолоджуючої рідини ДВЗ, використання в якості теплоакумулючого матеріалу добре апробованої речовини Ва(ОН)2·8Н2O, що має стабільні й достатньо високі термодинамічні параметри, не представляється можливим, оскільки температура теплоносія в процесі експлуатації в умовах низьких температур значно нижче температури плавлення вищевказаного теплоакумулюючого матеріалу. Застосування в якості теплоакумулюючих матеріалів інших речовин або композицій 2 UA 106525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 речовин з температурою плавлення Тпл