RU2718556C1 - Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters - Google Patents

Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters Download PDF

Info

Publication number
RU2718556C1
RU2718556C1 RU2019129558A RU2019129558A RU2718556C1 RU 2718556 C1 RU2718556 C1 RU 2718556C1 RU 2019129558 A RU2019129558 A RU 2019129558A RU 2019129558 A RU2019129558 A RU 2019129558A RU 2718556 C1 RU2718556 C1 RU 2718556C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
internal combustion
heating elements
carbon nanotubes
combustion engines
Prior art date
Application number
RU2019129558A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Сахибович Ягубов
Александр Викторович Щегольков
Original Assignee
Виктор Сахибович Ягубов
Александр Викторович Щегольков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Сахибович Ягубов, Александр Викторович Щегольков filed Critical Виктор Сахибович Ягубов
Priority to RU2019129558A priority Critical patent/RU2718556C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718556C1 publication Critical patent/RU2718556C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/002Devices comprising flexible or deformable elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/005Constitution or structural means for improving the physical properties of a device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/125Fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines

Abstract

FIELD: engine building.
SUBSTANCE: invention relates to engine building, namely, to auxiliary systems for thermal action on fuel and engine oil during operation of internal combustion engines in conditions of low ambient temperatures, and can be used in stationary and transport power plants with internal combustion engines to facilitate start-up. Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating heaters, comprising nanomodified polymers, which heating elements are located in the oil crankcase and the fuel supply system and are connected to the electric accumulator. Heating elements comprise carbon nanotubes distributed in a flexible polymer matrix, heating elements are electrically connected to each other by a mixed parallel-series method and are fixed on the heated surface with an adhesive electric thermal conductive compound containing carbon nanotubes. Heating elements are made in the form of sheets of silicone rubber with carbon nanotubes distributed in them. Carbon nanotubes are contained in amount of 3 to 15 wt%.
EFFECT: invention provides thermal control of fuel and engine oil under conditions of low temperatures, heating fuel and engine oil before starting under low temperatures, maintaining engine oil temperature during prolonged stops, maintaining constant temperature of fuel in tank in order to prevent condensation of moisture.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к вспомогательным системам для термического воздействия на топливо и моторное масло при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в условиях пониженных температур окружающей среды и может быть использовано в стационарных и транспортных энергетических установках с двигателями внутреннего сгорания для облегчения пуска.The invention relates to engine building, and in particular to auxiliary systems for the thermal effect on fuel and engine oil during operation of internal combustion engines at low ambient temperatures and can be used in stationary and transport power plants with internal combustion engines to facilitate starting.

Известна система подогрева дизельного топлива, которая содержит топливный бак с подогревателем, напорный топливопровод, погружной трубчатый электронагреватель топлива, который установлен в сетке топливозаборника и подключен к электронному устройству управления. Второй магистральный электронагреватель установлен в топливопроводе перед топливным фильтром тонкой очистки и подключен к электронному устройству управления, которое, в свою очередь, снабжено датчиком температуры. Третий трубчатый электронагреватель для подогрева охлаждающей жидкости установлен в патрубке между двигателем и радиатором отопления салона и снабжен электропомпой с подключением к электронному устройству управления, (см. Патент РФ №2177071 F02M 31/125, опубл. 2000).A known diesel fuel heating system, which contains a fuel tank with a heater, a pressure fuel pipe, a submersible tubular electric fuel heater, which is installed in the fuel intake grid and connected to an electronic control device. The second main heater is installed in the fuel line in front of the fine fuel filter and is connected to an electronic control device, which, in turn, is equipped with a temperature sensor. The third tubular electric heater for heating the coolant is installed in the pipe between the engine and the interior heating radiator and is equipped with an electric pump with connection to an electronic control device (see RF Patent No. 2177071 F02M 31/125, publ. 2000).

Недостатком представленной системы является односторонняя приспособленность к нагреву без точного терморегулирования в условиях пониженных температур окружающей среды, а также то, что воздействие теплоты направлено исключительно на топливо, хотя моторное масло также требует предварительной тепловой подготовки.The disadvantage of the presented system is the one-sided adaptability to heating without precise temperature control at low ambient temperatures, and the fact that the effect of heat is directed exclusively to fuel, although engine oil also requires preliminary thermal preparation.

