Предпусковые подогревательные устройства дизелей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рязанский Государственный Агротехнологический Университет им. П.А. Костычева

Рязанское высшее воздушно-десантное командное ордена Суворова дважды Краснознаменное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова

Рязанский государственный радиотехнический университет

Предпусковые подогревательные устройства дизелей

Технические науки

№55-2

Борисов Геннадий Александрович, доктор наук, профессор

Ичанкин Юрий Викторович, аспирант

Ковчик Александр Иванович, кандидат наук, преподаватель

Лычкин Максим Эдуардович, студент

Копылов Александр Вадимович, другая должность

23.11.2016



Аннотация

Производится обзор предпусковых подогревательных устройств дизельных двигателей. Рассмотрена продукция ведущих производителей. Представлены краткие технические описания устройств.

Пуск, предпусковые подогреватели, дизельные двигатели, предпусковой разогрев, надежность пуска холодного двигателя, холодный двигатель



Важным качеством дизельного двигателя является его приспособленность к запуску в холодном состоянии. В ГОСТ Р 54120-2010 термин «холодный двигатель», определен как: двигатель при температуре его деталей, охлаждающей жидкости, масла и топлива, отличающейся от температуры окружающего воздуха не более чем на 1°С (без учета погрешностей измерений).

Также согласно ГОСТ Р 54120-2010 стартерная система пуска должна обеспечивать необходимую для надежного пуска холодного двигателя частоту вращения коленчатого вала в соответствии с требованиями к пусковым качествам двигателей и требованиями к двигателю данного ГОСТ, с общим числом попыток пуска не более трех для «холодного двигателя» и не более двух после тепловой подготовки. [1].

При создании новых конструкций двигателей стремятся снизить предельную температуру надежного пуска, с целью повышения эксплуатационных характеристик и надежности пуска. С этой целью могут применяться средства тепловой подготовки, а именно предпусковые жидкостные подогреватели.

Назначение, требования и классификация жидкостных подогревателей. Жидкостные предпусковые подогреватели нашли широкое применение на транспорте. Область их применения от легковых и коммерческих автомобилей до спецтехники и тепловозов. На сегодняшний день более эффективной альтернативы данному виду предпусковой подготовки нет.

Жидкостные предпусковые подогреватели предназначены для предпускового подогрева двигателя при низкой температуре окружающего воздуха.

Их задача решить проблему предпусковой тепловой подготовки двигателя комплексно, обеспечить легкое воспламенения рабочей смеси, достижение и поддержание температуры пусковой частоты вращения коленчатого вала (ПКВ). Тепловую подготовку можно условно разделить на межсменный подогрев и предпусковой разогрев, в зависимости от времени проведения мероприятия.

Преимущества межсменного подогрева это равномерный подогрев узлов и высокая готовность техники к немедленному приему нагрузки.

Однако спецтехника часто используется не по графику, без длительных ночных стоянок, но и в ее работе регулярно возникают небольшие, но чувствительные паузы. По данным специалистов Webasto, такие перерывы могут занимать до 40-50% рабочего времени [2].

В этом случае более предпочтителен предпусковой разогрев, который обеспечивает нагрев деталей двигателя и рабочих сред в течение некоторого короткого промежутка времени непосредственно перед пуском.

Размещение узлов подогревателя зависит от компоновки транспортного средства (ТС). у грузовых, как правило, подогреватель установлен под передней поперечиной рамы автомобиля (рис.1.), у спецтехники - в моторном отсеке над двигателем и в его состав входят котел с горелкой, электромагнитный топливный клапан с форсункой и нагревателем топлива,насосный агрегат с электродвигателем, вентилятором, жидкостным и топливными насосами, системы электроискового розжтга топливной смеси и дистанционного управления подогревателем, топливного бачка. Подогреватель может быть присоединен к системе питания двигателя или иметь только свою собственную [3].

