Устройство подогрева для автомобильного двигателя жидкостного охлаждения

 

Изобретение относится к устройствам для предпускового прогрева автомобильных двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, а также отопления кабины водителя и салона транспортного средства в условиях низких температур окружающего воздуха, с использованием утилизации тепла выхлопных газов двигателя и сбросовой теплоты системы охлаждения двигателя, в том числе аккумулированной в тепловом аккумуляторе. Устройство содержит теплообменный аппарат, установленный на выхлопной трубе двигателя, тепловой аккумулятор, соединенный с всасывающей линией первого насоса, связанного с системой охлаждения двигателя, и трехлинейный распределитель, кроме того, устройство снабжено пятипозиционным пятилинейным распределителем, а трехлинейный распределитель выполнен трехпозиционным. При этом трехпозиционный и пятилинейный распределители могут замыкать следующие контуры: контур циркуляции жидкого теплоносителя, включающий тепловой аккумулятор, первый насос и систему охлаждения двигателя; контур, включающий теплообменный аппарат, второй насос и систему охлаждения двигателя; контур, включающий теплообменный аппарат, тепловой аккумулятор, первый насос и систему охлаждения двигателя; контур, включающий теплообменный аппарат, тепловой аккумулятор и первый насос; контур, включающий систему охлаждения двигателя и второй насос. Изобретение обеспечивает быстрый и надежный предпусковой прогрев и запуск двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для предпускового прогрева автомобильных двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, а также отопления кабины водителя и салона транспортного средства в условиях низких температур окружающего воздуха, с использованием утилизации тепла выхлопных газов двигателя и сбросовой теплоты системы охлаждения двигателя, в том числе аккумулированной в тепловом аккумуляторе.

Известна система предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ N 2075626, МКИ6 F 02 N 17/04, 17/06, 20.03.97). Система содержит аккумулятор тепла, снабженный теплоизолированным корпусом с газовыми и жидкостными трубами. Газовые трубы соединены с выпускной трубой двигателя. Жидкостные трубы соединены с рубашкой охлаждения двигателя. Межтрубное пространство аккумулятора тепла заполнено теплоаккумулирующим веществом, изменяющим агрегатное состояние. Кроме того, система снабжена емкостью хранения воды из рубашки охлаждения двигателя. Емкость хранения воды и тепловой аккумулятор размещены в общем теплоизолированном корпусе и разделены теплоизолированной перегородкой.

Данная система имеет тот недостаток, что она не позволяет ускорить прогрев двигателя в случае полной разрядки теплового аккумулятора или недостаточности его энергии для прогрева двигателя. Кроме того, система не позволяет использовать энергию выхлопных газов для отопления кабины водителя и салона транспортного средства.

Известно устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины (Патент РФ N 2059049, МКИ6 E 02 F 9/20, 9/22, F 02 N 17/06, 27.04.96).

Устройство содержит теплоаккумулятор, теплообменный аппарат, соединенный с выхлопной трубой двигателя и насос, связанный с системой охлаждения двигателя, последовательно включенные в контур циркуляции жидкого теплоносителя. Теплоаккумулятор устройства выполнен многосекционным с возможностью поочередного подключения секций к контуру циркуляции жидкого теплоносителя при помощи установленного на входе теплоаккумулятора многопозиционного крана, к которому подведены сливные линии теплообменного аппарата и системы охлаждения двигателя. Причем отводные патрубки теплоаккумулятора соединены с всасывающей линией насоса, в напорной линии которого установлен трехходовой распределитель, первый отвод которого присоединен к системе охлаждения двигателя через теплообменник, установленный в поддоне картера, а второй к теплообменному аппарату.

Данное устройство, как и вышеописанная система, не позволяет ускорить прогрев двигателя в случае полной разрядки теплового аккумулятора или недостаточности его энергии для прогрева двигателя. Также устройство не позволяет использовать энергию выхлопных газов для отопления кабины водителя и салона транспортного средства.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение быстрого и надежного предпускового прогрева и запуска автомобильных двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, а также отопления салонов транспортного средства, с использованием утилизации тепла выхлопных газов двигателя и сбросовой теплоты системы охлаждения двигателя, в том числе аккумулированной в тепловом аккумуляторе.

