Устройство для предпускового подогрева масла двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при запуске двигателя в условиях низких отрицательных температур. Устройство содержит смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера электронагреватель, центральный изолированный потенциальный электрод которого связан с продольным радиатором, помещенным в масло, а электрически - через коммутатор с источником питания, преимущественно аккумуляторной батареей. Радиатор выполнен в виде продольно, диаметрально разрезанного оребренного цилиндрического стержня, части которого жестко связаны между собой через размещенные между ними нагревательные элементы, а поддон картера заключен в термостатированный кожух с воздушным зазором. Изобретение обеспечивает снижение энергопотребления от источника питания, повышение эксплуатационной надежности, низкую трудоемкость монтажа и технического обслуживания, простоту эксплуатации и снижение себестоимости его эксплуатационных расходов. 6 ил.

Изобретение относится к смазке двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а конкретно, к обработке смазочного материала подогревом, для снижения его вязкости, с целью улучшения пуска двигателя в условиях низких отрицательных температур.

Известно устройство, описанное в патенте США N 4815431 от 28.03.89, нац. кл. 123 - 196, которое смонтировано в поддоне масляного картера и содержит нагревательный элемент, подключенный через коммутатор к аккумуляторной батарее автомобиля и установленный внутри металлической оболочки корпуса, выполняющей функции радиатора для конвективной теплоотдачи.

Известное устройство смонтировано через специальную резьбовую расточку в системе смазки двигателя между маслоприемником и масляным насосом и динамично нагревает масло, прокачиваемое через его полую оболочку - радиатор.

Однако это устройство характеризуется следующими недостатками. Большая тепловая инерция из-за наличия массивных металлических конструкций в зоне подогрева (магистрали, маслозаборника с сеткой), которые длительно нагреваются конвективным теплом, поглощая его при работающем масляном насосе, что снижает эффективность нагрева и затрудняет смазку ДВС на пусковых режимах при низких отрицательных температурах.

Высокая теплопроводность материала поддона обуславливает большие тепловые потери в окружающую среду. Для монтажа устройства необходимы съем, доработка и установка поддона картера и производство маслозаборника специальной конструкции, которые могут осуществить высококвалифицированные специалисты в условиях промышленного производства, что затрудняет использование известного устройства на автомобилях, находящихся в эксплуатации.

В случае перегорания нагревательного элемента устройство нагрева неремонтопригодно.

Высокой является и трудоемкость изготовления описанного устройства, основным недостатком которого является низкая функциональная надежность.

Наиболее близким аналогом является устройство для предпускного подогрева масла ДВС, содержащее смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера электронагреватель, центральный изолированный потенциальный электрод которого связан с радиатором, помещенным в масло, а электрически - через коммутатор с источником питания, преимущественно аккумуляторной батареей (патент США 1751859, кл. F 01 M 5/02, опубл. 1930 г.).

Известное устройство имеет сложную конструкцию и недостаточную надежность в процессе эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание компактной и простой конструкции устройства эффективного подогрева моторного масла с высокой функциональной надежностью.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для предпускового подогрева масла двигателей внутреннего сгорания, содержащем смонтированный в пробке отверстия поддона масляного картера электронагреватель, центральный изолированный потенциальный электрод которого связан с радиатором, помещенным в масло, а электрически - через коммутатор с источником питания, преимущественно аккумуляторной батареей, согласно изобретению поддон картера помещен в термостатированном кожухе с воздушным зазором, а радиатор выполнен в виде продольно диаметрально разрезанного оребренного цилиндрического стержня, части которого жестко связаны между собой через размещенные между ними нагревательные элементы.

Размещение поддона масляного картера в теплоизолирующем кожухе, выполняющем функции термостата, с воздушным зазором между стенками поддона, снижает тепловые потери в окружающую среду, особенно при низких температурах что позволяет эквивалентно уменьшить потребляемую электрическую мощность устройства и повысить его тепловой КПД.

