Система регулювання температури охолоджуючої рідини, температури і тиску моторної оливи двигуна внутрішнього згорання

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини, температури і тиску моторної оливи двигуна внутрішнього згорання 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 оболонку охолодження двигуна внутрішнього згоряння, радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника. Вона має додатковий контактний блочний тепловий акумулятор двигуна внутрішнього згорання, циркуляційний насос оливи, штуцер з'єднувальний подачі оливи, штуцер з'єднувальний нагнітання оливи, електростартер ДВЗ, магістраль системи мащення двигуна, блок керування системи мащення, реле тиску UA 94642 U (12) UA 94642 U моторної оливи; реле часу роботи циркуляційного насоса оливи, реле включення блока керування системи мащення і електростартера ДВЗ, реле температури моторної оливи, штуцер системи мащення із зворотним клапаном, картер двигуна, датчики температури моторної оливи ДВЗ, датчик тиску моторної оливи ДВЗ, датчик температури охолоджуючої рідини й датчик температури моторної оливи. UA 94642 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропозиція належить до систем регулювання температури охолоджуючої рідини з випаровуванням і конденсацією охолоджувача та підігрівом моторної оливи. Система може бути використана транспортному і енергетичному машинобудуванні а саме в конструюванні і експлуатації двигунів внутрішнього згорання. 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 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 оболонки 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 оболонці блока циліндрів двигуна. Відома система для передпускового мащення двигуна внутрішнього згорання [2], що містить насос, що кінематично зв'язаний з автономним електроприводом, оливозаборний (всмоктуючий) патрубок насоса, штуцер із зворотним клапаном, картер ДВЗ, нагрівальний елемент, блок керування пристроєм, що містить реле тиску оливи, поєднане з датчиком тиску оливи, реле часу роботи насоса, реле включення пристрою і реле температури оливи, датчик температури оливи. Недоліком системи є те, що при включенні її в дію відсутня можливість використання теплового акумулятора фазового переходу в якості нагрівального елемента та відсутня можливість керування ним за допомогою заявленого пристрою. Відома система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти [3], 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 оболонку охолодження двигуна внутрішнього згорання, радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, клапани байпасу та клапани вимикання теплообмінника. Відома система регулювання температури має відповідну залежність між часом міжзмінної зупинки двигуна транспортної або енергетичної установки від теплової енергії теплового акумулятора, яка зберігається ним, що накопичується ним від енергії (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 це призводить до того, що споживач не має можливості прискорено здійснювати пуск двигуна без спеціальної передпускової підготовки при тривалій зупинці до температур "гарячого прогріву" [4]. Крім цього, відсутня можливість здійснювати регулювання температури і тиску моторної оливи в двигуні перед пуском і під час використання його за призначенням. Запропонована система усуває цей недолік. В основу пропозиції поставлена задача вдосконалення системи регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти, в якому в результаті підвищення ефективності використання палива та досягнення більшої зручності в утилізації теплоти відпрацьованих газів й охолоджуючої рідини при здійсненні довготривалого підтримання температури рідини в системі охолодження при непрацюючому ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" (40-60 °С, в залежності від експлуатаційних вимог та вимог заводської інструкції) при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації. Крім цього, ставиться завдання підвищення довговічності двигуна за рахунок керування передпусковим мащенням (як за температурою, так і за тиском мастильного матеріалу), що сприяє оптимізації параметрів мастильного процесу в режимах пуску і прогріву, а також під час використання його за призначенням. Завдяки цьому забезпечуються технічні показники двигуна внутрішнього згорання в частині забезпечення температур охолоджуючої рідини і оливи в системі мащення в межах температур "гарячого прогріву" (40-60 °С, в залежності від експлуатаційних вимог та вимог заводської інструкції) при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації, як при працюючому (не менше заявлених температур) так і при не працюючому двигуні, а крім цього забезпечується