АВТОМАТИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

Разработано множество способов подготовки автомобилей к пуску при их хранении на открытых площадках в холодное время года; однако пер­спективными можно считать только те способы, которые обеспечивают постоянную готовность и не требуют дооборудования автомобиля сложны­ми приспособлениями. К этим спосо­бам можно отнести воздухоподогрев (без слива воды из системы охлаж­дения) и подогрев жидкости в систе­ме при помощи электрических нагре­вателей. Воздухоподогрев получил широкое распространение. Однако он не лишен недостатков: большой рас­ход тепла, большие капитальные за­траты на изготовление установки.

Для межсменного подогрева авто­мобилей применяются также и элек­тронагреватели, вмонтированные в систему охлаждения двигателя. Нагреватели могут быть двух типов: электродные и спиральные.

Электронагреватель спирального типа устанавливают в нижнем пат­рубке системы охлаждения двигате­ля. Мощность такого нагревателя от 2 до 3,5 кВт. Температура охлажда­ющей жидкости поддерживается в те­чение всего межсменного периода в пределах 70—100° С. К его недостат­кам относятся: необходимость обору­дования системой автоматического включения и отключения, невысокая надежность спиралей.

Электронагреватель электродного типа также устанавливают в систему охлаждения двигателя. Он представ­ляет собой два изолированных друг от друга электрода, на которые по­дается напряжение 220 В. Эти элек­тронагреватели более надежны в ра­боте, но также имеют недостатки: мощность растет с увеличением температуры охлаждающей жидкости, необходима система автомагического включения и выключения.

Согласно исследованиям НИИАТ электроподогрев признан перспек­тивным, гак как для его внедрения не требуются большие капитальные затраты, а расход энергии ниже, чем у воздухоподогрева. Однако он пока не получил широкого распростране­ния из-за сложности системы автома­тического регулирования температу­ры охлаждающей жидкости.

Разработанный авторами электро­нагреватель электродного типа авто­матически поддерживает температуру охлаждающей жидкости в заданных пределах без отключения его от элек­трической сети. Автоматический элек­тронагреватель состоит из двух труб­чатых электродов / и 3 (рис. 1), из­готовленных из нержавеющих труб диаметром 38 и 52 мм, соединенных между собой в верхней части распор­ным кольцом 9 из винипласта, а в нижней части клеммой 5. Простран­ство между "электродами над рас­порным кольцом 9 заполняется эпоксидной смолой. В верхней части электрода 3 просверлено отверстие диаметром 7 мм, сечение которого регулируется винтом 2. Клемма 5 проходит через изолятор 4 и прива­рена к внутреннему электроду 3. Этим обеспечивается фиксация элек­тродов относительно друг друга в нижней части электронагревателя и надежный контакт между клеммой 5 и электродом 3. В верхней и нижней частях наружного электрода 1 уста­новлены экранирующие сетки 7 и //, предотвращающие попадание элек­трического потенциала на корпус. На концы наружного электрода надеваются резиновые патрубки 6 и 10 системы охлаждения двигателя. Элек­тронагреватель устанавливают на двигатель вместо вертикального па­трубка, соединяющего нижний бачок радиатора с водяным насосом. Дли­на наружного электрода 1 не более 130 мм, она ограничивается размера­ми патрубка системы охлаждения.

При подключении электродов к ис­точнику электроэнергии охлаждаю­щая жидкость в пространстве между электродами нагревается и закипа­ет. Образовавшийся пар скапливает­ся в верхней части межэлектродного пространства, выдавливая жидкость через нижнюю полость. Но, так как пар может свободно выходить через верхнее отверстие внутреннего элек­трода, пространство между электро­дами сразу же заполняется жидко­стью. Через отверстие может пройти только определенное количество па­ра, поэтому холодная жидкость бу­дет заполнять почти все межэлек­тродное пространство, а при заполне­нии его горячей жидкостью сразу же начнется интенсивное парообразова­ние, так как требуется меньше энер­гии для разогрева жидкости до тем­пературы кипения. В этом случае большая часть электродов будет ого­лена (т. е. пространство между ними будет заполнено паром) и мощность электронагревателя автоматически бу­дет снижаться. При более низкой тем­пературе охлаждающей жидкости она успевает заполнять все межэлектродное пространство и подогрева­тель работает на максимальной мощ­ности. В момент включения мощность подогревателя зависит от электро­проводности охлаждающей жидкости, площади электродов и расстояния между ними. В процессе работы мощ­ность электронагревателя зависит только от температуры охлаждающей жидкости, так как с ее изменением изменяется активная площадь элек­тродов.

dhdhudhndhnydhdhndh19

Рис. I. Автоматический электронагрева­тель жидкости:

/ — наружный электрод; 2 — регулиро­вочный винт; 3 — внутренний электрод; 4 — изолятор; 5, 8 — клеммы; 6, 10 — ре­зиновые шланги; 7, // — экранирующие сетки; 9 — распорное кольцо

В процессе зимних испытаний авто­матического электронагревателя жид­кости в системе охлаждения двигате­ля, проведенных в Новосибирской автоколонне № 1231 (автомобили ЗИЛ-130) и пассажирских АТП-1 и АТП-9 (автобусы ЛиАЗ-677), была установлена хорошая эксплуатацион­ная надежность, безотказность, удоб­ство пользования устройством. При этом были решены две основные за­дачи: установлен оптимальный диа­метр отверстия внутреннего электро­да; определен температурный режим двигателя и расход электроэнергии на подогрев.

