Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания

 

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение времени прогрева двигателя внутреннего сгорания путем повышения теплопроизводительности камеры сгорания подогревателя.

Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит теплообменник, расположенный за камерой сгорания, имеющий двухходовую схему движения горячего газа (продуктов сгорания) и многоходовую схему движения охлаждающей жидкости. Теплообменник для нагрева охлаждающей жидкости выполнен в виде системы сваренных по периметру друг с другом параллельно расположенных пластин поперечно пересекающих котел, в нижних пластинах выполнены цилиндрические штампованные углубления 14, с заданными геометрическими характеристиками, обеспечивающие дополнительную площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания и обеспечивающие необходимую турбулизацию потока охлаждающей жидкости. Параллельно расположенные пластины приварены к внутренней поверхности корпуса, соединены между собой колосниками.

Данная полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к предпусковым подогревателям двигателя внутреннего сгорания.

Известен также предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент РФ 2122138, F02N 17/06), включающий камеру сгорания с форсунками, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, электронагреватель топлива, а 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.

Однако в известном подогревателе вследствие подачи вентилятором в камеру сгорания воздуха с температурой окружающей среды устойчивость горения топлива недостаточно высока, что замедляет подогрев двигателя.

Недостатком данного подогревателя является сложность включения данного устройства в работу, повторное использование возможно только после полного остывания свечи накаливания и проведения вентиляции предкамеры, устройство не позволяет регулировать воспламеняемость топливной смеси в зависимости от температуры окружающего воздуха, не затрагивает молекулярную структуру подготовки топлива и слабо влияет на процесс активизации топлива.

Кроме того, конструкция предпускового подогревателя сложна и, вследствие этого, обладает низкой надежностью, а известный подогреватель требует для своей работы высокую энерговооруженность автомобиля.

Прототипом полезной модели является предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент РФ 78877 от 10 декабря 2008 года), включающий камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник типа "газ-жидкость". Камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями подвода воздуха в первичную зону предкамеры. Камера сгорания ипредкамера снабжены корпусом с образованием общей воздушной полости. Патрубок подвода воздуха в полость расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой. В передней глухой стенке предкамеры установлен плазменный конвертор топлива. Форсунки камеры сгорания расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45° к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени.

Недостатком данного предпускового подогревателя двигателя внутреннего сгорания является низкая теплопроизводительность нагрева охлаждающей жидкости, длительное время прогрева двигателя в условиях резко отрицательных температур и невозможность варьирования габаритными размерами предпускового подогревателя под конкретно заданный автомобиль.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение времени прогрева двигателя внутреннего сгорания путем повышения теплопроизводительности камеры сгорания подогревателя в условиях резко отрицательных температур окружающей среды, сокращение времени пуска двигателя при температуре воздуха ниже плюс 5°С и возможностью варьирования габаритных размеров подогревателя под конкретно заданный автомобиль.

Поставленная цель достигается тем, что в предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания, включающем камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями для подвода воздуха в первичную зону предкамеры, а в передней глухой стенке предкамеры установлен с помощью резьбового соединения плазменный конвертор топлива, патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени, корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а теплообменный аппарат выполнен в виде системы соединенных друг с другом параллельно расположенных пластин, поперечно пересекающих котел, в нижних пластинах выполнены цилиндрические углубления, обеспечивающие дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания.

К существенным отличиям заявленного решения от известного относится, что корпус теплообменника для нагрева охлаждающей жидкости изготовлен в виде системы соединенных друг с другом параллельно расположенных пластин, поперечно пересекающих котел, в нижних пластинах выполнены цилиндрические углубления, обеспечивающие дополнительную площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания, что позволяет максимально использовать тепловую энергию продуктов камеры сгорания для нагрева именно охлаждающей жидкости и повысить КПД теплообменника и подогревателя воздуха в целом.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.

Предполагаемый вариант реализации заявленного предпускового подогревателя ДВС изображен на фиг.1 (продольный разрез). 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. Патрубок 9 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° к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры 5 на входе в камеру сгорания 1 установлен стабилизатор пламени 10. В передней глухой стенке предкамеры 5 установлен плазменный конвертор топлива 11.

Теплообменник 4 расположен за камерой сгорания 1 и имеет двухходовую схему движения охлаждающего газа (продуктов сгорания) 17 и многоходовую схему движения охладителя (жидкости) 16. Корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, к которому с помощью сварки крепится теплообменный аппарат для нагрева охлаждающей жидкости, выполненный в виде системы сваренных по периметру друг с другом параллельно расположенных пластин 12 и 13, поперечно пересекающих котел. В нижних пластинах 13 выполнены цилиндрические штампованные углубления 14, с заданными геометрическими характеристиками, обеспечивающие дополнительную площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания и необходимую турбулизацию потока охлаждающей жидкости. Параллельно расположенные пластины 12 и 13, поперечно пересекающие котел, соединены между собой колосниками 15. В каналах для охлаждающей жидкости 16, составленных из пластин, имеются точки опоры (на фиг.1 не показаны), что позволяет выдерживать разность давлений по обе стороны пластины, а также повышенное внутреннее давление в канале. Теплообменник 4 крепится под траверсой рамы автомобиля, на которой устанавливается двигатель.

