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

Реферат: Система регулювання температури оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором містить електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини, датчик рівня охолоджуючої рідини, розширювальний бачок, клапан подачі охолоджуючої рідини, клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини, реле часу перекачування охолоджуючої рідини, контрольну лампу рівня охолоджуючої рідини. UA 79202 U (54) СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ОЛИВИ ТА ОХОЛОДЖУЮЧОЇ РІДИНИ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ З УТИЛІЗАЦІЄЮ ТЕПЛОТИ З ТЕПЛОВИМ АКУМУЛЯТОРОМ UA 79202 U UA 79202 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до двигунобудування, зокрема до систем регулювання двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ). Відома система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором [1]. Ця система містить теплообмінник, блок керування системою охолодження, триступеневий клапан для управління рухом охолоджуючої рідини в системі, циркуляційний насос, тепловий акумулятор, клапани для управління зарядом теплового акумулятора та кількістю охолоджуючої рідини, що проходить через теплообмінник, датчики температури, установлені на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ і теплообмінник. Принцип роботи системи полягає в наступному. Залежно від температури навколишнього середовища прогрів двигуна здійснюється або з використанням теплоти, що акумульована в тепловому акумуляторі, або без такої. При прогріві двигуна здійснюється заряджання теплового акумулятора теплотою відпрацьованих газів двигуна шляхом ввімкнення відповідних клапанів управління. Після прогріву двигуна надлишок теплоти з системи охолодження також акумулюється в тепловому акумуляторі. Теплообмінник служить для відведення надлишку теплоти системи охолодження при зарядженому тепловому акумуляторі. Для забезпечення оптимального прогріву теплоносія блок керування системою охолодження здійснює регулювання частоти обертання крильчатки циркуляційного насоса з врахуванням показників датчиків температури. Надлишок теплоти, що утворюється при роботі системи мащення віддається в навколишнє середовище через охолоджувач оливи. Дана система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором має недолік - вона не забезпечує оптимальний прогрів холодного двигуна після пуску, оскільки холодна олива в системі мащення забирає частину теплоти на себе. Це призводить до підвищеної витрати палива внаслідок підвищених механічних втрат, підвищення зносу газопоршневого двигуна та збільшення викидів забруднюючих речовин. Відома система регулювання температури оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором [2]. Така система регулювання містить двигун внутрішнього згоряння, споживач енергії, теплообмінник, вимикач запалювання і стартера, акумуляторну батарею, стартер, охолоджувач оливи, насос для підведення оливи, головну магістраль для оливи, піддон картера, блок керування системою охолодження, триступеневий клапан, циркуляційний насос, тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини, клапани випускної системи, клапани байпасу, клапани відключення теплообмінника, датчики температури на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згоряння, датчики температури на вході і виході в теплообмінник, тепловий акумулятор для оливи, електричний насос для перекачування оливи, датчик тиску оливи, датчик рівня оливи, клапан подачі оливи в головну магістраль, клапан подачі оливи в піддон картера, реле часу, контрольну лампу, електронний блок керування системою мащення. Робота системи регулювання температури відбувається наступним чином. Коли ДВЗ не працює, олива зберігається в тепловому акумуляторі для оливи, який забезпечує зберігання теплоти оливи після зупинки ДВЗ. При включенні запалювання електронний блок керування системою мащення відкриває клапан подачі оливи в головну магістраль та вмикає електричний насос для перекачування оливи. Після досягнення тиску оливи в головній магістралі для оливи мінімально необхідного значення, відкривається клапан подачі оливи в піддон картера, а клапан подачі оливи в головну магістраль закривається. Коли досягнуто необхідний рівень оливи в піддоні картера, електричний насос для перекачування оливи відключається, клапан подачі оливи в піддон картера закривається і вмикається контрольна лампа, що сигналізує про можливість пуску ДВЗ. Після пуску ДВЗ контрольна лампа гасне. Якщо в процесі перекачування оливи в систему мащення не досягається необхідний тиск або рівень оливи, то електричний насос для перекачування оливи вимикається по сигналу реле часу, яке налаштовано на певний час, необхідний для закачування оливи в систему мащення конкретного двигуна. При цьому контрольна лампа не вмикається, стартер блокується і пуск ДВЗ стає неможливим. Після доливання оливи до необхідного рівня, контрольна лампа вмикається і пуск ДВЗ повторюється. Під час роботи ДВЗ подачу оливи до вузлів тертя забезпечує штатний насос для підведення оливи. Надлишок теплоти, що утворюється при роботі системи мащення, віддається в навколишнє середовище через