RU2803593C1 - Method for comprehensive utilization of exhaust gas energy in engine-transmission units of self-propelled vehicles and system for its implementation - Google Patents
Method for comprehensive utilization of exhaust gas energy in engine-transmission units of self-propelled vehicles and system for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803593C1 RU2803593C1 RU2022118959A RU2022118959A RU2803593C1 RU 2803593 C1 RU2803593 C1 RU 2803593C1 RU 2022118959 A RU2022118959 A RU 2022118959A RU 2022118959 A RU2022118959 A RU 2022118959A RU 2803593 C1 RU2803593 C1 RU 2803593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- coolant
- recuperator
- temperature
- heat
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к автотракторостроению, в частности к жидкостным системам охлаждения, которые предназначены для предпусковой тепловой подготовки, сокращения времени прогрева моторно-трансмиссионной установки (МТУ) при низких температурах окружающей среды (ОС) и поддержания температуры жидкости в системе охлаждения и смазки двигателя на оптимальном уровне.The invention relates to mechanical engineering, namely to the automotive and tractor industry, in particular to liquid cooling systems, which are designed for pre-start thermal preparation, reducing the warm-up time of the engine-transmission unit (MTU) at low ambient temperatures (OS) and maintaining the fluid temperature in the cooling system and engine lubrication at an optimal level.
Известно, что дизельные двигатели, особенно с газотурбинным наддувом, в зимний период, работая на холостом ходу и малых нагрузках, как правило, не могут достичь оптимального теплового режима.It is known that diesel engines, especially those with gas turbine supercharging, in winter, operating at idle and low loads, as a rule, cannot achieve optimal thermal conditions.
Догрев охлаждающей жидкости до рабочей температуры после пуска осуществляется с помощью догревателя, встроенного в систему охлаждения. Догреватели в отличие от подогревателей предназначены для догрева охлаждающей жидкости в системах охлаждения до рабочей температуры при эксплуатации машин, особенно в зимний период. Догреватель активируется при повороте ключа в положение «ON». Догреватель включается при температуре охлаждающей жидкости от плюс 5°С и ниже.The coolant is heated to operating temperature after start-up using a reheater built into the cooling system. Preheaters, unlike heaters, are designed to heat the coolant in cooling systems to operating temperature when operating machines, especially in winter. The reheater is activated when the key is turned to the “ON” position. The afterheater turns on at a coolant temperature of plus 5°C and below.
В то же время двигатели по просьбе заказчика могут дополнительно оснащаться автономными подогревателями, которые предназначены для предпусковой тепловой подготовки. Наибольшее распространение получили подогреватели, работающие на жидком топливе (бензин или дизельное топливо). Они имеют большую мощность, достигающую 40 кВт и более, что позволяет быстро подготовить двигатель к пуску при низких температурах ОС. Подогреватели оснащены сложной и дорогостоящей электронной аппаратурой, с помощью которой можно задавать большое количество режимов работы, выбирая самый оптимальный с учетом условий ОС и пожеланий водителя. Анализ литературных источников показал, что с целью достижения высоких пусковых качеств и последующей надежной работы при минимальных затратах топлива дизельные двигатели должны иметь предпусковой подогреватель и догреватель или подогреватель с функцией догревателя.At the same time, at the customer’s request, engines can be additionally equipped with autonomous heaters, which are intended for pre-start thermal preparation. The most common are heaters that run on liquid fuel (gasoline or diesel fuel). They have high power, reaching 40 kW or more, which allows you to quickly prepare the engine for starting at low operating temperatures. The heaters are equipped with complex and expensive electronic equipment, with which you can set a large number of operating modes, choosing the most optimal one, taking into account operating conditions and the driver’s wishes. An analysis of literary sources has shown that in order to achieve high starting qualities and subsequent reliable operation with minimal fuel consumption, diesel engines must have a pre-heater and an after-heater or a heater with an after-heater function.
Основным недостатком догревателей является дополнительный расход топлива на догрев (1,5-2,5 кг/ч). В то же время с выхлопными газами (ВГ) в ОС выбрасывается до 40% энергии от сгоревшего топлива. Исследования, выполненные авторами данной заявки, показали, что в первые минуты работа двигателя после пуска в составе МТУ сопровождается большими потерями мощности в коробке передач, раздаточной коробке, переднем и заднем мостах. Поэтому величина теплового потока ВГ может достигать номинальной мощности, развиваемой двигателем. Например, для трактора с двигателем СМД-62 мощность теплового потока ВГ в начальный момент достигает 110-120 кВт. По истечению 20-25 мин. работы МТУ в режиме прогрева мощность теплового потока снижается до 54-56 кВт. Очевидно, что разработка способов и конструкций, позволяющих утилизировать хотя бы часть энергии ВГ, выбрасываемых в ОС автотракторными двигателями, может принести значимый экономический эффект.The main disadvantage of additional heaters is the additional fuel consumption for additional heating (1.5-2.5 kg/h). At the same time, up to 40% of the energy from burned fuel is released into the OS with exhaust gases (EG). Research carried out by the authors of this application has shown that in the first minutes of engine operation after starting as part of an MTU, it is accompanied by large power losses in the gearbox, transfer case, front and rear axles. Therefore, the magnitude of the heat flux of the VG can reach the rated power developed by the engine. For example, for a tractor with an SMD-62 engine, the power of the VG heat flow at the initial moment reaches 110-120 kW. After 20-25 minutes. When the MTU operates in the warm-up mode, the heat flow power is reduced to 54-56 kW. It is obvious that the development of methods and designs that make it possible to utilize at least part of the energy of the exhaust gases emitted into the environment by automobile and tractor engines can bring a significant economic effect.
