Система регулювання температури охолоджуючої рідини, оливи, палива двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини, оливи, палива двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним керуванням від електронного блока і датчиків температури, радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника. Додатково встановлено блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, блок керування пуском ДВЗ, блок нагріву оливи ДВЗ, блок нагріву палива ДВЗ, тепловий акумулятор малого кола циркуляції рідинної системи охолодження, контактний тепловий акумулятор блока нагріву оливи ДВЗ, контактний тепловий акумулятор блока нагріву палива ДВЗ, шлейф зв'язку, блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ, джерело електроенергії, контактний тепловий акумулятор нижньої частини теплообмінника, електронагрівач контактного теплового акумулятора блока нагріву палива ДВЗ, електронагрівач контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ, електронагрівач теплового акумулятора, електронагрівач теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження та електронагрівач контактного теплового акумулятора нижньої частини теплообмінника. UA 75788 U (12) UA 75788 U UA 75788 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 об'ємом 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 і 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 автоматичний повторнокороткочасний режим роботи шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим) в залежності від температури теплоносія в водяній сорочці блока циліндрів двигуна, також не використовується можливість накопичення теплоти від нагрітих теплоносіїв ДВЗ, таких як охолоджуюча рідина, олива, паливо, крім цього, система не має можливості додатково використовувати сторонні джерела енергії для підготовки роботоздатності елементів системи. Відома система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти [2], що містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним керуванням від електронного блока і датчиків температури, зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згорання, 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 електроагрегата з утилізацією теплоти має недолік - 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, не використовується можливість накопичення теплоти від нагрітих теплоносіїв ДВЗ, таких як охолоджуюча рідина, олива, паливо, 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 простою, тобто у двигуна відсутня спроможність здійснювати "гарячий прогрів" двигуна й елементів і систем 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, мащення і живлення при заглушеному ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" (50-70 °C для охолоджуючої рідини, а для оливи і для палива - у відповідності до рекомендацій з експлуатації ДВЗ, в залежності від експлуатаційних умов і 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 теплових акумуляторів (охолоджуючої рідини, оливи й палива) електронагрівачами теплових акумуляторів, які дають змогу заряджати їх додатково від електричної мережі. Як джерело електроенергії для додаткового заряджання теплових акумуляторів за допомогою електронагрівачів теплових акумуляторів може бути використана електрична мережа, стаціонарне джерело електроенергії, електрогенератор або рекуперативна система транспортного засобу [5]. При цьому для задоволення мети 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 ДВЗ, 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, оливи, палива ДВЗ з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом має блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, блок керування пуском ДВЗ, електронагрівач теплового акумулятора, тепловий акумулятор малого кола 1 UA 75788 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 циркуляції рідинної системи охолодження з електронагрівачем теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження, блок нагріву оливи ДВЗ з контактним тепловим акумулятором блока нагріву оливи ДВЗ з електронагрівачем контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ, блок нагріву палива ДВЗ з контактним тепловим акумулятором блока нагріву палива ДВЗ з електронагрівачем контактним тепловим акумулятором блока нагріву палива ДВЗ, блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ, контактний тепловий акумулятор нижньої частини теплообмінника з електронагрівачем контактного теплового акумулятора нижньої частини теплообмінника, шлейф зв'язку, датчики температури оливи, датчики температури палива, датчики температури теплового акумулятора, датчики температури теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель та джерело електроенергії. На фіг. 1 наведена схема запропонованої системи, на фіг. 2 наведена взаємодія елементів системи на прикладі блока нагріву палива ДВЗ. Система регулювання містить ДВЗ 1 з приєднаним до нього генератором 2, теплообмінник 3 з встановленим на ньому контактним тепловим акумулятором нижньої частини теплообмінника 23 з електронагрівачем контактного теплового акумулятора нижньої частини теплообмінника 28, що з'єднаний з джерелом електроенергії 22 через блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21, блок керування роботою двигуна 5, який здійснює керування регулятором ДВЗ 6, блок керування системи охолодження 4, який здійснює керування триступеневим клапаном 7, циркуляційним насосом 8, тепловим акумулятором 9, з встановленим в ньому електронагрівачем теплового акумулятора 26, що з'єднаний з джерелом електроенергії 22 через блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21, клапани випускної системи 10 та клапани байпаса 11, клапани керування теплообмінником 12 та з'єднаний за допомогою шлейфа зв'язку 20 блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21, який також здійснює керування блоком нагріву оливи ДВЗ 15, з встановленим на ньому контактним тепловим акумулятором блока нагріву оливи ДВЗ 18 