Воздушный зазор обеспечивает необходимую теплоизоляцию масляной ванны при ограниченных размерах пространства между шасси автомобиля и стенками поддона картера.

Выполнение радиатора в виде продольно диаметрально разрезанного, оребренного цилиндрического стержня обеспечивает увеличенную поверхность теплоотдачи его корпуса и размещение нагревательных элементов в его внутреннем объеме. Это дает повышенный тепловой поток с поверхности радиатора к объему масляной ванны и эффективный радиальный, симметричный отвод тепла от источников тепловой энергии, что обеспечивает повышенную тепловую мощность электронагревателя (ограниченную габаритами радиатора) и доступ к нагревательным элементам для их замены.

Жесткая связь частей радиатора через резистивные нагревательные элементы обеспечивает надежный электрический и тепловой контакты поверхностей нагревательных элементов и радиатора, снижая тем самым плотность пусковых токов и термосопротивление на границе совмещения частей радиатора и источников тепловой энергии, что повышает функциональную надежность устройства, его тепловую эффективность, упрощает электрическую и структурную схемы.

Размещение нагревательных элементов между частями (проводниками) радиатора обеспечивает компактность конструкции нагревателя в поперечном сечении и возможность его монтажа через сливное отверстие поддона масляного картера автомобиля.

Быстросборная конструкция радиатора обеспечивает простоту технического обслуживания и повышает ремонтопригодность устройства подогрева масла при эксплуатации.

Предложенное техническое решение не известно из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом, не следует для специалиста-двигателестроителя и промышленно применимо для производства предпусковых подогревателей моторного масла ДВС, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема прав совокупности существенных признаков формулы, где изображены: на фиг. 1 - общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - электронагреватель в разрезе, на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 4, на фиг. 6 - схема подключения электронагревателя.

Предлагаемое устройство содержит электронагреватель 1 (фиг. 1, 3, 4), укрепленный посредством резьбовой пробки 21 в маслосливном отверстии поддона 3 картера 4 ДВС.

По периметру поддона 3 (фиг. 2) установлены скобы 5 из листового металла, закрепленные на фланце картера 4 теми же болтами 6, что и поддон 3. На скобах 5 смонтирована выполненная по форме фланца обечайка 7. Термостатированный кожух 8, жестко прикрепленный к обечайке 7, выполнен из плотного материала (например винилискожи) и покрыт изнутри теплоизолятором 9 из полиэфирной ткани или синтепона. Замковые устройства 10 фиксируют положение кожуха 8 относительно поддона 3.

Расстояние между внутренней поверхностью кожуха 8 и стенками поддона 3 определяет величину воздушного зазора 11, который обеспечивает эффективную теплоизоляцию поддона 3 в заданном диапазоне температур эксплуатации устройства при конкретных режимах подогрева масла, т.е. осуществляет термостатирование объема масляной ванны в поддоне.

Электронагреватель 1 (фиг. 4, 5) содержит оребренный цилиндрический радиатор, состоящий из положительного 12 и отрицательного 13 проводников, образованных частями продольно, диаметрально разрезанного цилиндрического стержня, жестко связанных между собой через изолирующие втулки 14 и резистивные нагревательные элементы 15 винтами 16. Внутренние поверхности проводников 12 и 13, не имеющие контакта с нагревательными элементами, разделены электроизолирующей прокладкой 17. Отрицательный проводник 13 размещен на резьбовой пробке 2 сливного отверстия поддона 3, а положительный проводник 12 соединен проводом 18 с центральным проводящим стержнем 19 (электродом), связанным с клеммным наконечником 20 потенциального провода 21 от аккумуляторной батареи 22. Клеммный наконечник 20 закрыт изолирующим колпачком 23.

Стержень 19 укреплен в пробке 2 через изолятор 24.

Коммутатор 25 (фиг. 6) установлен в кабине автомобиля на панели управления и через плавкий предохранитель 26 обеспечивает подключение электронагревателя к положительному полюсу аккумуляторной батареи 22.

