RU226258U1 - Устройство обеспечения "дежурного режима" двигателей военной автомобильной техники - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к военной технике, а в частности к системам предпускового подогрева и длительного поддержания теплового состояния двигателя в готовности к пуску. Устройство обеспечения «дежурного режима» двигателей военной автомобильной техники, включающее датчики температуры и электрический нагреватель топлива, отличающееся тем, что оно снабжено теплообменником с жидкостным и воздушным контуром, выполненным с передней и задней крышками, камерой сгорания и камерой догорания, устройством подачи воздуха и топлива в камеру сгорания, электродвигателем, на валу которого с одной стороны находится вентилятор, а с другой – топливный насос с нагнетателем, распылителем топлива и отражателем, а также топливным оборудованием, системой отвода продуктов сгорания с индикатором пламени и термоэлектрическим генератором, являющимся съёмным элементом из материала с теплопроводностью не менее 200 Вт/мК и выполненным с возможностью электрической связи со стабилизирующим напряжение преобразователем, причём термоэлектрический генератор состоит из множества полупроводниковых пар ветвей n- и p-типов проводимости, каждая из которых состоит из материалов с наноразмерной структурой с размерами основных структурных элементов порядка нескольких десятков нанометров, при этом устройство выполнено с возможностью подключения к электронному блоку управления и выносному пульту управления и индикации режимов работы устройства, выполненному с возможностью использования как автоматического, так и ручного режима управления электронного блока управления. Технический результат заключается в возможности поддержания длительного теплового состояния двигателя в готовности к пуску независимо от источников электрической энергии.

Description

Полезная модель относится к военной технике, а в частности к системам предпускового подогрева и длительного поддержания теплового состояния двигателя в готовности к пуску.

Результаты испытаний военной автомобильной техники в ходе арктических экспедиций определили требования к пусковым свойствам двигателя в условиях отрицательных температур. В частности система предпускового подогрева двигателя должна включать два режима тепловой подготовки:

1. Форсированный режим для подготовки двигателя к пуску и принятию нагрузки;

2. Длительное автоматическое поддержание двигателя в теплом состоянии.

Под первым режимом понимается готовность двигателя к принятию нагрузки при температуре окружающего воздуха до минус 25°С - не более 0,2 ч, а при температуре минус 50°С - не более 0,5 ч. Данный режим довольно успешно обеспечивается за счет применения средств облегчения пуска (тепловых аккумуляторов, электрофакельных устройств, подогревателей топлива и т.д.) и средств предпускового разогрева двигателя (жидкостные подогреватели различных конструктивных исполнений).

Второй режим - обеспечение поддержания теплового состояния двигателя в «дежурном режиме», т.е. длительной тепловой подготовки и минутной готовности к запуску при температуре минус 50°С в течение 24 ч. Работа устройств подготовки двигателя к пуску на данном режиме в настоящее время имеет ряд недостатков.

Известны системы предпускового разогрева двигателей военной автомобильной техники с автоматической системой управления и поддержания теплового состояния, к которым относятся автоматические жидкостные дизельные подогреватели (АПЖД, ПЖД-30М) колесной (Руководство по эксплуатации Урал-63704, АО «УралАЗ» Миасс: 2015 г. - с. 37) и гусеничной техники (Руководство по эксплуатации ГАЗ 3344-20, АО «ЗЗГТ» Заволжье: 2015 - с. 119). Данные устройства работают по единому принципу: разогрев охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания (ДВС) до «верхней» заданной температуры, отключение и естественное остывание ОЖ до «нижней» заданной температуры, повторное включение и разогрев. Главным недостатком этих устройств является потребление электрической энергии от аккумуляторной батареи (АБ), что приводит к снижению ее емкости. При снижении емкости АБ ниже допустимых пределов (25% - для зимнего времени года) обгонная муфта стартера не сможет придать коленчатому валу достаточную угловую скорость для запуска двигателя. Для непрерывной работы подогревателей требуется следить за уровнем разряда АБ либо применять внешние источники электрической энергии.

Известен предпусковой подогреватель двигателя (Патент на полезную модель РФ №104974), с электрическим нагревательным элементом (ТЭНом), отличающийся тем, что он содержит термос со встроенным нагревательным электрическим элементом ТЭНом (12 В) и встроенным температурным датчиком масла в ДВС через электроклапан с кнопкой включения. Недостатком известного технического решения является невозможность поддержания теплового состояния двигателя в течение длительного времени.