Известно устройство для предпускового подогрева картерного масла двигателя внутреннего сгорания, которое содержит картер и, установленное на его стенке, нагревательное средство, связанное с источником питания и включающее корпус, а нагревательные элементы подогрева масла картера выполнены из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и размещены на внешних боковых образующих цилиндрических углублений днища поддона картера высотой не менее 5 диаметров, с децентрализовано расположенными нагревательными элементами. Масло, находящееся в цилиндрических углублениях картера, нагревается и под действием гравитационных сил выбрасывается, вместо него в цилиндрическое углубление поступает холодное масло, которое снова нагревается и поднимается вверх. Прогрев всего объема масла происходит за счет повтора вышеописанных циклов. С наружной стороны картер с установленными на него нагревательными устройствами защищен термоизолированным кожухом, который выполнен из плотного материала и изнутри покрыт теплоизоляцией. (Патент РФ на ПМ №121864 F01M 5/02, опубл. 2012).A device is known for prestarting heating of crankcase oil of an internal combustion engine, which comprises a crankcase and, mounted on its wall, heating means connected to a power source and including a housing, and heating elements for heating the crankcase oil are made of lavsan threads with resistive silver sputtering and are placed on external lateral generatrices of cylindrical recesses of the bottom of the oil pan with a height of at least 5 diameters, with decentrally located heating elements. The oil located in the cylindrical cavities of the crankcase is heated and ejected under the influence of gravitational forces; instead, cold oil enters the cylindrical cavity, which is again heated and rises. The heating of the entire volume of oil occurs due to the repetition of the above cycles. On the outside, the crankcase with heating devices installed on it is protected by a thermally insulated casing, which is made of dense material and is insulated from the inside. (RF patent for ПМ №121864 F01M 5/02, publ. 2012).

Недостатком данной полезной модели является сложность изготовления картера ДВС для установки предлагаемых электронагревателей, а также полная теплоизоляция картера ДВС, что препятствует теплообмену с окружающей средой при эксплуатации ДВС в условия положительных температур, вызывающее перегрев всей конструкции ДВС.The disadvantage of this utility model is the complexity of manufacturing an ICE crankcase for installing the proposed electric heaters, as well as the complete thermal insulation of the ICE crankcase, which prevents heat exchange with the environment during the operation of ICE at positive temperatures, causing overheating of the entire ICE design.

Известно устройство для облегчения запуска автомобильных двигателей внутреннего сгорания при низких температурах воздуха в зимний период, которая содержит полый корпус, соединенный с крышкой, и электронагревательный элемент, соединенный с электрическим шнуром для подключения к источнику питания, отличающееся тем, что корпус выполнен с проточками - передней проточкой для установки в блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания и задней проточкой для установки крышки корпуса, при этом крышка корпуса, расположенная в задней его части, опрессована в задней проточке корпуса и в ней выполнены отверстия для прохода трубок трубчатого электронагревателя, которые герметично опрессованы в крышке с использованием втулок, а трубчатый электронагреватель соединен с электрическим шнуром посредством паяного соединения, причем место паяного соединения залито полимерной электроизоляционной массой. Данный нагреватель обладает небольшой потребляемой мощностью (0,6-0,7 кВт), при этом не требуется применение дополнительного терморегулятора (Патент РФ на полезную модель №112717, F02N 19/10, опубл. 2011).A device is known for facilitating the starting of automobile internal combustion engines at low air temperatures in winter, which comprises a hollow body connected to a cover and an electric heating element connected to an electric cord for connecting to a power source, characterized in that the body is made with grooves - front a groove for installation in a cylinder block of an internal combustion engine and a rear groove for installing a housing cover, wherein the housing cover located in its rear part, extruded in the rear housing and the bore therein is provided with holes for the passage of the tubular electric heater tubes which are sealingly crimped in the lid with sleeves and a tubular heater with an electrical cord connected through the soldered joint, the solder joint space filled polymeric insulating mass. This heater has a small power consumption (0.6-0.7 kW), while the use of an additional temperature controller is not required (RF Patent for utility model No. 1121717, F02N 19/10, publ. 2011).

Недостатком данного устройства является необходимость изменения конструкции двигателя для обеспечения установки устройства в корпус блока двигателя.The disadvantage of this device is the need to change the design of the engine to ensure the installation of the device in the housing of the engine block.