Поставленная задача решается тем, что устройство подогрева для автомобильного двигателя жидкостного охлаждения, содержащее теплообменный аппарат, установленный на выхлопной трубе двигателя, тепловой аккумулятор, соединенный с всасывающей линией первого насоса, связанного с системой охлаждения двигателя, и трехлинейный распределитель, дополнительно снабжено пятипозиционным пятилинейным распределителем, а трехлинейный распределитель выполнен трехпозиционным.

Причем в трехпозиционном распределителе входная линия соединена с выходной линией теплообменного аппарата, его первая выходная линия через второй насос соединена с системой охлаждения двигателя, а вторая выходная линия соединена с входной линией теплового аккумулятора.

В пятилинейном распределителе первая входная линия соединена с нагнетательной линией первого насоса, его вторая входная линия соединена с выходной линией системы охлаждения двигателя, входная линия которого соединена с первой выходной линией пятилинейного распределителя, вторая выходная линия которого соединена с входной линией теплообменного аппарата, а его третья выходная линия соединена с входной линией трехлинейного распределителя.

При этом трехпозиционный и пятилинейный распределители могут замыкать следующие контуры циркуляции жидкого теплоносителя: контур, включающий тепловой аккумулятор, первый насос и систему охлаждения двигателя; контур, включающий теплообменный аппарат, второй насос и систему охлаждения двигаля; контур, включающий теплообменный аппарат, тепловой аккумулятор, первый насос и систему охлаждения двигателя; контур, включающий теплообменный аппарат, тепловой аккумулятор и первый насос; контур, включающий систему охлаждения двигателя и второй насос.

Оба распределителя могут осуществлять также гидроизоляцию теплового аккумулятора от контуров циркуляции жидкого теплоносителя.

Устройство может быть дополнительно снабжено трехлинейным двухпозиционным распределителем, включенным между второй выходной линией пятилинейного распределителя и входной линией теплообменного аппарата, причем его первая выходная линия соединена с входной линией теплообменного аппарата непосредственно, а вторая выходная линия соединена через радиатор.

На чертеже представлена схема устройства подогрева для автомобильного двигателя жидкостного охлаждения.

Устройство содержит двигатель 1 с системой (рубашкой) охлаждения 2, выхлопную трубу 3 с теплообменным аппаратом 4, тепловой аккумулятор 5, снабженный подвижным относительно его корпуса теплоизоляционным экраном 6 и первый насос с электродвигателем 7. Кроме того, устройство содержит трехпозиционный трехлинейный распределитель 8 и пятипозиционный пятилинейный распределитель 9, а также автомобильный термостат, содержащий последовательно включенные соответствующими линиями циркуляции жидкого теплоносителя первый двухпозиционный трехлинейный распределитель 10, первый радиатор 11 и второй насос 12, образующие систему охлаждения двигателя 1. Устройство может быть снабжено вторым двухпозиционным трехпоточным распределителем 13 и вторым радиатором 14.

Вход трехлинейного распределителя 8 соединен линией 15 с выходом теплообменного аппарата 4, первый выход распределителя 8 линией 16 через второй насос 12 соединен с системой охлаждения 2 двигателя 1, а второй его выход соединен линией 17 с входом теплового аккумулятора 5, выход которого соединен с всасывающей линией 18 первого насоса 7. Первый вход пятилинейного распределителя 9 соединен с нагнетательной линией 19 первого насоса 7. Второй вход пятилинейного распределителя 9 линией 20 соединен с выходом системы охлаждения 2 двигателя 1, вход которой линией 21 соединен с первым выходом пятилинейного распределителя 9. Третий выход распределителя 9 линией 22 соединен с входом трехпозиционного распределителя 8, а второй выход распределителя 9 линией 23 соединен с входом двухпозиционного распределителя 13. Первый выход распределителя 13 линией 24 соединен с входом теплообменного аппарата 4, а второй выход распределителя 13 линией 25 через радиатор 14 также соединен с входом теплообменного аппарата 4. В линии 19 и в линии 20 установлены термодатчики соответственно 26 и 27, включенными в схему управления положением распределителей (на схеме не показанной).

