Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором, що містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним управлінням від електронного блока і датчиків температури, зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згорання і радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника. Система регулювання температури має електронагрівач системи охолодження, джерело електроенергії і силовий електрокабель. UA 75300 U (54) СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ОХОЛОДЖУЮЧОЇ РІДИНИ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ З УТИЛІЗАЦІЄЮ ТЕПЛОТИ ТЕПЛОВИМ АКУМУЛЯТОРОМ UA 75300 U UA 75300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем регулювання двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ). Система електронного регулювання охолодження двигуна (ЕРОД), розроблена французькою фірмою "Valeo" для легкових автомобілів, що мають двигуни з робочим обсягом 3 від 1100 до 1400 см може служити аналогом системи. Електричні датчики Д2 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, у залежності від режиму руху, забезпечує економію палива від 1,3 % до 5,5 %, а при холодному пуску навіть до 20 %-24 % [1]. Недоліком системи є те, що перемикання контурів сорочки охолодження відбувається за допомогою класичного термостату, що не забезпечує високої якості регулювання теплового стану двигуна, а також не забезпечує можливість здійснювати прискорений прогрів теплоносія системи охолодження і самого двигуна під час його прогріву в залежності від температури теплоносія в водяній сорочці блока циліндрів двигуна. Відома система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти [2], що містить насос з регульованим електричним приводом, двопозиційний клапан з електромагнітним управлінням від електронного блока і датчиків температури, зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згорання і радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника. Дана система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти має недолік - це те, що є певна залежність теплової енергії теплового акумулятора, що накопичується ним від температури відпрацьованих газів, від часу зупинки двигуна в непрацюючому стані, і як наслідок суттєве охолодження двигуна і його систем. В реальних умовах експлуатації цей недолік призводить до того, що споживач не має можливості прискорено здійснювати пуск двигуна без спеціальної передпускової підготовки при тривалому простоюванні, тобто у двигуна відсутня спроможність здійснювати "гарячий прогрів" двигуна і енергетичної установки в цілому [3,4]. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності використання палива та досягнення більшої зручності в утилізації теплоти відпрацьованих газів й охолоджувальної рідини, та підтримання температури рідини в системі охолодження при заглушеному ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" (50-70 С, в залежності від експлуатаційних вимог й заводської інструкції) при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації, а при зменшенні температури теплоносія в тепловому акумуляторі - підтримання її у встановлених межах за рахунок теплоти, яку отримує рідина системи охолодження від електронагрівача системи охолодження при тривалому простоюванні, коли у двигуна відсутня спроможність здійснювати "гарячий прогрів" двигуна і енергетичної установки в цілому. Запропонована система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором має електронагрівач системи охолодження, джерело електроенергії і силовий електрокабель. На кресленні наведена схема запропонованої системи. Система регулювання містить газопоршневий двигун 1 з приєднаним до нього генератором 2, теплообмінник 3, блок керування двигуном 5, який здійснює управління регулятором 6, та блок керування системи охолодження 4, який здійснює керування триступеневим клапаном 7, циркуляційним насосом 8 та тепловим акумулятором 9, клапани випускної системи 10 та клапани байпаса 11 та клапанів 12 відключення теплообмінника 3, електронагрівач системи охолодження 13, джерело електроенергії 14 і силовий електрокабель 15. Всі блоки системи і сама система працюють в залежності від отриманої інформації від датчику температури паливо-повітряної суміші (повітря) на вході в ДВЗ Д1, датчиків температури охолоджуючої рідини ДВЗ Д2 й датчиків температури охолоджуючої рідини теплообмінника Д3. Система працює наступним чином. При роботі двигуна на режимі прогріву при теплих кліматичних умовах триступеневий клапан 7 встановлюється блоком керування системи охолодження 4 у положення, в якому циркуляційний насос 8 забезпечує рух охолоджувальної рідини по малому колу, після того як датчики температури охолоджувальної рідини Д2 зафіксують температуру відповідну прогрітому стану двигуна блок керування системи охолодження 4 подає сигнал на триступеневий клапан 7, який перемикається у положення циркуляції охолоджувальної рідини через теплообмінник 3. Подальша робота системи регулювання теплоти двигуна відбувається на основі даних датчиків температури Д2, Д3. Відповідно до показників температур цих датчиків визначається оптимальна частота обертання насоса 8. 