Устройство для нормализации работы двигателя

 

Использование: для обеспечения благоприятных условий для запуска и работы двигателей внутреннего сгорания, установленных на автомобилях. Устройство для нормализации работы двигателя содержит электрический нагреватель, размещенный внутри съемного кожуха, герметично охватывающего масляный поддон. Объем полости герметичного кожуха не меньше суммарного объема полости системы охлаждения двигателя, при этом герметичный кожух снабжен несъемным теплоизолирующим покрытием, а в его стенках выполнены воздухоподводящее и воздухоотводящее отверстия, первое из которых связано посредством воздуховода с воздухоочистителем двигателя, а второе с впускным коллектором двигателя, кроме того, полость кожуха посредством первого дополнительного трубопровода с задвижкой связана с источником сжатого воздуха, например, ресивером, а посредством второго дополнительного трубопровода с задвижкой связана со сливом системы охлаждения двигателя. Каждый воздухоподвод снабжен заслонкой с поворотным механизмом. Дно кожуха снабжено сквозным отверстием с герметичной пробкой, соосным с пробкой маслоспускного отверстия масляного поддона двигателя. Через полость кожуха, предпочтительно ниже максимального уровня охлаждающей жидкости, пропущена герметичная теплообменная труба, приемное отверстие которой размещено на передней стенке кожуха, а выпускной конец посредством трубопровода связан с полостью аккумуляторного ящика. Электронагреватель снабжен регулятором температуры, выполненным в виде биметаллического реле. Технический результат - повышение срока службы масла. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим благоприятные условия для запуска и работы двигателей внутреннего сгорания, установленных на транспортных средствах, например автомобилях, при их эксплуатации в зимнее время, и отсутствии утепленных боксов для межсменного отстоя техники. Кроме того, устройство обеспечивает принудительное охлаждение масляного поддона (масла) очищенным от пыли воздухом, в том числе на режимах работы двигателя, при которых выделение тепла максимально.

Известно устройство для нормализации работы двигателя при отрицательных температурах, назначение которого - облегчение запуска двигателя после межсменного отстоя транспортного средства, включающее трубчатый электродный нагреватель, снабженный электронной системой управления и связанный с нижним сливным краном радиатора и краном одного из блоков двигателя (Клименко С., и др. Автомобильный нагреватель охлаждающей жидкости, жур. Автомобильный транспорт, N 12, 1987, с.26).

Недостаток этого технического решения - конструктивная сложность нагревателя и опасность "размораживания" двигателя при отказе последнего.

Известно также устройство для нормализации работы двигателя при отрицательных температурах, содержащее электрический нагреватель размещенный внутри съемного кожуха, герметически охватывающего масляный поддон и снабженного теплоизолирующим покрытием (патент GB N 488116, кл. F 01 M 5/02, 1938).

Однако это техническое решение не лишено недостатков: усложняется эксплуатация техники (необходимость удаления-возвращения охлаждающей жидкости в систему охлаждения остается обязательной, а при небольшом объеме полости кожуха необходимо будет иметь дополнительные объемы разогретой воды для заливки системы охлаждения двигателя), кроме того, при эксплуатации на максимальных нагрузках, мощных современных двигателей необходимо удаление кожуха, поскольку он не позволит обеспечить эффективный отвод тепла от масляного поддона двигателя, что вызовет перегрев двигателя и разложение масла. Кроме того, устройство не является быстросъемным (крепится обычными болтами и требует для демонтажа слива масла из масляного поддона).

Задача изобретения выражается в нормализации условий работы двигателя, за счет исключения возможности его "замораживания" при межсменном отстое и, тем самым, исключения его повышенного износа, сопутствующего запуску непрогретого двигателя, при одновременном исключении возможности перегрева масла в масляной системе двигателя в рабочем режиме, особенно в процессе движения при максимальных нагрузках.

Технический результат получаемый при решении поставленной задачи выражается в повышении сроков службы масла, поскольку известно, что многократный пуск холодного двигателя, имеющего среды предпускового подогрева масла, создает пропуски воспламенения дизельного топлива в цилиндрах и попадание его в масляный поддон и потому приводит к быстрому невосстанавливаемому снижению вязкости моторного масла и сокращению сроков службы масла в 2,5 - 4,0 раза, да и самого двигателя (например, жур. Автомобильный транспорт, N 1, 1990, с. 24-26 и N 2, 1989, с. 25 - 26). Кроме того, предотвращается возможность перегрева масла, а значит потери его качества и связанного с этим износа двигателя. Кроме того, снижаются энергозатраты на предпусковой разогрев двигателя, обеспечивается возможность многократного использования охлаждающей жидкости при ее сливе из системы охлаждения исключающем "размораживание" двигателя, а при запуске "мороженого" двигателя обеспечивается подача теплого воздуха во впускной коллектор, что обеспечивает благоприятные температурные условия для надежного воспламенения горючей смеси в цилиндрах. Кроме того, снижается потребность в утепленных боксах, число которых определяется только нуждами ремонта, а не хранения машин.