Патентный поиск показал, что вопросам вторичного использования энергии ВГ посвящено большое количество разработок применительно к судовым силовым установкам. Меньше всего уделено внимание автотракторным моторно-трансмиссионным установкам. Причина - низкий потенциал вторичных ресурсов, высокая мобильность машин и большая доля неустановившихся режимов работы.A patent search showed that a large number of developments in relation to ship power plants are devoted to the issues of secondary use of VG energy. Least attention has been paid to automobile and tractor engine-transmission units. The reason is the low potential of secondary resources, high mobility of machines and a large proportion of unsteady operating modes.
На основании результатов аналитических и экспериментальных исследований в этом направлении, был разработан способ комплексной утилизации энергии выхлопных газов в системах, агрегатах моторно-трансмиссионной установки самоходной машины и система для его реализации.Based on the results of analytical and experimental studies in this direction, a method for the comprehensive utilization of exhaust gas energy in systems, units of the engine-transmission unit of a self-propelled vehicle and a system for its implementation were developed.
По предлагаемому способу работы обеспечивают предпусковую тепловую подготовку двигателя, его пуск и последующее поддержание теплового режима жидкости в основных системах МТУ на оптимальном уровне независимо от температуры окружающей среды и степени загрузки двигателя за счет энергии ВГ и применения набора стандартных тепловых аккумуляторов фазового перехода «ТАФП». При работе по предлагаемому способу наиболее целесообразно использовать термомеханическую энергию ВГ для привода турбокомпрессора (ТКР). Выхлопные газы после турбины направляют в рекуператор. Последовательно рекуператору размещается тепловой аккумулятор (ТА). Восстановленная рекуператором теплота вторично используется для зарядки ТА, прогрева и поддержания оптимального теплового режима для других систем МТУ. Такое расположение теплового аккумулятора позволяет несколько компенсировать неравномерность теплового потока, что способствует повышению коэффициента полезного использования теплоты ВГ. Предложено эффективное устройство и электрическая схема защиты рекуператора от аварийной ситуации (закипания теплоносителя в рекуператоре при остановленном двигателе). В атомной энергетике известен термин, который характеризует способ противодействия неуправляемому росту температуры теплоносителя - расхолаживание реактора. В нашем случае можно воспользоваться несколько измененным термином - расхолаживание рекуператора.According to the proposed method of operation, pre-start thermal preparation of the engine is ensured, its start-up and subsequent maintenance of the thermal regime of the liquid in the main MTU systems at the optimal level, regardless of the ambient temperature and the degree of engine load, due to the energy of the VG and the use of a set of standard thermal accumulators of phase transition "TAFP". When working according to the proposed method, it is most advisable to use the thermomechanical energy of the VG to drive a turbocharger (TCR). The exhaust gases after the turbine are sent to the recuperator. A thermal accumulator (TA) is placed in series with the recuperator. The heat recovered by the recuperator is reused for charging the heat exchanger, warming it up and maintaining optimal thermal conditions for other MTU systems. This arrangement of the heat accumulator makes it possible to somewhat compensate for the unevenness of the heat flow, which helps to increase the efficiency of heat utilization of the hot gas. An effective device and electrical circuit for protecting the recuperator from an emergency situation (coolant boiling in the recuperator with the engine stopped) is proposed. There is a well-known term in nuclear energy that characterizes a method of counteracting an uncontrolled increase in coolant temperature - reactor cooling. In our case, we can use a slightly modified term - cooling of the recuperator.
Известно устройство (по заявке Великобритании 2125156, кл, F24H 7/00), которая предусматривает одновременное присутствие в тепловом аккумуляторе выхлопных газов, имеющих высокую температуру до 400°С, и нагреваемый теплоноситель (жидкость), рабочая температура которого не должна превышать 100-110°С. Перегрев сопровождается образованием пара, что может привести к непоправимым последствиям. Информации по исключению этого недостатка в материалах заявки нет.A device is known (according to UK application 2125156, CL, F24H 7/00), which provides for the simultaneous presence in a heat accumulator of exhaust gases having a high temperature of up to 400 ° C, and a heated coolant (liquid), the operating temperature of which should not exceed 100-110 °C. Overheating is accompanied by the formation of steam, which can lead to irreparable consequences. There is no information on how to eliminate this deficiency in the application materials.
В авторском свидетельстве №1002654, кл. F02 №17/04. Опубл. 1983 рассматривается устройство, которое устраняет перегрев жидкости с помощью применения промежуточного теплоносителя - воздуха. Введение дополнительного устройства усложняет конструкцию и снижает коэффициент теплоотдачи от воздуха к жидкости.In the author's certificate No. 1002654, class. F02 No. 17/04. Publ. 1983, a device is considered that eliminates overheating of the liquid through the use of an intermediate coolant - air. The introduction of an additional device complicates the design and reduces the heat transfer coefficient from air to liquid.
