5. Индивидуальные подогреватели

5.1. Классификация индивидуальных подогревателей

Индивидуальные подогреватели входят в конструкцию автомобиля и устанавливаются на его агрегатах (двигателе).

Существуют многие разновидности индивидуальных подогревателей (рис. 5.1). Разработанный в НАМИ в 1973 г. ОСТ (37.001.046—73), охватывает подогреватели всех автомобильных двигателей, в том числе и перспективные, все подогреватели по теплопроизводительности и назначению делятся на 3 группы: общего назначения, северного исполнения и многоцелевые.

Подогреватели северного исполнения и многоцелевые отличаются от подогревателей общего назначения способностью работать при более низких температурах, в высокогорных условиях и т. п.

По роду теплоносителя подогреватели могут быть жидкостными (антифриз, вода) или воздушными. В настоящее время разрабатываются также подогреватели, работающие на смешанном топливе.

По принципу транспортировки тепла от подогревателя к двигателю существуют устройства как термосифонные, так и с принудительной циркуляцией. Принудительную циркуляцию применяют для тяжелых (большей частью) V-образных дизельных двигателей.

По роду применяемого топлива подогреватели можно разделить на бензиновые и дизельные. Как правило, подогреватель должен работать на том же топливе, что и подогревамый двигатель.

Для карбюраторных и дизельных двигателей практически всех марок автомобилей разработан и применяется ряд жидкостных подогревателей, которые обозначаются буквами ПЖД и ПЖБ (подогреватель жидкостный дизельный и подогреватель жидкостный бензиновый). На автомобилях ЗИЛ-130 устанавливают жидкостный подогреватель П-100.

Рис. 5.1. Классификация индивидуальных подогревателей

Принципиальная схема жидкостного подогревателя показана на рис. 5.2, основной составной частью которого является котел, состоящий из теплообменника и камеры сгорания.

Теплообменник подогревателя представляет собой четыре концентрические трубы. В пространстве между ними помещается подогреваемая жидкость.

Рис. 5.2. Принципиальная схема подогревателя:

1 — топливный бак; 2 — кран; 3 — фильтр-отстойник; 4 — топливопровод; 5 — элект­ромагнитный клапан; 6 — вентилятор с электроприводом; 7 — воздухопровод; 8 — трехпозиционный переключатель; 9 — выключатель свечи; 10 — контрольная спираль; 11 — запальная свеча; А — горячая вода к двигателю; Б — вода от двигателя; В — отработавшие газы к поддону картера двигателя

В связи с высокой теплонапряжённостью камер сгораний (1400—1600° С) их чаще всего выполняют из хромоникелевой стали Х18Н10Т. Тепловая напряженность камер сгорания подогревателей карбюраторных двигателей выше, поэтому для них применяют жаропрочную сталь Х25Н16Г7АР (ЭИ-835).

Подача воздуха в камеру сгорания осуществляется с помощью специального автономного электровентилятороа, питающегося от аккумуляторной батареи.

Из топливного бака топливо поступает к форсунке камеры сгорания, где оно воспламеняется с помощью свечи. Работу последней контролируют по контрольной спирали. Для управления работой подогревателя имеется специальный щиток.

При сгорании топлива в камере сгорания жидкость в котле нагревается и вследствие возникновения термосифонной циркуляции поступает в рубашку охлаждения подогреваемого двигателя, откуда вода вновь возвращается в котел. Отработавшие газы из камеры сгорания поступают в специальной поддон под картером нагреваемого двигателя и подогревают масло в нем.

Устройство котла подогревателя П-100 карбюраторного двигателя автомобиля ЗИЛ-130 показано на рис. 5.3,а, а схема его установки на двигателе показана на рис. 5.3,б. Этот котел неразборный, камера сгорания выполнена вместе с теплообменником.

Жидкостные подогреватели для дизельных двигателей (рис. 5.4) (ПЖД) имеют съемную камеру сгорания. Вода, нагреваемая в котле такого подогревателя, подается в рубашку блока двигателя специальным водяным насосом. Водяной, воздушный и топливный насосы смонтированы на одном валу с электродвигателем привода, который работает от аккумуляторных батарей автомобиля.