Поставленная задача решается тем, что устройство для нормализации работы двигателя, содержащее электрический нагреватель размещенный внутри съемного кожуха, герметически охватывающего масляный поддон и снабженного теплоизолирующим покрытием, отличается тем, что, объем полости герметичного кожуха не меньше суммарного объема полости системы охлаждения двигателя, при этом в стенках герметичного кожуха выполнены воздухоподводящее и воздухоотводящее отверстия, первое из которых связано посредством воздуховода с воздухоочистителем двигателя, а второе с впускным коллектором двигателя, кроме того полость кожуха, посредством первого дополнительного трубопровода с задвижкой связана с источником сжатого воздуха, например, ресивером, а посредством второго дополнительного трубопровода с задвижкой связана со сливом системы охлаждения двигателя.

Кроме того, каждый воздуховод снабжен заслонкой с поворотным механизмом.

Кроме того, дно кожуха снабжено сквозным отверстием с герметичной пробкой, соосным с пробкой маслоспускного отверстия масляного поддона двигателя.

Кроме того, через полость кожуха, предпочтительно ниже максимального уровня охлаждающей жидкости, пропущена герметичная теплообменная трубка, приемное отверстие которой размещено на передней стенке кожуха, а выпускной конец посредством трубопровода связан с полостью аккумуляторного ящика.

Кроме того, электронагреватель снабжен регулятором температуры, выполненным в виде биметаллического реле.

Совместный анализ признаков известных и заявленного решений свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию" новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи: Признак - регламентация объема кожуха обеспечивают возможность работы устройства в режиме теплоаккумулятора (при использовании охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя в качестве теплоаккумулирующего агента), кроме того, появляется возможность использования сжатого воздуха для возврата жидкости в систему охлаждения перед запуском двигателя. При этом эффективность и экономичность устройства тем выше, чем ниже температура среды, причем работоспособность устройства сохранится и при особо низких (до -60^oC) температурах, когда устройство с признаками прототипа будет неработоспособно.

Наличие воздухоподводящего и отводящего отверстий "завязанных" в систему подачи воздуха к двигателю обеспечивает подачу теплого воздуха во впускной коллектор двигателя, что создает необходимые температурные условия для надежного воспламенения горючей смеси в цилиндрах при пуске холодного двигателя и, при этом обеспечивает эффективное охлаждение масляного поддона после запуска двигателя, что исключает перегрев масла и потерю его качества из-за выгорания присадок и, кроме того, поскольку воздух в полость кожуха всасывается после прохождения воздухоочистителя, исключается засорение полости кожуха пылью и образование грязи, что в свою очередь исключает засорение охлаждающей системы двигателя.

Подключение емкости кожуха к источнику сжатого воздуха и к сливу системы охлаждения обеспечивает возможность легкого (механизированного) слива охлаждающей жидкости и возврата ее в систему охлаждения двигателя.

Признаки п. 2 формулы изобретения обеспечивают возможность регулирования тепловых параметров среды в полости кожуха, за счет ее изолирования (в режиме запуска ДВС при отрицательных температурах) или сообщения с окружающей средой (в режиме охлаждения масла и масляного поддона при работе двигателя).

Признаки п. 3 формулы изобретения создают удобство обслуживания двигателя при надетом кожухе (замена масла) и возможность эффективного использования паяльной лампы при разогреве двигателя в аварийных условиях (при замерзании воды в кожухе) или запуске двигателя при отсутствии электричества, за счет прогрева пламенем паяльной лампы.

Признаки п. 4 формулы изобретения обеспечивают поддержание потребного теплового режима в аккумуляторном ящике, при его стоянке (при низкой - порядка -35^oC электролит в аккумуляторе не замерзает, поэтому для сохранения работоспособности последнего при более низкой температуре, вполне достаточным будет только небольшой "подсос" теплого воздуха из полости кожуха в аккумуляторный ящик). При этом под передней стенкой кожуха понимается стенка обращенная к передней колесной паре автомобиля или к радиатору.

Признак п. 5 формулы повышает экономичность работы нагревателей за счет исключения непрерывности их работы.