На двигатели автомобиля ЗИЛ-130 и автобуса ЛиАЗ-677 были установ­лены электронагреватели с регули­руемым сечением отверстий диамет­ром 1; 3; 6 мм. Измерения проведе­ны в безветренную погоду при темпе­ратуре воздуха 0° С.

Температура охлаждающей жид­кости регистрировалась ртутными термометрами в верхнем бачке радиа­тора, где она достигает наибольших значений. Электронагреватель был подключен к сети переменного тока напряжением 220 В, фазный провод— к внутреннему электроду, а нулевой к наружному, корпус автомобиля за­землен. Мощность электронагревате­ля определена по показаниям ампер­метра и вольтметра.

Для поддержания температурного режима двигателя в зависимости otv суровости погоды мощность автоматического электронагревателя должна быть в пределах от 1 до 3,5 кВт. Как видно из графика (рис. 2), данное условие выдерживается лишь в слу­чае, когда диаметр отверстия, уста­новленный при помощи регулировоч­ного винта, равен 6 мм. Электрона­греватель с отверстием такого диа­метра испытывался при различных температурах окружающей среды и скорости ветра. Для создания сравни­мых условий был принят коэффици­ент суровости погоды, выраженный в баллах и определенный по формуле

dhdhudhndhnydhdhndh20

где /н — температура наружного воз­духа, С°;

V — скорость ветра, м/с. Температура охлаждающей жидко­сти и масла в поддоне картера дви­гателя измерялась ртутными термо­метрами, вмонтированными в задней части блока двигателя, в верхнем бачке радиатора и в сливной пробке поддона картера. Скорость ветра измерялась анемометром. Расход энер­гии определен однофазным счетчиком типа СО-2М.

dhdhudhndhnydhdhndh21

Рис, 2. Мощность электронагревателя в зависимости от температуры охлаждаю­щей жидкости и диаметра отверстия: 1—1 мм; 2 — 3 мм; 3 — б мм

dhdhudhndhnydhdhndh22

Рис. 3. Изменение температуры охлажда­ющей жидкости

dhdhudhndhnydhdhndh23

Рис. 4. Зависимость мощности электро­нагревателя от коэффициента суровости погоды

dhdhudhndhnydhdhndh24

Рис. 5. Схема включения электронагре­вателя в сеть

Электронагреватель включался сразу же после возвращения автомо­биля с линии. Температура воды в системе охлаждения была 80° С, мас­ла в поддоне картера двигателя 50° С.

На рис. 3 показано изменение тем­пературы в контрольных точках дви­гателя в течение всего межсменного периода хранения автомобиля при температуре окружающей среды —30С и скорости ветра 14 м/с (5 = 8,5).

Как видно из графика, температура воды в верхнем бачке радиатора в течение всего межсменного периода равна 83° С, а в задней части блока двигателя постепенно снижается до 40° С и затем удерживается на таком уровне. Температура масла в поддоне картера двигателя снижается до минус 4°С и остается на этом уровне. При менее суровых услови­ях погоды температура воды в зад­ней части блока двигателя удержи­вается на уровне 45—50° С, а тем­пература масла в поддоне картера снижается до 0—hC. Вода в верх­нем бачке радиатора независимо от температуры воздуха всегда имеет температуру 83° С.

Мощность электронагревателя пря­мо пропорциональна коэффициенту суровости погоды (рис. 4). Даже при 5 = 0 мощность электронагревателя равна 1,2 кВт. Это объясняется боль­шой разностью температур между окружающей средой и жидкостью в системе охлаждения двигателя. Рас­ход электроэнергии за 14 ч межсменого времени в зависимости от коэф­фициента суровости погоды составля­ет 25—42 кВт ч.

Для обеспечения надежной и без­отказной работы системы электпоподогрева при хранении автомобилей на открытых стоянках зимой особое значение имеет качественное исполне­ние электромонтажных работ при из­готовлении и включении в сеть авто­матического электронагревателя. Схе­ма включения автоматического элек­тронагревателя показана на рис. 5.

Особенность этой схемы заключает­ся в том, что к фазному проводу подключается внутренний электрод 2 нагревателя, в то время как нулевой провод соединен с клеммой 3 наруж­ного электрода /.

Для обеспечения электробезопас­ности заземляющий провод 6 соеди­нен с корпусом автомобиля, а в це­пи фазного провода установлено защитно-отключающее устройство (тип А-61).

Водитель после возвращения в га­раж и установки автомобиля на стро­го закрепленное место включает на­греватель при помощи трехпроводного штепсельного разъема (фаза, О, земля). За работой нагревателей на открытых стоянках наблюдает персо­нал автотранспортных предприятий.

Исправный автоматический нагре­ватель при работе издает «булькаю­щие» звуки (воздух выходит из поло­сти внутреннего электрода).

Четко организованный контроль со стороны дежурного персонала элек­триков и ИТР позволяет круглосу­точно содержать автомобили на от­крытых стоянках зимой даже в тех случаях, когда автомобиль не выпу­скается на линию несколько дней подряд.

За все время использования авто­матических электронагревателей, вмонтированных в систему охлажде­ния двигателей автомобилей ЗИЛ-130 и автобусов ЛиАЗ-677 (1976— 1978 гг.), на трех крупных автотранс­портных предприятиях ЗСТТУ (всего около 350 автомобилей) при хране­нии их на открытых стоянках зимой не было ни одного случая отказа ав­томатического электронагревателя и размораживания двигателя даже при температуре —40° С и ветре 10— 12 м/с, что подтверждает его высо­кую эксплуатационную эффектив­ность.