6.8. Устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания
Всем известна проблема пуска двигателей транспортных средств в зимних условиях. Это касается практически всех силовых установок с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемых в строительстве, при грузоперевозках автомобильным транспортом, на автотранспорте, эксплуатируемом в карьерах или на лесозаготовках. В зимних условиях при низких температурах воздуха двигатели вынуждены работать практически круглосуточно, расходуя топливо, вырабатывая моторесурс и загрязняя окружающую среду «непроизводительными» вредными выбросами. Связано это с трудностью пуска двигателя внутреннего сгорания при отрицательных температурах воздуха. Для облегчения пуска двигателя или подержания его в готовности к запуску разработан ряд устройств, призванных решить эту задачу, но они не могут обеспечить до конца гарантированного пуска двигателя при низких отрицательных температурах.
Например, известна штатная система прогрева бензиновых двигателей автомобилей типа ЗИЛ, содержащая воздушно-бензиновый подогреватель, куда топливо самотеком подается из топливного бака, а необходимый для горения воздух направляется в подогреватель специально установленным электровентилятором. Горячие продукты горения бензино-воздушной смеси подают на обогрев моторного масла в картере двигателя. С помощью этих же продуктов горения нагревают хранящуюся в дополнительном бачке охлаждающую жидкость и заливают её в систему охлаждения двигателя. Электропотребители, обеспечивающие функционирование системы прогрева, питаются электрической энергией от штатного аккумулятора.
Известны также устройства для поддержания двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии, особенно при их безгаражном хранении в условиях отрицательных температур. Для подогрева и предпусковой подготовки используются тепловые аккумуляторы, утилизирующие, например, теплоту выхлопных газов во время работы двигателя. В качестве тепловых аккумуляторов применяют теплоаккумулирующий материал фазового перехода «плавление-кристаллизация». При предпусковом прогреве жидкость из системы охлаждения двигателя пропускают через этот тепловой аккумулятор(см. напр. www.avto.ru).
Существуют варианты исполнения такого устройства, где предусмотрена возможность подзарядки теплового аккумулятора, как от выхлопных газов, так и от жидкости системы охлаждения во время работы двигателя. При длительной стоянке транспортного средства в холодное время тепловой аккумулятор может дополнительно подзаряжаться от внешнего источника электроэнергии. При пуске подогревают не только жидкость системы охлаждения двигателя, но и направляют подогретый воздух в полость масляного радиатора. Однако применение тепловых аккумуляторов в силу ограничения запасенной тепловой энергии не позволяет полностью гарантировать готовность двигателя к запуску после длительного хранения транспортных средств при отрицательных температурах. Трудности с запуском двигателя внутреннего сгорания, как известно, объясняются двумя причинами:
во-первых, емкость кислотных свинцовых аккумуляторов при отрицательных температурах значительно падает. Так, при температуре 0, -25 и -50°С она составляет соответственно 85, 45 и 17 % от величины емкости аккумулятора при температуре 25°C. Это создает дополнительные трудности при запуске стартера и проворачивании коленчатого вала двигателя с необходимой для пуска охлажденного двигателя скоростью, составляющей от 35 до 100 об/мин. При этом минимальная продолжительность непрерывного проворачивания коленчатого вала, например, дизельного двигателя, в зависимости от цетанового числа топлива, должна составлять от 5 до 30 с. при температуре окружающей среды от 5 до
-10°С соответственно. Очевидно, что при низких температурах и столь продолжительной работе стартера, как правило, не хватает емкости аккумулятора.
во-вторых, использование тепловых аккумуляторов не решает проблему подачи дизельного топлива при отрицательных температурах, поскольку при колебании температуры от -5 до - 60°С вязкость топлива в зависимости от типа (летнее, зимнее или арктическое) возрастает, в среднем, в 5…10 раз.
При организованном хранении автотранспортной техники на открытых гаражных стоянках для прогрева двигателя внутреннего сгорания и поддержания его в безотказном предпусковом состоянии может применяться устройство, которое содержит систему подогрева охлаждающей жидкости, циркулирующей через систему охлаждения двигателя и включенный параллельно ей теплообменник. При этом теплообменник обогревается от внешнего источника электрической энергии. Через этот теплообменник прокачивают и топливо, подогревая его. Внешний источник электроэнергии соединен с преобразователем электроэнергии, состоящим из понижающего трансформатора и выпрямительного блока, и через рубильник подключен к однополярным клеммам штатной аккумуляторной батареи.