Известен тепловой аккумулятор фазового перехода с индукционным устройством электроподогрева (Патент на полезную модель РФ №189233), содержащий наружный корпус из диэлектрического материала и отделенного от него тепловой изоляцией внутреннего корпуса из диэлектрического материала, внутри которого размещены металлические цилиндрические капсулы с теплоаккумулирующим материалом, в торцевой части расположены входной патрубок и выходной патрубок, и крышки из диэлектрического материала, на которой расположен ввод электропитания, причем обмотка индукционного устройства электроподогрева располагается равномерно по поверхности наружного корпуса из диэлектрического материала. Недостатком известного технического решения являются необходимость подачи тока через ввод электропитания от АБ, что приводит к снижению ее емкости.

Известно устройство облегчения пуска холодного двигателя внутреннего сгорания (Патент на полезную модель РФ №114344), содержащее впускную трубу с углублением под факельную штифтовую свечу, факельную штифтовую свечу с предохранительным кожухом, штуцером для подвода топлива и клеммой подключения электронагревательного элемента, установленной внутрь впускной трубы посадкой с натягом теплоизолированной с внешней стороны трубы с площадью входного сечения, составляющей 3/4 от площади входного сечения впускной трубы, отличающееся тем, что внутренние стенки предохранительного кожуха факельной штифтовой свечи покрыты каталитическим веществом, ускоряющим развитие окислительных реакций углеводородных топлив. Недостатком известного технического решения является невозможность поддержания теплового состояния двигателя в течение длительного времени.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является автоматическая система поддержания предпускового температурного режима, подогрева и экстренного пуска дизельного двигателя транспортного средства (Патент на полезную модель РФ №187879), содержащая электроподогреватели, датчики температуры моторного масла, дизельного топлива, подключенные к блоку управления, пусковой модуль и пиропатрон с воздушным баллоном, пусковой топливный бак через электромагнитный кран и топливопровод, пусковой масляный бак полнопоточный масляный фильтр, электромаслозакачивающий насос и обратный клапан, пиропатрон соединен с блоком управления, а воздушный баллон - с пневмостартером дизельного двигателя. Недостатком известного технического решения является необходимость применения автономного источника питания или внешней электрической сети.

Таким образом задача по созданию системы «дежурного режима» двигателей военной автомобильной техники в настоящее время не решена.

Для решения данной задачи предлагается устройство обеспечения «дежурного режима» двигателей военной автомобильной техники, включающее датчики температуры и электрический нагреватель топлива, теплообменник с жидкостным и воздушным контуром, выполненный с передней и задней крышками, камерой сгорания и камерой догорания, устройство подачи воздуха и топлива в камеру сгорания, систему отвода продуктов сгорания с индикатором пламени и термоэлектрическим генератором, при этом устройство выполнено с возможностью подключения к электронному блоку управления и выносному пульту управления и индикации режимов работы устройства, выполненному с возможностью использования как автоматического, так и ручного режима управления электронного блока управления.

Теплообменник состоит из четырех концентрично расположенных цилиндров, при этом два внутренних цилиндра являются единой сварной конструкцией. В первом цилиндре установлены диффузор, камера сгорания и камера догорания. В камеру сгорания подведена свеча для поджига топливовоздушной смеси (накаливания либо искровая). Первый и второй цилиндры соединены между собой четырьмя окнами для «перехода» продуктов сгорания. Пространство между первым и вторым цилиндром предназначено для подачи согреваемого воздуха к объекту подогрева. Полость между вторым и третьим цилиндром представляет собой обратный газоход для отвода продуктов сгорания топлива, которые выводятся через отдельный патрубок. Третий цилиндр является съемным элементом из материала с теплопроводностью не менее 200 Вт/мК. На внешней стороне третьего цилиндра выполнены ребра охлаждения. Сама полость является жидкостной рубашкой, в которой происходит циркуляция охлаждающей жидкости. Четвертый цилиндр одновременно является внешним защитным кожухом, соединяющим всю конструкцию устройства.

