Разогрев двигателя с помощью индивидуального подогревателя, установленного на автомобиле

При использовании автомобилей в отрыве от баз, особенно при работе в длительных рейсах, необходимо оборудовать их индивидуальными средствами облегчения пуска двигателя.

Индивидуальный подогреватель, работающий на жидком топливе путем разогрева жидкости в системе охлаждения и масла в картере двигателя, является одним из средств тепловой подготовки двигателя к пуску.

Применение индивидуальных предпусковых подогревателей имеет два основных преимущества:

• Во-первых, наличие на автомобиле включенного в его конструкцию подогревателя обеспечивает возможность разогрева двигателя в любых условиях хранения автомобиля независимо от внешних источников энергии.
• Во-вторых, подогреватель позволяет широко использовать низкозамерзающие жидкости, что устраняет необходимость в ежедневной заправке и сливе воды из системы охлаждения двигателя.

Как правило, индивидуальный подогреватель работает на том же виде топлива, что и двигатель, — бензине или дизельном топливе.

Масло в картере двигателя разогревается направленным на него потоком газов, имеющих при выходе из выпускного патрубка жаровой камеры котла подогревателя температуру порядка 250—300° С.

В НАМИ и других проектно-конструкторских и исследовательских организациях были проведены работы по созданию жидкостных бензиновых подогревателей ПЖБ-12 и ПЖБ-6, обеспечивающих надежный пуск карбюраторных двигателей при зимнем безгаражном хранении автомобилей.

Подогреватель ПЖБ-12 устанавливают на автомобилях ГАЗ-63А, ГАЗ-63С.

Подогреватель ПЖБ-6, предназначенный для автомобилей «Москвич-408», ГАЗ-24 «Волга» и ВАЗ-2105 «Жигули», имеет конструкцию, аналогичную подогревателю ПЖБ-12; в отличие от последнего вместо электромагнитного клапана применена регулировочная игла.

Котел подогревателя неразборной конструкции состоит из четырех цилиндров. Два внутренних цилиндра образуют внутреннюю рубашку охлаждения, а наружный цилиндр и цилиндр, расположенный под ним, — наружную. Внутренняя и наружная рубашки охлаждения соединены между собой в задней части котла двумя трубками, а в передней части котла — кольцевой щелью. В передней расширенной части внутренней рубашки охлаждения устанавливается съемная горелка. Внутренний цилиндр котла является газоходом, а наружный газоход котла образуется между внутренней и наружной рубашками охлаждения. В передней части наружной рубашки охлаждения имеется патрубок отвода отработавших газов.

Такая конструкция котла обеспечивает относительно высокую поверхность нагрева на единицу объема котла.

В передней части горелки установлен лопаточный направляющий аппарат, создающий вращательное движение воздуха, подаваемого в горелку вентилятором. В испарительной камере горелки бензин смешивается с воздухом и воспламеняется, а через диффузор горящая бензовоздушная смесь подается в завихряющее устройство, состоящее из конуса-рассекателя и криволинейных лопаток, с помощью которых газы и бензовоздушная смесь направляется по касательной к поверхности нагрева.

По внутреннему и наружному газоходам горячие газы проходят вращающимся потоком, что обеспечивает высокую скорость движения газов и у поверхности теплообмена при относительно невысокой их средней скорости. Бензин подается в горелку из специального топливного бачка самотеком и воспламеняется с помощью свечи накаливания.

После начала устойчивого режима работы подогревателя свеча отключается.

Подогреватель можно разжечь в течение 15—90 сек в зависимости от температуры окружающего воздуха. Детали котла изготовляются из листовой нержавеющей стали, а детали горелки — из листовой жаростойкой стали.

Котел подогревателя устанавливается на автомобиле, ниже рубашки охлаждения блока цилиндра двигателя. В котле подогревателя нагревается охлаждающая жидкость (вода или антифриз), находящаяся в системе охлаждения двигателя. Котел подогревателя и рубашка охлаждения блока цилиндров соединяются между собой с помощью труб и дюритовых шлангов. Жидкость между подогревателем и системой охлаждения двигателя циркулирует по принципу термосифона. Отработавшие газы подогревателя по газоотводящей трубе направляются под поддон картера двигателя для подогрева масла при пуске. В автомобилях, работающих в условиях Крайнего Севера и снабженных подогревателем, систему охлаждения двигателя следует заполнять антифризом марки 65 ГОСТ 159—52.

Испытания подогревателя ПЖБ-12-показали, что для подогрева двигателя при температуре окружающего воздуха минус 58—63° С затрачивается 34—37 мин.

Применение подогревателей ПЖБ способствует повышению долговечности двигателей и облегчает труд водителей.

Для обеспечения надежного пуска дизелей зимой при безгаражном хранении автомобилей НАМИ совместно с МАЗом, КрАЗом, ШААЗом, ИИИАП и другими организациями разработал пусковые жидкостные дизельные подогреватели типа ПЖД трех моделей:

• ПЖД-22
• ПЖД-44
• ПЖД-70

Рис. Подогреватель типа ПЖД для автомобильных дизелей: А — поступление охлаждающей жидкости в котел подогревателя; Б — поступление отработавших газов к поддону картера двигателя

Подогреватели ПЖД состоят из котла подогревателя с горелкой в сборе, насосного агрегата, электромагнитного топливного клапана и щитка управления.

