Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором транспортного засобу, оснащеного системою рекуперації електричної енергії

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором транспортного засобу, оснащеного системою рекуперації електричної енергії, 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 байпасу та клапани вимикання теплообмінника. Вона має блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, блок керування пуском двигуна, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтно-імпульсної модуляції) і блок керування системою рекуперації. UA 75811 U (12) UA 75811 U UA 75811 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем регулювання двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) транспортних засобів, оснащених системою рекуперації електричної енергії. 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 бути 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, залежно 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 автоматичний повторнокороткочасний режим роботи шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим) в залежності від температури теплоносія в водяній сорочці блоку циліндрів двигуна, а крім цього система не має можливості додатково використовувати сторонні джерела енергії для підготовки працездатності системи. 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 згоряння і радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпасу 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, а також у теплового акумулятора відсутня можливість додаткового заряджання його від сторонніх джерел енергії. В реальних умовах експлуатації цей недолік призводить до того, що споживач не має можливості вільно 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 °C, 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 відпрацьованих газів ДВЗ шляхом здійснення автоматичного повторно - короткочасного режиму роботи ДВЗ при періодичному чергуванні його роботи і зупинки (циклічний режим), а також за допомогою додаткового заряджання теплового акумулятора електронагрівачем теплового акумулятора, який дає змогу заряджати його від рекуперативної системи транспортного засобу. Як джерело електроенергії транспортного засобу, оснащеного системою рекуперації електричної енергії (на прикладі тепловозу або іншого транспортного засобу з електричною тягою), для додаткового заряджання теплового акумулятора за допомогою електронагрівача теплового акумулятора і силового електрокабелю використовується рекуперативна система транспортного засобу, яка складається з підсилювача, перетворювача електроенергії, блока накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролера (контролера широтноімпульсної модуляції) і блока керування системою рекуперації [5]. При цьому, для задоволення задачі і в межах вимог, встановлених заводською інструкцією щодо підтримання необхідного передпускового значення тиску в системі мащення ДВЗ, забезпечення безпечних експлуатаційних умов означеного автоматичного повторно-короткочасного режиму роботи ДВЗ за допомогою блока керування пуском двигуна, необхідне обов'язкове проведення відповідного автоматичного передпускового прокачування оливи для досягнення встановленого значення цього тиску перед здійсненням пуску ДВЗ. Запропонована система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором транспортного засобу, оснащеного системою рекуперації електричної енергії має блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, блок керування пуском двигуна, 1 UA 75811 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтно-імпульсної модуляції) і блок керування системою рекуперації. На кресленні наведена схема запропонованої системи. Система регулювання містить двигун внутрішнього згорання 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 з встановленим в ньому електронагрівачем теплового акумулятора 15, що з'єднаний за допомогою силового електрокабеля 16 з підсилювачем 17, перетворювачем електроенергії 18, блоком накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 19, ШІМ контролером (контролером широтно-імпульсної модуляції), блоком керування системою рекуперації 21, клапани випускної системи 10 та клапани байпаса 11 та клапанів 12 відключення теплообмінника 3, блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску 13, блок керування пуском двигуна 14. 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. У залежності від навантаження на генератор 2 та температуру 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 кроковий електромотор, який встановлює важіль керування у відповідне положення. Відповідно до показників датчиків температури Д2, Д3 визначається частота обертання насоса 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 блока керування автоматично діючого передпускового прокачування масла при здійсненні пуску 13 здійснюється автоматичне примусове прокачування оливи в системі мащення ДВЗ (на кресленні 1 умовно не показано), і блок керування пуском двигуна 4 здійснює примусовий пуск ДВЗ. 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 зупинка ДВЗ. Таким чином здійснюється повторно - короткочасний режим роботи ДВЗ шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим). Для додаткового заряджання теплового акумулятора його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора 15, який дає змогу заряджати його за допомогою силового електрокабелю 16 від рекуперативної системи транспортного засобу при його гальмуванні. В рекуперативну систему транспортного засобу (на прикладі тепловозу або іншого транспортного засобу з електричною тягою) входить підсилювач 17, перетворювач електроенергії 18, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 19, ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) 20 і блок керування системою рекуперації 21 [5]. Перетворювач 2 UA 75811 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 електроенергії 18 при гальмуванні тягового електродвигуна узгоджує напруги тягового електродвигуна, працюючого в режимі гальмування, і напругу у блоці накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 19. Блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 19 здійснює накопичення електричної енергії і утворює гальмівний момент на тяговому електродвигуні за рахунок величини струму від перетворювача електричної енергії 18 до блоку накопичувачів електроенергії конденсаторного типу. ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) 20 здійснює формування імпульсів відповідної частоти і зміну їх шпаруватості для регулювання потужності, що подається на електронагрівач теплового акумулятора 15. Підсилювач 17 підсилює за потужністю сигнали ШІМ контролера (контролера широтно-імпульсної модуляції) 20. Блок керування системою рекуперації 21 керує роботою перетворювач електроенергії 18 і ШІМ контролера (контролера широтно-імпульсної модуляції) 20. Додаткова система заряджання теплового акумулятору від накопичувача рекуперативної системи електричної енергії вводиться в дію у випадку, коли накопиченої теплової енергії теплового акумулятора недостатньо для прогріву двигуна до певної температури (дуже низька температура оточуючого середовища, або може мати місце вимушене довготривале простоювання без реалізації повторно - короткочасного прогрівального режиму роботи ДВЗ). Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування двигуна, системою регулювання температури двигуна з тепловим акумулятором і елементами забезпечення повторно - короткочасного режиму роботи 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. Для додаткового заряджання теплового акумулятора його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора, який дає змогу заряджати його за допомогою силового електрокабелю від рекуперативної системи транспортного засобу при його гальмуванні. В рекуперативну систему транспортного засобу входить підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтно-імпульсної модуляції) і блок керування системою рекуперації. Блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску і блок керування пуском двигуна дозволяють забезпечити здійснення повторно - короткочасного режиму роботи ДВЗ шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим) 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. 25.08.2011р. бюл. № 16. 3. Шумков Е.Б., Ерилин Е.С., Сычушкин И.В. Работа дизеля в режиме автоматического обогрева тепловоза // Вестник ВНИИЖТ №1, 2004. 4. Крутов.В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1979.-615с. 5. Черняк Ю.В., Прилепський Ю.В., Грицук I.B. Фізична модель рекуперативної системи маневрового тепловозу: Монографія. - Донецьк, 2010.-196 с. ISBN 978-966-8707-28-5. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловим акумулятором транспортного засобу, оснащеного системою рекуперації електричної енергії, 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 байпасу та клапани вимикання теплообмінника, яка відрізняється тим, що має блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, блок керування пуском двигуна, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, 3 UA 75811 U підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтно-імпульсної модуляції) і блок керування системою рекуперації. Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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 4