Термоэлектрический генератор (ТЭГ) расположен в полости третьего цилиндра и является съемным элементом из материала с теплопроводностью не менее 200 Вт/мК и выполнен с возможностью электрической связи со стабилизирующим напряжение преобразователем, и состоит из множества полупроводниковых пар ветвей n- и p-типов проводимости, каждая из которых состоит из материалов с наноразмерной структурой с размерами основных структурных элементов порядка нескольких десятков нанометров и крепится к теплообменнику с помощью бугельного разъемного соединения. Полупроводниковые ветви размещены в шахматном порядке, чередуясь по типу проводимости. ТЭГ электрически связан с входами электронного блока управления и стабилизирующим напряжение преобразователем. Подвод тепла к «горячей стороне» ТЭГ осуществляется за счет движения продуктов сгорания в обратном газоходе, а отвод тепла с «холодной стороны» - за счет движения охлаждающей жидкости системы охлаждения ДВС на наружной стороне третьего цилиндра с ребрами охлаждения. Нагреваемая стороны ТЭГ снабжена датчиком температуры. Температуру жидкостного теплоносителя контролирует датчик температуры на входе и выходе. Выходы от ТЭГ через стабилизирующий напряжение преобразователь подаются на электронный блок управления.

Устройство подачи воздуха и топлива в камеру сгорания электрически связано с преобразователем напряжения и содержит: электродвигатель, на валу которого с одной стороны находится вентилятор, а с другой - топливный насос с нагнетателем, распылителем топлива и отражателем. Топливное оборудование содержит, проходной топливный бак, нагреватель топлива и топливные магистрали.

Электронный блок управления содержит силовые интерфейсные блоки: для подключения АБ, выходов ТЭГ, нагревателя топлива, вентиляторов и насосов; блок питания свечи розжига топливовоздушной смеси; блоки входных интерфейсов датчиков и дополнительного энергоснабжения с соответствующими разъемами; управляющий контроллер устройства контроля и управления работой устройства, жгуты проводов.
Сущность полезной модели поясняется фигурами.

На фиг. 1 представлено устройство обеспечения «дежурного режима» двигателей военной автомобильной техники, где:

1 - вентилятор;

2 - электродвигатель;

3 - топливный насос;

4 - нагнетатель воздуха;

5 - разбрызгиватель топлива;

6 - отражатель;

7 - свеча зажигания;

8 - камера сгорания;

9 - диффузор;

10 - камера догорания;

11 - бугельное разъемное соединение;

12 - асбестовая прокладка;

13 - окна «перехода» продуктов сгорания;

14 - термоэлектрический генератор;

15 - ребра охлаждения;

16 - задняя крышка теплообменника;

17 - передняя крышка теплообменника;

18 - жидкостной теплоноситель;

19 - согреваемый воздух;

20 - датчик температуры «горячей стороны» ТЭГ;

21 - датчик температуры холодного жидкостного теплоносителя;

22 - датчик температуры горячего жидкостного теплоносителя;

23 - патрубок подвода охлаждающей жидкости;

24 - патрубок вывода охлаждающей жидкости;

25 - патрубок подвода воздуха;

26 - патрубок вывода продуктов сгорания;

27 - индикатор пламени;

28 - обратный газоход.

На фиг. 2 представлена структурная схема работы устройства.

Устройство работает следующим образом:

В автоматическом режиме при нажатии кнопки на пульте управления загорается контрольный светодиод, включается электродвигатель (2) и происходит проверка работы системы и диагностика электрических цепей устройства. При этом последовательно выполняется запуск управляющего контроллера и проверка остаточной емкости АБ и передача сигнала о включении устройства.

При недостаточной емкости АБ или выявлении иных ошибок во время диагностики либо работы устройства данная информация отображается на пульте управления путем выдачи соответствующего кода неисправности.

В дальнейшем питающее напряжение подается к нагревателю топлива в проходном топливном баке и топливных магистралях. Контроль работы нагревателя осуществляется внешним управляющим контроллером по уровню потребляемого тока. При достижении необходимой для поджига топливовоздушной смеси температуры топлива в проходном топливном баке и топливопроводах электронным блоком управления обеспечивается режим поддержания требуемой температуры, топливо подается в топливный насос (3), нагнетатель (4) закачивает воздух, в результате чего на входе в камеру сгорания (8) образуется топливовоздушная смесь.

После формирования топливовоздушной смеси в камере сгорания электронный блок управления подает импульс для свечи поджига топливовоздушной смеси (7). Распыление топливовоздушной смеси обеспечивается за счет распылителя топлива (5) и отражателя (6). Контроль горения топливовоздушной смеси осуществляется с помощью индикатора пламени (27), расположенному в патрубке вывода продуктов сгорания (26). В случае срыва горения топливовоздушной смеси, управляющим контроллером перекрывается подача топлива.

