устройство для предпусковой подготовки двигателя внутреннего сгорания
Классы МПК:
F01M5/02 обработка смазочного материала для облегчения пуска машины или двигателя, например подогрев
Патентообладатель(и):
Суранов Григорий Иванович
Приоритеты:
Сущность изобретения: устройство содержит котел (К) 9 подогревателя с форсункой (Ф) 7 и свечой накаливания (СН) 8 и насосный агрегат, включающий водяной (ВН) 5 и топливный (ТН) 2 насосы, и воздухонагнетатель (Н) 4 с приводом от электродвигателя (ЭД)3. Н4 связан воздуховодом с К9. ВН5 связан трубопроводами с К9 и водяной рубашкой двигателя, а ТН2 подключен к Ф7 трубопроводом с электромагнитным клапаном 6 (ЭМК). Устройство также содержит двухпозиционный распределитель (Р)1 с двумя входами и выходами, соединенными соответственно с всасывающей и нагнетательной полостями ТН2. В период предпускового разогрева двигателя ТН2 через Р1 подает топливо из топливного бака к ЭМК 6 и Ф7 в котел 9. После окончания разогрева двигателя и выключения подачи топлива в К9 распределитель переключается во второе положение на подачу ТН моторного масла из поддона двигателя в главную масляную магистраль. После появления давления в системе смазки осуществляется пуск двигателя пусковым устройством. 3 ил.
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПУСКОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее жидкостный котел-подогреватель, снабженный свечой накаливания и топливной форсункой, насосный агрегат, включающий приводимые от вала электродвигателя воздухонагнетатель, связанный через воздуховод с котлом, циркуляционный водяной насос, соединенный трубопроводами с котлом и водяной рубашкой двигателя, и топливный насос, подключенный к форсунке топливным трубопроводом с установленным в нем электромагнитным клапаном, и трубу отвода продуктов сгорания из котла к масляному поддону двигателя, отличающееся тем, что устройство снабжено двухпозиционным распределителем с двумя входами и выходами, соединенными соответственно с всасывающей и нагнетательной полостями топливного насоса подогревателя, причем один из входов распределителя связан с топливным баком, другой — с масляным поддоном двигателя, а один из его выходов связан с трубопроводом подачи топлива к форсунке, другой — с главной масляной магистралью двигателя.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и прежде всего к устройствам предпускового разогрева и предпусковой подачи масла в систему смазки двигателя в зимнее время.
Известны предпусковые жидкостные подогреватели, выполненные в виде жаротрубного котла, включенного в систему охлаждения двигателя, оборудованного топливной форсункой и свечой накаливания для зажигания подаваемого топлива, насосного агрегата, включающего водяной и топливный насосы, воздухонагнетатель, которые приводятся в движение от электродвигателя, а также щиток управления свечой накаливания (зажигания), электромагнитным клапаном и электродвигателем [1] Недостаток таких подогревателей в том, что, обеспечивая интенсивный предпусковой разогрев двигателя и моторного масла в поддоне, они не решают вопрос предпусковой подачи масла в сопряжения двигателя до начала прокручивания коленчатого вала пусковым устройством.
Известны также насосы предпусковой подачи моторного масла в подшипники коленчатого вала с ручным приводом или с приводом от пускового двигателя [2] После запуска пускового двигателя связанный с ним масляный насос предпусковой прокачки подает масло из поддона в главную масляную магистраль и подшипники коленчатого вала дизеля.
Недостатком этих устройств является то, что они не применимы для дизелей с электростартерным пуском и требуют отдельного автономного привода. Кроме того, насосы предпусковой прокачки масла являются дополнительным устройством к пусковому двигателю и предпусковому подогревателю, что удорожает стоимость двигателя.
Цель изобретения повышение эффективности предпусковых подогревателей, а также долговечности и безотказности двигателей при эксплуатации в условиях низких температур.
