RU2141056C1 - Internal combustion engine starting device - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; low ambient temperature starting aids for diesel engines. SUBSTANCE: device has compressed air source connected by pipeline with pressure regulator and shutoff valve with nozzle inlet of swirl pipe. Swirl pipe hot flow outlet branch pipe is connected with engine cylinders by through air distributor. Swirl pipe has hot air flow temperature control valve and jacket with branch pipes to supply and remove heat carrier from outside heat carrier source installed on its working part. Device provides possibility of getting heated air flow delivered into engine cylinders at its starting without use of outside heat power source owing to re-distribution of inner energy of compressed air among different flows and dividing the flows in swirl pipe and possibility of control of temperature of air delivered into cylinder. EFFECT: facilitated starting of engine. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей, при низких температурах окружающей среды. The invention relates to engine building and can be used to facilitate the start of internal combustion engines, mainly diesel engines, at low ambient temperatures.

Известны устройства для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания, осуществляющие подогрев воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, что приводит к улучшению условий смесеобразования, воспламенения и сгорания топлива. Known devices for facilitating the starting of an internal combustion engine, carrying out the heating of the air entering the engine cylinders, which leads to an improvement in the conditions of mixture formation, ignition and fuel combustion.

Наиболее распространены устройства, в которых подогрев воздуха осуществляется путем сжигания в нем топлива (а.с. СССР N 85420, кл. F 02 N 7/00, 1949) или электрической свечой подогрева (Пусковые качества и системы пуска семейства тракторных дизелей воздушного охлаждения Владимирского тракторного завода // Обзор, сер. Тракторы, самоходные шасси и двигатели, М.: ЦНИИ тракторсельхозмаш, 1974, с. 14-27). The most common devices are those in which air is heated by burning fuel in it (AS USSR N 85420, class F 02 N 7/00, 1949) or an electric heating candle (Starting qualities and starting systems of the Vladimirsky air-cooled tractor diesel engine family tractor factory // Obzor, ser.Tractors, self-propelled chassis and engines, M .: Central Research Institute of Tractorselkhozmash, 1974, p. 14-27).

Недостатками указанных устройств являются: в первом случае - поступление в цилиндры продуктов сгорания, ухудшающих условия воспламенения топлива, во втором - низкая эффективность и неравномерность подогрева поступающего в цилиндры воздуха, вследствие высоких скоростей обтекания им локального источника тепла, которым является спираль накаливания электрической свечи. The disadvantages of these devices are: in the first case, the entry into the cylinders of combustion products that worsen the conditions of ignition of the fuel, in the second - low efficiency and uneven heating of the air entering the cylinders, due to the high speed of flow around it of a local heat source, which is the glow plug of an electric candle.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для запуска дизеля, содержащее источник сжатого воздуха, подключенный при помощи трубопровода через теплообменник и воздухораспределитель к цилиндрам двигателя, а также источник тепла в виде котла предпускового подогрева (а.с. N 708066, кл. 2 F 02 N 9/00, 1976). The closest technical solution, selected as a prototype, is a device for starting a diesel engine, containing a source of compressed air connected via a pipe through a heat exchanger and an air distributor to the engine cylinders, as well as a heat source in the form of a pre-heating boiler (a.s. N 708066, C. 2 F 02 N 9/00, 1976).

При пуске двигателя холодный сжатый воздух поступает в теплообменник, где нагревается за счет тепла газообразных продуктов сгорания, отходящих от топочного пространства котла предпускового подогрева, и поступает далее через воздухораспределительный механизм в цилиндры двигателя. When the engine is started, cold compressed air enters the heat exchanger, where it is heated by the heat of the gaseous products of combustion leaving the furnace space of the preheating boiler, and then enters the engine cylinders through the air distribution mechanism.