На чертеже схематически показан продольный разрез устройства, где герметичный кожух 1, нагреватели 2, масляный поддон 3 картера двигателя, воздухоподводящее (выпускное) отверстие 4 воздуховода, подающего очищенный воздух от воздухоочистителя 5, воздухоотводящее отверстие 6 кожуха 1, впускной коллектор двигателя 7, теплообменная трубка 8, сливная пробка 9 масляного поддона 3, отверстие 10 с герметичной пробкой 11, водопроводная трубка 12 сливной патрубок системы охлаждения 13, задвижки 14 и 16, соответственно, второго и первого дополнительных трубопроводов, ресивер 15, аккумуляторный ящик 17, регулятор температуры 18, воздухонаправляющие перегородки 19, герметизирующие заслонки 20 (воздушные краны).

Кожух 1 является коробчатой конструкцией, очертания которой в плане повторяют очертания масляного поддона 3, с фланцами которого контактируют кромки кожуха, снабженные резиновым уплотнителем. Кожух 1 и поддон 3 связаны быстроразъемными соединениями известной конструкции например, типа рычажного запора. Конструкция оболочки кожуха является теплозащитной: в полости внешнего (защитного) корпуса из листовой стали, зафиксирован слой утеплителя (минваты или войлока) толщиной 10-12 мм, покрытый алюминиевой фольгой и отделенный от внутреннего водонепроницаемого корпуса воздушным зазором 5 - 7 мм. Кожух составляет с поверхностью масляного поддона 3 зазор, величину которого задают из условия размещения в полости кожуха всего объема охлаждающей жидкости (воды) вмещающегося в систему охлаждения. Так как полость кожуха 1 "изолирована" от окружающей среды, предусмотрена возможность принудительной подачи в нее воздуха при работе двигателя. Воздухоподводящее отверстие 4 связано с выходом воздухоочистителя 5 через воздуховод диаметром 60 - 70 мм, снабженный теплозащитной войлочной рубашкой и герметизирующей (запорной) заслонкой 20). Воздухоотводящая магистраль к впускному коллектору двигателя 7, также содержит герметизирующую заслонку 20.

Герметизирующие заслонки 20 обеспечивают герметизацию полости кожуха на время возвращения разогретой охлаждающей жидкости в систему охлаждения (перед запуском двигателя) и во время работы нагревателей в процессе межсменного отстоя, а также препятствуют попаданию охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя, т. е. всасыванию жидкости в цилиндры при нечаянной попытке запуска двигателя, когда охлаждающая жидкость находится в полости кожуха. Водопроводная трубка 12, посредством второго дополнительного трубопровода с задвижкой 14 связана со сливным коллектором 13 системы охлаждения (если, конечно, система имеет несколько точек слива). Если у системы охлаждения есть только один сливной узел, то роль коллектора играет сливной патрубок системы охлаждения. Приемное отверстие водопроводной трубки 12 расположено в самой нижней точке полости кожуха 1. В качестве задвижек 14 и 16 использованы стандартные краны, предназначенные для использования в водяных магистралях и воздухопроводах, при этом, задвижка 16 представляет из себя двухпозиционный кран, обеспечивающий (через первый дополнительный трубопровод) связь полости кожуха 1 либо с ре- сивером 15, либо с атмосферой. В качестве электронагревателей 2 использованы стандартные нагреватели на 127 или 220 В, выполненные в водозащищенном исполнении, мощностью порядка 1-1,5 кВт/ч каждый. Их число определяется объемом полости кожуха, но целесообразно иметь их не менее двух. В качестве регулятора температуры 18 использованы тепловые реле с рабочим диапазоном от+30-40 до +80 - 90^oC, например, биметаллические или на основе титано-никелевых сплавов, обладающих памятью формы. Кромки отверстия 10 снабжены теплостойкой, например асбестовой изоляцией. Теплообменная трубка 8 выполнена в виде плоского змеевика с внутренним диаметром порядка 35 мм. На выпускной конец этой трубки, выступающей за пределы кожуха 1 надет воздухопроводящий шланг снабженный теплозащитным (например, войлочным) покрытием. Выпускное отверстие названного шланга открыто в аккумуляторный ящик 17.

Воздухонаправляющие перегородки 19 выполнены из листового металла с наименьшим зазором примыкания к масляному поддону и закреплены на внутренней поверхности кожуха 1. Их толщина соответствует величине зазора между поверхностями кожуха и масляного поддона 3.