Указанная цель достигается тем, что для предпусковой прокачки масла используется топливный насос насосного агрегата предпускового подогревателя, а именно для подачи моторного масла в сопряжения дизеля всасывающая линия топливного насоса подогревателя распределителем 1 отключается от топливного бака и соединяется трубопроводом с масляным поддоном для подвода масла к насосу подогревателя, а нагнетающая линия топливного насоса соединяется с линией подачи масла в главную масляную магистраль дизеля, в которой установлен обратный клапан.
На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.
Устройство содержит котел 9, установленные на нем форсунку 7 и свечу накаливания 8, электромагнитный клапан 6, насосный агрегат, включающий топливный насос 2, воздухонагнетатель 4, водяной насос 5 с приводом от электродвигателя 3, щиток управления работой электродвигателя 3, электромагнитным клапаном 6 и свечой накаливания 8 (условно не показан), жаровую трубу для отвода продуктов сгорания из котла 9 к масляному поддону двигателя для разогрева моторного масла (условно не показана), а также двухпозиционный распределитель 1 с двумя входами и выходами, соединенными соответственно с впускной и нагнетательной полостями топливного насоса 2, причем один из входов распределителя 1 связан с топливным баком, другой с масляным поддоном двигателя, а один из его выходов связан с трубопроводом подачи топлива к форсунке, а другой выход с главной масляной магистралью двигателя (см. фиг. 1). Двухпозиционный распределитель 1 может быть расположен или в корпусе топливного насоса 2, или в отдельном блоке и имеет два положения: в первом положении всасывающая полость топливного насоса 2 соединена с топливным баком, а нагнетательная с форсункой 7 котла 9, во втором положении распределителя 1 всасывающая полость топливного насоса 2 соединена с масляным поддоном двигателя, а нагнетательная с главной масляной магистралью (условно не показаны). Изменение положения распределителя 1 осуществляется с помощью золотника 11 или вручную, или дистанционно со щитка управления подогревателем.
Устройство работает следующим образом. В процессе предпускового разогрева двигателя зимой распределитель 1 находится в положении I-I (на фиг. 2, 3) и при включении электродвигателя 3 топливный насос 2 как обычно подает топливо из бака (условно не показан) через электромагнитный клапан 6 к форсунке 7. Впрыскиваемое топливо воспламеняется от свечи накаливания 8, которая, сгорая, нагревает в котле 9 охлаждающую жидкость, которая поступает в систему охлаждения двигателя (условно не показана) и, отдав тепло двигателю, снова нагнетается водяным насосом 5 в котел 9 для подогрева. Циркулирующая горячая охлаждающая жидкость интенсивно разогревает детали блока и головку блока двигателя, а отработанные газы из котла 9 по отводящей трубе направляются к масляному поддону и разогревают моторное масло.
После окончания разогрева двигателя и масла в поддоне электромагнитный клапан 6 закрывается и тем самым прекращается подача топлива к форсунке 7, насосный агрегат обычно работает еще в течение 2-3 мин для равномерного охлаждения котла 9 циркуляцией охлаждающей жидкости, создаваемой водяным насосом 5, и продувкой наружного воздуха нагнетателем 4. На этот период распределитель 1 (см. фиг. 1) золотником 11 переключается во второе положение II-II (см. фиг. 2, 3), при котором всасывающая полость топливного насоса 2 соединяется с масляным картером (поддоном) двигателя, и разогретое масло подается в главную масляную магистраль, соединенную с нагнетательной полостью насоса 2. С появлением давления масла в системе смазки двигателя (что определяется по штатному манометру) электродвигатель 3 насосного агрегата подогревателя выключается и осуществляется пуск двигателя стартером или пусковым двигателем. Распределитель 1 снова переводится в положение I-I на подачу топлива. При работе двигателя после пуска, когда давление масла в системе смазки создается штатным масляным насосом двигателя, поступление масла из главной масляной магистрали к распределителю 1 и топливному насосу 2 подогревателя предотвращается обратным клапаном 10, установленным в линии между распределителем 1 и магистралью двигателя.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает предпусковой разогрев двигателя и моторного масла и подачу масла под давлением в сопряжения перед прокручиванием коленчатого вала пусковым устройством при пуске двигателя, что повышает эффективность индивидуального подогревателя и позволяет уменьшить пусковые износы и количество отказов основных деталей двигателя. Положительный эффект достигается также при использовании устройства в летнее время при пуске двигателя (без разогрева) путем включения электродвигателя 3 и втором положении распределителя 1 на предпусковую подачу моторного масла из поддона в главную масляную магистраль топливным насосом 2 подогревателя.