Известен электрический подогреватель двигателя внутреннего сгорания, который содержит корпус с патрубками, крышку и тепловой электронагреватель, расположенный внутри корпуса, причем, корпус подогревателя выполнен в виде стакана цилиндрической формы с тремя отверстиями, два отверстия из которых расположены соосно на боковой стенке стакана и снабжены противоположно направленными патрубками. Отверстие, расположенное с торца корпуса снабжено фланцем, выполненным с возможностью соединения с крышкой. Крышка снабжена пластиной установленной между крышкой и корпусом, на которой закреплен электронагреватель, выполненный в виде трубчатой спирали с резистивным элементом внутри. Спираль расположена внутри корпуса подогревателя, так что ось боковых отверстий корпуса проходит через отверстие трубчатой спирали, при этом одним патрубком подогреватель связан с нижней полостью рубашки охлаждения двигателя, а другим патрубком с радиатором двигателя, кроме того, подогреватель может быть снабжен терморегулятором, установленным между крышкой и металлической пластиной. При подаче напряжения на электронагреватель жидкость нагревается и движется вверх, через патрубок подогревателя и через помпу входит в рубашку охлаждения двигателя, холодная жидкость опускается вниз через помпу и патрубок, где и нагревается электронагревателем. Происходит эффект двух поточной термосифонной циркуляции жидкости по одному трубопроводу естественным образом без принудительного отключения электрического подогревателя (Патент РФ на полезную модель №77361, МПК F02N 17/06, опубл. 2008).Known electric heater of the internal combustion engine, which contains a housing with nozzles, a lid and a thermal electric heater located inside the housing, moreover, the heater housing is made in the form of a cylindrical glass with three holes, two of which are arranged coaxially on the side wall of the glass and are provided with opposite branch pipes. The hole located at the end of the housing is equipped with a flange made with the possibility of connection with the cover. The lid is provided with a plate mounted between the lid and the housing, on which an electric heater is mounted, made in the form of a tubular spiral with a resistive element inside. The spiral is located inside the heater body, so that the axis of the side holes of the body passes through the hole of the tubular spiral, with one pipe connecting the heater to the lower cavity of the engine cooling jacket, and another pipe with the engine radiator, in addition, the heater can be equipped with a temperature controller installed between the cover and a metal plate. When voltage is applied to the electric heater, the liquid heats up and moves upward, through the heater pipe and through the pump enters the engine cooling jacket, cold liquid drops down through the pump and pipe, where it is heated by the electric heater. The effect of two in-line thermosiphon liquid circulation through one pipeline occurs naturally without forcibly turning off the electric heater (RF Patent for Utility Model No. 77361, IPC F02N 17/06, publ. 2008).

Недостатком данного изобретения является потребность в использовании терморегулятора, который предотвращает перегрев электронагревателя.The disadvantage of this invention is the need for a temperature controller that prevents overheating of the electric heater.

Известно устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания, которое содержит основной саморегулируемый нагревательный элемент, установленный в поддоне картера, и дополнительные элементы, расположенные в полости между корпусами фильтрующего элемента. На топливопроводе терморезистор установлен в виде кабеля с контактом по его длине. На топливозаборной трубке терморезистор установлен по ее образующей поверхности с обеспечением возможности фиксации (см. Патент РФ №2267645 F02N 17/04, опубл. 2005.11.03).A device for facilitating the starting of an internal combustion engine is known, which comprises a main self-regulating heating element installed in the oil pan, and additional elements located in the cavity between the filter element bodies. On the fuel line, the thermistor is installed in the form of a cable with a contact along its length. A thermistor is installed on the fuel intake pipe along its generatrix surface with the possibility of fixation (see RF Patent No. 2267645 F02N 17/04, publ. 2005.11.03).

Недостатком указанного устройства является то, что использование керамических саморегулируемых нагревательных элементов приводит к снижению темпа нагрева, вызванного уменьшением температурного напора при приближении к значению точки переключения нагревателя, что приводит к большому разбросу температур, до которых нагревается топливо и моторное масло, а также появлению высоких пусковых токов при включении.The disadvantage of this device is that the use of ceramic self-regulating heating elements leads to a decrease in the heating rate caused by a decrease in the temperature head when approaching the switch point of the heater, which leads to a wide variation in the temperatures to which the fuel and engine oil are heated, as well as the appearance of high starting currents when turned on.

