Система регулювання температури палива, оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором

Реферат: UA 85198 U UA 85198 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 паливоподачі ДВЗ [1]. Ця система містить паливний бак, паливопроводи, паливні фільтри, паливні насоси і паливні форсунки. В процесі роботи такої системи паливоподачі паливний насос подає паливо із паливного бака по паливопроводах через паливні фільтри до паливних форсунок в залежності від режиму роботи двигуна. Дана система паливоподачі має недолік, що полягає в тому, що температура палива знаходиться в залежності від температури навколишнього середовища, що в свою чергу призводить до зміни в'язкості палива, яка не завжди є оптимальною для забезпечення якісного сумішоутворення на даному режимі роботи двигуна, що є причиною погіршення його паливної економічності, екологічних та енергетичних показників. 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 байпаса, 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, 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. Робота системи регулювання температури відбувається наступним чином. Коли ДВЗ не працює, олива та охолоджуюча рідина зберігаються в теплових акумуляторах для оливи та охолоджуючої рідини, які забезпечують зберігання теплоти оливи та охолоджуючої рідини після зупинки ДВЗ. При включенні запалювання електронні блоки керування системою охолодження та системою мащення відкривають клапани подачі охолоджуючої рідини в сорочку охолодження та оливи в головну магістраль та вмикають електричні насоси для перекачування охолоджуючої рідини та оливи. Водночас клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини закриваються для швидкого завершення процесу перекачування охолоджуючої рідини із теплового акумулятора в систему охолодження. 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 і охолоджуючої рідини в системі охолодження, електричні насоси для перекачування оливи та охолоджуючої рідини відключаються, клапани подачі оливи в піддон картера та охолоджуючої рідини в сорочку охолодження закриваються, клапани блокування теплового акумулятора для охолоджуючої рідини відкриваються і вмикаються контрольні лампи, що сигналізують про можливість пуску ДВЗ. Після пуску ДВЗ контрольні лампи гаснуть. Об'єми оливи та охолоджуючої рідини, що зберігаються у теплових акумуляторах, мають значення більші, ніж це потрібно для заповнення 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 та охолоджуючої рідини в систему охолодження не досягається їх необхідний рівень або тиск оливи, то електричні насоси вимикаються по сигналу реле часу, які налаштовані на певний час, необхідний для закачування оливи та охолоджуючої рідини в системи мащення та охолодження конкретного двигуна. При цьому контрольні лампи не вмикаються, стартер блокується і пуск ДВЗ стає неможливим. Після долиття оливи або охолоджуючої рідини до необхідного рівня контрольні лампи вмикаються і пуск ДВЗ повторюється. Під час роботи ДВЗ подачу оливи до вузлів тертя забезпечує 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 для охолоджуючої рідини, триступеневий клапан знаходиться в положенні, що відповідає руху охолоджуючої рідини без 1 UA 85198 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 доступу в теплообмінник та тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини. При цьому тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини заряджається теплотою відпрацьованих газів ДВЗ. Після завершення заряджання теплового акумулятора триступеневий клапан встановлюється в положення циркуляції охолоджуючої рідини через тепловий акумулятор для охолоджуючої рідини, 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 та охолоджуючої рідини із сорочки охолодження двигуна в теплові акумулятори для оливи та охолоджуючої рідини. По завершенню викачування оливи із системи мащення та охолоджуючої рідини із сорочки охолодження вмикаються контрольні лампи, які інформують, що можна вимкнути запалювання. Після вимкнення запалювання контрольні лампи гаснуть. Одним з недоліків такої системи регулювання температури є неповне використання потенційно можливої кількості теплоти, що виділяється в процесі роботи ДВЗ і відводиться в навколишнє середовище. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності використання теплоти, що виділяється під час роботи двигуна за рахунок збереження частини цієї теплоти в тепловому акумуляторі для підтримання температури палива на рівні, що забезпечує його оптимальну в'язкість, необхідну для якісного сумішоутворення, а також підтримання температури оливи та охолоджуючої рідини на оптимальному рівні майже весь час як при роботі двигуна, так і під час його простою, як наслідок, поліпшення пускових якостей двигуна, його паливної економічності, зменшення викидів шкідливих речовин, підвищення енергетичних показників і довговічності основних деталей в результаті зменшення часу прогріву двигуна. Для вирішення задачі до системи регулювання температури палива, оливи та охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згоряння з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором згідно з корисною моделлю додаються тепловий акумулятор для палива, паливний насос, датчик температури палива, клапани випускної системи заряджання теплового акумулятора для палива, клапани байпаса теплового акумулятора для палива, паливопровод, клапани системи охолодження відключення теплового акумулятора для палива. Тепловий акумулятор для палива забезпечує підтримання температури палива на оптимальному рівні для відповідного режиму роботи двигуна. Паливний насос забезпечує подачу палива у систему живлення двигуна. Датчик температури палива визначає температуру палива в тепловому акумуляторі для палива і генерує відповідний сигнал для блоку керування системою охолодження. Клапани випускної системи заряджання теплового акумулятора для палива забезпечують підведення відпрацьованих газів для заряджання теплового акумулятора для палива. Клапани байпаса теплового акумулятора для палива забезпечують випуск відпрацьованих газів двигуна, якщо не відбувається заряджання теплового акумулятора для палива відпрацьованими газами. Паливопровід забезпечує підведення палива до агрегатів системи живлення двигуна. Клапани системи охолодження відключення теплового акумулятора для палива забезпечують подачу або відключення подачі охолоджуючої рідини для заряджання теплового акумулятора для палива. 