С целью повышения готовности запуска двигателя, независимо от условий стоянки автотранспорта, предлагается использвать термоэлектрический генератор [19].
Применение термогенератора позволит обеспечить автономность системы гарантированного пуска двигателя, сохранит его моторесурс, а также ресурс аккумуляторной батареи, снизит непроизводительный расход топлива, и, следовательно, благоприятно повлияет на экологическую обстановку. Суть предложения сводится к следующему. Устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания включает штатную систему охлаждения двигателя, которая соединена с холодильником-теплообменником термоэлектрического генератора. Циркуляция охлаждающей жидкости, в качестве которой могут быть, как известно, вода, тосол или антифриз, осуществляется дополнительно установленным насосом.
Для нагрева термогенератора используется горелка на жидком топливе, которое забирается из топливного бака, а помощью электронасоса. Термогенератор снабжен преобразователем-стаби-лизатором напряжения, от которого проводится зарядка аккумуляторной батареи, осуществляется питание электропотребителей, обеспечивающих функционирование устройства. Для подогрева дизельного топлива в топливный бак может устанавливаться позисторный подогреватель, питающийся также от преобразователя-стабилизатора. Схема устройства приведена на рис. 35.
|
Рис. 21. Устройство для запуска ДВС: 1 - термоэлектрический генератор; 2 - источник тепла термогенератора - жидкотопливная горелка; 3 - топливный насос; 4 – электровентилятор; 5 - дополнительный теплообменник – холодильник термогенератора; 6 - дополнительный циркуляционный насос системы охлаждения; 7 - преобразователь – стабилизатор напряжения; |
8 - резисторный подогреватель; 9 - топливный бак; 10 - поддон картера двигателя; 11 – радиатор; 12 - рубашка охлаждения двигателя; 13 - отопитель кабины; 14 -аккумулятор |
|
Устройство работает следующим образом:
Термогенератор 1 преобразует теплоту, получаемую от сжигания топлива в горелке 2 в электрическую энергию постоянного тока.
При этом топливо из топливного бака 9 транспортного средства насосом 3 подают в жидкотопливную горелку 2, а, воздух, необходимый для поддержания процесса горения топлива, электровентилятором 4 забирают из окружающей среды и направляют в зону горения. Дымовые газы, образовавшиеся от сгорания топлива, по газоводу могут подаваться под картер 10 двигателя и далее в подкапотное пространство, обогревая блок цилиндров двигателя снаружи. Кроме жидкотопливной горелки в качестве источника тепла могут использоваться и другие источники на органическом топливе.
Теплообменник-холодильник 5, охлаждающий холодные спаи термогенератора 1, через тройник включен в штатную систему охлаждения двигателя, состоящую из радиатора 11, рубашки охлаждения двигателя 12, отопителя кабины 13. Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется специально установленным насосом 6. Охлаждающая жидкость, отбирая теплоту от термогенератора, нагревается. Прокачиваемая по системе охлаждения двигателя жидкость отдает теплоту блоку цилиндров двигателя и поддерживает его в подогретом состоянии. Таким образом, нагретые дымовые газы и подогретая охлаждающая жидкость обеспечивают прогрев двигателя в стояночном режиме на открытом воздухе при низкой температуре. При этом нет необходимости держать двигатель в работающем режиме. Выработанная в термогенераторе электрическая энергия постоянного тока в преобразователе-стабилизаторе 7 преобразуется в ряд напряжений 12, 24, 28 и 220 В и используется для зарядки штатного аккумулятора 14, электропитания наружных и внутренних приборов освещения транспортного средства, топливного насоса 3, электровентилятора 4 и циркуляционного насоса 6, нагревателя 8.
Таким образом, данное устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания снабженное термоэлектрическим генератором постоянного тока обеспечивает автономность системы подогрева двигателя, ее независимость от внешних источников электрической энергии. При этом преобразованная в термогенераторе теплота направляется на подогрев двигателя. Снабженное предлагаемым устройством транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания может быть гарантированно запущено даже после длительной стоянки на морозе с заглушенным мотором. При этом, если расход топлива в работающем двигателе карьерного самосвала или бульдозера даже в стояночном режиме составляет, в среднем, 40 л/ч, то расход топлива в термогенераторе электрической мощностью около 3 кВт, обеспечивающем работоспособность устройства, составит не более 20 л/ч, т. е. экономится 50% топлива. Аналогичные показатели будут и для транспортных средств, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера и Северо-востока.