Общими существенными признаками известного устройства и заявляемого технического решения является наличие источника сжатого воздуха, подключенного при помощи трубопровода через воздухораспределитель к цилиндрам двигателя. В устройстве-прототипе подогрев воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя осуществляется, в специальном теплообменнике, установленном в воздушном трубопроводе, за счет тепла, получаемого в стороннем источнике при сжигании горючих веществ. В связи с этим известное устройство не может обеспечить подогрев воздуха, подаваемого к цилиндрам двигателя, без использования стороннего источника тепла. Common essential features of the known device and the claimed technical solution is the presence of a source of compressed air connected via a pipe through the air distributor to the engine cylinders. In the prototype device, the air supplied to the engine cylinders is heated in a special heat exchanger installed in the air pipe, due to the heat received in a third-party source during the combustion of combustible substances. In this regard, the known device cannot provide heating of the air supplied to the engine cylinders, without using an external heat source.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для запуска двигателя внутреннего сгорания, в котором путем введения новых конструктивных элементов обеспечивается возможность подогрева воздуха, подаваемого от источника повышенного давления в цилиндры двигателя, без использования стороннего источника тепла, что расширит функциональные возможности устройства, позволит конструктивно упростить его и снизить материалоемкость. The basis of the invention is the task of improving the device for starting an internal combustion engine, in which by introducing new structural elements it is possible to heat the air supplied from the high pressure source to the engine cylinders without using a third-party heat source, which will expand the functionality of the device and will allow it to be structurally simplified and reduce material consumption.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для запуска двигателя внутреннего сгорания, содержащем источник сжатого воздуха, соединенный трубопроводом через воздухораспределитель с цилиндрами двигателя, согласно изобретению, в трубопроводе установлена вихревая труба, сопловой вход которой соединен с источником сжатого воздуха, а выходной патрубок горячего потока - через воздухораспределитель с цилиндрами двигателя. The problem is solved in that in a device for starting an internal combustion engine containing a source of compressed air, connected by a pipe through an air distributor to the engine cylinders, according to the invention, a vortex tube is installed in the pipe, the nozzle inlet of which is connected to a source of compressed air, and the outlet pipe is a hot stream - through an air distributor with engine cylinders.

Кроме того, на рабочей части вихревой трубы установлена рубашка с патрубками для подвода и отвода теплоносителя от стороннего источника тепла. In addition, on the working part of the vortex tube, a shirt with nozzles for supplying and removing the coolant from an external heat source is installed.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что:
- в трубопроводе, соединяющем источник сжатого воздуха с воздухораспределителем, установлена вихревая труба, сопловой вход которой соединен с источником сжатого воздуха;
- выходной патрубок горячего потока вихревой трубы соединен трубопроводом через воздухораспределитель с цилиндрами двигателя;
- на наружной поверхности вихревой трубы установлена рубашка с патрубками подвода и отвода теплоносителя для дополнительного подогрева горячего потока воздуха от стороннего источника тепла.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized in that:
- in the pipeline connecting the source of compressed air to the air distributor, a vortex tube is installed, the nozzle inlet of which is connected to a source of compressed air;
- the outlet pipe of the hot stream of the vortex tube is connected by a pipe through the air distributor to the engine cylinders;
- a shirt is installed on the outer surface of the vortex tube with nozzles for supplying and discharging the coolant for additional heating of the hot air stream from an external heat source.

Первые два из указанных признаков являются достаточными во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, а третий характеризует изобретение в отдельных случаях его выполнения. The first two of these signs are sufficient in all cases to which the requested amount of legal protection applies, and the third characterizes the invention in some cases of its implementation.

Наличие вихревой трубы в трубопроводе, соединяющем источник сжатого воздуха с воздухораспределителем, позволяет обеспечивать получение подогретого воздуха за счет перераспределения внутренней энергии поступающего в трубу сжатого газа между потоками воздуха и соответствующего разделения этих потоков (см. Мартынов А. В. , Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? М.: Энергия, 1976, с. 6-28). Соединение выходного патрубка горячего потока вихревой трубы трубопроводом через воздухораспределитель с цилиндрами двигателя обеспечивает подачу в них подогретого воздуха при осуществлении запуска. При этом возможно регулирование температуры горячего потока воздуха путем изменения положения регулирующего вентиля на горячем конце вихревой трубы (см. Мартынов А.В., Бродянский В.М., ... с. 6-11). Это повышает эффективность работы устройства за счет гибкого приспособления его выходных параметров к условиям окружающей среды и более рационального расходования сжатого воздуха. Установка на наружной поверхности вихревой трубы рубашки с патрубками подвода и отвода теплоносителя позволяет осуществить при наличии стороннего источника тепла дополнительный подогрев горячего потока воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. The presence of a vortex tube in the pipeline connecting the source of compressed air to the air distributor makes it possible to obtain heated air by redistributing the internal energy of the compressed gas entering the pipe between the air flows and the corresponding separation of these flows (see Martynov A.V., Brodyansky V.M. What is a vortex tube? M .: Energy, 1976, S. 6-28). The connection of the outlet pipe of the hot stream of the vortex tube by a pipe through the air distributor with the engine cylinders provides the supply of heated air to them during the launch. In this case, it is possible to control the temperature of the hot air stream by changing the position of the control valve at the hot end of the vortex tube (see Martynov A.V., Brodyansky V.M., ... p. 6-11). This increases the efficiency of the device due to the flexible adaptation of its output parameters to environmental conditions and more rational use of compressed air. The installation on the outer surface of the vortex tube of a shirt with nozzles for supplying and discharging the coolant allows, in the presence of an external heat source, additional heating of the hot air stream supplied to the engine cylinders.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a device.