В патенте RU 2150604 С. Опубл. 2000.06.10. предлагается устройство для исключения разрушений теплового аккумулятора при закипании в нем теплоносителя за счет теплопередачи от нагретых выхлопными газами деталей рекуператора при остановке двигателя. С этой целью устанавливается отводчик пара, который удаляет продукты кипения в ОС. Вместе с тем, установка дополнительных запорных кранов, исключающих возможность попадания жидкости в горячую зону теплообменника, увеличивает время на обслуживание этой системы перед началом работы и ее окончанием.In patent RU 2150604 S. Publ. 2000.06.10. A device is proposed to prevent destruction of the heat accumulator when the coolant boils in it due to heat transfer from the recuperator parts heated by the exhaust gases when the engine is stopped. For this purpose, a steam extractor is installed, which removes boiling products from the OS. At the same time, the installation of additional shut-off valves, which exclude the possibility of liquid entering the hot zone of the heat exchanger, increases the time for servicing this system before starting work and its completion.
Недостатком данного способа является усложнение конструкции, снижение надежности и увеличение времени на подготовку машины к работе, особенно в зимний период.The disadvantage of this method is the complexity of the design, reduced reliability and increased time to prepare the machine for work, especially in winter.
Близким решением являются способ и система RU 2117780 С1. Опубл. 1998.08.20, которые содержат рекуператор и ТА, заряжающийся теплотой ВГ, терморегулятор для жидкости, средства регулирования расхода ВГ через тепловой аккумулятор по температуре ОС. Зарядка ТА осуществляется одновременно с подогревом жидкости в системе охлаждения в период работы двигателя. К моменту остановки двигателя достигается допустимая температура жидкости, что свидетельствует о полной зарядке ТА. Регулирование количество теплоты, поступающей в тепловой аккумулятор, осуществляют с помощью средств перекрытия газовых каналов. Реализовать это действие очень сложно в связи с большой инерционностью тепловых процессов.A similar solution is the method and system RU 2117780 C1. Publ. 1998.08.20, which contain a recuperator and a heat exchanger charged with the heat of the exhaust gas, a thermostat for the liquid, and means for regulating the flow of the exhaust gas through the heat accumulator according to the OS temperature. Charging of the TA is carried out simultaneously with heating of the liquid in the cooling system during engine operation. By the time the engine stops, the permissible fluid temperature has been reached, which indicates that the unit is fully charged. The amount of heat entering the heat accumulator is regulated by means of shutting off the gas channels. It is very difficult to implement this action due to the high inertia of thermal processes.
После прекращения работы двигателя до следующего пуска обеспечивают непрерывную термосифонную циркуляцию жидкости в замкнутом контуре, что должно исключить, по мнению авторов, закипание жидкости в рекуператоре. Следует напомнить, чтобы обеспечить термосифонную циркуляцию необходимо создать довольно значительный перепад температур между нижней и верхней точкой циркуляционного контура. Очевидно, что этот перепад обеспечен ростом, скорее всего, температурой верхней точки, что, несомненно, будет способствовать закипанию теплоносителя с вытекающими последствиями. Кроме того, термосифонный способ циркуляции теплоносителя при прочих равных условиях не способен передавать теплоту в больших объемах по сравнению с принудительным способом.After stopping the engine, until the next start, continuous thermosiphon circulation of the liquid is provided in a closed loop, which should, according to the authors, prevent boiling of the liquid in the recuperator. It should be recalled that in order to ensure thermosiphon circulation, it is necessary to create a fairly significant temperature difference between the lower and upper points of the circulation circuit. Obviously, this difference is ensured by an increase, most likely, in the temperature of the upper point, which will undoubtedly contribute to the boiling of the coolant with the ensuing consequences. In addition, the thermosiphon method of coolant circulation, other things being equal, is not capable of transferring heat in large volumes compared to the forced method.
Существенный недостаток данного способа заключается в том, что термосифонная циркуляция не гарантирует исключение закипания жидкости в рекуператоре в первые минуты после остановки двигателя. В то же время наличие термосифонной циркуляции, как указывают авторы, в течение всего периода межсменной стоянки только ускорит процесс разрядки теплового аккумулятора.A significant drawback of this method is that thermosiphon circulation does not guarantee the prevention of liquid boiling in the recuperator in the first minutes after stopping the engine. At the same time, the presence of thermosyphon circulation, as the authors point out, during the entire period between shifts will only accelerate the process of discharging the heat accumulator.
Наиболее близким решением, принятым за прототип, можно считать патент на способ и систему RU 2153098. Опубл. 2000.07.20. Способ и система содержат двигатель внутреннего сгорания с тепловым аккумулятором, заряжаемым теплотой выхлопных газов, газовый канал, канал теплоносителей и средства перекрытия каналов. В качестве промежуточного теплоносителя используется жидкость. Удаление жидкого теплоносителя из канала рекуператора в момент ее закипания осуществляют способом выкипания жидкости с отводом пара в компенсационный бачок системы охлаждения двигателя. Анализируя содержание патента, становится понятным, что поставленная цель не достигнута. На обслуживание системы тратится большое количество времени смены. Система не надежна в работе и недостаточно технологична.The closest solution adopted for the prototype can be considered a patent for a method and system RU 2153098. Publ. 2000.07.20. The method and system contain an internal combustion engine with a heat accumulator charged by the heat of exhaust gases, a gas channel, a coolant channel and means for blocking the channels. Liquid is used as an intermediate coolant. Removal of the liquid coolant from the recuperator channel at the moment of its boiling is carried out by boiling off the liquid with the removal of steam into the compensation tank of the engine cooling system. Analyzing the contents of the patent, it becomes clear that the stated goal has not been achieved. A large amount of shift time is spent on system maintenance. The system is not reliable in operation and is not technologically advanced enough.