В качестве теплообменника 4 предпускового подогревателя воздуха наиболее перспективно применение цельносварного или пакетно-сварного варианта. В этом случае пластины с помощью попеременно устанавливаемых прокладок сваривают в блок либо пакет, а из пакетов набирают сам теплообменник.

Система подвода воздуха включает вентилятор подачи воздуха (на фиг.1 не показана), система подачи топлива включает насос подачи топлива с трубопроводами (на фиг.1 не показана), система подвода охлаждающей жидкости включает насос прокачки охлаждающей жидкости с трубопроводами (на фиг.1 не показана).

В процессе работы предпускового подогревателя всасываемый воздух подается через патрубок подвода воздуха 9, часть воздуха, потребляемого предпусковым подогревателем, подается в плазменный конвертор топлива 11, установленный в предкамере 5, который преобразует его в низкотемпературную воздушную плазму, воздействующую на углеводородную топливную смесь, с образованием химически активных радикалов топливовоздушной смеси, осуществляя конверсию и воспламенение топливовоздушной смеси. Воздух, поступающий через отверстия 6 в первичную зону предкамеры 5, нагревается за счет теплоты сгорания топливовоздушной смеси, одновременно осуществляя прогрев стенок предкамеры 5, что улучшает работу предпускового подогревателя и обеспечивает устойчивый процесс горения в предкамере 5.

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). Основная камера сгорания 1 вступает в работу после начала устойчивого процесса горения в предкамере 5, продукты сгорания из предкамеры 5 попадают в основную камеру сгорания 1, куда через форсунки 2 впрыскивается дополнительное топливо, а через отверстия 3 поступает воздух.

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

Тепло от продуктов сгорания в теплообменнике 4 передается через соединенные друг с другом параллельно расположенные пластины 12, 13, поперечно пересекающие котел. В нижних пластинах 13 выполнены цилиндрические углубления 14, обеспечивающие дополнительную площадь соприкосновения с горячими продуктами сгорания, в которых происходит быстрое нагревание охлаждающей жидкости. Под воздействием естественной циркуляции более холодная охлаждающая жидкость затекает в цилиндрические углубления 14, а нагретая жидкость вытекает из цилиндрических углублений, тем самым происходит интенсивное перемешивание и нагревание охлаждающей жидкости, что приводит к снижению времени нагрева охлаждающей жидкости и как следствие к сокращению времени подготовки двигателя к пуску. Параллельно расположенные пластины 12 и 13 с выполненными цилиндрическими углублениями 14, поперечно пересекающие котел, крепятся посредством сварки к внутренней поверхности корпуса 7, что способствует естественной циркуляции охлаждающей жидкости в каналах 16 системы нагрева.

Тепловая энергия от сгорающего топлива в камере сгорания топлива 1 кроме нагрева охлаждающей жидкости в теплообменнике 4 нагревает еще и масло в картере двигателя, т.к. верхняя поверхность камеры сгорания теплообменника 4 непосредственно контактирует с нижней поверхностью картера двигателя (на фиг.1 не показано).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что применение теплообменного аппарата такой конструкции позволяет сократить его геометрические размеры, обеспечить лучший термический контакт между двумя средами и соответственно повысить коэффициент полезного действия предпускового подогревателя воздуха.

Повышение кпд предпускового подогревателя достигается тем, что в конструкции теплообменника "газ-жидкость" для создания компактной поверхности теплообмена применены дополнительные вторичные поверхности со стороны горячего газа, что позволяет существенно увеличить площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания топлива, обеспечивая более быстрое нагревание охлаждающей жидкости, с интенсивным ее перемешиванием, что сокращает время подготовки двигателя к пуску. Достигается более полное и эффективное использование теплоты сгораемого топлива, улучшаются экономические и экологические характеристики предпускового подогревателя двигателя в целом.

Технический результат: быстрый и надежный пуск, как предпускового подогревателя, так и самого двигателя, а также более полное и эффективное использование теплоты сгорания топлива, повышается коэффициент полезного действия предпускового подогревателя воздуха.

Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания, включающий камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями для подвода воздуха в первичную зону предкамеры, а в передней глухой стенке предкамеры установлен плазменный конвертор топлива, патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени, отличающийся тем, что корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а теплообменный аппарат выполнен в виде системы соединенных друг с другом параллельно расположенных пластин, поперечно пересекающих котел, в нижних пластинах выполнены цилиндрические углубления, обеспечивающие дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для подогрева и поддержания оптимальной температуры технических жидкостей и может быть использовано для повышения эффективности эксплуатации транспортных средств и технологических машин

Установка подогрева двигателя относится к двигателестроению и может быть использована при пуске двигателя, оснащенного индивидуальным подогревателем жидкостным, в условиях низких отрицательных температур. Установка предпускового подогрева предназначена для подогрева моторного масла в картере дизельного двигателя внутреннего сгорания путем использования тепловой энергии отработавших газов, с учетом ее перераспределения для разогрева воздуха окружающей среды в теплообменнике, перед подачей разогретого воздуха и отработавших газов к стенкам поддона картера.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к эксплуатации тепловозов, в частности к способам прогрева тепловозов и может быть использовано для обогрева, как в стационарных условиях депо, так и автономно на подвижной единице
Наверх