Известна система терморегулирования топлива и моторного масла в двигателях внутреннего сгорания (Патент РФ №2398126, МПК F02M 31/125, опубл. 2010.27.08). Система терморегулирования топлива и моторного масла в двигателях внутреннего сгорания, состоящая из нагревательных элементов, расположенных в масляном картере и топливоподающей системе, в которой масляный картер соединен подводящим и отводящим трубопроводами с емкостью, содержащей термоаккумулирующий наномодифицированный материал и нагревательные элементы, при этом в подводящем трубопроводе имеется насос, а в отводящем трубопроводе клапан. Нагревательные элементы выполнены из термоэлектрических модулей, которые с одной стороны спаев прижаты к теплообменнику, соединенному подводящим и отводящим трубопроводом с теплообменником на топливной магистрали, а с другой стороны спаев - к радиатору с вентилятором, причем в подводящем трубопроводе имеется насос, а в отводящем трубопроводе клапан, при этом к теплообменнику с термоэлектрическим модулем через подводящий трубопровод с клапаном и отводящий трубопровод подключена емкость, содержащая термоаккумулирующий наномодифицированный материал, которая через входной и выходной трубопровод с клапанами подключена к теплообменнику на топливной магистрали, при этом термоэлектрические модули, клапаны и насосы подключены к электронной системе управления.A known temperature control system for fuel and motor oil in internal combustion engines (RF Patent No. 2398126, IPC F02M 31/125, publ. 2010.27.08). The temperature control system of fuel and motor oil in internal combustion engines, consisting of heating elements located in the oil sump and fuel supply system, in which the oil sump is connected by supply and exhaust pipelines to a tank containing thermally accumulating nanomodified material and heating elements, while in the supply pipe there is pump, and in the discharge pipe valve. The heating elements are made of thermoelectric modules, which are pressed on one side of the junctions to a heat exchanger connected by a supply and outlet pipe to a heat exchanger on the fuel line, and on the other side of the junctions, to a radiator with a fan, and there is a pump in the inlet pipe and a valve in the outlet pipe in this case, to the heat exchanger with the thermoelectric module through the inlet pipe with the valve and the outlet pipe is connected a tank containing a thermally accumulating nanomodified material, which is connected through an inlet and outlet pipe with valves to a heat exchanger on the fuel line, while thermoelectric modules, valves, and pumps are connected to an electronic control system.

Основным недостатком представленного устройства является использование дополнительных элементов автоматики, что снижает надежность устройства и осложняет монтаж на элементах двигателя внутреннего сгорания. При этом стоит учитывать хрупкость элементов Пельтье и тот, факт, что не всегда требуется терморегулирование с понижением температуры.The main disadvantage of the presented device is the use of additional automation elements, which reduces the reliability of the device and complicates installation on the elements of an internal combustion engine. In this case, it is worth considering the fragility of the Peltier elements and the fact that thermal regulation with decreasing temperature is not always required.

Наиболее близким аналогом является автономная система поддержания предпускового температурного режима дизельного двигателя транспортного средства в условиях низких температур (ПМ №188 976, МПК: F02N 19/02 (2010.01), F01M 5/02 (2006.01), опубликовано: 30.04.2019).The closest analogue is an autonomous system for maintaining the starting temperature of a diesel engine of a vehicle at low temperatures (PM No. 188 976, IPC: F02N 19/02 (2010.01), F01M 5/02 (2006.01), published: April 30, 2019).

Система содержит электроподогреватели моторного масла, аккумуляторную батарею, топливный фильтр, датчики температуры моторного масла и окружающей среды, электроподогреватели и датчики подключены к микропроцессорному блоку управления, оснащенному блоком индикации. Каждый электроподогреватель представляет собой жесткий корпус из препрега, в точности повторяющий по форме внешнюю поверхность подогреваемых поддона картера, двигателя, фильтра и аккумуляторной батареи, с запаянными внутри нагревательными элементами в виде токопроводящей ткани; токопроводящая ткань поддона картера двигателя выполнена из двух секторов, один из которых впаян в днище поддона, второй - в боковые его стенки; на наружной поверхности каждого электроподогревателя плотно закреплены секции из термоэлектрических модулей; а штатный масляный фильтр двигателя также снабжен электроподогревателем.The system contains electric oil heaters, a battery, a fuel filter, temperature sensors for engine oil and the environment, electric heaters and sensors are connected to a microprocessor control unit equipped with a display unit. Each electric heater is a rigid prepreg housing, exactly repeating in shape the outer surface of the heated oil pan, engine, filter and battery, with heating elements sealed inside in the form of a conductive fabric; the conductive fabric of the oil pan of the crankcase is made of two sectors, one of which is soldered to the bottom of the pan, the second to its side walls; sections of thermoelectric modules are tightly fixed on the outer surface of each electric heater; and the standard engine oil filter is also equipped with an electric heater.