охолоджувач оливи. Під час прогріву ДВЗ, поки не заряджений тепловий акумулятор, триступеневий клапан системи охолодження знаходиться в положенні, що відповідає руху охолоджуючої рідини без доступу в теплообмінник та тепловий акумулятор. При цьому тепловий акумулятор 1 UA 79202 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 заряджається теплотою відпрацьованих газів ДВЗ. Після завершення заряджання теплового акумулятора триступеневий клапан встановлюється в положення циркуляції охолоджуючої рідини через тепловий акумулятор, що забезпечує швидкий прогрів охолоджуючої рідини до оптимальної температури. Після прогріву ДВЗ відбувається циркуляція охолоджуючої рідини через теплообмінник. В залежності від температури охолоджуючої рідини встановлюється оптимальна частота обертання крильчатки циркуляційного насоса системи охолодження, яка буде забезпечувати оптимальну температуру теплоносія. Після зупинки ДВЗ відбувається перекачування оливи із головної магістралі для оливи і піддону картера в тепловий акумулятор для оливи. По завершенню викачування оливи із системи мащення вмикається контрольна лампа, яка інформує, що можна вимкнути запалювання. Після вимкнення запалювання контрольна лампа гасне. Недоліком такої системи регулювання температури є недостатньо швидкий прогрів охолоджуючої рідини після пуску холодного ДВЗ, оскільки поки тепловий акумулятор не буде заряджено теплотою відпрацьованих газів двигуна, швидкий прогрів теплоносія системи охолодження відбуватись не буде. В основу корисної моделі поставлена задача покращення пускових якостей двигуна за рахунок збереження теплоти теплоносія системи охолодження в тепловому акумуляторі, як наслідок, поліпшення паливної економічності, зменшення викидів шкідливих речовин і підвищення довговічності основних деталей в результаті зменшення часу прогріву двигуна. Поставлена задача вирішується тим, що до системи регулювання температури оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором, згідно з корисною моделлю, додається електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини, датчик рівня охолоджуючої рідини, розширювальний бачок, клапан подачі охолоджуючої рідини, клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини, реле часу перекачування охолоджуючої рідини, контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини. Електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини забезпечує перекачування охолоджуючої рідини із теплового акумулятора для охолоджуючої рідини до системи охолодження перед пуском ДВЗ та повернення охолоджуючої рідини в тепловий акумулятор після зупинки ДВЗ. Датчик рівня охолоджуючої рідини інформує про наявність необхідного рівня охолоджуючої рідини в системі охолодження перед пуском ДВЗ. Розширювальний бачок забезпечує компенсацію збільшення об'єму охолоджуючої рідини після її прогріву до робочої температури, стабілізацію рівня охолоджуючої рідини в системі охолодження та розміщення датчика рівня охолоджуючої рідини. Клапан подачі охолоджуючої рідини в сорочку охолодження забезпечує роз'єднання сорочки охолодження і електричного насоса для перекачування охолоджуючої рідини після досягнення її необхідного рівня в сорочці охолодження перед пуском ДВЗ та після викачування охолоджуючої рідини з системи охолодження після зупинки ДВЗ. Клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини забезпечують роз'єднання теплового акумулятора для охолоджуючої рідини і системи охолодження при перекачуванні охолоджуючої рідини із теплового акумулятора в сорочку охолодження перед пуском двигуна та при перекачуванні охолоджуючої рідини із сорочки охолодження в тепловий акумулятор після зупинки ДВЗ. Реле часу перекачування охолоджуючої рідини визначає момент вимкнення електричного насоса для перекачування охолоджуючої рідини перед пуском ДВЗ, якщо не досягнуто мінімальний рівень охолоджуючої рідини в системі охолодження, та після зупинки ДВЗ, коли завершений процес викачування охолоджуючої рідини із системи охолодження в тепловий акумулятор. Контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини сигналізує, що досягнуто мінімальний рівень охолоджуючої рідини в системі охолодження перед пуском ДВЗ та завершений процес викачування охолоджуючої рідини із системи охолодження після зупинки ДВЗ. Суть корисної моделі пояснює креслення. Схема системи регулювання температури, що пропонується, показана на кресленні. Система регулювання містить ДВЗ 1, споживач енергії 2, теплообмінник 3, вимикач запалювання і стартера 4, акумуляторну батарею 5, стартер 6, охолоджувач оливи 7, насос для підведення оливи 8, піддон картера 9, блок керування системою охолодження 10, триступеневий клапан 11, циркуляційний насос 12, тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13, клапани випускної системи 14, клапани байпасу 15, клапани відключення теплообмінника 16, датчики температури на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ 17, 2 UA 79202 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 датчики температури на вході і виході в теплообмінник 18, електричний насос для перекачування оливи 19, датчик рівня оливи 20, електронний блок керування системою мащення 