Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и эксплуатации транспортных средств, а конкретно к устройствам для поддержания теплового режима и предпускового подогрева двигателя, а также отопления кабины водителя и салона транспортного средства при отрицательных температурах окружающего воздуха. Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник. Камера снабжена предкамерой и общим наружным корпусом. Вокруг предкамеры в воздушной полости установлен электронагревательный элемент. Патрубок подвода воздуха в общую воздушную полость расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой. Форсунки расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45^o к оси подогревателя. В выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор. Технический результат: быстрый и надежный запуск как подогревателя, так и самого двигателя, а также снижение содержания в выхлопных газах вредных веществ. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и эксплуатации транспортных средств, а конкретно к устройствам для поддержания теплового режима и предпускового подогрева двигателя, а также отопления кабины водителя и салона транспортного средства при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (см. а.с. СССР N 1035270, F 02 N 17/02, публ. 1983 г.), содержащий котел с камерой сгорания, насос подачи топлива к форсункам камеры сгорания, вентилятор подачи воздуха в камеру сгорания с входным патрубком и насос прокачки охлаждающей жидкости, размещенные на валу электродвигателя и магистраль отвода продуктов сгорания.

Известен подогреватель для предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания, ближайший по технической сущности к заявляемому и принятый за прототип (см. патент СССР N 465800, F 02 N 17/04, публ. 1975 г.), содержащий устройство воспламенения и подачи топлива, системы подвода воздуха и охлаждающей жидкости, теплообменник с центральной камерой сгорания, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, электронагреватель топлива.

Недостатком известного предпускового подогревателя является низкая надежность запуска в условиях резко отрицательных температур окружающей среды, недостаточно высокая эффективность сгорания топлива и повышенное содержание окислов азота (NOx) в выхлопных газах.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение надежности запуска двигателя внутреннего сгорания в условиях резко отрицательных температур окружающей среды, повышение эффективности сгорания топлива и снижение выхода вредных веществ (например NOx).

Поставленная задача решается тем, что в предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания, содержащем камеру сгорания с форсунками и теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, электронагреватель топлива, камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством, и отверстиями подвода воздуха в первичную зону предкамеры, камера сгорания и предкамера снабжены корпусом с образованием общей воздушной полости, внутри которой вокруг предкамеры установлен электронагревательный элемент, а патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой. Форсунки камеры сгорания выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45^o к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры установлен стабилизатор пламени.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предпускового подогревателя двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.

Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит камеру сгорания 1 с форсунками 2 и отверстиями для подвода воздуха 3, теплообменник 4 типа "газ-жидкость", камера сгорания 1 снабжена предкамерой 5 с закрытым фронтовым устройством и отверстиями 6 подвода воздуха в первичную зону предкамеры 5. Камера сгорания 1 и предкамера 5 снабжены корпусом 7 с образованием общей воздушной полости 8, внутри которой вокруг предкамеры 5 установлен электронагревательный элемент 9. Патрубок 10 подвода воздуха в полость 8 расположен на корпусе 7 между камерой сгорания 1 и предкамерой 5. Форсунки 2 камеры сгорания 1 расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания 1 и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45^o к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры 5 на входе в камеру сгорания 1 установлен стабилизатор пламени 11. В передней глухой стенке предкамеры 5 установлены топливная форсунка 12 и свеча зажигания 13.

Предпусковой подогреватель содержит электронагреватель топлива (не показан).

Теплообменник 4 расположен за камерой сгорания 1 и имеет двухходовую схему движения охлаждающегося газа (продуктов сгорания) и одноходовую схему движения охладителя (жидкости).

Система подвода воздуха включает вентилятор подачи воздуха (не показан).

Система подачи топлива включает насос подачи топлива с трубопроводами (не показаны).

Система подвода охлаждающей жидкости включает насос прокачки охлаждающей жидкости (не показан).

Насос подачи топлива, вентилятор подвода воздуха и насос прокачки охлаждающей жидкости приводятся в действия электродвигателем и представляют собой единый насосный агрегат.

Работает предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания следующим образом.

При запуске двигателя внутреннего сгорания в условиях резко отрицательной температуры окружающей среды и при наличии электрической энергии (например, аккумуляторов) включают насос подачи топлива с электронагревателем топлива, включают электронагревательный элемент 9 и вентилятор подвода воздуха. Сильно охлажденный воздух поступает в патрубок подвода воздуха 10, который расположен на корпусе 7 между камерой сгорания 1 и предкамерой 5 и подается в полость 8, в которой часть воздуха обтекает электронагревательный элемент 9, расположенный вокруг предкамеры 5, а часть непосредственно поступает в камеру сгорания через отверстия 3.

Воздух, обтекающий электронагревательный элемент 9, нагревается и поступает через отверстия 6 в первичную зону предкамеры 5. Одновременно осуществляется прогрев стенок предкамеры 5, что также улучшает работу предпускового подогревателя. Через форсунку 12 в разогретую предкамеру подается топливо и осуществляется запуск свечей зажигания 13.

Процесс горения в предлагаемом предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания осуществляется в две стадии - в предкамере 5 (первичная зона циркуляции) и в основной камере сгорания 1 (вторичная зона циркуляции).

Вторичная зона циркуляции, т.е. основная камера сгорания 1, вступает в работу вслед за первичной зоной (предкамерой). Продукты сгорания из предкамеры 5 подаются в основную камеру сгорания 1, куда через форсунки 2 впрыскивается дополнительное топливо, а через отверстия 3 поступает вторичный воздух.

Наличие двух циркуляционных зон (в предкамере 5 и в основной камере сгорания 1) улучшает условия перемешивания и увеличивает время пребывания, что повышает эффективность горения.

В то же время для уменьшения количества образующихся при горении окислов азота NOx температура в зонах циркуляции может поддерживаться на невысоком уровне.

Форсунки 2 камеры сгорания 1 выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45^o к оси подогревателя, что обеспечивает качественное смешение и равномерно заполнение истекающими струями топлива поперечного сечения камеры сгорания 1.

Кроме того, для обеспечения устойчивого горения в камере сгорания 1 на выходе из предкамеры 5 может быть установлен стабилизатор пламени 11.

Высокотемпературные продукты сгорания обтекают теплообменник 4 с поворотом газа на 180^o. Охлаждающая жидкость насосом под давлением подается в теплообменник 4, проходит по концентричным полостям, нагревается от стенок теплообменника. Нагретая жидкость циркулирует в системе охлаждения двигателя, обеспечивая предпусковой нагрев двигателя внутреннего сгорания, а также отопление кабины водителя и салона транспортного средства.

Таким образом, предлагаемый предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания за счет дополнительного подогрева поступающего в камеру сгорания 1 воздуха и одновременного подогрева предкамеры 5 осуществляет быстрый и надежный запуск как самого подогревателя, так и двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства.

Одновременно организация двухзонного горения способствует повышению эффективности сгорании топлива и снижению содержания в выхлопных газах вредных веществ, в частности NOx.

Формула изобретения

1. Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания, включающий камеру сгорания с форсунками, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, электронагреватель топлива, отличающийся тем, что камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями подвода воздуха в первичную зону предкамеры, камера сгорания и предкамера снабжены корпусом с образованием общей воздушной полости, внутри которой вокруг предкамеры установлен электронагревательный элемент, а патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой.

2. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что форсунки камеры сгорания выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45^o к оси подогревателя.

3. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что в выходном сечении предкамеры установлен стабилизатор пламени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2