Применение предлагаемого устройства значительно повышает долговечность и безотказность двигателей на пусковых режимах и технико-экономические показатели эксплуатации машин, особенно в зимнее время.
Лекция №11 — Средства облегчения пуска холодного двигателя
Существуют различные способы и устройства для облегчения пуска холодного двигателя.
Эти устройства делятся на действующие:
Устройства, облегчающие пуск двигателя в предпусковой период.
К ним относятся подогреватели, обеспечивающие предпусковой прогрев двигателя и его систем, обеспечивающий не только повышение частоты прокручивания двигателя и улучшение условий воспламенения топлива, но и снижение процесса изнашивания при пуске, сокращение времени до начала самостоятельной работы двигателя и уменьшение объема выбросов вредных веществ в окружающую среду.
Предпусковые подогреватели различаются между собой по виду потребляемой энергии. Для автомобильных двигателей применяются жидкостные подогреватели, работающие на бензине и дизельном топливе, и подогреватели с использованием электрической энергии. Последние имеют ряд преимуществ: высокая надежность, быстродействие, возможность автоматизации процесса прогрева.
По методу превращения электрической энергии в тепловую различают нагреватели сопротивлений, индукционные, электродные, инфракрасные излучатели и полупроводниковые.
Широкое распространение получили электронагревательные элементы в виде герметичных трубчатых электронагревателей (ТЭН). Однако установка ТЭНов на двигатели не всегда удобна и возможна, поэтому обычно их используют в теплообменнике (котле).
Устройства, облегчающие пуск двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска, улучшают условия смесеобразования и воспламенения топлива.
К таким устройствам относятся:
свечи накаливания,
электрофакельные подогреватели,
электроподогреватели топливновоздушной смеси,
устройства для впрыскивания легковоспламеняющейся жидкости.
Устройства, облегчающие пуск двигателя в предпусковой период
Облегчение пуска холодного двигателя обычно достигается за счет создания в камере сгорания необходимой концентрации паров горючих жидкостей (легковоспламеняющиеся пусковые жидкости «Холод-40» для дизелей и «Арктика» для бензиновых двигателей) или путем повышения температуры воздушного заряда, поступающего в цилиндры.
На автомобилях КамАЗ для обеспечения пуска холодного двигателя в зимний период применено электрофакельное устройство подогрева воздуха, поступающего в цилиндры. Подогрев воздуха осуществляется от факела, образующегося во впускных трубопроводах двигателя при сгорании дизельного топлива в период пуска. Повышение температуры всасываемого воздуха дает возможность увеличить температуру конца сжатия в цилиндрах двигателя и этим облегчить условия самовоспламенения топлива.
Применение электрофакельного устройства обеспечивает пуск холодного двигателя при температуре воздуха до минус 30 °С.
Устройство включает в себя:
две электрофакельные свечи типа «Термостарт»,
электромагнитный клапан,
термореле с добавочным резистором,
кнопочный выключатель,
реле выключения электрофакельного устройства и
контрольную лампу.
Включение ЭФУ при пуске двигателя осуществляется выключателем приборов и стартера.
Кнопочный выключатель и контрольная лампа находятся на щитке приборов слева от рулевой колонки.