передпусковий тиск в 1 UA 94642 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 системі мащення, який є аналогічним (не менше) тиску оливи при працюючому двигуні. За рахунок цього забезпечуються показники двигуна в частині параметрів температури охолоджуючої рідини і моторної оливи стабільними в межах температур "гарячого прогріву" (4060 °С, в залежності від експлуатаційних вимог та вимог заводської інструкції), а також за тиском моторної оливи в передпусковому стані. Система регулювання температури охолоджуючої рідини, температури і тиску моторної оливи двигуна внутрішнього згорання з утилізацією теплоти тепловими акумуляторами має додатковий контактний блочний тепловий акумулятор ДВЗ; циркуляційний насос оливи, штуцер з'єднувальний подачі оливи, штуцер з'єднувальний нагнітання оливи, електростартер ДВЗ, магістраль системи мащення двигуна, блок керування системи мащення, реле тиску моторної оливи; реле часу роботи циркуляційного насоса оливи, реле включення блока керування системи мащення і електростартера ДВЗ, реле температури моторної оливи, штуцер системи мащення із зворотним клапаном, картер двигуна, датчики температури моторної оливи ДВЗ, датчик тиску моторної оливи ДВЗ, датчик температури охолоджуючої рідини й датчик температури моторної оливи. Схема, наведена на фіг. 1-3, представляє схему запропонованої системи, а на фігурах 2 і 3 (частково) схема встановлення додаткового контактного блочного теплового акумулятора ДВЗ при погляді на ДВЗ з різних боків (повздовжній і поперечний розріз з додатковим контактним блочним тепловим акумулятором ДВЗ). Система регулювання містить двигун внутрішнього згорання (ДВЗ) 1 (фіг. 1 і 3) з приєднаним до нього споживачем енергії 2, теплообмінник З, блок керування системи охолодження 4, блок керування двигуном 5, який з'єднується з регулятором 6, а блок керування системи охолодження 4 з'єднується з триступеневим клапаном 7, циркуляційним насосом 8 та тепловим акумулятором 9 фазового переходу, клапани випускної системи 10 та клапани байпасу 11 та клапани 12 відключення теплообмінника З, додатковий контактний блочний тепловий акумулятор 13 ДВЗ, циркуляційний насос оливи 14, штуцер з'єднувальний 15 подачі оливи, штуцер з'єднувальний 16 нагнітання оливи, електростартер 17 (фіг. 1 і 3) ДВЗ, магістраль 18 системи мащення двигуна (фіг. 3), блок керування системи мащення 19 (фіг. 3), реле тиску 20 моторної оливи (фіг. 3), реле часу 21 роботи циркуляційного насоса оливи (фіг. 3), реле включення 22 блока керування (фіг. 3) системи мащення 19 і електростартера 17 ДВЗ, реле 23 температури моторної оливи (фіг. 3), штуцер 24 системи мащення із зворотним клапаном (фіг. 3) і картер 25 двигуна (фіг. 3). Штуцер 24 системи мащення із зворотним клапаном, закріплений в картері 25 двигуна, через циркуляційний насос оливи 14 з'єднано зі штуцером з'єднувальним 15. Між штуцером з'єднувальним 15 подачі оливи і штуцером з'єднувальним 16 нагнітання оливи відбувається підключення до теплового акумулятора 9 фазового переходу. За допомогою штуцера з'єднувального 16 через датчик тиску 30 моторної оливи ДВЗ відбувається підключення до магістралі 18 системи мащення двигуна. Блок керування системи мащення 19 включає в себе щонайменше поєднання реле тиску 20 моторної оливи, реле часу 21 роботи циркуляційного насоса оливи, реле включення 22 блока керування системи мащення 19 і електростартера 17 ДВЗ і реле 23 температури моторної оливи. При відсутності на двигуні штатних датчиків температури датчики температури 29 моторної оливи ДВЗ встановлено спеціально. Всі блоки системи і сама система знаходяться у взаємозв'язку в залежності від інформації від: датчика температури 26 паливо-повітряної суміші (повітря) на вході в ДВЗ, датчиків температури 27 охолоджуючої рідини ДВЗ, датчиків температури 28 охолоджуючої рідини теплообмінника, датчиків температури 29 моторної оливи ДВЗ, датчика тиску 30 моторної оливи ДВЗ, датчика температури 31 охолоджуючої рідини та датчика температури 32 моторної оливи. Додатковий контактний блочний тепловий акумулятор (фіг. 1, 2, 3) 13 ДВЗ (в подальшому ДКБТА) уявляє собою багатошаровий чохол, закріплений ззовні на оболонці блока циліндрів та піддоні двигуна, так щоб забезпечити щільне прилягання. Робота ДКБТА заснована на виділенні й поглинанні теплоти при зміні фазового стану теплоакумулюючого матеріалу, який входить до складу його конструкції. Застосування додаткового контактного блочного теплового акумулятора 13 ДВЗ не вимагає внесення яких-небудь істотних змін у конструкцію двигуна та його систем, він легко монтується, простий в обслуговуванні і не вимагає додаткового джерела енергії. Конструкція додаткового контактного блочного теплового