устройство для разогрева картерного масла двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Устройство для разогрева картерного масла двигателя внутреннего сгорания, содержащее подключенный к источнику питания электрический нагреватель с нагревательным элементом в виде пленки из чешуйчатого графита, размещенным на подложке между двумя слоями пленкообразующего полимерного связующего, при этом нагреватель имеет форму пластины с двумя установочными отверстиями и установлен в наиболее углубленной части поддона картера на расстоянии 4-5 мм от его дна и параллельно боковой стенке на двух шпильках, служащих токоподводами и имеющих контакт с накладными электродами, прижатыми к пленке, а поверхность контакта нагревателя с маслом равна удвоенной площади графитовой пленки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания путем предпускового подогрева картерного масла.

Известно устройство для предпускового подогрева моторного масла двигателей внутреннего сгорания, содержащее заключенный в маслосливную пробку поддона электронагревательный элемент и термореле, управляющий исполнительным механизмом в виде контакта и световой сигнализацией (а.с. СССР 259554, опубл. в Б.И. №2 за 1970 г.). Недостатком известного устройства является низкая эффективность нагревателя.

Известен электрический нагреватель моторного масла в виде маслоизмерительной линейки (пат. США №3171015), содержащий корпус с размещенной в нем проволочной спиралью нагревателя, подключаемой к электрической сети с помощью изолированных от корпуса двух электродов.

Известен электрический подогреватель масла патронного типа, устанавливаемый в поддон картера двигателя и находящийся там в течение всего времени эксплуатации автомобиля (пат. США №3213253). Основным нагревающим элементом в нем также является проволочная спираль из материала с высоким удельным омическим сопротивлением. Недостатком известных электрических нагревателей моторного масла является низкая эффективность нагрева из-за малой поверхности контакта нагревателя с маслом и высокая температура поверхности нагревателя, составляющая 500-600 градусов Цельсия, что приводит к пригоранию масла. Известные нагреватели имеют большую инерционность из-за массивного металлического корпуса.

Известно также устройство для предпускового подогрева масла двигателя, в котором в качестве нагревательного элемента использованы позисторы в форме пластин, размещенные между металлическими пластинами, выполняющими роль токоподводов (пат. РФ №2201525, 2001 г.). Недостатком устройства является сложная конструкция нагревательного элемента.

Известно также устройство для разогрева картерного масла двигателя внутреннего сгорания, содержащее поддон картера, подводящие и отводящие электроды, электронагревательный элемент, провод, соединяющий электрический нагреватель с источником питания (пат. РФ № 2006598, 1991 г.). Известное устройство имеет ряд недостатков, среди которых основными являются следующие:

1. Нагревательное устройство достаточно сложное, материалоемкое и не технологичное для монтажа. Для крепления нагревателя к поддону требуется не менее 4 дополнительных пластин, а в корпусе нагревателя выполнены сквозные окна, что снижает эффективную площадь теплообмена.

2. Эффективность нагревателя недостаточно высока из-за низкого значения удельной плотности теплового потока. Так, например, при мощности нагревателя 220 ватт и площади контакта нагревательного элемента с маслом 254 кв. сантиметров удельная мощность теплового потока составляет 8661 ватт на квадратный метр при температуре открытой поверхности спирали 127°С.

Известно устройство для разогрева картерного масла двигателя внутреннего сгорания, содержащее соединенный с источником питания электрический нагреватель, снабженный нагревательным элементом, выполненным в виде пленки из чешуйчатого графита, размещенной на подложке на предварительно нанесенный слой пленкообразующего полимерного связующего (патент РФ № 2153777, МПК Н 05 В 3/14, опубл. 2000 г., прототип, пример 1). Известное устройство, принятое за прототип, описано в патенте на способ изготовления электрического нагревателя. В известном техническом решении не раскрыта конструкция устройства для подогрева масла двигателя в объеме, достаточном для его практической реализации. В частности, не отражено расположение нагревателя и его связь с поддоном картера. Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение эффективности в пользовании при разогреве масла двигателя.