Электрофакельные свечи обеспечивают воспламенение топлива и создание факела для нагрева воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Свечи устанавливаются на правом и левом впускных трубопроводах. Свеча, по существу, представляет собой испарительную горелку с электрическим нагревательным элементом в виде тонкостенной гильзы, внутри которой размещена спираль накаливания в специальном наполнителе (керамическом порошке), обладающем хорошей теплопроводностью. Наполнитель обеспечивает электрическую изоляцию спирали от металлической гильзы. Такое устройство нагревательного элемента позволяет защитить спираль от окисления при нагреве и увеличивает срок ее действия. В нижней части факельной свечи прикреплена объемная сетка, окруженная экраном с двумя рядами отверстий для прохода воздуха. Сетка позволяет в небольшом объеме получить большую поверхность испарения и сгорания топлива, а экран предотвращает срыв и затухание факела при повышении скорости движения воздуха во впускных трубопроводах двигателя. Такая конструкция за счет создания оптимальных условий для испарения и сгорания поступившего топлива дает возможность получать устойчивый факел.
Топливо к свече подается из магистрали низкого давления по топливопроводу, который крепится к ней с помощью штуцера. Топливо очищается в фильтре, ввертываемом в штуцер. Количество подаваемого топлива дозируется жиклером.
Электромагнитный клапан предназначен для включения подачи топлива к факельным свечам в соответствии со схемой управления и представляет собой прибор, в корпусе которого имеется топливный канал с двумя штуцерами для подвода и отвода топлива. В канале имеется запорное устройство (клапан). Подача топлива включается при открытии запорного устройства, приводимого в действие катушкой — соленоидом. Подача топлива отключается закрытием клапана за счет пружины в случае снятия напряжения с катушки.
Термореле представляет собой спираль, закрытую защитным кожухом, и два контакта. Один из контактов выполнен на конце биметаллической пластины, которая проходит внутри спирали. По спирали пропускается электрическйй ток. В результате нагревания пластина деформируется и замыкает контакты термореле. Питание подается на контрольную лампу и катушку электромагнитного клапана.
Принцип работы электрофакельного подогревателя. При установке ключа выключателя стартера в первое рабочее положение (включение приборов ЭО) и нажатии кнопки выключателя ЭФУ электрическое питание подается на нагревательные элементы факельных свечей через резистор. Контакты термореле разомкнуты, поэтому работают лишь факельные свечи. По истечении 50…70 с замыкаются биметаллические контакты термореле, подавая питание на контрольную лампу и катушку электромагнитного клапана. Загорание лампы сигнализирует о том, что свечи достаточно накалились и электромагнитный клапан открылся.
После загорания лампы переключатель переводится во второе рабочее положение (СТАРТ). В этом случае одновременно включается стартер двигателя и подается питание на факельные свечи помимо резистора, реле отключает обмотку возбуждения генератора на время пуска двигателя. Во время пуска к свече из системы питания топливоподкачизающим насосом подается топливо, которое проходит в кольцевую щель вокруг нагревательного элемента, нагревается и начинает испаряться.
Попадая затем на горячую сетку, парогазовая смесь воспламеняется и образует факел, проникающий внутрь впускного трубопровода. Выделяющаяся при горении топлива теплота вызывает нагрев воздушного заряда и обеспечивает повышение его температуры в конце сжатия на 100…150 °С по сравнению с пуском холодным воздухом. Кроме этого, положительное влияние на пуск оказывает наличие в факеле большого количества продуктов неполного окисления, активизирующих воспламенение основной дозы топлива в цилиндре.
После пуска двигателя и возвращения ключа выключателя стартера в первое рабочее положение водитель имеет возможность некоторое время поддерживать горение факела во впускных трубопроводах, держа включенной кнопку выключателя ЭФУ не более 1 мин.
Как показывают испытания, применение электрофакельного устройства обеспечивает значительное уменьшение минимальных пусковых оборотов и снижает предельную температуру надежного пуска холодного дизеля до минус 30 °С. При этом указанный предел определяется не трудностями воспламенения топлива, а энергетическими возможностями электропусковой системы. Само же электрофакельное устройство может обеспечить воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя при температурах до минус 40 °С.
Устройства, облегчающие пуск двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска
Устройства, облегчающие пуск двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска, улучшают условия смесеобразования и воспламенения топлива. К таким устройствам относятся свечи накаливания, электрофакельные подогреватели, электроподогреватели топливновоздушной смеси, устройства для впрыскивания легковоспламеняющейся жидкости.