Таким образом, патентный поиск показал, что перечисленные способы и устройства систем утилизации энергии выхлопных газов, даже наиболее близкие к заявляемому, имеют ряд существенных недостатков:Thus, the patent search showed that the listed methods and devices for exhaust gas energy recovery systems, even those closest to the claimed one, have a number of significant drawbacks:
- введение промежуточного теплоносителя (воздуха) значительно усложняет конструкцию и снижает теплоотдачи от ВГ к жидкости и надежность ее работы;- the introduction of an intermediate coolant (air) significantly complicates the design and reduces heat transfer from the VG to the liquid and the reliability of its operation;
- наличие контура термосифонной циркуляции не гарантирует исключение закипания жидкости в рекуператоре сразу после остановки двигателя. В то же время наличие термосифонной циркуляции, что признают сами авторы, в течение всего периода межсменной стоянки только ускорит процесс разрядки теплового аккумулятора;- the presence of a thermosiphon circulation circuit does not guarantee that the liquid will not boil in the recuperator immediately after stopping the engine. At the same time, the presence of thermosyphon circulation, which the authors themselves admit, during the entire period of inter-shift parking will only accelerate the process of discharging the heat accumulator;
- применение способа перекрытия входа и выхода охлаждающей жидкости из рекуператора в момент остановки двигателя и удаления оставшейся жидкости выкипанием усложняет конструкцию, увеличивает время ежедневного обслуживания и снижает надежность ее работы;- the use of a method of blocking the inlet and outlet of the coolant from the recuperator at the moment the engine is stopped and removing the remaining liquid by boiling off complicates the design, increases the time of daily maintenance and reduces the reliability of its operation;
- несмотря на попытки устранения возможного перегрева жидкости в рекуператоре с образованием пара, вероятность аварийной ситуации из-за парообразования до сих пор не исключена.- despite attempts to eliminate possible overheating of the liquid in the recuperator with the formation of steam, the possibility of an emergency due to steam formation has not yet been ruled out.
Технической задачей изобретения является существенное сокращение затрат энергии и времени на обслуживание системы, предпусковую подготовку и послепусковой прогрев, повышение экономичности, тяговой мощности и надежности работы МТУ самоходной машины в широком диапазоне температур окружающей среды, путем использования теплоты выхлопных газов и промежуточного теплоносителя - антифриза; исключение образования пара в рекуператоре при внезапном сбросе нагрузки (или аварийной ситуации) с помощью обдуваемого электровентилятором радиатора, аварийного и рабочего датчиков температуры, например, типа ДВВ (включил-выключил); датчиков температур: охлаждающей жидкости ДВС, масла в картере КП, масла в сливной емкости системы управления машиной (СУМ); электромагнитных клапанов ДВС, КП и СУМ; исключение термосифонной циркуляции в период межсменных стоянок и, как следствие, существенное снижение саморазряда теплового аккумулятора в этот период.The technical objective of the invention is to significantly reduce energy and time costs for system maintenance, pre-start preparation and post-start warm-up, increase efficiency, traction power and reliability of the MTU of a self-propelled vehicle in a wide range of ambient temperatures, by using the heat of exhaust gases and an intermediate coolant - antifreeze; preventing the formation of steam in the recuperator during a sudden load shed (or emergency) using a radiator blown by an electric fan, emergency and working temperature sensors, for example, the DVV type (on-off); temperature sensors: engine coolant, oil in the gearbox crankcase, oil in the drain tank of the machine control system (MCS); electromagnetic valves of internal combustion engines, gearboxes and SUM; elimination of thermosyphon circulation during inter-shift stops and, as a consequence, a significant reduction in the self-discharge of the heat accumulator during this period.
Согласно изобретению предложен способ комплексной утилизации энергии выхлопных газов в моторно-трансмиссионных установках самоходных машин, содержащих дизельный двигатель с турбокомпрессором, утилизационный контур, включающий рекуператор, тепловой аккумулятор, заряжаемый теплотой, получаемой теплоносителем от выхлопных газов в рекуператоре и передаваемой посредством теплоносителя от рекуператора тепловому аккумулятору, каналы теплоносителя и средства перекрытия каналов, средства, исключающие кипение теплоносителя в момент остановки двигателя, при этом в момент остановки двигателя измеряют температуру теплоносителя с помощью рабочего и аварийного датчиков температуры и, если она достигает критической для теплоносителя, то одновременно включают циркуляционный насос с автономным приводом и электровентилятор, открывают электромагнитный клапан утилизационного контура и прокачивают теплоноситель по кругу утилизационного контура, включающему последовательно соединенные циркуляционный насос, рекуператор, тепловой аккумулятор, радиатор и электромагнитный клапан, соединенный с указанным циркуляционным насосом, при снижении температуры теплоносителя ниже нижнего предела срабатывания рабочего датчика электровентилятор с клапаном отключают, если температура вновь достигнет аварийной, то процесс повторяется. According to the invention, a method is proposed for the integrated utilization of exhaust gas energy in engine-transmission units of self-propelled vehicles containing a diesel engine with a turbocharger, a recovery circuit including a recuperator, a heat accumulator charged by the heat received by the coolant from the exhaust gases in the recuperator and transferred through the coolant from the recuperator to the heat accumulator , coolant channels and means for blocking the channels, means that prevent boiling of the coolant when the engine is stopped, while at the moment the engine is stopped, the temperature of the coolant is measured using the working and emergency temperature sensors and, if it reaches a critical temperature for the coolant, then at the same time the circulation pump with autonomous drive and electric fan, open the solenoid valve of the recovery circuit and pump the coolant around the recovery circuit, which includes a series-connected circulation pump, recuperator, heat accumulator, radiator and solenoid valve connected to the specified circulation pump, when the coolant temperature drops below the lower limit of operation of the working sensor of the electric fan with the valve turned off, if the temperature reaches the emergency temperature again, the process is repeated.