Это достигается тем, что нагревательный элемент в виде тонкой пленки из чешуйчатого графита размещен на подложке из теплостойкого электроизоляционного материала, например текстолита, стеклотекстолита, между двумя слоями пленкообразующего полимерного связующего, например фенольного или бакелитового лака. Толщина графитовой пленки составляет 7-10 мкм, а толщина полимерного покрытия 3-5 мкм. Полимерное покрытие выполняет две основные функции:

1. Служат средством приклеивания графитовой пленки к подложке.

2. Скрепляет верхний слой графита в монолитную пленку.

В предлагаемом электронагревателе поверхность контакта нагревателя с маслом равна удвоенной площади графитовой пленки, поэтому обеспечивается максимально развитая поверхность электронагревателя. Разработанный электронагреватель характеризуется равномерностью температурного поля по всей поверхности подложки и разброс температуры по всей поверхности не превышает 3-5°С.

В качестве чешуйчатого графита применяют тигельный, аккумуляторный или литейный, имеющие крупные чешуйки, позволяющие формовать на поверхности подложки тонкую пленку с широким интервалом электрического сопротивления. Изготовление электрического нагревателя основано на технологии нанесения лакокрасочных материалов и напыления порошкообразных материалов на липкую поверхность.

Накладные электроды выполнены из листового металла, например металлической ленты преимущественно шириной 20 мм и толщиной 0,5-2 мм. При сборке электрического нагревателя накладной электрод скрепляют с подложкой двумя заклепками и для монтажа электронагревателя в поддон картера в накладных электродах предусмотрены два сквозных отверстия диаметром 6-6,5 мм.

Сущность изобретения поясняется на чертежах:

Фиг.1 - общий вид электрического нагревателя и в разрезе, фиг.2 - схема устройства герметизированного ввода электропитания через стенку поддона картера, фиг.3 - общий вид поддона картера с электронагревателем масла и подключение к источнику питания.

Электрический нагреватель 1 (фиг.1) содержит подложку 2, нагревательный элемент 3, размещенный между нижним 4 и верхним 5 слоем пленкообразующего полимерного связующего, причем верхний слой 5 нанесен только в рабочей зоне нагревателя, т.е. между электродами 6. Это позволяет снизить электрическое сопротивление графитовой пленки под накладными электродами на 15-17% и тем самым повысить надежность электронагревателя за счет снижения температуры в переходной зоне. Накладные электроды 6 прижаты к графитовой пленке 3 путем стягивания с подложкой 2 заклепками 7. Накладные электроды 6 имеют в сборе с подложкой 2 сквозные отверстия 8, предназначенные для монтажа нагревательной пластины в поддон картера.

Монтаж электрических нагревателей в поддон картера 9 (фиг.2) проводят в следующей последовательности:

1. По межцентровому расстоянию отверстий 8 электронагревателя 1 на выбранном участке поддона 9 (фиг.3) сверлят 2 установочных отверстия.

2. В выполненные отверстия устанавливают токоподводящие шпильки 10 в комплекте с проходным изолятором 11, выполненным, например, из фторопласта, и стягивают с двух сторон стенки поддона 9 гайками 12 через металлические шайбы 13.

3. На шпильки 10 надевают электронагреватель 1 и закрепляют в шпильках гайками 12.

4. Соединяют токоподводящую и токоотводящую шпильки 10 электрическим проводом 14 с источником питания, например аккумулятором 15, через выключатель 16 и предохранитель 17.

Схемой подключения нагревателя предусмотрена контрольная лампочка 18 (фиг.3).

Устройство работает следующим образом. Нагревательный элемент 1 установлен в наиболее углубленную часть поддона картера 9 на расстоянии 4-5 мм от его дна параллельно боковой стенке на двух шпильках 10, служащих токоподводами и имеющих надежный электрический контакт с накладными электродами 6 электрического нагревателя.