Рисунок 1. Подогреватель жидкостный ПЖД-30, установленный под передней поперечиной рамы грузового автомобиля КамАЗ-4310

Применение жидкостных предпусковых подогревателей дизелей в автотранспортных, сельскохозяйственных, коммунальных предприятиях, воинских частях и т.д., т.е. везде, где вопрос готовности техники к немедленному принятию нагрузки стоит очень остро, позволяет решить и эту проблему, и подспудно многие другие:

· обеспечить высокие безопасность использования и надежность при использовании техники в удалении от парков;

· улучшить условия работы оператора, водителя и перевозки пассажиров путем подогрева кабины или салона;

· повысить ресурс аккумуляторных батарей за счет снижения пускового момента электростартера или путем подогрева электролита;

· улучшить условия работы узлов трансмисии с помощью подогрева картеров коробок передач и редукторов.

Основные требования предъявляемые к предпусковым подогревательным устройствам:

1. Продолжительность подготовки двигателя к работе под нагрузкой при температуре -40°С не должна превышать 30 мин, в том числе время, необходимое для включения и выключения подогревателя, разогрева двигателя, его пуска и работы на холостом ходу.

2. Система подогрева должна работать как при заправке системы охлаждения водой, так и незамерзающей жидкостью.

3. Система подогрева должна обеспечивать:

o Разогрев цилиндра и подшипников коленчатого вала двигателя;

o Разогрев масла в картере и маслобаке;

o Возможность одновременной работы подогревателя и двигателя.

4. Подогреватель должен быть пожаробезопасным. Не допускается на выходе из подогревателя открытое пламя и дым, скопление топлива в подогревателе. Температура наружных поверхностей подогревателя (кроме патрубка, подводящего газы под поддон масляного картера) не должна превышать 200°С .

Классифицируют предпусковые подогреватели по следующим характеристикам:

1. Напряжение: 12В, 24В, 36В

2. Тепловая мощность, кВт

3. Тип топлива: бензин, дизельное топливо, многотопливный

4. Расход топлива, л/ч

5. Расход электроэнергии, Вт

6. Время подогрева, мин

7. Поток циркуляционного насоса, л/ч (при противодавлении, бар)

8. Вес с топливным насосом, кг

9. Габаритные размеры, мм

Тип и мощность применяемого предпускового подогревателя зависит от подогреваемого объекта. Количество тепла, требующееся для разогрева двигателя при данных температуре и времени определяет необходимую производительность подогревателя.

Для легкового и коммерческого транспорта рекомендованы устройства тепловая мощность которых не превышает 5,0 кВт. Их преимущество: эффективность, невысокая стоимость, экономичность.

Для грузовых автомобилей, тракторов и спецтехники могут использоваться подогреватели мощностью свыше 30 кВт. Данные устройства позволяют быстро подготавливать большие транспортные дизели к принятию нагрузки. А также могут использоваться для обогрева жилых модулей, КУНГов или в качестве доноров тепла для техники неоснащенной подобными устройствами.

Рассмотрим модели популярных предпусковых подогревателей и их характеристики.

Автономные отопители компании Webasto. Компания Webasto (Германия) - мировой лидер в производстве транспортного отопительного оборудования, выпускает отопители для различных объектов прогрева, температурных параметров, конфигураций отопительного контура, систем управления. Благодаря широкому выбору моделей подогревателей, настроек программного обеспечения блоков управления, дополнительных элементов и органов управления, а также совместимости с CAN- и LIN-архитектурой диапазон использования очень велик.

Для легковых автомобилей малого и компактного класса, а также кабин грузовых микроавтобусов подходят отопители серии Thermo Top с теплопроизводительностью до 9 кВт (Рис.2). Технические характеристики представлены в таблице 1 [5].

Рисунок 2. Отопитель серии Thermo Top: а) внешний вид: 1 - вход воздуха сгорания, 2 - выход горячей жидкости, 3 - вход холодной жидкости, 4 - подача топлива, 5 - выход отработавших газов; б) устройство: 1 - забор воздуха, 2 - нагнетатель воздуха, 3 - выпускной жидкостной патрубок, 4 - штифт накаливания/ датчик пламени, 5 - испарительная прокладка, 6 - штекеры, 7 - блок управления с датчиками температуры, 8 - теплообменник, 9 - камера сгорания, 10 - выход отработавших газов, 11 - забор топлива, 12 - циркуляционный насос, 13 - заборный жидкостный патрубок, 14 - топливный дозирующий насос