Согласно изобретению предложена система комплексной утилизации энергии выхлопных газов в моторно-трансмиссионных установках самоходных машин с двигателем внутреннего сгорания и турбокомпрессором, содержащая утилизационный контур и контур теплопотребления, включающая в себя рекуператор, установленный после турбокомпрессора, тепловой аккумулятор, расширительный бачок, при этом расхолаживание рекуператора осуществляется устройством, которое включает в себя циркуляционный насос с электроприводом, радиатор с электровентилятором и электромагнитный клапан, работу которого контролируют аварийный и рабочий датчики температуры..According to the invention, a system is proposed for the integrated utilization of exhaust gas energy in engine-transmission units of self-propelled vehicles with an internal combustion engine and a turbocharger, containing a recovery circuit and a heat consumption circuit, including a recuperator installed after the turbocharger, a heat accumulator, an expansion tank, while the recuperator is cooled down a device that includes an electrically driven circulation pump, a radiator with an electric fan and a solenoid valve, the operation of which is controlled by emergency and operating temperature sensors.
Поставленная задача решалась путем введения новых конструктивных и функциональных элементов и изменения характера взаимосвязи между ними и другими существующими элементами.The task was solved by introducing new structural and functional elements and changing the nature of the relationship between them and other existing elements.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется иллюстрациями, представленными на фиг.1 и фиг.2 и заключается в том, что система содержит двигатель внутреннего сгорания, контур утилизационный (КУ), содержащий турбокомпрессор, средства перекрытия газовых каналов, рекуператор, датчики (аварийный и рабочий) температуры теплоносителя, тепловой аккумулятор, радиатор утилизационного контура с электровентилятором и электромагнитным клапаном, циркуляционный насос, расширительный бачок теплоносителя; контур теплопотребителей (КТ) (малый круг системы охлаждения ДВС), включенный параллельно рекуператору, где использован контактный способ теплообмена, так как в системе охлаждения двигателя и в утилизационном контуре применяют теплоноситель одной марки, электромагнитный клапан, датчик текущей температуры t°ДВСС в головке ДВС; контур теплопотребляющий КП, включенный параллельно рекуператору, включающий жидкостно-масляный теплообменник, электромагнитный клапан, датчик температуры масла t°КПС в картере КП; контур теплопотребляющий системы управления, включенный параллельно рекуператору, включающий жидкостно-масляный теплообменник и электромагнитный клапан, датчик температуры масла в СУМ; циркуляционный электромагнитный клапан.The essence of the invention is illustrated by the illustrations presented in Fig. 1 and Fig. 2 and lies in the fact that the system contains an internal combustion engine, a recovery circuit (CR) containing a turbocharger, means for shutting off gas channels, a recuperator, temperature sensors (emergency and operating) coolant, heat accumulator, recovery circuit radiator with electric fan and solenoid valve, circulation pump, coolant expansion tank; heat consumer circuit (CH) (small circle of the internal combustion engine cooling system), connected in parallel to the recuperator, where the contact method of heat exchange is used, since the engine cooling system and the recovery circuit use the same brand of coolant, solenoid valve, current temperature sensor t° internal combustion engine C in the head ICE; heat-consuming circuit of the gearbox, connected in parallel to the recuperator, including a liquid-oil heat exchanger, solenoid valve, oil temperature sensor t° gearbox C in the gearbox crankcase; the heat-consuming circuit of the control system, connected in parallel to the recuperator, including a liquid-oil heat exchanger and a solenoid valve, an oil temperature sensor in the MTS; circulation solenoid valve.
Алгоритм (последовательность) подвода теплоты к теплопотребителям строят по принципу доли, занимаемой в величине коэффициента теплоиспользования (от большего к меньшему).The algorithm (sequence) for supplying heat to heat consumers is built on the principle of the share occupied in the value of the heat utilization coefficient (from larger to smaller).
На выходе из рекуператора устанавливают аварийный датчик температуры. Датчик входит в состав разработанной логической электрической схемы фиг.2, которая защищает теплообменник рекуператора от возможного перегрева (устройство расхолаживания рекуператора) и разрушения трубопроводов, приборов и узлов, входящих в состав утилизационного контура. Устройство работает автоматически и не требует обслуживания.An emergency temperature sensor is installed at the outlet of the recuperator. The sensor is part of the developed logical electrical circuit of Fig. 2, which protects the heat exchanger of the recuperator from possible overheating (recuperator cooling device) and destruction of pipelines, instruments and components that are part of the recovery circuit. The device operates automatically and does not require maintenance.
Тепловой аккумулятор размещают последовательно после рекуператора. Емкость каждого ТА и их количество подбирают с учетом рабочего объема двигателя и температур ОС и учетом свободного пространства желательно в моторном отсеке.The heat accumulator is placed in series after the recuperator. The capacity of each TA and their number are selected taking into account the engine displacement and operating temperatures and taking into account the free space, preferably in the engine compartment.