Устройство работает в следующих режимах.

Предпусковой прогрев двигателя. При этом предварительно накопленная в аккумуляторе 5 от предшествующей работы двигателя теплота передается в рубашку охлаждения 2 двигателя 1. Для обеспечения данного режима работы распределитель 8 находится в позиции 8.1, распределитель 9 в позиции 9.1, а распределитель 10 в позиции 10.1. Теплота от теплового аккумулятора 5 передается за счет циркуляции теплоносителя (например, тосола) вследствие работы насоса 7 с электродвигателем по первому контуру: тепловой аккумулятор 5, линия 18, насос 7, линия 19, распределитель 9, линия 21, рубашка охлаждения 2 двигателя 1, линия 20, распределитель 9, линия 22, линия 15, распределитель 8 и тепловой аккумулятор 5. В этом режиме работы устройства возможно два варианта. По первому варианту энергии теплового аккумулятора достаточно для прогрева двигателя до рабочей температуры, и вследствие этого для надежного запуска двигателя и включения трансмиссии. По второму варианту из-за большого перерыва в работе двигателя 1 тепловой аккумулятор 5 разрядился до энергии, достаточной для запуска двигателя, но недостаточной для прогрева двигателя до рабочей температуры. В данном случае устройство переходит на работу во второй режим ускоренного прогрева двигателя до рабочей температуры.

В данном режиме работы устройства при включенном двигателе теплота выхлопных газов передается в рубашку охлаждения 2 двигателя 1, минуя тепловой аккумулятор 5. Распределитель 8 находится в позиции 8.2, распределитель 9 в позиции 9.2, распределитель 10 в позиции 10.1, а распределитель 13 в позиции 13.1. Ускоренный прогрев двигателя 1 от теплоты выхлопных газов осуществляется циркуляцией теплоносителя, прокачиваемого насосом 12 по второму контуру: теплообменный аппарат 4 (здесь теплота от выхлопных газов передается через поверхность выхлопной трубы 3 теплоносителю), линия 15, линия 16, насос 12, рубашка охлаждения 2, линия 20, распределитель 9, линия 23, распределитель 13, линия 24 и теплообменный аппарат 4. При прогреве двигателя до рабочей температуры возможно включение трансмиссии, а устройство переходит на следующий режим работы.

Режим зарядки теплового аккумулятора. Данный режим работы устройства обеспечивается, если распределитель 8 находится в позиции 8.1, распределитель 9 в позиции 9.3, распределитель 10 в позиции 10.1 или 10.2, распределитель 13 в позиции 13.1. Зарядка теплового аккумулятора 5 от теплоты выхлопных газов и сбрасываемой теплоты системы охлаждения 2 двигателя 1 осуществляется циркуляцией теплоносителя, прокачиваемого насосом 7 по третьему контуру: теплообменный аппарат 4, линия 15, распределитель 8, линия 17, тепловой аккумулятор 5, линия 18, насос 7, линия 19, распределитель 9, линия 21, рубашка охлаждения 2, линия 20, распределитель 9, линия 23, распределитель 13, линия 24 и теплообменный аппарат 4. Данный режим может быть совмещен с режимом отопления салона транспортного средства. Для этого тепловой экран 6 смещают относительно корпуса теплового аккумулятора 5, оголяя необходимую величину его поверхности для обогрева салона до заданной температуры.

В данном режиме работы устройства наряду с обогревом салона транспортного средства тепловой аккумулятор 5 выполняет роль термостата (радиатора) системы охлаждения 2 двигателя 1, охлаждая его. При достижении температуры в линии 19, равной или превышающей рабочую температуру двигателя, устройство переходит на следующий режим работы.