Таблица 1. Технические характеристики подогревателей Thermo Top Evo 5 и Thermo Pro 90, предназначенных для легковых автомобилей

Модель подогревателя	Thermo Top Evo 5	Thermo Pro 90
Вид топлива	бензин или дизельное	дизельное
Потребление топлива (л) за 20 мин работы на полной нагрузке	0,24 / 0,21	0,35
Теплопроизводительность (кВт)	5.2 / 2.6	1,8 - 7,6 (9,1)
Потребляемая мощность (Вт)	46 / 26	37 - 83 (90)
Габариты осн. блока (мм) длина x ширина x высота	218 x 91 x 147	355 х 133 х 220
Вес осн. блока (кг)	2.39	4,8

Схема подключения предпускового подогревателя для легкового автомобиля представлена на рис.3. В умеренном климате, с целью экономии, объектами подогрева могут быть только двигатель или только салон.

Рисунок 3. Схема подключения предпускового подогревателя для легкового автомобиля: 1- подогреватель; 2- топливный бак; 3-воздухозаборник; 4-жидкостный циркуляционный насос; 5-радиатор штатного отопителя салона; 6- вентилятор штатного отопителя салона

Порядок работы:

1. Активирование подогревателя 1;

2. Старт работы подогревателя:

3. Забор топлива через топливозаборник из бака автомобиля 2 топливным насосом подогревателя

4. Закачивание воздуха через воздухозаборник 3 встроенным нагнетателем;

5. Образование топливовоздушной смеси в камере сгорания подогревателя;

6. Воспламенение топливовоздушной смеси в камере сгорания с помощью металлокерамического штифта.

7. Прокачивание жидкости циркуляционным насосом 4 по контуру: система охлаждения двигателя- теплообменник подогревателя- система охлаждения двигателя -радиатор штатного отопителя 5-подогреватель

8. Включение вентилятора 6 штатного отопителя салона блоком управления подогревателя, при достижении определенной температуры.

9. Автоматический перевод блоком управления подогревателя в «режим ожидания» или в режим «сниженной производительности» в случае дальнейшего повышения температуры [6].

Дополнительные подогреватели (догреватели) двигателя для легковых автомобилей. Отдельный класс отопительных устройств для дизелей представляют собой дополнительные подогреватели, или так называемые «догреватели». Данный тип устройств разработан для современных турбодизельных двигателей с высокой степенью наддува, имеющих настолько высокий КПД, что их собственного теплового потока не хватает для поддержания оптимального температурного режима при низких температурах окружающей среды.

Принцип работы дополнительных подогревателей аналогичен предпусковым жидкостным подогревателям- отопителям. Они также подключаются к системе охлаждения и топливной системе двигателя. Но догреватель включается и управляется автоматически, только при работающем двигателе, на время, когда температура воздуха падает ниже пороговой (обычно +5 С). Топливо, сгорая в камере сгорания догревателя, нагревает охлаждающую жидкость, которая штатным жидкостным насосом автомобиля прокачивается через систему охлаждения и таким образом, обеспечивается оптимальная температура дизеля [6].

Отопители для автобусов и грузовых автомобилей. Модели отопителей для грузовых автомобилей характеризуются большей мощностью, а модели Thermo 90S имеют плавную регулировку ее величины. Подогреватели работают на дизельном топливе независимо от двигателя- как до его пуска, так и в ходе его работы. Имеют собственную систему питания - из основного или дополнительного топливного бака и собственного бачка. Еще до запуска двигателя подогреватель нагревает жидкость в охлаждающем контуре и прокачивает ее специальным насосом через систему охлаждения двигателя. Автоматически включается отопитель для прогрева кабины. Схема подключения подогревателя представлена на рис.4.

Отопитель автоматически управляется электронным блоком управления. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости в контуре блок управления устанавливает режим максимальной или частичной (мощности или производит временное отключение.

Рисунок 4. Схема подключения подогревателя

Взамен применявшихся ранее свечей накаливания применен более надежный керамический штифт накаливания, на который дается годовая гарантия. Керамика имеет значительно меньшую теплопроводность и большую теплостойкость, чем металл. Благодаря этим свойствам она быстро разогревается до температуры, обеспечивающей полное испарение поступающего топлива, тем самым сокращая время достижения отопителем полной мощности. В горелке металлокерамическая прокладка отличается особой стойкостью к перегреву и износу.