После возникновения устойчивого горения топливовоздушной смеси электронным блоком управления осуществляется включение насоса охлаждающей жидкости подключение жидкостных магистралей.

Выключение свечи (7) осуществляют по команде с электронного блока управления после установления устойчивого горения в камере сгорания (8), которое определяют по показаниям индикатора пламени (27).

Продукты сгорания из камеры сгорания (8) проходят через диффузор (9) в камеру догорания (10) и через соединительные окна (13) поступают в обратный газоход (28).

Вращающийся на валу электродвигателя (2) вентилятор (1) закачивает воздух в полость для подачи согреваемого воздуха (19) к объекту подогрева, который согревается путем конвекции от нагретой стенки обратного газохода (28) продуктами сгорания. Отдельно выведенный жидкостной насос производит прокачивание жидкостного теплоносителя (18) по внешней стороне третьего цилиндра с ребрами охлаждения (15), который также согревается путем передачи тепла от стенок обратного газохода (28) и поступает в систему охлаждения ДВС. Таким образом образуется перепад температур между «холодной» и «горячей» стороной ТЭГ (14) и генерация электрической энергии.

При достижении выходным напряжением ТЭГ (14) нижнего порогового уровня, электронным блоком управления формируется соответствующий сигнал и происходит отключение АБ от устройства. Система начинает работать автономно и независимо от источника питания. Время работы ограничено только запасом топлива.

Формируемый при дальнейшей генерации электрической энергии импульсный зарядный ток через электронный блок управления передается на АБ и обеспечивает ее подзаряд малыми токами.

Так как поток охлаждающей жидкости протекает последовательно по жидкостной рубашке, то температура охлаждающей жидкости в процессе прохождения ребер охлаждения (15) внешней стороны третьего цилиндра увеличивается и соответственно уменьшается эффективность работы ТЭГ за счет уменьшения разности температур между холодной и горячей сторонами. Регулирование требуемой температуры теплоносителя и температуры нагреваемой стороны ТЭГ осуществляют с помощью управляющего контролера на основании заданной пульту управления температуры с учетом показаний датчиков температуры (20, 21, 22) нагреваемой среды путем изменения количества подаваемой топливовоздушной смеси и скоростью прокачки жидкостного теплоносителя через теплообменник.

При отсутствии необходимости обеспечения «дежурного режима» устройство может обеспечивать форсированный предпусковой разогрев ДВС.

Запуск в ручном режиме производится путем удержания кнопки прогрева топлива в течение времени необходимого для розжига и переключения режимов работы устройства через пульт управления. После прогрева топлива производится запуск электродвигателя (2), на котором расположены вентилятор (1) и топливный насос (3). Отдельно выведенный жидкостной насос начинает прокачивать жидкостной теплоноситель (18), происходит розжиг топливовоздушной смеси.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет решить следующие задачи: автоматически поддерживать длительное тепловое состояние двигателя и его минутную готовность к пуску, полную независимость от источников энергии (за исключением топлива), снижение заметности объектов за счет отсутствия шума и ИК излучения от заглушенного двигателя, повышение выживаемости личности состава при отрицательных температурах в критических ситуациях, снижение расхода топлива и возможность подзаряда АБ.

Claims (1)

1. Устройство обеспечения «дежурного режима» двигателей военной автомобильной техники, включающее датчики температуры и электрический нагреватель топлива, отличающееся тем, что оно снабжено теплообменником с жидкостным и воздушным контуром, выполненным с передней и задней крышками, камерой сгорания и камерой догорания, устройством подачи воздуха и топлива в камеру сгорания, электродвигателем, на валу которого с одной стороны находится вентилятор, а с другой - топливный насос с нагнетателем, распылителем топлива и отражателем, а также топливным оборудованием, системой отвода продуктов сгорания с индикатором пламени и термоэлектрическим генератором, являющимся съемным элементом из материала с теплопроводностью не менее 200 Вт/мК и выполненным с возможностью электрической связи со стабилизирующим напряжение преобразователем, причем термоэлектрический генератор состоит из множества полупроводниковых пар ветвей n- и p-типов проводимости, каждая из которых состоит из материалов с наноразмерной структурой с размерами основных структурных элементов порядка нескольких десятков нанометров, при этом устройство выполнено с возможностью подключения к электронному блоку управления и выносному пульту управления и индикации режимов работы устройства, выполненному с возможностью использования как автоматического, так и ручного режима управления электронного блока управления.