На выходе из ТА устанавливают рабочий датчик, подобный аварийному датчику, который управляет работой электровентилятора, обдувающего радиатор, и электромагнитным клапаном. Радиатор предназначен для отвода в ОС части теплоты, которая не может быть использована. Этот случай наиболее вероятен при эксплуатации машин в летний период с полной нагрузкой. При этом величина энергии ВГ, рассеиваемой в ОС, может достигать максимума. Это необходимо учитывать при подборе (расчете) радиатора. Радиатор включен параллельно рекуператору. Последовательно радиатору установлен электромагнитный клапан.At the exit from the TA, a working sensor is installed, similar to an emergency sensor, which controls the operation of the electric fan blowing the radiator and the solenoid valve. The radiator is designed to remove part of the heat that cannot be used to the OS. This case is most likely when operating machines in the summer at full load. In this case, the amount of SH energy dissipated in the OS can reach a maximum. This must be taken into account when selecting (calculating) a radiator. The radiator is connected in parallel to the recuperator. A solenoid valve is installed in series with the radiator.
Включение электровентилятора и клапана происходит синхронно с помощью контактов кн2 рабочего датчика типа ДВВ2. В случаях, когда двигатель остановлен, центральный замок (ЦЗ) выключен, а температура теплоносителя продолжает расти (аварийная ситуация), и входит в указанный на датчике диапазон температур, контакты рабочего датчика ДВВ2 замыкаются. Далее температура растет и входит в диапазон температур, указанных на аварийном датчике ДВВ1, замыкаются контакты кн1. Одновременно включаются циркуляционный насос, электромагнитный клапан и электровентилятор. Теплоноситель, прокачивается по малому кругу утилизационного контура «циркуляционный насос - рекуператор - тепловой аккумулятор - радиатор - электромагнитный клапан - циркуляционный насос». Начинается процесс расхолаживания рекуператора.The electric fan and valve are switched on synchronously using contacts kn 2 of the working sensor type DVV 2 . In cases where the engine is stopped, the central locking (CL) is turned off, and the coolant temperature continues to rise (emergency situation) and enters the temperature range indicated on the sensor, the contacts of the working sensor DVV2 close. Then the temperature rises and enters the temperature range indicated on the emergency sensor DVV 1 , the contacts kn 1 close. At the same time, the circulation pump, solenoid valve and electric fan are turned on. The coolant is pumped through a small circle of the recovery circuit “circulation pump - recuperator - heat accumulator - radiator - solenoid valve - circulation pump”. The process of cooling the recuperator begins.
Циркуляционный насос, электровентилятор и электромагнитный клапан отключаются автоматически при температуре теплоносителя ниже указанного на аварийном датчике температурного диапазона, при которой контакты кн1 датчика ДВВ1 размыкаются.The circulation pump, electric fan and solenoid valve are switched off automatically when the coolant temperature is below the temperature range indicated on the emergency sensor, at which the contacts of kn 1 of the DVV 1 sensor open.
Передача утилизируемой в рекуператоре и затем аккумулированной теплоты в ТА может осуществляться контактным способом (смешение двух одинаковых теплоносителей) или через теплообменник. Но этот способ, несмотря на эффективность и простоту, не всегда может быть применим. В данном случае в утилизационном контуре и жидкостной системе охлаждения двигателя (потребляющий контур) теплоносителем является антифриз одной марки. В этом случае используют контактный способ теплообмена, как наиболее эффективный, в других - только через теплообменник. Для обеспечения надежности и эффективности работы МТУ, оснащенной комплексной системой утилизации ВГ, и поддержания оптимального теплового режима сохранены установленные заводами-изготовителями радиаторы, термостаты (терморегуляторы) и другие регулирующие устройства.The transfer of heat recovered in the recuperator and then accumulated to the heat exchanger can be carried out by contact method (mixing two identical coolants) or through a heat exchanger. But this method, despite its effectiveness and simplicity, may not always be applicable. In this case, the coolant in the recovery circuit and the engine liquid cooling system (consumer circuit) is antifreeze of the same brand. In this case, the contact method of heat exchange is used, as the most effective, in others - only through a heat exchanger. To ensure the reliability and efficiency of the MTU, equipped with a comprehensive VG recovery system, and to maintain optimal thermal conditions, the radiators, thermostats (temperature regulators) and other control devices installed by the manufacturers have been retained.