21, тепловий акумулятор для оливи 22, контрольну лампу 23, датчик тиску оливи 24, головна магістраль для оливи 25, реле часу 26, клапан подачі оливи в головну магістраль 27, клапан подачі оливи в піддон картера 28, електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини 29, датчик рівня охолоджуючої рідини 30, клапан подачі охолоджуючої рідини 31, клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини 32, реле часу перекачування охолоджуючої рідини 33, контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини 34, розширювальний бачок 35. Робота системи регулювання температури відбувається наступним чином. Коли ДВЗ 1 не працює, олива та охолоджуюча рідина зберігаються в тепловому акумуляторі для оливи 22 та тепловому акумуляторі для охолоджуючої рідини 13, які забезпечують зберігання теплоти оливи та охолоджуючої рідини після зупинки ДВЗ. При включенні запалювання вимикачем запалювання і стартера 4 електричний струм від акумуляторної батареї 5 подається на блок керування системою охолодження 10 та на електронний блок керування системою мащення 21, які відповідно відкривають клапани подачі охолоджуючої рідини 31 та подачі оливи в головну магістраль 27 та вмикають електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини 29 та електричний насос для перекачування оливи 19. Водночас клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини 32 закриваються для швидкого завершення процесу перекачування охолоджуючої рідини із теплового акумулятора для охолоджуючої рідини 13 в систему охолодження. Після того, як датчик тиску оливи 24 подасть сигнал в електронний блок керування системою мащення 21 про те, що в головній магістралі для оливи 25 досягнутий мінімальний необхідний тиск оливи, відкривається клапан подачі оливи в піддон картера 28, а клапан подачі оливи в головну магістраль 27 закривається. Коли досягнуто необхідний рівень оливи в піддоні картера 9, електронний блок керування системою мащення 21 отримує відповідний сигнал від датчика рівня оливи 20, відключає електричний насос для перекачування оливи 19, закриває клапан подачі оливи в піддон картера 28 і вмикає контрольну лампу 23. Також при досягненні необхідного рівня охолоджуючої рідини в системі охолодження, блок керування системою охолодження 10 отримує відповідний сигнал від датчика рівня охолоджуючої рідини 30, відключає електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини 29, закриває клапан подачі охолоджуючої рідини 31, відкриває клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини 32 і вмикає контрольну лампу рівня охолоджуючої рідини 34. Після цього ДВЗ 1 можна пустити стартером 6. Після пуску ДВЗ 1 контрольна лампа 23 і контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини 34 гаснуть. Об'єм оливи та охолоджуючої рідини, що зберігаються відповідно в тепловому акумуляторі для оливи 22 та тепловому акумуляторі для охолоджуючої рідини 13, має значення більше, ніж це потрібно для заповнення відповідно систем мащення та охолодження. Це виконано з метою компенсації витрати оливи на угар та випаровування рідини з системи охолодження в процесі експлуатації ДВЗ. Якщо в процесі перекачування оливи в систему мащення не досягається необхідний тиск або рівень оливи, то електричний насос для перекачування оливи 19 вимикається по сигналу реле часу 26, яке налаштовано на певний час , необхідний для закачування оливи в систему мащення конкретного двигуна. Також, якщо в процесі перекачування охолоджуючої рідини в систему охолодження не досягається необхідний рівень охолоджуючої рідини в розширювальному бачку, то електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини 29 вимикається по сигналу реле часу перекачування охолоджуючої рідини 33, яке налаштовано на певний час 1, необхідний для закачування охолоджуючої рідини в систему охолодження конкретного двигуна. При цьому контрольна лампа 23 і/або контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини 34 не вмикаються, стартер 6 блокується і пуск ДВЗ 1 стає неможливим. Після до лиття оливи або охолоджуючої рідини до необхідного рівня в піддон картера 9, контрольна лампа 23 і контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини 34 вмикаються і пуск ДВЗ 1 повторюється. Під час роботи ДВЗ 1 подачу оливи до вузлів тертя забезпечує насос для підведення оливи 8. Надлишок теплоти, що утворюється при роботі системи мащення, віддається в навколишнє середовище через охолоджувач оливи 7. Механічна енергія, що виробляється ДВЗ 1, використовується для потреб споживача енергії 2. Під час прогріву ДВЗ 1 поки не заряджений тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13, блок керування системою охолодження 10 встановлює триступеневий клапан 11 в положення, в якому циркуляційний насос 12 здійснює рух охолоджуючої рідини без доступу в теплообмінник 3 та тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13. В цей час клапани 3 UA 79202 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 випускної системи 14 відкриті і відпрацьовані гази заряджають тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13. Після того, як тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13 зробив запас теплоти, що