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 байпаса 15, клапани відключення теплообмінника 16, датчики температури на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ 17, 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 2 UA 85198 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перекачування охолоджуючої рідини 33, контрольну лампу рівня охолоджуючої рідини 34, розширювальний бачок 35, тепловий акумулятор для палива 36, паливний насос 37, датчик температури палива 38, клапани випускної системи заряджання теплового акумулятора для палива 39, клапани байпаса теплового акумулятора для палива 40, паливопровід 41, клапани системи охолодження відключення теплового акумулятора для палива 42. 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. Крім того до блока керування системою охолодження 10 надходить сигнал від датчика температури палива 38, встановленого у тепловому акумуляторі для палива 36, в якому зберігається запас палива, необхідний для роботи двигуна. За даними, отриманими від датчика температури палива 38, блок керування системою охолодження 10 визначає чи достатня температура палива для нормальної роботи системи живлення двигуна. Якщо температура палива достатня, то вмикається паливний насос 37, який по паливопроводу 41 подає паливо до агрегатів системи живлення двигуна. 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 τ, 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 τ1, необхідний для закачування охолоджуючої рідини в систему охолодження конкретного двигуна. Також, якщо температура палива не достатня для його подачі до агрегатів системи живлення двигуна, блок керування системою охолодження 10 отримує відповідний сигнал від датчика температури палива 38. 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 долиття оливи або охолоджуючої рідини до необхідного рівня в піддон картера 9 та доведення температури палива до мінімально необхідного значення 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 3 UA 85198 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 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 байпаса 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 насосу 12, яка буде забезпечувати оптимальну температуру теплоносія. В процесі роботи ДВЗ температура палива в тепловому акумуляторі для палива 36 автоматично підтримується на оптимальному рівні. При падінні температури менше оптимального значення відбувається відновлення температури за рахунок теплоти відпрацьованих газів або охолоджуючої рідини. У випадку, якщо температура охолоджуючої рідини в системі охолодження двигуна, визначена датчиками температури на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ 17, не відповідає оптимальному рівню, підтримання температури палива відбувається лише за рахунок теплоти відпрацьованих газів. При цьому блок керування системою охолодження 10 за допомогою клапанів випускної системи заряджання теплового акумулятора для палива 39 та клапанів байпаса теплового акумулятора для палива 40 забезпечує пропускання відпрацьованих газів через тепловий акумулятор для його заряджання. Після досягнення температурою охолоджуючої рідини в системі охолодження двигуна визначеної датчиками температури на вході і виході в сорочку охолодження ДВЗ 17, оптимального рівня підтримання оптимальної температури палива відбувається за рахунок використання теплоти системи охолодження. Для цього блок керування системою охолодження 10 здійснює управління клапанами системи охолодження відключення теплового акумулятора для палива 42 і встановлює їх у положення циркуляції охолоджуючої рідини через тепловий акумулятор для палива 36 або відключає тепловий акумулятор для палива 36 від контуру системи охолодження, якщо температура палива знаходиться на оптимальному рівні. 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 г, 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 τ1, 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. 4 UA 85198 U 5 10 Таким чином, забезпечується підтримання температури охолоджуючої рідини, оливи та палива на оптимальному рівні майже весь час як при роботі двигуна, так і під час його простою. Це значно скорочує час прогріву ДВЗ, зменшує механічні втрати під час прогріву та поліпшує паливну економічність і енергетичні показники двигуна, зменшує викиди шкідливих речовин. Джерела інформації: 1. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / [В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин, Л.В. Грехов и др.]. - М.: Машиностроение, 1990.-289 с. 2. Пат. № 79202 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. - № u 2012 12990; заявл. 15.11.2012; опубл. 10.04.2013, Бюл. № 7. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 Система регулювання температури палива, 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 байпаса, 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, 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, яка відрізняється тим, що додаються: тепловий акумулятор для палива, паливний насос, датчик температури палива, клапани випускної системи заряджання теплового акумулятора для палива, клапани байпаса теплового акумулятора для палива, паливопровід, клапани системи охолодження відключення теплового акумулятора для палива. 5 UA 85198 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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