Электрические свечи накаливания
Пуск дизелей с раздельными камерами сгорания улучшается при установке в предкамере или вихревой камере свечей накаливания, которые обеспечивают воспламенение впрыскиваемого топлива.
Свечи накаливания бывают открытого и закрытого типов.
Рисунок — Свечи накаливания: а — с открытым; б -.с закрытым нагревательным элементом;1 -вывод; 2 -центральный электрод; 3 -корпус;4 -спираль; 5-кожух спирали
Свеча накаливания с открытым нагревательным элементом устанавливается в камере сгорания таким образом, чтобы струи распыленного топлива не касались раскаленной спирали во избежание сокращения срока службы свечи. Последовательно со спиралью включается дополнительный резистор, служащий для компенсации падения напряжения в момент включения стартера, в результате чего ток в цепи остается постоянным и степень накаливания не изменяется. Время нагрева спирали до рабочей температуры 850. 1000°С составляет30. 60с при силе тока 45. 50А и напряжении 12В. Спираль свечи нагревается до 900. 1000°С, затем свечи остаются под напряжением 1,2. 1,7В в течение пуска двигателя. После начала работы двигателя свечи должны быть отключены.
Спираль накаливания закрытой свечи (штифтовой) находится внутри кожуха, заполненного электроизоляционным материалом свысокой теплопроводностью. Материалом кожуха служит сплав инконель (железо-никель-хром).
Время нагрева в зависимости от конструкции нагревательного элемента составляет 7. 60с.
Свечи устанавливают в камеру так, чтобы конус струи распыляемого топлива касался лишь раскаленного конца ее кожуха. Вследствие большой тепловой инерции таких свечей нет необходимости устанавливать в их цепь питания дополнительный резистор. Преимущество таких свечой -большая механическая прочность, продолжительный срок службы и небольшие габаритные размеры.
Подогрев воздуха во впускном трубопроводе
Для обеспечения пуска дизелей с большим объемом применяют электрофакельные подогреватели воздуха и штифтовые свечи. В электрофакельных подогревателях электрическая спираль потребляет ток небольшой силы, так как она служит только для подогрева и воспламенения топлива. Воздух во впускном трубопроводе подогревается за счет теплоты, выделяемой при сгорании топливно-воздушной смеси.
Электрофакельный подогреватель автомобилей КамАЗ состоит из двух факельных штифтовых свечей, электромагнитного топливного клапана, термореле с добавочным резистором, кнопочного выключателя, реле электрофакельного устройства, реле отключения обмотки возбуждения, генератора, контрольной лампы и топливопроводов.
3.13.Предпусковой подогреватель
Предпусковой подогреватель предназначен для нагрева жидкости в системе охлаждения и масла в поддоне картера дизельного двигателя перед пуском. Он работает на том же топливе, что и двигатель. На автомобилях устанавливают подогреватель типа ПЖД-ЗО (рис. 3.11)
Рис. 3.11.Электрическая схема управления подогревателем.
Электрическая часть подогревателя состоит из переключателя S, реле включения электродвигателя насоса К1, электродвигателя М насосного агрегата, реле включения электронагревателя К2 электромагнитного топливного коммутатора ТК и свечи зажиганияF. Управление работой подогревателя осуществляется переключателем S, имеющим четыре положения.
Сначала переключатель устанавливается в положение 2и реле К1 включает электродвигатель М насосного аппарата и электронагреватель ЕК топлива. При этом происходит подогрев топлива в специальной камере котла подогревателя и продувка котла. Через 15. 20спереключательпереводят в нефиксируемое положение 3.В этом положении К4 включает электромагнитный клапан и транзисторный коммутатор ТК. Топливо, поступающее через клапан, распыляется форсункой, смешиваясь с воздухом, подаваемым вентилятором, который воспламеняется от свечиF.
Вспомогательные средства, облегчающие пуск двигателя
При эксплуатации автомобилей, когда возникает необходимость пуска охлажденного двигателя без горячей воды в системе охлаждения (или с низкозамерзающей жидкостью), применяют вспомогательные средства, облегчающие пуск двигателя. К ним относятся специальные зимние масла для двигателей и топлива, а также приспособления, улучшающие условия смесеобразования и воспламенения рабочей смеси.