Это устройство также характеризуется теми же недостатками: использованием дополнительных элементов автоматики в виде реле и микропроцессора и термоэлектрических модулей, что снижает надежность устройства и осложняет монтаж на элементах двигателя внутреннего сгорания.This device is also characterized by the same drawbacks: the use of additional automation elements in the form of relays and microprocessors and thermoelectric modules, which reduces the reliability of the device and complicates installation on the elements of an internal combustion engine.

Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности и надежности средств, предназначенных для стабилизации теплофизического состояния топлива и моторного масла в двигателях внутреннего сгорания в температурном диапазоне, включающем низкие температуры окружающей среды.The technical result consists in increasing the energy efficiency and reliability of the means designed to stabilize the thermophysical state of the fuel and engine oil in internal combustion engines in the temperature range, including low ambient temperatures.

Технический результат достигается тем, что система терморегулирования для двигателей внутреннего сгорания, содержит наномодифицированные полимеры, электронагревательные элементы которой расположены в масляном картере и топливоподающей системе и соединены с электрическим аккумулятором, согласно изобретению, нагревательные элементы содержат углеродные нанотрубки, распределенные в гибкой полимерной матрице, нагревательные элементы электрически соединены между собой смешанным параллельно-последовательным способом и закреплены на обогреваемой поверхности клеевым электро-теплопроводящим компаундом, содержащим углеродные нанотрубки.The technical result is achieved by the fact that the temperature control system for internal combustion engines contains nanomodified polymers, the electric heating elements of which are located in the oil sump and fuel supply system and are connected to an electric battery, according to the invention, the heating elements contain carbon nanotubes distributed in a flexible polymer matrix, heating elements electrically interconnected in a mixed parallel-serial way and mounted on the heated surface with an adhesive electro-heat-conducting compound containing carbon nanotubes.

Нагревательные элементы выполнены в виде листов силиконовой резины с распределенными в них углеродными нанотрубками. Углеродные нанотрубки содержатся в количестве от 3 до 15 масс. %. Использование в качестве нагревательных элементов углеродных нанотрубок, распределенных в гибкой полимерной матрице, обеспечивает равномерность нагрева и исключение перегрева в процессе эксплуатации. Работа нагревательного элемента осуществляется следующим образом: при подаче напряжения постоянного или переменного электрического тока происходит выделение тепловой энергии, которая устанавливается на определенном уровне температуры, зависящем от массового содержания углеродных нанотрубок. Это обеспечивает эффективность использования и безопасность эксплуатации.The heating elements are made in the form of sheets of silicone rubber with carbon nanotubes distributed in them. Carbon nanotubes are contained in an amount of from 3 to 15 masses. % The use of carbon nanotubes distributed in a flexible polymer matrix as heating elements ensures uniform heating and eliminates overheating during operation. The operation of the heating element is as follows: when a constant or alternating electric current is applied, heat energy is released, which is set at a certain temperature level, depending on the mass content of carbon nanotubes. This ensures efficient use and safe operation.

Электрическое соединение нагревательных элементов между собой смешанным параллельно-последовательным способом обеспечивает дозированный нагрев отдельных элементов конструкции ДВС и позволяет использовать унифицированный ряд нагревателей.The electrical connection of the heating elements to each other in a mixed parallel-serial way ensures the dosed heating of individual structural elements of the internal combustion engine and allows the use of a unified series of heaters.

Закрепление нагревателей на обогреваемой поверхности клеевым электро-теплопроводящим компаундом, содержащим углеродные нанотрубки обеспечивает эффективный отвод тепла от нагревателей к обогреваемым узлам.Fixing the heaters to the heated surface with an adhesive electrically heat-conducting compound containing carbon nanotubes provides effective heat removal from the heaters to the heated nodes.

Выполнение нагревательных элементов в виде листов силиконовой резины с распределенными в них углеродными нанотрубками обеспечивает удобство монтажа и эффективный подвод тепла за счет плотного прилегания к обогреваемой поверхности.The implementation of the heating elements in the form of sheets of silicone rubber with carbon nanotubes distributed in them provides ease of installation and efficient heat supply due to the tight fit to the heated surface.