з електронагрівачем контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ 25, блоком нагріву палива ДВЗ 16, з встановленим на ньому контактним тепловим акумулятором блока нагріву палива ДВЗ 19 з електронагрівачем контактним тепловим акумулятором блока нагріву палива ДВЗ 24, тепловий акумулятор малого кола циркуляції рідинної системи охолодження 17 з електронагрівачем теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження 27, що з'єднаний з джерелом електроенергії 22 через блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21, а також блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску 13 і блок керування пуском ДВЗ 14. Всі блоки системи і сама система працюють в залежності від отриманої інформації від датчика температури паливоповітряної суміші (повітря) на вході в ДВЗ Д1, датчиків температури охолоджуючої рідини ДВЗ Д2, датчиків температури охолоджуючої рідини теплообмінника Д3, датчиків температури оливи Д4, датчиків температури палива Д5 та датчиків температури теплового акумулятора Д6, датчиків температури теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження Д7. Система працює наступним чином. При роботі ДВЗ 1 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 циркуляції. Після того, як датчики температури охолоджувальної рідини Д2 зафіксують температуру відповідну прогрітому стану ДВЗ, блок керування системи охолодження 4 подає сигнал на триступеневий клапан 7, який перемикається у положення циркуляції охолоджувальної рідини через теплообмінник 3. В цей час від теплоти охолоджуючої рідини ДВЗ заряджається тепловий акумулятор малого кола циркуляції рідинної системи охолодження 17, від теплоти палива заряджається контактний тепловий акумулятор блока нагріву палива ДВЗ 19, від теплоти моторної оливи ДВЗ - контактний тепловий акумулятор блока нагріву оливи ДВЗ 18, а від теплоти охолоджуючої рідини ДВЗ в теплообміннику 3 - контактний тепловий акумулятор нижньої частини теплообмінника 23. Подальша робота системи регулювання температури охолоджуючої рідини, оливи, палива ДВЗ з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом відбувається на основі даних датчиків температури Д2, Д3, Д7. Відповідно до показників температур цих датчиків блоком керування системи охолодження 4 визначається оптимальна частота обертання циркуляційного насоса 8. 2 UA 75788 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В залежності від навантаження на генератор 2 та температури паливоповітряної суміші (повітря), яка вимірюється датчиком температури паливоповітряної суміші (повітря) на вході в ДВЗ Д1 блок керування роботою двигуна 5 для встановленого режиму роботи встановлює необхідну кількість палива для роботи двигуна зі сталою частотою обертання та подає керуючий сигнал на регулятор ДВЗ 6, який встановлює важіль керування ДВЗ у відповідне положення. Відповідно до показників датчиків температури Д2, Д3, Д7 визначається частота обертання насоса 8, яка буде забезпечувати оптимальний температурний стан теплоносія ДВЗ і системи регулювання температури охолоджуючої рідини, оливи, палива ДВЗ з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом. Під час роботи ДВЗ в залежності від теплового стану теплового акумулятора 9, який вимірюється датчиками температури теплового акумулятора Д6, блоком керування системи охолодження 4 здійснюється керування процесом заряджання його і підтримання його сталого теплового стану на режимі повного заряджання за допомогою клапанів випускної системи 10 і клапанів байпаса 11, які відкриваються і закриваються для виконання вказаної умови (для заряджання - відкриваються клапани випускної системи 10 та закриваються клапани байпаса 11, а при повністю зарядженому тепловому акумуляторі 9 - навпаки). Під час роботи ДВЗ в залежності від теплового стану теплових акумуляторів 17, 18, 19, 23, який вимірюється відповідно датчиками температури теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження Д7, датчиками температури оливи Д4, датчиками температури палива Д5, датчиками температури охолоджуючої рідини теплообмінника Д3, блоком керування системи охолодження 4 здійснюється керування процесом заряджання їх і підтримання їх сталого теплового стану на режимі повного заряджання за допомогою циркуляційного насоса 8, а також додатково за допомогою електронагрівачів відповідно 27, 25, 24, 28, що можуть живитися від джерела електроенергії 22 через блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21 від електричної мережі, стаціонарного джерела електроенергії, електрогенератору 2 або рекуперативної система транспортного засобу [5]. При низькій температурі навколишнього середовища та повністю заряджених теплових акумуляторах 9, 17, 18, 19, 23 прогрів і пуск ДВЗ 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, оливу і паливо ДВЗ від теплових акумуляторів 17, 9 і 23 в процесі пуску двигуна, або попередньо прогріти його. Крім цього блоком нагріву оливи ДВЗ 15 за допомогою контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ 18 і блоком нагріву палива ДВЗ 16 за допомогою контактного теплового акумулятора блока нагріву палива ДВЗ 19 відбувається регулювання підігріву елементів системи мащення і живлення ДВЗ. Процес прогріву охолоджуючої рідини, оливи і палива ДВЗ здійснюється відповідно до виміряних значень датчиків температури охолоджуючої рідини ДВЗ Д2, датчиків температури охолоджуючої рідини теплообмінника Д3, датчиків температури теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження Д7, датчиків температури оливи Д4 й датчиків температури палива Д5. При досягненні цими датчиками температури, яка відповідає зазначеному значенню у блоці керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21 у постійній взаємодії з програмою блока керування системи охолодження 4, формується керуючий сигнал, що змінює параметри швидкості циркуляційного насоса 8, для роботи ДВЗ в оптимальному тепловому режимі. 