При подключении электрического нагревателя 1 к источнику питании 15, например, в электрическую цепь бортового аккумулятора ток протекает от «+» батареи к шпильке «+» 10 на внешней стороне поддона, далее к накладному электроду 6 «+», а от него по графитовой пленке 3 к другому накладному электроду и токоотводящей шпильке на массу автомобиля. В результате протекания тока по графитовой пленке, имеющей заданное электрическое сопротивление, она нагревается и передает тепло прилегающему к поверхности нагревателя объему масла через тонкий слой полимерной пленки 5 и через подложку 2, т.е. поверхность контакта нагревателя с маслом равна удвоенной площади графитовой пленки, размещенной на подложке. Нагретое масло всплывает на поверхность в результате конвективного теплообмена, образуя зеркало нагретого масла с температурой 35 - 40°С при начальной температуре -25°С. Первая порция теплого масла всплывает на поверхность в течение 5-7 секунд после подключения электронагревателя к источнику питания и постоянная температура нагревателя устанавливается в течение 10 секунд. Это свидетельствует о безынерционности нагревателя. Вместо всплывшего масла на его место снизу поступает порция холодного масла. Этот процесс равномерный и непрерывный пока нагреватель подключен к источнику питания.

Интенсивность циркуляции масла зависит от мощности нагревателя и удельной плотности теплового потока. В установившемся режиме подогрева масла количество выделяющегося тепла равно количеству тепла на нагрев масла и тепловые потери через стенку поддона и при этом устанавливается постоянная температура поверхности нагревателя.

Изобретение промышленно применимо.

Пример 1. Изготовлен электрический нагреватель размером 200×50×1 мм мощностью 200 Вт при 36 В. Две такие пластины установлены в поддон картера автомобиля КАМАЗ. Подогрев картерного масла осуществлялся на стационарной линии электроподогрева от понижающего трансформатора при напряжении переменного тока. Режим подогрева межсменный в течение 2-3 ч одновременно 30 КАМАзов. Температура воздуха в ночные часы составляла от -20°С до -32°С. За 2-8 часов до выпуска автомобилей на линию подавалось напряжение на нагреватели. В процессе подогрева измерялась температура масла термопарой, опущенной в поддон через отверстие маслоизмерительного щупа. В результате 3-месячных регулярных измерений температуры в поддонах 30 автомобилей было установлено следующее:

За 2 часа подогрева масло нагревается на 65-70°С при температуре воздуха -20°С, а после 8-часового подогрева температура масла составляет +70°С при температуре поверхности нагревателя +80°С. При температуре воздуха -32°С установившаяся температура масла составляет +45°С. Запуск двигателей с подогретым маслом устойчивый с первой попытки, давление масла в системе смазки двигателя набирает в течение 5-6 секунд. Следует отметить, что при медленном подогреве в межсменный период происходит подогрев блока двигателя от теплого масла. Практическим путем установлено, что для грузовых автомобилей 2-3-часовой режим является оптимальным при температуре воздуха до -30°С.

Пример 2. Изготовлен электрический нагреватель масла двигателя легкового автомобиля ВАЗ 2110 размером 130×50×1 мм мощностью 200 Вт при 12 В. Нагреватель установлен на токоподводящие шпильки. Подогрев масла осуществлялся в течение 10 минут при температуре воздуха от -25°С до -32°С. В результате 3-месячных испытаний было установлено:

1. Устойчивый запуск двигателя осуществляется с первой попытки в течение 3-5 секунд.

2. Расход емкости аккумулятора на однократный подогрев масла составляет 2,8-3 А/ч.

3. Скорость подогрева масла при температуре воздуха -25°С составляет 3°С/мин.

Контрольные измерения электрических характеристик нагревателя в процессе эксплуатации свидетельствует об отсутствии каких-либо изменений. После 3-месячных эксплуатационных испытаний нагреватели были демонтированы для исследований. Внешний вид не изменился, на поверхности пластин нет нагарообразования, что свидетельствует о высокой надежности и эффективности предлагаемого электрического нагревателя.