Высокая интенсивность прогрева обеспечивается теплообменником нового поколения с повышенным КПД и системой регулирования прокачки жидкости [5].

Новейшие обогреватели «Webasto» для грузовой техники отличает следующие усовершенствования:

1. Применение оптимизированной системы управления и новой технологии линейной регулировки мощности с целью повышения эффективности работы и снижения расхода топлива и шума;

2. наличие системы автоматического включения при отключении двигателя транспортного средства (ACE);

3. наличие режима „арктический старт“, с оптимизированной для низких температур работой компонентов;

4. наличие датчика температуры в выхлопной системе, для дополнительной защиты от перегрева;

5. наличие системы автоподстройки к уровню кислорода в воздухе, гарантируещее стабильную работу до 3.500 м над уровнем моря;

6. повышенный класс защиты - IP6K9K по DIN 40050 ч. 9 (устойчивы к чистке под высоким давлением);

7. устойчивость к широкому диапазону условий среды (ледяная вода и соль/ влажность/ дождь - по ISO 16750-4, п. 5.4.2);

8. применение топливного насоса DP42. Это устройство на 12 и 24 В обеспечивает низкое энергопотребление и оптимальное управление по PWM-сигналу (ШИМ);

9. наличие допуска согласно новейшим нормам ADR, для установки на транспорт, предназначенный для перевозки опасных грузов;

10. адаптация к работе на биодизеле FAME 100 %.

Автономные отопители Webasto идеально подходят для обогрева не только на длительных, но и на кратковременных стоянках. Всегда, когда двигатель не используется по прямому назначению -- для приведения машины в движение -- они готовы взять на себя поддержание стабильной температуры в кабине. Это верно не только для воздушных, но и для жидкостных отопителей -- если они оснащены системой автоматического обогрева при выключенном двигателе (сокращенно, от английского названия, -- АСЕ). Порядок работы системы автоматического обогрева при выключенном двигателе (АСЕ) представлен на рис.5. Непосредственно после отключения двигателя система АСЕ использует для обогрева кабины остаточное тепло двигателя, а затем автоматически включает отопитель Webasto [6]. подогреватель отопитель автобус

Рисунок 5. Порядок работы системы автоматического обогрева при выключенном двигателе (АСЕ)

Жидкостные предпусковые отопители серии Thermo E 200/320 рис. 6 являются мощнейшими подогревателями-отопителями, предназначающимися для установки как на автобусах, так и на иной спецтехнике. Технические характеристики представлены в таблице 2.

Рисунок 6. Жидкостные предпусковые отопители серии Thermo E 200/320

Они довольно компактны и быстро устанавливаются даже в автобусах, которые имеют низкий пол. Являются удобными в обслуживании и эксплуатации, что достигается благодаря современной и качественной модульной конструкции, возможности регулировать процесс горения соответственно уровню углекислоты в выхлопе, двухступенчатой системе диагностики.

Несущая плата подогревателя-отопителя Thermo E 200/320 и блок управления составляют единый элемент, а такие составляющие как кабели, топливопроводы и штекерные разъемы для максимальной доступности проложены снаружи установки. Циркуляция нагретой жидкости происходит исключительно по контуру подогревателя-отопителя, что достигается благодаря применению новейшего сверхнадежного, высокопроизводительного и компактного насоса Aquavent, срок службы которого равняется 30000 часам [7].

Таблица 2. Технические характеристики отопителей для грузовых автомобилей

Характеристики	Thermo E 200	Thermo E 320
Отопительная мощность, кВт	20,0	32,0
Продолжительность работы при автоматическом запуске с таймера, мин	1-120	1-120
Номинальное напряжение, В	24	24
Топливо	Дизельное	Дизельное
Расход топлива, л/ч (в скобках - форсированный режим)	2,7	4,0
Потребляемая мощность с циркуляционным насосом, без вентилятора штатного отопителя, Вт	199	110
Объёмный поток циркуляционного насоса, л/ч (при противодавлении, бар)	6000 (0,4)	6000 (0,4)
Габариты подогревателя с блоком управления, мм (дл. х шир. х выс.)	593 х 247 х 224	680 х 300 х 279
Вес подогревателя с блоком управления, кг	17	26