Устройство содержит источник сжатого воздуха 1, соединенный трубопроводом 2 с редуктором 3 и запорным вентилем 4 с сопловым входом 5 вихревой трубы 6. The device comprises a source of compressed air 1, connected by a pipe 2 to the gearbox 3 and the shutoff valve 4 with the nozzle inlet 5 of the vortex tube 6.

Вихревая труба 6 имеет выходной патрубок 7 горячего воздуха и выходной патрубок 8 холодного воздуха, а также регулирующий соотношение расходов горячего и холодного потоков воздуха вентиль 9 и рубашку 10 с патрубками входа и выхода теплоносителя от стороннего источника тепла (не показан), установленную на ее рабочей части. Выходной патрубок горячего потока воздуха 7 соединен трубопроводом через воздухораспределитель 11 с цилиндрами двигателя. The vortex tube 6 has an outlet pipe 7 for hot air and an outlet pipe 8 for cold air, as well as a valve 9 and a jacket 10 with the inlet and outlet of the coolant from an external heat source (not shown) that is installed on its working parts. The outlet pipe of the hot air flow 7 is connected by a pipe through the air distributor 11 to the engine cylinders.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

При запуске двигателя холодный сжатый воздух от источника 1 через редуктор 3 при открытом вентиле 4 поступает по трубопроводу 2 к сопловому входу 5 вихревой трубы 6. В сопловом входе, а затем в вихревой трубе сжатый газ расширяется и разделяется на два потока - холодный и горячий. Холодный поток отводится наружу через выходной патрубок холодного потока 8, а горячий поток подается через вентиль 9, выходной патрубок горячего потока 7 и воздухораспределитель 11 в цилиндры двигателя. When the engine is started, cold compressed air from the source 1 through the reducer 3 with the open valve 4 enters through the pipe 2 to the nozzle inlet 5 of the vortex tube 6. At the nozzle inlet and then in the vortex tube, the compressed gas expands and is divided into two streams - cold and hot. The cold stream is diverted out through the outlet pipe of the cold stream 8, and the hot stream is supplied through the valve 9, the outlet pipe of the hot stream 7 and the air distributor 11 to the engine cylinders.

Регулирование температуры горячего потока воздуха производится изменением положения вентиля 9, осуществляющим изменение соотношения расходов холодного и горячего потоков воздуха в вихревой трубе. The temperature control of the hot air stream is carried out by changing the position of the valve 9, changing the ratio of the flow rates of cold and hot air flows in the vortex tube.

Дополнительный подогрев горячего потока воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, осуществляется (при наличии стороннего источника тепла) прокачкой теплоносителя через рубашку 10 вихревой трубы 6. Additional heating of the hot air stream supplied to the engine cylinders is carried out (in the presence of an external heat source) by pumping the coolant through the jacket 10 of the vortex tube 6.

Вихревая труба, работающая при давлении сжатого воздуха на входе P = (3. . . 9)•10⁵ Па, обеспечивает подогрев горячего потока воздуха, составляющего половину проходящего через трубу расхода, на ΔT = 30...50^o соответственно, что уменьшает время запуска дизеля типа Д37 при T_окр. = -10^oC с 50 с до 2... 4 с (см. Пусковые качества и системы пуска семейства ..., с. 15-16).A vortex tube operating at a pressure of compressed air at the inlet P = (3... 9) • 10 ⁵ Pa ensures heating of the hot air stream, which is half the flow rate passing through the pipe, by ΔT = 30 ... 50 ^o, respectively, which reduces D37 diesel start-up time at T _okr. = -10 ^o C from 50 s to 2 ... 4 s (see Starting properties and starting systems of the family ..., p. 15-16).

Claims (2)

1. Устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник сжатого воздуха, соединенный трубопроводом через воздухораспределитель с цилиндрами двигателя, отличающееся тем, что в трубопроводе установлена вихревая труба, сопловой вход которой соединен с источником сжатого воздуха, а выходной патрубок горячего потока через воздухораспределитель - с цилиндрами двигателя. 1. A device for starting an internal combustion engine containing a source of compressed air connected by a pipeline through an air distributor to the engine cylinders, characterized in that a vortex tube is installed in the pipeline, the nozzle inlet of which is connected to a compressed air source, and the outlet of the hot stream through the air distributor is connected to engine cylinders. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на рабочей части вихревой трубы установлена рубашка с патрубками для подвода и отвода теплоносителя от стороннего источника тепла. 2. The device according to claim 1, characterized in that on the working part of the vortex tube a shirt is installed with pipes for supplying and discharging the coolant from an external heat source.