акумулятора 13 ДВЗ являє собою кілька секцій-контейнерів з теплоакумулюючим матеріалом на основі фазоперехідного матеріалу, закріплених ззовні на оболонці блока циліндрів і піддона ДВЗ, зверху закритих теплоізоляційним чохлом, що складається з декількох шарів теплоізоляційного матеріалу [5, 6]. Завдяки використанню додаткового контактного блочного теплового акумулятора 13 ДВЗ досягається мінімальна втрата теплоти, що виділяється двигуном протягом часу його роботи, 2 UA 94642 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оскільки він виконує теплоізолюючу функцію. В результаті використання запропонованого додаткового контактного блочного теплового акумулятора 13 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 внутрішнього згорання (ДВЗ) 1 (фіг. 1) в режимі прогріву при теплих кліматичних умовах триступеневий клапан 7 встановлюється блоком керування системи охолодження 4 у положення, в якому циркуляційний насос 8 забезпечує рух охолоджуючої рідини за малим колом, після того як датчики температури 27 охолоджуючої рідини зафіксують температуру відповідну прогрітому стану двигуна блок керування двигуном 5 через блок керування системою охолодження 4 подає сигнал на триступеневий клапан 7, який перемикається у положення циркуляції охолоджуючої рідини через теплообмінник 3. Подальша робота системи регулювання теплоти щодо системи охолодження двигуна відбувається на основі даних датчиків 27 і 28 температури. Відповідно до показників температур цих датчиків визначається оптимальна частота обертання циркуляційного насоса 8. У залежності від навантаження на споживачі енергії 2 та температури паливо-повітряної суміші, яка виміряється датчиком температури 26 паливо-повітряної суміші (повітря) на вході в ДВЗ, блоком керування двигуном 5 через блок керування системи охолодження 4 визначається необхідна кількість палива для роботи двигуна з необхідною, щодо умов експлуатації, частотою та подає керуючий сигнал на виконавчий орган регулятора 6, який встановлює керування у відповідне положення. Відповідно до показників датчиків 27 і 28 температури визначається частота обертання циркуляційного насоса 8, яка буде забезпечувати оптимальний прогрів теплоносія. При показниках датчиків 27 і 28 температури, що відповідають значенню температури, яка вище оптимального, до цього двигуна підключається тепловий акумулятор 9 фазового переходу та здійснює подачу надлишків теплоти до системи охолодження двигуна від теплового акумулятора 9 фазового переходу, які були накопичені від енергії відпрацьованих газів працюючого двигуна. Коли тепловий акумулятор 9 фазового переходу накопичив запас теплоти, який відповідає його потужності, блок керування системи охолодження 4 формує сигнал, який закриває клапани випускної системи 10 та відкриває клапани байпаса 11. Додатковий контактний блочний тепловий акумулятор 13 ДВЗ при роботі ДВЗ накопичує виділену від оболонки блока і піддону двигуна теплоту на рівні вище теплоти "гарячого прогріву" ДВЗ. Завдяки використанню додаткового контактного блочного теплового акумулятору 13 ДВЗ досягається мінімальна втрата теплоти (системи охолодження і мащення ДВЗ), 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 акумулятора 13 ДВЗ полягає в зворотному віддаванні теплоти фазового переходу речовини ДКБТА для здійснення довготривалої підтримки температури моторної оливи і охолоджуючої рідини ДВЗ. При низький температурі навколишнього середовища та зарядженому тепловому акумуляторі 9 фазового переходу, коли накопиченої теплоти додаткового контактного блочного теплового акумулятора 13 ДВЗ вже недостатньо, прогрів двигуна внутрішнього згорання 1 здійснюється наступним чином (щодо системи охолодження (фіг. 1) ДВЗ): клапани 12 керування теплообмінником 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 фазового переходу в процесі передпускового і післяпускового прогріву двигуна. При цьому елементи схеми, що входять в мале коло циркуляції працюють аналогічно описаному раніше. При низький температурі навколишнього середовища та зарядженому тепловому акумуляторі 9 фазового переходу, коли температури додаткового контактного блочного теплового акумулятора 13 ДВЗ вже недостатньо прогрів двигуна внутрішнього згорання 1 здійснюється наступним чином (щодо системи мащення (фіг. 3) ДВЗ): перед пуском двигуна внутрішнього згорання 1 електростартером 17 ДВЗ включають реле включення блока включення 22 блока керування системи мащення 19 і електростартера 17 ДВЗ блока керування системи мащення 19 і за допомогою реле часу 21 роботи циркуляційного насоса оливи відбувається включення циркуляційного насосу оливи 14, забезпечуючи циркуляцію моторної оливи через штуцер з'єднувальний 15 