Выбранное содержание углеродных нанотрубок в количестве от 3 до 15 масс. % определено экспериментально: при концентрации менее 3% работа нагревателя нестабильна и интенсивность нагрева недостаточна. При увеличении содержания нанотрубок выше 15% интенсивность нагрева не увеличивается, а затраты на наноматериалы делают нагреватель неконкурентоспособным.The selected content of carbon nanotubes in an amount of from 3 to 15 mass. % is determined experimentally: at a concentration of less than 3%, the operation of the heater is unstable and the heating intensity is insufficient. With an increase in the content of nanotubes above 15%, the heating intensity does not increase, and the cost of nanomaterials makes the heater uncompetitive.

Примеры выполнения предлагаемого устройства иллюстрируются чертежами, представленными на фиг. 1, 2 и 3.Examples of the proposed device are illustrated by the drawings shown in FIG. 1, 2 and 3.

На фиг. 1 показан общий вид системы терморегулирования для двигателей внутреннего сгорания на основе саморегулируемых электронагревателей.In FIG. 1 shows a general view of a temperature control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters.

Перечень позиций:The list of positions:

1 нагревательный элемент на топливной магистрали после топливного фильтра;1 heating element on the fuel line after the fuel filter;

2 топливный фильтр;2 fuel filter;

3 нагревательный элемент на топливной магистрали до топливного фильтра;3 heating element on the fuel line to the fuel filter;

4 нагревательный элемент на топливном баке;4 heating element on a fuel tank;

5 топливный бак;5 fuel tank;

6 нагревательные элементы, расположенные на масляном картере;6 heating elements located on the oil sump;

7 масляный картер;7 oil sump;

8 двигатель внутреннего сгорания;8 internal combustion engine;

9 нагревательный элемент на плоском поддоне;9 heating element on a flat pallet;

10 защитный кожух;10 protective cover;

11 нагревательный элемент на плоской части поддона;11 heating element on a flat part of the pan;

12 нагревательный элемент на боковине поддона;12 heating element on the side of the pallet;

Описываемая система выполняет следующие функции: терморегулирование топлива и моторного масла в условиях пониженных температур, а также нагрузок двигателя внутреннего сгорания; разогрев топлива и моторного масла перед пуском в условиях низких температур; поддержание температуры моторного масла при длительных стоянках; поддержание постоянной температуры топлива в баке с целью исключения конденсации влаги.The described system performs the following functions: thermoregulation of fuel and engine oil at low temperatures, as well as the loads of the internal combustion engine; warming up fuel and engine oil before starting at low temperatures; maintaining engine oil temperature during long-term parking; maintaining a constant temperature of the fuel in the tank in order to prevent moisture condensation.

Система терморегулирования для двигателей внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит нагревательный элемент, на основе электронагревателя с эффектом саморегулирования 1, установленного в топливной магистрали после топливного фильтра 2; нагревательный элемент 3 - в топливной магистрали перед топливным фильтром 2; нагревательный элемент 4 - на топливном баке 5 на внешней его поверхности около заливной горловины; нагревательный элемент 6 - на днище масляного картера 7 двигателя внутреннего сгорания 8. На фиг. 2 показано размещение нагревательного элемента 9 на плоском поддоне, с защитным кожухом 10, защищающим нагревательный элемент от механических повреждений. На фиг. 3 - размещение нагревательных элементов 11 на плоской части поддона и нагревательных элементов 12 на боковине поддона.The temperature control system for internal combustion engines (Fig. 1) contains a heating element based on an electric heater with the effect of self-regulation 1 installed in the fuel line after the fuel filter 2; heating element 3 - in the fuel line in front of the fuel filter 2; heating element 4 - on the fuel tank 5 on its outer surface near the filler neck; heating element 6 - on the bottom of the oil sump 7 of the internal combustion engine 8. In FIG. 2 shows the placement of the heating element 9 on a flat pallet, with a protective casing 10 protecting the heating element from mechanical damage. In FIG. 3 - placement of the heating elements 11 on the flat part of the pallet and the heating elements 12 on the side of the pallet.

Система терморегулирования для двигателей внутреннего сгорания на основе саморегулируемых электронагревателей работает следующим образом.The temperature control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters works as follows.

На отдельные электронагреватели 1, 3, 4, 6 подается электрическое напряжение, что приводит к их разогреву. По мере роста температуры разогреваемого фильтра или картера - падает темп нагрева и снижается потребляемая электрическая энергия. Максимальная мощность тепловыделений соответствует моменту начального включения.Separate electric heaters 1, 3, 4, 6 are supplied with electrical voltage, which leads to their heating. As the temperature of the heated filter or crankcase rises, the heating rate decreases and the consumed electric energy decreases. The maximum power of heat generation corresponds to the moment of initial inclusion.