Опыт использования подогревателей, работающих на дизельном топливе, показывает, что при низких температурах вследствие повышения вязкости дизельного топлива его распыливание в камере ухудшается. Поэтому в конструкции перспективных подогревателей предусматривается электроподогрев топлива в системе питания подогревателя.

Рис. 5.3. Подогреватель П-100:

а — котел подогревателя; б — схема установки подогревателя на двигатель ЗИЛ-130: 1 — щиток управления; 2 — топливный бачок; 3 — вентилятор; 4 — регулятор подачи топлива; 5 — свеча накаливания; 6 — щиток подогрева масла в картере; 7 — котел

Рис. 5.4. Жидкостный подогреватель для дизельных двигателей типа ПЖД:

1 — корпус; 2 — камера сгорания; 3 — жидкость; 4 — горелка; 5 — блок насосов

В индивидуальном воздушном подогревателе электродвигатель, воздушный нагнетатель и топливный насос размещаются внутри теплообменника. Улучшению смесеобразования здесь способствует вращающаяся форсунка. Воспламенение смеси происходит от электрической запальной свечи.

На автомобилях отечественного производства воздушные подогреватели (О-15, О-30, ОВ-65) используются в качестве отопителей независимого действия для салонов кабин, и как предпусковые подогреватели двигателей с воздушным охлаждением.

В качестве примера на рис. 5.5 показано устройство воздушного подогревателя пульсирующего типа фирмы «Эбершнехер», устанавливаемого на автомобиле Магирус-Дейц. Как и жидкостный, пульсирующий воздушный подогреватель имеет теплообменник, камеру сгорания и топливный бачок. В топке котла помещается жаровая труба. Камера сгорания имеет грушевидную форму и выполняет вместе с жаровой трубой роль возбудителя колебаний. При сгорании рабочей смеси в камере сгорания образуется волна повышенного давления газов, которая распространяется с очень высокой скоростью. Горячие газы, проходя через жаровую трубу, нагревают воздух в теплообменнике. Вслед за волной повышенного давления идет разрежение. Под его воздействием срабатывает клапан, направляющий воздух в камеру сгорания, тем самым обеспечивая новый период сгорания топлива и повышения давления. Работа подогревателя циклическая — процессы повышения и понижения давления в камере сгорания повторяются с частотой несколько десятков раз в секунду.

Такой процесс сгорания топлива и работы подогревателя позволяет практически исключить потребление электроэнергии от аккумуляторной батареи — после выхода на устойчивую пульсацию внешний источник электроэнергии не нужен.

Общие сведения о характеристиках российских воздушных подогревателей приводятся в табл. 5.1.

Рис. 5.5. Пульсирующий воздушный подогреватель:

1 — пусковой воздушный насос; 2 — выключатель свечи; 3 — клапан подачи воздуха; 4 — катушка зажигания; 5 — рукоятка регулировочной иглы; 5 — искровая свеча; 7 — камера сгорания; 8 — жаровая труба; 9 — патрубок наружного воздуха теплообменника; 10 — наружный кожух теплообменника; 11 — глушитель выпуска; 12 — колесо турбины; 13 — полость для смазки подшипников вала турбины; 14 — крыльчатка вентилятора; 15 — направляющий аппарат; 16 — отсасывающая трубка эжектора; 17 — внешний труба; 18 — воздушный кожух теплообменника; 19 — эжектор; 20 — свеча накаливания; 21 — жиклер распылителя; 22 — карбюратор; 23 — топливный бачок; 24 — пусковой обратный клапан; 25 — топливопровод; 26 — топливный фильтр

Таблица 5.1.