Целесообразно, чтобы кожух 1 был снабжен узлами, предохраняющими его от разрушения при замерзании охлаждающей жидкости, например, в виде дополнительной емкости из легкодеформируемого материала, например термостойкой пластмассы, размещенной непосредственно в полости кожуха.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Устройство используют в течение всего года. Кожух 1 с вышеназванными узлами монтируют на масляном поддоне 3 фиксируя посредством стяжных соединений. При межсменном отстое в холодное время года на стоянке оборудованной раздаточной арматурой на 220 В сливают жидкость из системы охлаждения в полость кожуха 1 (открыв задвижку 14), после чего нагреватели 2 включают в работу. При этом, регулятор температуры 18 обеспечивает поддержание температуры слитой охлаждающей жидкости в пределах от +30-40 до +80-90^oC. Нагретая жидкость отдает свое тепло масляному поддону 3, что исключает замерзание в нем масла. Кроме того, одновременно нагреваются и стенки теплообменной трубы 8, что обеспечивает подогрев воздуха "подсасываемого" в аккумуляторный ящик 17. Задвижка 16 при этом находится в положении, обеспечивающем свободный сброс пара в атмосферу через первый дополнительный трубопровод.

Перед запуском двигателя отключают нагреватели 2 от сети, после чего задвижку 16 ставят в положение, обеспечивающем связь полости кожуха с ресивером 15, и "выдавливают" сжатым воздухом (подаваемым по первому дополнительному трубопроводу), воду из емкости в систему охлаждения (через водопроводную трубку 12, второй дополнительный трубопровод с задвижкой 14 и сливной патрубок 13) после чего закрывают задвижку 14, а задвижку 16 оставляют в положении, обеспечивающем сообщение полости кожуха с ресивером 15, подачу воздуха, из которого перекрывают штатным запорным краном ресивера. В этом случае полость кожуха будет изолирована от внешней среды. В результате этого, система охлаждения будет заполнена горячей охлаждающей жидкостью, которая отдав свое тепло двигателю согреет его. Поскольку и масло в поддоне 3 прогрето, двигатель легко запускается. Непосредственно перед пуском двигателя, герметизирующие заслонки 20 открывают для обеспечения возможности подачи теплого воздуха во впускной коллектор.

В процессе работы двигателя воздух, поступающий через воздухозаборник двигателя, пройдя воздухоочиститель, очищается от пыли и, пройдя по воздуховоду всасывается в полость кожуха 1 через воздухоподводящее отверстие 4 последнего, а затем, уже нагретый, через воздухоотводящее отверстие 6 всасывается во впускной коллектор 7, что одновременно обеспечивает нормальный отвод тепла от масляного поддона. Воздухонаправляющие пластины 19 обеспечивают более эффективный отбор тепла от масляного поддона за счет увеличения продолжительности контакта воздушного потока со стенками поддона (увеличивается длина пути проходимого потоком в полости кожуха).

При запуске двигателя после аварийного отключения или стоянки в условиях отсутствия источников энергии, через отверстие 10 вводят в полость кожуха 1 коленообразно изогнутый патрубок, в который вставляют горелку паяльной лампы, и прогревают масляный поддон двигателя, после чего заливают систему охлаждения горячей водой и осуществляют пуск двигателя. Слив масла через отверстие 10 осуществляют при использовании дополнительного патрубка цилиндрической формы, вставляемого в отверстие 10 до упора в днище масляного поддона (поперечное сечение патрубка должно обеспечивать возможность захвата пробки масляного поддона головкой торцевого ключа).

К достоинствам предлагаемого технического решения можно отнести возможность отказа от применения масляных радиаторов и обслуживающих их трубопроводов, что позволит повысить надежность работы масляной системы, за счет ее конструктивного упрощения и исключения возможности утечек масла из-за обрывов трубопровода и т.п. нарушений.

Формула изобретения

1. Устройство для нормализации работы двигателя, содержащее электрический нагреватель, размещенный внутри съемного кожуха, герметически охватывающего масляный поддон и снабженного теплоизолирующим покрытием, отличающееся тем, что объем полости герметичного кожуха не меньше суммарного объема полости системы охлаждения двигателя, при этом в стенках герметичного кожуха выполнены воздухоподводящее и воздухоотводящее отверстия, первое из которых связано посредством воздуховода с воздухоочистителем двигателя, а второе - с впускным коллектором двигателя, кроме того, полость кожуха посредством первого дополнительного трубопровода с задвижкой связана с источником сжатого воздуха, например, ресивером, а посредством второго дополнительного трубопровода с задвижкой связана со сливом системы охлаждения двигателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый воздуховод снабжен заслонкой с поворотным механизмом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дно кожуха снабжено сквозным отверстием с герметичной пробкой, соосным с пробкой маслоспускного отверстия масляного поддона двигателя.

4. Устройство для нормализации работы двигателя по п.1, отличающееся тем, что через полость кожуха, предпочтительно ниже максимального уровня охлаждающей жидкости, пропущена герметичная теплообменная трубка, приемное отверстие которой размещено на передней стенке кожуха, а выпускной конец посредством воздухопроводящего шланга связан с полостью аккумуляторного ящика.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронагреватель снабжен регулятором температуры, выполненным в виде биметаллического реле.

РИСУНКИ

Рисунок 1