Работа электронагревателей осуществляется следующим образом: при подаче напряжения постоянного или переменного электрического тока происходит выделение тепловой энергии, которая устанавливается на определенном уровне температуры, зависящем от массового содержания углеродных нанотрубок. При одновременном включении всех нагревательных элементов на их поверхности выделяется одна и та же тепловая энергия, по мере разогрева, т.е. модули, которые уже вышли на режим баланса - снижают потребление энергии, за счет последовательного включения мощность перераспределяется на модули, которым требуется большая потребление электрического тока от сети электропитания. Представленный эффект связан с зависимостью сопротивления от температуры фиг. 4. При положительных температурах окружающей среды тепловыделения нагревателей за счет эффекта саморегулирования становится малым, что подтверждается в процессе тепловизионной съемки фиг. 5. Изобретение обеспечивает терморегулирование топлива и моторного масла в условиях пониженных температур, а также нагрузок двигателя внутреннего сгорания; разогрев топлива и моторного масла перед пуском в условиях низких температур; поддержание температуры моторного масла при длительных стоянках; поддержание постоянной температуры топлива в баке с целью исключения конденсации влаги.The operation of electric heaters is as follows: when a constant or alternating electric current is applied, thermal energy is released, which is set at a certain temperature level, depending on the mass content of carbon nanotubes. With the simultaneous inclusion of all heating elements on their surface, the same thermal energy is released, as they heat up, i.e. modules that have already entered the balance mode - reduce energy consumption, due to successive switching on, the power is redistributed to modules that require a large consumption of electric current from the power supply network. The presented effect is related to the temperature dependence of the resistance of FIG. 4. At positive ambient temperatures, the heat dissipation of the heaters due to the self-regulation effect becomes small, which is confirmed by the thermal imaging survey of FIG. 5. The invention provides thermoregulation of fuel and engine oil at low temperatures, as well as the loads of the internal combustion engine; warming up fuel and engine oil before starting at low temperatures; maintaining engine oil temperature during long-term parking; maintaining a constant temperature of the fuel in the tank in order to prevent moisture condensation.

Claims (3)

1. Система терморегулирования для двигателей внутреннего сгорания на основе саморегулируемых электронагревателей, содержащая наномодифицированные полимеры, нагревательные элементы которой расположены в масляном картере и топливоподающей системе и соединены с электрическим аккумулятором, отличающаяся тем, что нагревательные элементы содержат углеродные нанотрубки, распределенные в гибкой полимерной матрице, при этом нагревательные элементы электрически соединены между собой смешанным параллельно-последовательным способом и закреплены на обогреваемой поверхности клеевым электротеплопроводящим компаундом, содержащим углеродные нанотрубки.1. The temperature control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters, containing nanomodified polymers, the heating elements of which are located in the oil sump and fuel supply system and are connected to an electric battery, characterized in that the heating elements contain carbon nanotubes distributed in a flexible polymer matrix, this heating elements are electrically interconnected by a mixed parallel-serial method and epleny on the heated surface of the adhesive elektroteploprovodyaschim compound containing carbon nanotubes. 2. Система терморегулирования по п. 1, отличающаяся тем, что нагревательные элементы выполнены в виде листов силиконовой резины с распределенными в них углеродными нанотрубками.2. The temperature control system according to claim 1, characterized in that the heating elements are made in the form of sheets of silicone rubber with carbon nanotubes distributed in them. 3. Система терморегулирования по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что углеродные нанотрубки содержатся в количестве от 3 до 15 мас.%.3. The temperature control system according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon nanotubes are contained in an amount of from 3 to 15 wt.%.
RU2019129558A 2019-09-18 2019-09-18 Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters RU2718556C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129558A RU2718556C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129558A RU2718556C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718556C1 true RU2718556C1 (en) 2020-04-08

Family

ID=70156592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129558A RU2718556C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718556C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758740C1 (en) * 2021-02-24 2021-11-01 Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" Automated system for controlling the process of lubrication of a reciprocating internal combustion engine
RU209919U1 (en) * 2021-07-05 2022-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) TEMPERATURE MAINTENANCE SYSTEM OF ENGINE OIL OF DIESEL LOCOMOTIVES