відповідає його потужності, блок керування системою охолодження 10 формує сигнал, який закриває клапани випускної системи 14 та відкриває клапани байпасу 15. При цьому, блок керування системою охолодження 10 встановлює триступеневий клапан 11 в положення циркуляції охолоджуючої рідини через тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13, що забезпечує швидкий прогрів охолоджуючої рідини до оптимальної температури. Після того як датчики температури на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ 17 зафіксують температуру відповідну прогрітому ДВЗ, блок керування системою охолодження 10 подає сигнал на клапани відключення теплообмінника 16, які перемикаються у положення циркуляції охолоджуючої рідини через теплообмінник 3. Відповідно до показань датчиків температури на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ 17 і датчиків температури на вході і виході в теплообмінник 18, блок керування системою охолодження 10 вираховує частоту обертання крильчатки циркуляційного насоса 12, яка буде забезпечувати оптимальну температуру теплоносія. Після зупинки ДВЗ 1 електронний блок керування системою мащення 21 відкриває клапан подачі оливи в головну магістраль 27 і клапан подачі оливи в піддон картера 28 та вмикає електричний насос для перекачування оливи 19 в режимі перекачування оливи із головної магістралі для оливи 25 і піддону картера 9 в тепловий акумулятор для оливи 22. Після завершення часу , необхідного для викачування оливи із системи мащення, спрацьовує реле часу 26 і електронний блок керування системою мащення 21 вимикає електричний насос для перекачування оливи 19 та закриває клапан подачі оливи в головну магістраль 27 і клапан подачі оливи в піддон картера 28. В той же час блок керування системою охолодження 10 відкриває клапан подачі охолоджуючої рідини 31 та закриває клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини 32, а також вмикає електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини 29 в режимі перекачування охолоджуючої рідини із системи охолодження в тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини 13. Після завершення часу 1, необхідного для викачування охолоджуючої рідини із системи охолодження, спрацьовує реле часу перекачування охолоджуючої рідини 33 і блок керування системою охолодження 10 вимикає електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини 29 та закриває клапан подачі охолоджуючої рідини 31. При цьому вмикаються контрольна лампа 23, яка інформує, що перекачування оливи завершене та контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини 34, яка інформує, що перекачування охолоджуючої рідини завершене і можна вимкнути запалювання вимикачем запалювання і стартера 4. Після вимкнення запалювання контрольна лампа 23 і контрольна лампа рівня охолоджуючої рідини 34 гаснуть. Таким чином, забезпечується підтримання температури охолоджуючої рідини на майже постійному рівні, як для прогрітого ДВЗ. Це значно скорочує час прогріву ДВЗ, зменшує механічні втрати під час прогріву та поліпшує паливну економічність, зменшує викиди шкідливих речовин. Джерела інформації: 1. Пат. № 62417 Україна. МПК F01P 3/22 (2006.01). Система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором/ Грицук І.В., Краснокутська З.І., Адров Д.С., Вербовський B.C., Черняк Ю.В., Прилепський Ю.В., Гущін A.M., Дорошко В.І.; власник Національний транспортний університет. № u2011 01845; заявл. 17.02.2011; опубл. 25.08.2011, Бюл. № 16. 2. Пат. № 70902 Україна. МПК F01P 3/22 (2006.01). Система регулювання температури оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором/ Корпач А.О., Цюман М.П., Краснокутська З.І.; власник Національний транспортний університет. - № u2011 15302; заявл. 23.12.2011; опубл. 25.06.2012, Бюл. № 12. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Система регулювання температури оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором, що містить двигун внутрішнього згоряння, споживач енергії, теплообмінник, вимикач запалювання і стартера, акумуляторну батарею, стартер, охолоджувач оливи, насос для підведення оливи, головну магістраль для оливи, піддон картера, блок керування системою охолодження, триступеневий клапан, циркуляційний насос, тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини, клапани випускної системи, клапани байпасу, клапани відключення теплообмінника, датчики температури на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згоряння, датчики температури на вході і 4 UA 79202 U 5 виході в теплообмінник, тепловий акумулятор для оливи, електричний насос для перекачування оливи, датчик тиску оливи, датчик рівня оливи, клапан подачі оливи в головну магістраль, клапан подачі оливи в піддон картера, реле часу, контрольну лампу, електронний блок керування системою мащення, яка відрізняється тим, що додають: електричний насос для перекачування охолоджуючої рідини, датчик рівня охолоджуючої рідини, розширювальний бачок, клапан подачі охолоджуючої рідини, клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини, реле часу перекачування охолоджуючої рідини, контрольну лампу рівня охолоджуючої рідини. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5