Применение зимних масел и топлив
Подбором масла, обладающего соответствующими вязкостно-температурными свойствами, можно обеспечить пуск двигателя без подогрева. В наибольшей степени удовлетворяют условиям легкого проворачивания коленчатого вала и пуска двигателя при низкой температуре масла АКЗп-6 и АКЗп-10. Эти масла позволяют проворачивать коленчатый вал холодного двигателя при температуре —20—22°С (АКЗп-10) и —26—28°С (АКЗп-6).
Применение дизельного масла ДП-8 обеспечивает надежный пуск дизельного двигателя при температуре до —15° С. При использовании зимой машинного масла С У его разбавляют в соотношении 30—35% веретенного масла АУ или индустриального 12 и 65—70% СУ. Аналогичное масло можно получить разбавлением масла АК-Ю индустриальным маслом 12 в количестве 50% и др. Надо иметь в виду, что применение заменителей является временной мерой.
Для облегчения пуска охлажденного карбюраторного двигателя можно применять зональный бензин АЗ-66, у которого 10-процентная точка кривой разгонки лежит в пределах 65°С. Это обеспечивает надежный пуск холодного двигателя при температуре —8° 15°С. Для пускового топлива устанавливают специальные бачки, откуда бензин через топливный насос в период пуска поступает в карбюратор.
Пуск непрогретого дизельного двигателя при температуре окружающего воздуха — 30°С обеспечивается применением арктического топлива ДА.
Приспособления, улучшающие воспламенение рабочей смеси и пуск двигателя
Улучшение воспламенения может быть достигнуто подогревом рабочей смеси (топлива и воздуха в дизелях) перед поступлением в цилиндры и принудительным распыливанием топлива, вводимого во впускной трубопровод или камеру сгорания.
Для подогрева всасываемого воздуха в дизелях применяют огневые подогреватели.
За последние годы широкое распространение за рубежом получили пусковые жидкости, обладающие свойством легкого воспламенения и смазывания стенок цилиндров.
Пусковая жидкость в распыленном виде вводится во впускную трубу двигателя. В состав пусковой жидкости в качестве основного компонента входит эфир (этиловый или диэтиловый), обладающий хорошей испаряемостью в смеси с маловязким маслом для двигателей, веретенным маслом АУ или другими маслами.
Пусковые жидкости вводятся при помощи пускового устройства. Принципиальная схема подобного пускового устройства показана на рисунке.
Рис. Схема приспособления для впрыска пускового топлива
Полиэтиленовая, желатиновая или алюминиевая ампула 4 с пусковой жидкостью вставляется в резервуар 5 и закрывается крышкой 2, где пробивается пробойником 3. После прокола ампулы жидкость заполняет часть объема резервуара 5. Затем с помощью воздушного насоса 1 в резервуар нагнетают воздух и создают в нем давление. В результате пусковая жидкость по каналу подается через топливный жиклер 8 в смесительную камеру 7. Одновременно воздух из верхней части резервуара через воздушный жиклер 6 поступает в смеситель, где и образуется топливо-воздушная смесь, заполняющая систему до распылителя 9, ввернутого во впускную трубу двигателя. При выходе из распылителя воздух распыливает пусковую жидкость.
Для облегчения пуска двигателей зимой и экономии энергии аккумуляторных батарей применяют передвижной селеновый выпрямитель. Питание выпрямителя подводят от электросети переменного тока по кабелю. Выпрямитель состоит из трехфазного понижающего трансформатора, селеновых столбов, вольтметра, контрольной лампочки и переключателя постоянного напряжения. Использование такого выпрямителя увеличивает срок службы аккумуляторных батарей на 30 — 35%.
Рассмотренные выше вспомогательные средства облегчения пуска холодного двигателя не исчерпывают всех имеющихся приспособлений и способов. Однако они показывают, что при отсутствии специально оборудованных стоянок, применяя описанные средства, можно облегчить пуск холодного двигателя при сохранении достаточной его долговечности.