Параллельно нагревателю подключен индикатор включения подогрева 27. Электрическая схема устройства предусматривает возможность питания электронагревателя от внешнего источника тока.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения через подводящий провод 21 (фиг. 4) по цепи: проводящий стержень 19, провод 18, положительный проводник 12, резистивные нагревательные элементы 15, отрицательный проводник 13, шасси автомобиля, протекает электрический ток и на резистивных элементах 15 по закону Джоуля-Ленца выделяется тепловая мощность. Образующийся тепловой поток проходит с поверхностей нагревательных элементов 15 через проводники 12 и 13 к поверхности радиатора и через нее нагревает ванну картерного масла.

Так как поддон 3 картера 4 (фиг. 3) защищен от воздействия отрицательных температур утепленным кожухом 8 и воздушным слоем в зазоре 11, имеющим низкую теплопроводность, мощность охлаждающего теплового потока от окружающей среды через стенки кожуха и воздушный слой резко уменьшается и его отрицательное воздействие на температуру масла в поддоне 3 картера 4 существенно снижается, т.е. обеспечивается термостатирование масляной ванны.

Разогретое электронагревателем 1 масло в результате конвекции поднимается к поверхности масляной ванны, образуя наиболее разогретую часть - зеркало поверхности, которое, в свою очередь, за счет теплового излучения подогревает узлы двигателя и в первую очередь коренные подшипники коленчатого вала.

Расчетные параметры устройства подогрева (тепловой зазор 11 между поддоном 3 и кожухом 8, площадь поверхности проводников 12 и 13 радиатора и электрическая мощность нагревателя 1) обеспечивают равновесную температуру поверхности радиатора на уровне 400K, что ниже температуры коксования моторного масла, а необходимая и достаточная электрическая мощность электронагревателя 1 оптимизирует энергопотребление от аккумуляторной батареи 22, емкость которой при пониженной температуре снижается на 40% от номинального значения.

Настоящее техническое решение может быть использовано для подогрева моторного масла широкого спектра двигателей, в конструкции которых предусмотрена жидкостная система смазки трущихся пар: наземные транспортные средства - автомобильный и железнодорожный транспорт, судовые и авиационные двигатели, двигатели передвижных и стационарных дизель-электростанций и др. устройства, работающие при пониженных температурах в условиях средней полосы и северных районов.

По сравнению с известными аналогами предлагаемое устройство позволяет существенно (в десятки раз) снизить мощность, потребляемую электронагревателем, обеспечить возможность экономичного дежурного режима подогрева смазки (термостабилизации картера) за время межрейсовой стоянки автомобиля, осуществлять многократный запуск двигателя в холодное время, не снижая существенно емкость аккумуляторной батареи, т.к. пуск дизельного двигателя при -30^oC с первой попытки практически невозможен. Кроме того, предлагаемое устройство допускает эксплуатацию автомобиля на летнем моторном масле, которое обладает лучшими смазывающими свойствами по сравнению с зимним, что снижает пусковой и эксплуатационный износы двигателя, увеличивает ресурс его работы. Простота монтажа и технического обслуживания устройства в конечном итоге повышают эксплуатационную надежность системы смазки двигателя по сравнению с аналогичными конструкциями, снижает расходы на техническое обслуживание и повышает оперативность подготовки транспортных средств к зимней эксплуатации. Простота конструкции устройства обуславливает его низкую себестоимость производства.

Электросхема предусматривает питание от внешнего источника тока.

Формула изобретения

Устройство для предпускового подогрева масла двигателя внутреннего сгорания, содержащее смонтированный в пробке сливного отверстия поддона картера электронагреватель, центральный изолированный потенциальный электрод которого связан с радиатором, помещенным в масло, а электрически - через коммутатор с источником питания, преимущественно аккумуляторной батарей, отличающееся тем, что радиатор выполнен в виде продольно диаметрально разрезанного оребренного цилиндрического стержня, части которого жестко связаны между собой через размещенные между ними нагревательные элементы, а поддон картера помещен в термостатированном кожухе с воздушным зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6