Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами, 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, причому система має додатковий контактний блочний тепловий акумулятор двигуна внутрішнього згорання. UA 75301 U (12) UA 75301 U UA 75301 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 довготривале підтримання робочого теплового стану ДВЗ під час міжзмінного зберігання та 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 от 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, яка накопичується ним від температури відпрацьованих газів, від часу зупинки двигуна в непрацюючому стані, і як наслідок суттєве охолодження двигуна і його систем, тобто відсутня можливість підтримання робочого теплового стану ДВЗ під час міжзмінного довготривалого зберігання. 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]. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності використання палива та досягнення більшої зручності в утилізації теплоти відпрацьованих газів й охолоджувальної рідини при здійсненні довготривалого 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. Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами має додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ. На фігурі 1 наведена схема запропонованої системи, а на фігурах 2 і 3 схема встановлення додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ при погляді на ДВЗ з різних боків (повздовжній і поперечний розріз з додатковим контактний блочним тепловим акумулятором ДВЗ). 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 байпасу 11 та клапанів 12 відключення теплообмінника 3 і додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ 13. 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 ДЗ. Додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ 13 уявляє собою багатошаровий чохол, закріплений на сорочці й піддоні двигуна ззовні його. Робота його заснована на виділенні й поглинанні тепла при зміні фазового стану теплоакумулюючого матеріалу, який входить до складу його конструкції. Секції додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ закріплюються на поверхні блока циліндрів і масляного піддона двигуна, так щоб забезпечити щільне прилягання. Застосування додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ не вимагає внесення яких-небудь істотних змін у конструкцію двигуна й інших систем машини, він легко монтується, простий в обслуговуванні і не вимагає додаткового джерела 1 UA 75301 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 енергії. Конструкція додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ являє собою кілька секцій-контейнерів з теплоакумулюючим матеріалом на основі фазоперехідного матеріалу, закріплених на поверхні блока циліндрів і піддона ДВЗ, зверху закритих теплоізоляційним чохлом, що складається з декількох шарів [4, 5]. Завдяки використанню додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ досягається мінімальна втрата тепла, що виділяється двигуном протягом часу його роботи, оскільки він виконує теплоізолюючу функцію. У результаті використання запропонованого додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ вдається уникнути появи термічних напруг у ДВЗ, тому що робочий процес його полягає в довготривалій підтримці температури моторної оливи і охолоджуючої рідини ДВЗ на відміну від відомих теплових акумуляторів, де здійснюється нагрівання ДВЗ після зупинки. 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 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. Додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ 13 при роботі ДВЗ накопичує виділену від блока і піддону двигуна теплоту на вище рівня теплоти "гарячого прогріву" ДВЗ. Завдяки використанню додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ 13 досягається мінімальна втрата тепла, що виділяється двигуном протягом часу його роботи, оскільки він виконує теплоізолюючу функцію. В період зупинки і зберігання непрацюючого ДВЗ робочий процес додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ 13 полягає в зворотньому віддаванні теплоти фазового переходу речовини його для здійснення довготривалої підтримки температури моторної оливи і охолоджуючої рідини ДВЗ. Для підтримання температури рідини в системі мащення і охолодження в межах температур "гарячого прогріву" при заглушеному ДВЗ при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації використовується додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ 13, який за період часу зупинки ДВЗ за рахунок теплоти, що накопичена в фазоперехідних його матеріалах, здійснює довготривале її підтримання. При низькій температурі навколишнього середовища та зарядженому тепловому акумуляторі 9, коли температури додаткового контактного блочного теплового акумулятору ДВЗ 13 вже недостатньо 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. Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування двигуна та системою регулювання температури двигуна підвищити ефективність використання палива та досягти більшої зручності в утилізації теплоти від відпрацьованих газів й охолоджувальної рідини при здійсненні довготривалого підтримання температури рідини в системі охолодження при заглушеному ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації. А додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ дозволяє більш гнучко утилізувати тепло системи 2 UA 75301 U 5 10 15 20 охолодження і мащення ДВЗ, підтримати сталу їх температуру та скоротити час прогріву двигуна. 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.-Ярославль: 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 В.І., патент № 62417; опубл. 25.08.2011 р. бюл. №16. 3. Крутов.В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1979.-615с. 4. Карнаухов Н.Н., Пустовалов И.А., Яркин А.В. Тепловой аккумулятор для поддержания пусковой температуры ДВС в период межсменной стоянки строительной машины в зимний период [Текст] // Отраслевой журнал "Автотранспортное предприятие". 2010, ноябрь. М.: М.: НПП Транснавигация, Минтранс России. С. 45-48. ISSN 2076-3050. 5. Патент на винахід №: 2431056 від 15.06.2010 р. "Тепловой аккумулятор для поддержания пусковой температуры ДВС в период межсменной стоянки строительной машины в зимний период", автори Карнаухов М.М. (RU), Яркин А.В. (RU), Пустовалов І.О. (RU), Крук О.Р. (RU), патент № 2431056; опубл. 10.10.2011р. початок дії патенту 15.06.2010 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами, 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 додатковий контактний блочний тепловий акумулятор двигуна внутрішнього згорання. 3 UA 75301 U 4 UA 75301 U 5 UA 75301 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 6