Котлы подогревателей ПЖД-44 и ПЖД-70 цилиндрической формы, имеют одинаковую конструкцию и различаются между собой только размерами. Котел подогревателя состоит из четырех цилиндров, которые образуют рубашку охлаждения: наружную —15 и внутреннюю —16, соединенные между собой трубками и кольцевой щелью. Передняя часть внутреннего цилиндра расширена и в ней установлена съемная горелка. Внутренний цилиндр котла 14 является газоходом. Полость между внутренним цилиндром и рубашками охлаждения образует наружный газоход 17.

Насосный агрегат подогревателя состоит из вентилятора 3, жидкостного 4 и шестеренчатого 1 топливных насосов, приводимых в движение электродвигателем 2.

Охлаждающая жидкость поступает из двигателя через патрубок 5 жидкостного насоса, откуда принудительно подводится к нижней части котла через подводящий патрубок 18. В котле жидкость проходит двумя потоками по внутренней 16 и наружной 15 рубашкам охлаждения и из отводящего патрубка 13, расположенного в верхней части котла, поступает в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. Из котла подогревателя жидкость сливается через краник 19.

Воздух в горелку подается вентилятором 3 через воздухоподводящий патрубок. Горелка имеет внутренний 11 и наружный 12 цилиндры. Между крышкой горелки и внутренним цилиндром установлен лопаточный направляющий аппарат 10 для создания вращательного потока воздуха внутри горелки.

Вторичный воздух проходит в горелку между наружным и внутренним цилиндрами и подается в зону горения топлива через три ряда отверстий, расположенных во внутреннем цилиндре горелки. Топливо подается топливным насосом 1 через топливопровод 7 и электромагнитный клапан 8 в горелку, где распыляется с помощью форсунки 9 центробежного типа. Остатки несгоревшего топлива удаляются через дренажную трубку 21.

Для розжига подогревателя сначала включается свеча 6, установленная в горелке. После накала свечи включаются насосный агрегат и электромагнитный топливный клапан, обеспечивая подачу в горелку топлива и воздуха.

После того как установится устойчивое горение, свеча отключается. Подогреватель приводится в действие в течение 0,5—2,5 мин в зависимости от температуры воздуха. Отработавшие газы подогревателя через патрубок 20 по газопроводу направляются под поддон картера двигателя для подогрева масла.

Котел подогревателей изготовляется из листовой нержавеющей стали, а детали горелки — из листовой жаростойкой стали. Система подогрева двигателей с жидкостным охлаждением с помощью подогревателей типа ПЖД может работать как при заправке антифризом, так и водой. В условиях Крайнего Севера рекомендуется заполнять систему охлаждения двигателей на автомобилях антифризом марки 65 ГОСТ 159—52.

Подогреватели ПЖД работают на жидком топливе. Температурные пределы применения различных видов топлива определяются температурой их помутнения (выпадания парафинов в осадок). Исходя из этого, рекомендуется применять следующие сорта топлив:

• дизельное зимнее — до минус 30° С;
• дизельное арктическое — до минус 45° С;
• керосин марки ТС-1 — ниже минус 45° С.

Испытания подогревателя ПЖД-44 показали, что подогрев, пуск и подготовка двигателя при температурах до минус 60° С осуществляются приблизительно за 30 мин.

Подогреватели ПЖД обеспечивают надежный пуск двигателя, повышение долговечности двигателя (снижаются износы трущихся деталей при пуске), повышение производительности автомобилей.

Кроме указанного семейства подогревателей ПЖ, выпускаются разработанные ранее бензиновые подогреватели П-100 (ЗИЛ-130, Урал-375С, ЛиАЗ-677 и др.) теплопроизводительностью 14 000 ккал/ч.

Рис. Подогреватель П-100:
1 — трубопровод к компрессору; 2 — трубопровод подачи горячей воды; 3 — заливная воронка; 4 — тройник; 5 — топливопровод; 6 — кран; 7 — топливный бачок; 8 — пробка; 9 — включатель свечи; 10— пульт управления; И — контрольная спираль; 12 — переключатель; 13—кронштейн; 14—экран; 15—вентилятор; 16—воздухопровод; 17—регулятор подачи топлива; 18 — электромагнитный клапан; 19 — свеча накаливания; 20 — сливной кран; 21 — лоток; 22— трубопровод для подачи холодной воды в котел; 23 — атмосферная трубка; 24 — котел

Отличительными особенностями подогревателя П-100 являются: новый принцип сжигания топлива и оригинальная схема теплообменника, что обеспечивает надежность его в работе. Подогреватель не имеет форсунок для распыления топлива, подверженных засорению, бензин подается самотеком в камеру сгорания через жиклер диаметром 2 мм. Интенсивное перемешивание бензина с воздухом и эффективное сжигание смеси достигаются благодаря вихревой камере сгорания с асбестовой футеровкой.