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 теплових акумуляторах може опуститися нижче допустимого значення, запропонована система працює наступним чином: після отримання команди з блока керування системою охолодження 4 за допомогою блока керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску 13 здійснюється автоматичне примусове прокачування оливи в системі мащення дизеля (на фіг. 1 умовно не показано), і блок керування пуском дизеля 14 здійснює примусовий пуск ДВЗ, а блок керування роботою ДВЗ 5 забезпечує його сталу роботу. Після досягнення температур в тепловому акумуляторі 9, в тепловому акумуляторі малого кола циркуляції рідинної системи охолодження 17, контактному тепловому акумуляторі блока нагріву оливи ДВЗ 18, контактному тепловому акумуляторі блока нагріву палива ДВЗ 19 і контактному тепловому акумуляторі нижньої частини теплообмінника 23, у встановлених межах (відповідно до заводської інструкції) для здійснення їх роботи, які накопичуються від відпрацьованих газів, охолоджуючої рідини, оливи й палива 3 UA 75788 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (або за допомогою електронагрівачів), за допомогою блока керування пуском ДВЗ 14 виконується зупинка самого ДВЗ. Таким чином здійснюється повторно-короткочасний режим роботи ДВЗ шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим), спрямованої на заряджання теплового акумулятора і підтримання в роботоздатному стані системи регулювання температури охолоджуючої рідини, оливи, палива ДВЗ з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом. Для додаткового заряджання теплового акумулятора 9 його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора 26, для додаткового заряджання теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження 17 його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження 27, для додаткового заряджання контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ 18 його оснащено електронагрівачем контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ 25, для додаткового заряджання контактного теплового акумулятора блока нагріву палива ДВЗ 19 його оснащено електронагрівачем контактного теплового акумулятора блока нагріву палива ДВЗ 24, для додаткового заряджання контактного теплового акумулятора нижньої частини теплообмінника 23 його оснащено електронагрівачем контактного теплового акумулятора нижньої частини теплообмінника 28, які дають змогу заряджати їх від джерела електроенергії 22 за допомогою блока керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ 21. Як джерело електроенергії 22 може бути використана електрична мережа, стаціонарне джерело електроенергії, електрогенератор або рекуперативної системи транспортного засобу. Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування ДВЗ, системою регулювання температури елементів ДВЗ з тепловими акумуляторами з електропідігрівом за допомогою блоків забезпечення повторно-короткочасного режиму роботи дизеля підвищити ефективність використання палива та досягти більшої зручності в процесі утилізації теплоти від теплових акумуляторів при забезпеченні передпускового підігріву і прискореного прогріву ДВЗ, що включає в себе попередній прогрів не тільки системи охолодження, а додатково оливи і палива ДВЗ. Теплові акумулятори з системою їх електропідігріву й блоків нагріву оливи і палива дозволяють більш гнучко утилізувати теплоту та скоротити час прогріву ДВЗ. Для додаткового заряджання теплових акумуляторів їх оснащено електронагрівачами, які дають змогу заряджати їх від електричної мережі, стаціонарного джерела електроенергії, електрогенератора або рекуперативної системи транспортного засобу. Блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску і блок керування пуском ДВЗ 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 электронного регулирования температуры охлаждающей жидкости / Х.К. Нгуен, Ж.Л. Мулен, П. Перрье, Э. д'Орсе // Препринт / Ярославский политехнический інститут: № 88. - Я.: 1988.-31 с. 2. Патент на корисну модель № 62417 від 25.08.2011 р. "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.; опубл. 25.08.2011 р. 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.-615 с. 5. Черняк Ю.В., Прилепський Ю.В., Грицук І.В. Фізична модель рекуперативної системи маневрового тепловозу: Монографія. - Донецьк. 2010.-196 с. ISBN 978-966-8707-28-5. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Система регулювання температури охолоджуючої рідини, оливи, палива двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами з електропідігрівом, що містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним керуванням від електронного блока і датчиків температури, зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згорання, радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження 4 UA 75788 U 5 10 двигуна, клапани випускної системи, клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника, яка відрізняється тим, що має блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, блок керування пуском ДВЗ, блок нагріву оливи ДВЗ, блок нагріву палива ДВЗ, тепловий акумулятор малого кола циркуляції рідинної системи охолодження, контактний тепловий акумулятор блока нагріву оливи ДВЗ, контактний тепловий акумулятор блока нагріву палива ДВЗ, шлейф зв'язку, блок керування нагріванням теплових акумуляторів охолоджуючої рідини, оливи та палива ДВЗ, джерело електроенергії, контактний тепловий акумулятор нижньої частини теплообмінника, електронагрівач контактного теплового акумулятора блока нагріву палива ДВЗ, електронагрівач контактного теплового акумулятора блока нагріву оливи ДВЗ, електронагрівач теплового акумулятора, електронагрівач теплового акумулятора малого кола циркуляції рідинної системи охолодження та електронагрівач контактного теплового акумулятора нижньої частини теплообмінника. 5 UA 75788 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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