1 UA 75300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У залежності від навантаження на генератор 2 та температури паливо-повітряної суміші, яка виміряється датчиком Д1, блоком керування 4 визначається необхідна кількість палива для роботи двигуна з постійною частотою та подає керуючий сигнал на шаговий електромотор, який встановлює важіль керування у відповідне положення. Відповідно до показників датчиків температури Д2, Д3 визначається частота обертання насосу 8, яка буде забезпечувати оптимальний прогрів теплоносія. При показниках датчиків температури Д2 та Д3, що відповідають температурі більш ніж оптимальній для цього двигуна включається тепловий акумулятор 9 та акумулює надлишки теплоти від системи охолодження двигуна. Коли тепловий акумулятор 9 накопичив запас теплоти, який відповідає його потужності, блок керування системи охолодження 4 формує сигнал, який закриває клапани 10 та відкриває клапани байпаса 11. При низький температурі навколишнього середовища та зарядженому тепловому акумуляторі 9 прогрів двигуна 1 здійснюється наступним чином: клапани 12 відключають від циркуляції теплообмінник 3, а триступеневий клапан 7 встановлюється у положення великого контуру малого кола циркуляції, чим дозволяє прогріти охолоджуючу рідину від теплового акумулятора 9 в процесі момент пуску двигуна. При цьому елементи схеми, що входять в мале коло циркуляції працюють аналогічно описаному раніше. Для підтримання температури рідини в системі охолодження при заглушеному ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації, коли температура в тепловому акумуляторі може опуститися нижче допустимого значення, запропонована система працює наступним чином: після отримання команди з блока керування системи охолодження 4 за допомогою електронагрівача системи охолодження 13, що працює від джерела електроенергії 14, через силовий електрокабель 15, здійснюється прискорений прогрів теплоносія системи охолодження і самого двигуна під час його прогріву. Після досягнення температури в тепловому акумуляторі у встановлених межах для здійснення його роботи, яка накопичується від відпрацьованих газів, за допомогою блока керування пуском двигуна 4 виконується відключення електронагрівача системи охолодження 13. Для додаткового прискореного нагріву охолоджуючої рідини системи охолодження ДВЗ від електронагрівача системи охолодження можливо живити від електричної мережі, стаціонарного джерела електроенергії, електрогенератора або рекуперативної системи транспортного засобу [4, 5]. Таким чином здійснюється прискорений прогрів теплоносія системи охолодження і самого двигуна під час його прогріву. Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування двигуна, системою регулювання температури двигуна з тепловим акумулятором і елементами забезпечення прискореного прогріву охолоджуючої рідини системи охолодження ДВЗ підвищити ефективність використання палива та досягти більшої зручності в процесі утилізації теплоти від теплового акумулятора при забезпеченні передпускового підігріву і прискореного прогріву ДВЗ. Тепловий акумулятор дозволяє більш гнучко утилізувати теплоту та скоротити час прогріву двигуна. Електронагрівач системи охолодження, що працює від джерела електроенергії через силовий електрокабель, дозволяють забезпечити здійснення прискореного прогріву теплоносія системи охолодження і самого двигуна під час його прогріву, а також для підтримання сталої температури теплоносія в тепловому акумуляторі у відповідних межах за рахунок теплоти відпрацьованих газів ДВЗ. Джерела інформації: 1. Использование водяного электронасоса для електронного регулирования температуры охлаждающей жидкости / - Х.К. Нгуен, Ж.Л. Мулен, П. Перрье, Э. д'Орсе // Препринт/ Ярославський политехнический інститут: №88.-Я.: 1988.-31с. 2. Патент на корисну модель №62417 від 25.08.2011р. "Система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором", автори Грицук І.В., Краснокутська З.І., Адров Д.С. Вербовський B.C., Черняк Ю.В., Гущін A.M., Дорошко B.I. Патента № 62417; опубл. 25.08.2011 р. бюл. №16. 3. Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1979.-615с. 4. Kim Hotstart. Предпусковые подогреватели. Каталог. - М.: Издательство ЗАО "ТЕХНЄС", 2008.-56с. 5. Черняк Ю.В., Прилепський Ю.В., Грицук І.В. Фізична модель рекуперативної системи маневрового тепловозу: Монографія.-Донецьк. 2010.-196С. ISBN 978-966-8707-28-5 60 2 UA 75300 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором, що містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним управлінням від електронного блока і датчиків температури, зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згорання і радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника, яка відрізняється тим, що має електронагрівач системи охолодження, джерело електроенергії і силовий електрокабель. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3