подачі оливи, тепловий акумулятор 9 фазового переходу, штуцер з'єднувальний 16 нагнітання оливи до магістралі 18 системи мащення двигуна, чим забезпечується заповнення магістралі оливою через штуцер 24 системи мащення із зворотним 3 UA 94642 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 клапаном з картера 25 двигуна, після прогрівання якої за показами датчиків температури 29 моторної оливи ДВЗ можливо здійснити пуск двигуна в режимі "гарячого пуску" (за параметрами температури оливи). Про досягнення необхідного тиску в магістралі 18 системи мащення двигуна, згідно вимог технічної інструкції щодо параметрів тиску оливи ДВЗ, через датчик тиску 30 моторної оливи ДВЗ подається сигнал на реле тиску 20 моторної оливи блока керування системи мащення 19. Реле 23 температури моторної оливи дозволяє запускати гарячий двигун без попереднього прокачування оливи через тепловий акумулятор 9 фазового переходу. Реле тиску 20 моторної оливи дозволяє запускати гарячий двигун, що знаходиться під тиском оливи в магістралі 18 системи мащення двигуна, без попереднього прокачування оливи для створення необхідного тиску. За допомогою датчика температури 31 охолоджуючої рідини і датчика температури 32 моторної оливи відбувається контроль роботоспроможності заявленої системи щодо теплових можливостей теплового акумулятора 9 фазового переходу і подальшого використання самої системи. Закачування оливи в магістраль 18 системи мащення двигуна закінчується після проходження мінімально встановленого часу і після досягнення мінімально необхідного тиску оливи в системі мащення. Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування двигуна та системою регулювання температури охолоджуючої рідини, регулювання температури і тиску моторної оливи двигуна підвищити ефективність використання палива та досягти більшої зручності в здійсненні пуску двигуна в холодну пору року, утилізації теплоти від відпрацьованих газів при здійсненні довготривалого підтримання температури рідини в системі охолодження і оливи в системі мащення при непрацюючому 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 теплоти системи 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. - 31 с. 2. Патент на полезную модель № 88737 Российская Федерация, МПК F01M 1/02. Устройство для предпусковой смазки двигателя внутреннего сгорания / Денисов А.С, Альмеев Р.И.; заявители и патентообладатели Денисов А.С, Альмеев Р.И. - № 2009123054/22; заявл. 16.06.2009; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32. 3. Патент на корисну модель № 62417 Україна, МКП F01P 3/22 (2006.01). Система регулювання температури охолоджуючої рідини газопоршневого електроагрегату з утилізацією теплоти з тепловим акумулятором / І.В. Грицук, З.І. Краснокутська, Д.С. Адров, B.C. Вербовський, Ю.В. Черняк, Ю.В. Прилепський, A.M. Гущін, В.І. Дорошко / (Україна); Заявник і патентовласник Національний транспортний ун-т. - № u201101845; заяв. 17.02.2011; опубл. 25.08.2011, Бюл. № 16. - 4с.: іл. 4. Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1979. - 615 с. 5. 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 // Отраслевой журнал "Автотранспортное предприятие". 2010, ноябрь. М.: НПП Транснавигация, Минтранс России. - С. 45-48. 6. 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 I.O. (RU), Крук О.Р. (RU), заявка № 2010124482/06; опубл. 10.10.2011 р. початок дії патенту 15.06.2010 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Система регулювання температури охолоджуючої рідини, температури і тиску моторної оливи двигуна внутрішнього згорання, 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 оболонку охолодження двигуна внутрішнього згоряння, радіатор, тепловий акумулятор, який включено у великий контур циркуляції малого контуру охолодження двигуна, клапани випускної системи, 4 UA 94642 U 5 клапани байпаса та клапани вимикання теплообмінника, яка відрізняється тим, що має додатковий контактний блочний тепловий акумулятор двигуна внутрішнього згорання, циркуляційний насос оливи, штуцер з'єднувальний подачі оливи, штуцер з'єднувальний нагнітання оливи, електростартер ДВЗ, магістраль системи мащення двигуна, блок керування системи мащення, реле тиску моторної оливи; реле часу роботи циркуляційного насоса оливи, реле включення блока керування системи мащення і електростартера ДВЗ, реле температури моторної оливи, штуцер системи мащення із зворотним клапаном, картер двигуна, датчики температури моторної оливи ДВЗ, датчик тиску моторної оливи ДВЗ, датчик температури охолоджуючої рідини й датчик температури моторної оливи. 5 UA 94642 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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