Общие характеристики российских воздушных подогревателей

Марка Подогре-вателя	Теплопроизводи-тельность, Вт	Размеры котла, мм		Максимальная электрическая мощность на привод агрегатов, Вт	Расход топлива при номинальной теплопроизводи-тельности, кг/ч	Топливо
		Диаметр	Длина
О-15	2000	120	400	36	0,35	Бензин
О-30	3500	143	504	42	0,6	»
ОВ-65	4800	150	500	50	0,8	»
ВП-1	14800			210	1,77	»
ПВБ-120	13900	185	615	264	2,4	»
ПГВ-800	58000	390	745	312	5,5	Дизель-ное
ПГВ-800-1	92800	410	745	600	8,9	»
ГВИП-4-1 (инжекторны)	74800	420	690	640	6,5	Бензин

Индивидуальные подогреватели для автомобилей, а также для дорожных и строительных машин широко распространены в некоторых зарубежных странах. В качестве примера на рис. 5.6 показано устройство японского жидкостного подогревателя фирмы «Микуни» марки 260WHK. Теплопроизводйтельность подогревателя около 29000 Вт. Он обеспечивает одновременный подогрев масляного бака и двигателя Мицубиси. |

Рис. 5.6. Жидкостный подогреватель фирмы «Микуни 2S0WHK»:

1 — выход горячей воды; 2 — камера сгорания; 3 — вентилятор; 4 — топливный насос; 5 — электродвигатель; 6 — водяной насос; 5 — электродвигатель; 7 — выход выхлопных газов

На автомобилях, строительных и дорожных машинах японских фирм, работающих в северных районах страны, применяется около 40 видов и типов различных индивидуальных подогревателей, в том числе около 30 воздушных. |

В отдельных случаях индивидуальные подогреватели специально изготавливаются для подогрева агрегатов автомобиля (а не двигателя). Так, например, на японских автосамосвалах «Ниссан UW-50» и UW-51 применяется воздушный подогреватель гидронасоса опрокидывающего механизма платформы. Он имеет теплопроизводйтельность около 11000 Вт. Топливом для него служит керосин с температурой застывания не выше —50° С.

На рис. 5.7 показана принципиальная схема использования многоцелевого отопителя-подогревателя. Он предназначен для обогрева масла в картере двигателя, аккумуляторных батарей и для отопления кабины водителя.

Рис. 5.7. Схема использования многоцелевого воздушного отопителя:

1 — воздухоочиститель; 2 — левое крыло автомобиля; 3 — правое крыло автомобиля; 4 — воздуховод для отопления кабины; 5 — заслонка; 6 — вход; подогретого воздуха; 7 — кабина; 8 — воздуховод для обогрева аккумуляторных батарей; 9 — аккумуляторная батарея; 10 — подогреватель; 11 — коробка переключения горячих газов; 12 — газопровод для обогрева картера двигателя; 13 — поддон картера двигателе

Многочисленные испытания индивидуальных подогревателей (как воздушных, так и жидкостных) показали, что они обеспечивают достаточно высокий темп нагрева стенок блока, удовлетворительный темп нагрева масла в картере двигателя, но темп нагрева одного из ответственных узлов двигателя — подшипников коленчатого вала —оказывается недостаточным. Так, на рис. 5.8 показано (для двигателя ЯМЗ-740 с подогревателем ПЖД-30): темп нагрева стенок цилиндра 6° С/мин, масла 2,5° С/мин, а коренных подшипников всего 1,5° С/мин.

Рис. 5.8. Зависимость средних температур двигателя ЯМЗ-740 от времена обогрева подогревателем:

1 — стенки цилиндров правого ряда; 2 — левого ряда; 3 — масло в картера коренные подшипников

Общими преимуществами индивидуальных подогревателей являются:

• возможность разогрева двигателя в любых условиях хранения;

• независимость от постороннего источника энергии;

• возможность использования антифриза.

Следует также отметить, что коэффициент использования тепла в этих подогревателях очень высок. Так, например, подогреватель П-100 при часовом расходе топлива 2 кг/ч имеет теплопроизводительность 16200 Вт. Если принять величину теплотворной способности сжигаемого бензина приблизительно равной 12500 Вт/кг, а расход тепла при работе подогревателя около 25000 Вт, то коэффициент использования тепла составит .

Следует заметить, что индивидуальные подогреватели в подавляющем большинстве предназначены только для обогрева двигателя, между тем, суровые условия Севера требуют обогрева и других агрегатов (коробки передач, заднего моста, аккумуляторных батарей).