Рис. Схема котла подогревателя П-100:
1 — жаровая труба; 2 — камера сгорания; 3 — выпускной патрубок; 4 — газоход; 5 — жидкостные полости котла

Котел подогревателя состоит из четырех концентрично расположенных цилиндров. Они образуют центральную жаровую трубу, газоход и две жидкостные полости. Горячие газы из жаровой трубы после поворота на 180° проходят по газоходу к выпускному патрубку. Такой котел дает возможность при сравнительно небольших габаритах получить значительные поверхности нагрева, увеличить к. п. д. подогревателя, а также устранить выбрасывание открытого пламени. Он обеспечивает интенсивную циркуляцию нагреваемой жидкости не только благодаря гравитационному напору (термосифона), но также благодаря пародинамическому эффекту, при котором пузырьки воздуха и пара, имея свободный выход, усиливают циркуляцию.

Воздух в камеру горения подогревателя нагнетается центробежным вентилятором, имеющим привод от электродвигателя постоянного тока ПЭ-210 напряжением 12 в, в результате чего обеспечивается хорошее перемешивание бензина с воздухом. Смесь воспламеняется свечой накаливания, которая отключается после того, как установится устойчивое горение. Благодаря вихревому характеру движения пламени, а также наличию диффузора обеспечивается полное сгорание и высокий коэффициент теплопередачи. Процесс сгорания при этом подобран так, что подогреватель, работая с относительно высоким к. п. д. по нагреву жидкости (68%), имеет одновременно высокую температуру уходящих газов, достаточную для эффективного нагрева масла в поддоне картера двигателя.

Управление индивидуальным предпусковым подогревателем дистанционное, обеспечивающее пуск в действие и прекращение работы подогревателя из кабины автомобиля. Подогреватель пускают нажатием кнопки запальной свечи, пуск занимает не более 30 сек. Качество работы свечи определяется визуально по накалу контрольного сопротивления, установленного на пульте управления подогревателем. Двухпозиционный переключатель П-44 дает возможность при выключении подогревателя продуть его от паров бензина, что гарантирует безопасность последующего пуска подогревателя.

Установка подогревателя П-100 на автомобиле требует незначительных конструктивных изменений в двигателе, что дает возможность производить его монтаж в автотранспортных предприятиях. Подогреватель к двигателю подключают двумя трубопроводами и шлангами, что позволяет вести эффективный подогрев двигателя как в случае заполнения его систем охлаждения низкозамерзающей-жидкостью, так и водой. При использовании воды ее заливают в систему через закрепленную на подогревателе воронку.

Эффективность применения подогревателя П-100 для предпускового разогрева характеризуется данными НАМИ, полученными при испытаниях восьмицилиндрового V-образного двигателя автомобиля Урал-375 с рабочим объемом 7 л в холодильной камере при наружной температуре минус 40° С с системой охлаждения, заполненной низкозамерзающей жидкостью.

Рис. Эффективность применения подогревателя П-100 при разогреве двигателя автомобиля Урал-375:
1 — температура головки цилиндров; 2 — температура масла в картере двигателя; 3 — температура масла в масляной магистрали; 4 — температура коренных подшипников

Время подготовки двигателя к пуску индивидуальным подогревателем при температуре минус 40° С составляет в среднем 20 мин; тепловая производительность подогревателя 14 000 ккал/ч; расход бензина 2 кг/ч; мощность электродвигателя 30 вт. На время испытания двигатель был установлен в камере без капота. Как видно из графика, даже в этих искусственных условиях двигатель разогревался весьма интенсивно. Через 26 мин после включения подогревателя температура головки цилиндров достигла максимальной, а температура масла в картере двигателя достигла 88° С. За указанное время температура масла в масляной магистрали, а также коренных подшипников, за исключением четвертого, достигла положительных значений, что свидетельствует о достаточности прогрева и полной подготовленности двигателя к пуску.

Долговечность и надежность подогревателя составляет около 1000 разогревов двигателя, т. е. не менее 5 лет.

Подогреватели ПЖ-200 работают по схеме, аналогичной подогревателям П-100. Если подогреватели П-100 имеют неразборную конструкцию, то подогреватели ПЖ-200 — разборную: внутренняя рубашка охлаждения крепится к наружной болтами, и при необходимости одна из рубашек может быть заменена.

На базе подогревателя П-100 разработана модель подогревателя П-16, в которую внесен ряд конструктивных элементов, унифицированных с подогревателями ПЖ (котел цилиндрической формы вместо конической, соединение рубашек охлаждения котла двумя трубками вместо щелевых каналов, исключение поплавковой камеры). Это повышает технологичность и долговечность подогревателя, а также облегчает дальнейшую полную унификацию конструкций близких по теплопроизводительности подогревателей.

Индивидуальные подогреватели целесообразно применять в районах со средней температурой января ниже минус 10° С, но они пока не нашли широкого применения из-за недостаточной надежности в работе и-пожароопасности вследствие возможного выброса пламени наружу. Кроме того, при очень низких температурах, когда аккумуляторная батарея имеет пониженную емкость, затрудняется пуск индивидуальных подогревателей, особенно работающих на дизельном топливе.