Отопитель автоматически управляется электронным блоком управления. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости в контуре блок управления устанавливает режим полной нагрузки (максимальной мощности), или частичной (половинной мощности) нагрузки или регулировочной паузы (временное отключение). Взамен применявшихся ранее свечей накаливания применен более надежный керамический штифт накаливания, на который дается годовая гарантия. Керамика имеет значительно меньшую теплопроводность и большую теплостойкость, чем металл. Благодаря этим свойствам она быстро разогревается до температуры, обеспечивающей полное испарение поступающего топлива, тем самым сокращая время достижения отопителем полной мощности. В горелке металлокерамическая прокладка отличается особой стойкостью к перегреву и износу. Высокая интенсивность прогрева обеспечивается теплообменником нового поколения с повышенным КПД и системой регулирования прокачки жидкости.

Рисунок 7. Таймер отопителя Thermo Top: а) общий вид; б) таймер в автомобиле

Управление отопителем может осуществляться как в ручную, так и таймером (рис. 7), устанавливаемым в салоне автомобиля, или дистанционными пультами. При укомплектовании отопителя дистанционными пультами Telestart («Телестарт»), с обратной связью, можно производить управление параметрами подогрева с расстояния до 1000 м [5].

Автономные подогреватели_отопители компании Eberspаcher. Компания Eberspаcher (Германия) является известным мировым производителем высококачественной отопительной техники «Hydronic» для автомобилей и спецтехники и прямым конкурентом фирмы Webasto.

Мощные отопители выпускаются компанией в виде нескольких модификаций с тепловой мощностью от 16 до 35 кВт (табл. 2.5). грузовиков, строительной техники, судов, автобусов, контейнеровозов. Характеристики данных отопителей представлены в таблице 3 [8].

Таблица 3. Характеристики отопителей Eberschpаcher для грузовых автомобилей

Исполнение	Hydronic L16	Hydronic L24	Hydronic L30	Hydronic L35
Вид топлива	дизельное
Напряжение, В	24
Регулирование, ступени нагрева	нет
Мощность нагрева, Вт	16	24	30	35
Потребляемая эл.мощность, Вт	60	80	105	120
Расход топлива, л/ч	2,0	2,9	3,65	4,2
Размеры Д*Ш*В, мм	600*230*222
Вес, кг	18

Органы управления (таймеры, пульты) традиционно не входят в обязательную комплектацию отопительных устройств, которая содержит все необходимые для установки детали. Поэтому пользователю предоставляется возможность свободно выбрать любую систему управления, начиная со стандартного выключателя и кончая пультом дистанционного управления по телефону Kolltronic («Коллтроник») [5].

Автономные отопители и подогреватели завода ШААЗ. Шадринский автоагрегатный завод выпускает предпусковые подогреватели и подогреватели_отопители. Предпусковые жидкостные подогреватели (ПЖД) предназначены для кратковременного разогрева перед пуском холодного двигателя с жидкостной системой охлаждения. А подогреватели _ отопители предназначены для предпускового разогрева холодного двигателя с жидкостной системой охлаждения, автоматического поддержания теплового режима двигателя, а также для отопления салона (кабины) автотранспортного средства (АТС) и устранения обледенения стекол, независимо от работы двигателя. Тепловая мощность разных моделей подогревателей находится в диапазоне от 7 до 63 кВт, т. е. они достаточно мощные и потому применяются в основном на грузовых автомобилях УАЗ, ЗИЛ, ГАЗ, КамАЗ, МАЗ, Урал, КАВЗ, БелАЗ, НефАЗ, на тракторах и другой спецтехнике [5].