На фигуре 1 представлена функциональная схема системы, реализующей способ комплексной утилизации энергии выхлопных газов и ее вторичное использование в МТУ самоходных машин. Система состоит из турбокомпрессора 1; средств перепуска газов 2,3; рекуператора 4; аварийного датчика температуры 5; теплового аккумулятора 6; рабочего датчика температуры 7; электромотора вентилятора 8; радиатора 9; бачка расширительного 10; циркуляционного насоса 11; клапана электромагнитного радиатора 12; электровентилятора 13; клапана электромагнитного ДВС 14; теплообменника жидкостно-масляного КП 15; клапана электромагнитного КП 16; радиатора КП 7; терморегулятора КП 18; теплообменника жидкостно-масляного СУМ 19; клапана электромагнитного СУМ 20; терморегулятора СУМ 21; радиатора СУМ 22; клапана перепускного 23; блока управления 24; датчиков температур 25, 26, 27 соответственно в ДВС, КП, СУМ.Figure 1 shows a functional diagram of a system that implements a method for comprehensive utilization of exhaust gas energy and its recycling in the MTU of self-propelled vehicles. The system consists of turbocharger 1; gas bypass means 2.3; recuperator 4; emergency temperature sensor 5; thermal battery 6; working temperature sensor 7; fan
Система работает следующим образом. Предпусковую подготовку двигателя к пуску осуществляют путем прокачки циркуляционным насосом 11 теплоносителя по кругу «циркуляционный насос - рекуператор - тепловой аккумулятор - водяная рубашка ДВС - циркуляционный насос» до полной разрядки теплового аккумулятора 6. Система ДВС заполнена горячим теплоносителем. Двигатель запускают. После пуска выхлопные газы направляются в турбину ТКР, после чего попадают в средства перепуска газового потока 2, 3. По газопроводам 2, 3 выхлопные газы могут быть направлены в ОС или в рекуператор 4 на утилизацию. Рассмотрим процесс утилизации.The system works as follows. Pre-start preparation of the engine for start-up is carried out by pumping the coolant through the
Экспериментально установлено, что через несколько десятков секунд после пуска температура ВГ резко нарастает, достигая в течение 1-2 мин 400-500°С и более. Выхлопные газы, проходя через рекуператор, нагревают теплоноситель, который по трубопроводу поступает в ТА, заряжая его. ТА включен последовательно относительно теплопотребителей. Нагретый теплоноситель через термостат прокачивается по малому кругу системы охлаждения ДВС, минуя радиатор охлаждения ДВС, и поступает на линию всасывания циркуляционного насоса 11. Далее теплоноситель подается на вход рекуператора 4, нагревается и вновь прокачивается по кругу. После достижения заданной температуры охлаждающей жидкости (70°С), по датчику в головке блока, блок управления закрывает электромагнитный клапан ДВС 14. Система охлаждения ДВС переходит на штатный режим, достигая нормального теплового режима (температуры, указанной производителем). При снижении температуры до 60°С система переходит в режим догрева (открывается электромагнитный клапан 14.) После отключения системы охлаждения ДВС (клапан 14 закрыт) от утилизационного контура открывается электромагнитный клапан 16. Масло насосом КП прокачивается через теплообменник 15, нагревается и поступает в терморегулятор 18, который поддерживает заданную температуру в КП с помощью радиатора 17.It has been experimentally established that a few tens of seconds after start-up the temperature of the VG increases sharply, reaching 400-500°C or more within 1-2 minutes. Exhaust gases, passing through the recuperator, heat the coolant, which enters the heat exchanger through a pipeline, charging it. The heating element is connected in series with respect to the heat consumers. The heated coolant is pumped through a thermostat through a small circle of the internal combustion engine cooling system, bypassing the internal combustion engine cooling radiator, and enters the suction line of
При достижении оптимального теплового режима (60°С) по сигналу датчика температуры масла в КП блок управления закрывает клапан 16 и подача теплоносителя прекращается. После закрытия клапана 16 открывается клапан 18 СУМ. Масло, которое идет на слив, поступает в теплообменник 19, нагревается, проходит через терморегулятор 21, который поддерживает заданную температуру в СУМ с помощью радиатора 22. При достижении оптимальной температуры масла в СУМ (50°С) с термодатчика поступает сигнал, и клапан 20 закрывается.When the optimal thermal regime (60°C) is reached, based on a signal from the oil temperature sensor in the gearbox, the control unit closes
В случае, если все электромагнитные клапаны оказались закрытыми, БУ открывает клапан 23, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя по большому кругу.If all the solenoid valves are closed, the control unit opens valve 23, which ensures coolant circulation in a large circle.
Следует отметить, что каждый теплопотребитель (система, агрегат) имеют свои температурные диапазоны рабочих (оптимальных) температур, поэтому каждый потребитель, как правило, должен быть оснащен радиатором и терморегулятором.It should be noted that each heat consumer (system, unit) has its own temperature ranges of operating (optimal) temperatures, therefore each consumer, as a rule, must be equipped with a radiator and a thermostat.
Рассмотрим несколько возможных вариантов работы устройства расхолаживания рекуператора в аварийной ситуации:Let's consider several possible options for operating the recuperator cooling device in an emergency:
- остановка двигателя в зоне температур, когда контакты кн2 датчика рабочих температур ДВВ2 не замкнулись, центральный замок находится в положение «ON». Работает циркуляционный насос 11.- stopping the engine in the temperature zone, when contacts kn 2 of the operating temperature sensor DVV 2 are not closed, the central locking is in the “ON” position.
- остановка двигателя, когда контакты кн2 датчика ДВВ2 замкнуты, центральный замок находится в положение «ON». Работает циркуляционный насос 11. Включен электровентилятор и электромагнитный клапан 8. Идет расхолаживание рекуператора.- stopping the engine when contacts kn 2 of sensor DVV 2 are closed, the central locking is in the “ON” position.
- внезапная остановка двигателя, контакты датчиков аварийного и рабочего замкнуты, центральный замок находится в положении «ON». Работает циркуляционный насос 11. Включен электровентилятор и электромагнитный клапан 8. Идет расхолаживания рекуператора.- sudden stop of the engine, the contacts of the emergency and working sensors are closed, the central locking is in the “ON” position.