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2398126C1 (en) * 2009-04-21 2010-08-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" Ice fuel and motor oil thermal control system
RU2466333C1 (en) * 2011-05-05 2012-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ Electric heat accumulating heater
KR20130018091A (en) * 2011-08-12 2013-02-20 주식회사 네오엔 Fuel preheating apparatus for ship using nano carbon fiber
DE102011116816A1 (en) * 2011-10-22 2013-04-25 Audi Ag Motor car has heating component that is arranged in inner space of motor car to heat gear selector lever, safety belt, rear seat, rear window, rack, sun visor, and bottom portion
KR20130093883A (en) * 2012-02-15 2013-08-23 한라비스테온공조 주식회사 Cnt coolant pre heater
US20180176993A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Goodrich Corporation Electrical conductive resin matrix for cnt heater
RU188976U1 (en) * 2018-11-15 2019-04-30 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ AUTONOMOUS SYSTEM OF MAINTENANCE OF AIR CURRENT TEMPERATURE MODE OF A DIESEL ENGINE VEHICLE IN THE CONDITIONS OF LOW TEMPERATURES

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2398126C1 (en) * 2009-04-21 2010-08-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" Ice fuel and motor oil thermal control system
RU2466333C1 (en) * 2011-05-05 2012-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ Electric heat accumulating heater
KR20130018091A (en) * 2011-08-12 2013-02-20 주식회사 네오엔 Fuel preheating apparatus for ship using nano carbon fiber
DE102011116816A1 (en) * 2011-10-22 2013-04-25 Audi Ag Motor car has heating component that is arranged in inner space of motor car to heat gear selector lever, safety belt, rear seat, rear window, rack, sun visor, and bottom portion
KR20130093883A (en) * 2012-02-15 2013-08-23 한라비스테온공조 주식회사 Cnt coolant pre heater
US20180176993A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Goodrich Corporation Electrical conductive resin matrix for cnt heater
RU188976U1 (en) * 2018-11-15 2019-04-30 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ AUTONOMOUS SYSTEM OF MAINTENANCE OF AIR CURRENT TEMPERATURE MODE OF A DIESEL ENGINE VEHICLE IN THE CONDITIONS OF LOW TEMPERATURES

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758740C1 (en) * 2021-02-24 2021-11-01 Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" Automated system for controlling the process of lubrication of a reciprocating internal combustion engine
RU209919U1 (en) * 2021-07-05 2022-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) TEMPERATURE MAINTENANCE SYSTEM OF ENGINE OIL OF DIESEL LOCOMOTIVES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2708182C (en) Solar panel motor oil heating system, product and method
RU2718556C1 (en) Thermal control system for internal combustion engines based on self-regulating electric heaters
CN101238275B (en) Heating system
US4818842A (en) Diesel fuel heater
US20090183778A1 (en) Tank withdrawal system with electric and fluidic heating device
RU167718U1 (en) SYSTEM OF SUPPORT OF THE HEAT MODE OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN THE CONDITIONS OF LOW TEMPERATURES
KR101764598B1 (en) Cooling-Water Heater
US8047200B1 (en) Hybrid solar heating system
NO843138L (en) DEVICE FOR IMPROVING STARTING OF AN ENGINE
CN104433489A (en) High-efficiency circulating water-heating blanket and cushion
RU143521U1 (en) DEVICE FOR MAINTAINING CASTER OIL OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN HEATED PRESET CONDITION
EP3068984B1 (en) A contact heater
RU2699757C1 (en) Heating plant with built-in heat generator
RU175682U1 (en) Vehicle Battery Heater
RU2398126C1 (en) Ice fuel and motor oil thermal control system
RU188973U1 (en) DEVICE OF EXTRA PRE-AIR WARMING UP OF MOTOR OIL OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN LOW TEMPERATURE CONDITIONS
CN211174405U (en) Diesel oil heating device
RU186979U1 (en) VEHICLE TANK WITH DIESEL ENGINE
US20100307447A1 (en) Motor Oil Heating System, Product and Method
RU193613U1 (en) TANK FOR PRE-STARTING DIESEL FUEL HEATING
RU180408U1 (en) DEVICE FOR DIESEL FUEL HEATING IN A FUEL TANK
CN2890704Y (en) Electrothermal heater
RU203844U1 (en) DEVICE FOR PRE-STARTING HEATING OF CASE OIL OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR MULTI-AXLE WHEEL CHASSIS
CN103398366B (en) Steam raising plant and method of operating thereof
CN206374510U (en) A kind of water-warming heater for being beneficial to radiating