Надежная и простая конструкция подогревателя наиболее приспособлена к обслуживанию и ремонту в любых условиях, в том числе и самим водителем. Ресурс подогревателей составляет 500 часов, а температура отработавших газов находится в пределах 350-500 °C. Допустимая температура окружающей среды при эксплуатации подогревателя от _45 до +65 °C. В конструкции теплообменников подогревателей используется нержавеющая сталь, что позволяет применять в качестве охлаждающей жидкости воду. Самым распространенным подогревателем данной серии является ПЖД30 (рис.8.). Он установлен на 80 % всей техники, эксплуатируемой на Севере. Это «Уралы», КамАЗы, МАЗы, «Кировцы» и другая техника, где в качестве силового агрегата стоят дизельные двигатели ЯМЗ_236, ЯМЗ_238, КамАЗ_740 и их модификации [5]. Технические характеристики подогревателя представлены в таблице 4.

Рисунок 8. ПЖД-30



Таблица 4. Характеристики предпусковых жидкостных подогревателей ПЖД-30

Характеристика	Значение
Теплопроизводительность, кВт	30 (26000)
Расход топлива, кг/ч, не более	4,2
Потребляемая мощность , Вт	340
Ток, потребляемый свечой, А	5
Номинальное напряжение, В	24
Система управления	ручная

Система управления ПЖД30- ручная, имеет пульт (щиток) с четырьмя выключателями:

· насосного агрегата;

· электронагревателя топлива;

· электроискровой свечи;

· электромагнитного клапана.

Ручной запуск отопителя состоит из следующих этапов, в которых приходится последовательно манипулировать указанными выше выключателями для:

· продувки газохода включением насосного агрегата на 15-20 с;

· подогрева топлива включением электронагревателя от 20 до 60 с;

· установки переключателя электромагнитного клапана в рабочее положение;

· включения электроискровой свечи на 20 с.

В случае, если запуск не удался - повторить. Но лучше всего применять автоматизированную систему запуска подогревателя.

Сравнение стоимости подогревателей для установки на автомобилях марки КамАЗ представлено в табл.5.



Таблица 5. Стоимость подогревателей для автомобилей типа КамАЗ:

Марка, модель	WEBASTO Thermo E 200/320	Eberspacher Hydronic 35	ШААЗ ПЖД 30
Стоимость подогревателей ПЖД-30, руб.	52 000	90 000	30 000



Выводы

1. Эффективность систем подогрева двигателей достигается выбором подогревателя оптимальной теплопроизводительности, удобством их использования, повышением к.п.д. подвода тепла к двигателю.

2. Надежность жидкостных подогревателей определяется степенью сложности конструкции и возможностью обслуживания.

3. Преимущество в цене- определяет популярность отечественных подогревателей производства ШААЗ.

4. Улучшить эксплуатационные характеристики подогревателей ПЖД возможно применением современных средств:

o дистанционного управления: по телефону, GSM-каналу, радиоканалу;

o средств против застывания и парафинизации топлива, например подогревателей бачка и фильтра тонкой очистки;

o современных средств диагностирования и электронного управления.



Список литературы

1. ГОСТ Р 54120-2010. Двигатели автомобильные. Пусковые качества. Технические требования [Текст]. - Введ. 2010-21-12. - М. : Стандартинформ, 2011. 9 с.

2. Боровицкий, Д. Тепло автоматом [Текст]/ Д. Боровицкий // Рейс.-2016. - №6 (112). - С.56-57

3. Автомобили КамАЗ. Техническое обслуживание и ремонт. [Текст]: / В. Н. Барун, Р. А. Азаматов [и др.].; -2- е изд., перераб. и доп.- М. : Транспорт, 1988.- 352с.

4. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. [Текст]: / Л. А. Николаев, А. П. Сташкевич, И. А. Захаров.- М. : Машиностроение, 1977.- 191 с.

5. Найман, В. С. Все о предпусковых обогревателях и отопителях./ В. С. Найман;- М.:АСТ: Астрель: Хранитель, 2007.- 160с.:ил.

6. Сайт фирмы WEBASTO [Электронный ресурс].- URL: http://webasto.ru/ (дата обращения: 01.02.2016)

7. ЕВРОАВТОКЛИМАТ [Электронный ресурс].- URL: http://ea-c.ru/otopitely/webasto/65-thermo-e-200-320.html (дата обращения: 01.02.2016)

8. Сайт фирмы Eberspaecher [Электронный ресурс].- URL: http://eberspaecher.com (дата обращения: 01.02.2016)

Размещено на Allbest.ru

...