- внезапная остановка двигателя, контакты датчиков аварийного и рабочего замкнуты, центральный замок находится в положение «OFF». Кроме того, контакты кн1 датчика ДВВ1 шунтируют контакты центрального замка. Циркуляционный насос 11 продолжает работать. Включен электровентилятор и электромагнитный клапан 8. Идет расхолаживания рекуператора. Температура теплоносителя снижается, контакты КН] аварийного датчика ДВВ! размыкаются, циркуляционный насос 11 и электромагнитный клапан 8 отключают, электровентилятор 10 останавливают.- sudden engine stop, the contacts of the emergency and working sensors are closed, the central locking is in the “OFF” position. In addition, contacts kn 1 of sensor DVV 1 bypass the contacts of the central locking.
При дальнейшем повышении температуры теплоносителя до аварийной, центральный замок находится в положение «OFF», сначала срабатывает датчик ДВВ2, замыкая контакты кн2, а затем замыкаются контакты кн1 датчика ДВВ1. Включается циркуляционный насос 11, электромагнитный клапан 8 и электровентилятор 10. Расхолаживание продолжается.With a further increase in the temperature of the coolant to the emergency temperature, the central locking is in the “OFF” position, first the DVV 2 sensor is activated, closing the contacts of kn 2 , and then the contacts of kn 1 of the DVV 1 sensor are closed. The
Таким образом, применение данного способа и системы его реализации позволяют значительно повысить коэффициент полезного использования теплоты сгоревшего топлива, сократить время, затрачиваемое на обслуживание системы, и прогрев машины, улучшить экономичность МТУ, повысить крюковую мощность, коэффициент технической готовности при межсменных стоянках и в целом надежность машин.Thus, the use of this method and the system for its implementation can significantly increase the efficiency of the heat of burned fuel, reduce the time spent on servicing the system and warming up the machine, improve the efficiency of the MTU, increase the hook power, the coefficient of technical readiness during inter-shift parking and overall reliability cars
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803593C1 true RU2803593C1 (en) | 2023-09-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003312588A (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Gas turbine system for vessel provided with water purifying apparatus |
| JP2014037798A (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Ulvac-Riko Inc | Waste heat power generation system |
| RU2524479C1 (en) * | 2010-05-25 | 2014-07-27 | Сканиа Св Аб | Cooling device for vehicle driven by turbocharged internal combustion engine |
| RU2527229C1 (en) * | 2013-09-10 | 2014-08-27 | Николай Борисович Болотин | Internal combustion engine with heat recovery |
| RU156581U1 (en) * | 2014-12-08 | 2015-11-10 | Владимир Владимирович Зайцев | POWER INSTALLATION FOR CONNECTING TO HOME ELECTRICAL NETWORK |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003312588A (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Gas turbine system for vessel provided with water purifying apparatus |
| RU2524479C1 (en) * | 2010-05-25 | 2014-07-27 | Сканиа Св Аб | Cooling device for vehicle driven by turbocharged internal combustion engine |
| JP2014037798A (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Ulvac-Riko Inc | Waste heat power generation system |
| RU2527229C1 (en) * | 2013-09-10 | 2014-08-27 | Николай Борисович Болотин | Internal combustion engine with heat recovery |
| RU156581U1 (en) * | 2014-12-08 | 2015-11-10 | Владимир Владимирович Зайцев | POWER INSTALLATION FOR CONNECTING TO HOME ELECTRICAL NETWORK |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9890756B2 (en) | Heat storage in engine cooling system | |
| CN104989548B (en) | Engine coolant waste heat utilization engine warming system adopting solid-liquid phase change heat reservoir and method of engine coolant waste heat utilization engine warming system | |
| RU2347096C2 (en) | Power unit with supercharged internal combustion engine | |
| JP3555269B2 (en) | Vehicle cooling water temperature control system | |
| CN110198851B (en) | Method for operating a hybrid electric vehicle cooling system including a liquid coolant transfer loop | |
| US20120102952A1 (en) | Method for controlling exhaust gas heat recovery systems in vehicles | |
| CN109795312B (en) | Whole vehicle thermal management system of plug-in hybrid electric vehicle | |
| WO2011013018A1 (en) | Cooling system | |
| CN112912598B (en) | Method for cooling device of vehicle and vehicle comprising device | |
| CN110234853B (en) | Method for operating a hybrid electric vehicle cooling system including a liquid coolant transfer circuit | |
| EP3411586B1 (en) | A method for controlling the temperature of a waste heat recovery system and such a waste heat recovery system | |
| JP2007515594A (en) | Apparatus for thermally controlling fluid circulating in a heat engine vehicle and method implemented by the apparatus | |
| CN110667359A (en) | Thermal management system for vehicle | |
| RU2700158C1 (en) | Device for thermostatting electric vehicle units | |
| CN112060924A (en) | Low-temperature control method of extended range vehicle | |
| CN211524942U (en) | Temperature adjusting device and hybrid power system | |
| CN108266260B (en) | Control method of cooling system and vehicle | |
| US6010076A (en) | Heater core enhancer for use in warming up an automobile | |
| RU2803593C1 (en) | Method for comprehensive utilization of exhaust gas energy in engine-transmission units of self-propelled vehicles and system for its implementation | |
| CN207433190U (en) | The thermal management system of whole of plug-in hybrid-power automobile | |
| JP4062285B2 (en) | Heat storage system | |
| CN208778075U (en) | Use the intelligent cylinder sleeve heat management system of lubricating oil | |
| CN106704074A (en) | Engine cooling and insulating system and engine cooling and insulating control method | |
| KR20110001711U (en) | System for jacket water preheating of the diesel engine generator | |
| CN112963284B (en) | Engine control system and engine control method |