Режим отопления салона транспортного средства и зарядки аккумулятора для межсменного простоя. Для обеспечения данного режима распределитель 8 остается в позиции 8.1, распределитель 9 находится в позиции 9.4, распределитель 10 в позиции 10.2, распределитель 13 в позиции 13.1. Отбор тепла выхлопных газов для зарядки теплового аккумулятора 5 и отопления салона транспортного средства осуществляется циркуляцией теплоносителя по четвертому контуру: теплообменный аппарат 4, линия 15, распределитель 8, линия 17, тепловой аккумулятор 5, линия 18, насос 7, линия 19, распределитель 9, линия 23, распределитель 13, линия 24 и теплообменный аппарат 4. При этом система охлаждения двигателя замыкается по автономному контуру: последовательно соединенные линия 28, распределитель 10 в позиции 10.2, радиатор 11 и насос 12. Если при данном режиме работы устройства температура теплоносителя в четвертом контуре в линии 23 будет приближаться к критической, то распределитель 13 переходит в позицию 13.2, включая в контур циркуляции теплоносителя линию 25 с радиатором 14. Это необходимо для избежания перегрева теплоносителя. В теплое время года радиатор 14 должен быть расположен за пределами салона транспортного средства, в холодное время года радиатор может быть перенесен в салон как дополнительный обогреватель салона.

При выключении двигателя распределитель 8 находится в позиции 8.3, а распределитель 9 в позиции 9.5, что обеспечивает гидроизоляцию теплового аккумулятора 5 и исключает циркуляцию в нем теплового носителя. В данном положении распределителей во время стоянки транспортного средства обеспечивается максимальная теплоизоляция теплового аккумулятора 5 для увеличения срока сохранения в нем тепловой энергии.

Таким образом, заявляемое устройство быстро и надежно осуществляет предпусковой прогрев и запуск автомобильных двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением при минимальных габаритно-массовых характеристиках теплового аккумулятора. Так при больших межсменных простоях транспортного средства, когда энергии теплового аккумулятора достаточно только для предпускового прогрева двигателя до температуры 2-3^oC, наличие заявляемого устройства позволяет сократить время прогрева двигателя до рабочей температуры на 20-30% при температуре окружающей среды -30^oC.

Заявляемое устройство позволяет также осуществить отопление салона транспортного средства с использованием утилизации тепла выхлопных газов двигателя и сбросовой теплоты системы охлаждения двигателя, в том числе аккумулированной в тепловом аккумуляторе.

Формула изобретения

1. Устройство подогрева для автомобильного двигателя жидкостного охлаждения, содержащее теплообменный аппарат, установленный на выхлопной трубе двигателя, тепловой аккумулятор, соединенный с всасывающей линией первого насоса, связанного с системой охлаждения двигателя, и трехлинейный распределитель, отличающееся тем, что устройство снабжено пятипозиционным пятилинейным распределителем, а трехлинейный распределитель выполнен трехпозиционным, причем его входная линия соединена с выходной линией теплообменного аппарата, его первая выходная линия через второй насос соединена с системой охлаждения двигателя, а вторая выходная линия соединена с входной линией теплового аккумулятора, первая входная линия пятилинейного распределителя соединена с нагнетательной линией первого насоса, его вторая входная линия соединена с выходной линией системы охлаждения двигателя, входная линия которого соединена с первой выходной линией пятилинейного распределителя, вторая выходная линия которого соединена с входной линией теплообменного аппарата, а его третья выходная линия соединена с входной линией трехлинейного распределителя, при этом трехпозиционный и пятилинейный распределители могут замыкать контур циркуляции жидкого теплоносителя, включающий тепловой аккумулятор, первый насос и систему охлаждения двигателя, контур, включающий теплообменный аппарат, второй насос и систему охлаждения двигателя, контур, включающий теплообменный аппарат, тепловой аккумулятор, первый насос и систему охлаждения двигателя, контур, включающий теплообменный аппарат, тепловой аккумулятор и первый насос, контур, включающий систему охлаждения двигателя и второй насос, а также гидроизоляцию теплового аккумулятора от контуров циркуляции жидкого теплоносителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено трехлинейным двухпозиционным распределителем, включенным между второй выходной линией пятилинейного распределителя и входной линией теплообменного аппарата, причем его первая выходная линия соединена с входной линией теплообменного аппарата непосредственно, а вторая выходная линия соединена через радиатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1