I. Конструкции подогревателей

Существуют две базовые конструкции современных жидкостных подогревателей и воздушных отопителей. Принципиальные различия состоят в способе подачи топлива в зону горения и образования факела.

Общим для этих конструкций должны быть выполнение условия: для сокращения времени прогрева самого подогревателя и двигателя, выход ОЖ из подогревателя должен быть расположен в наиболее горячей зоне.

А. Первая конструкция подогревателя с распылительной камерой сгорания показана на Рис. 1

Рис. 1 Подогреватель с распылительной камерой сгорания

1. Блок управления 2. Вход воздуха на горение

3. Электромотор нагнетателя 4. Крыльчатка нагнетателя

5. Топливопроводы (подающий, сливной) 6. Топливный насос

7. Подогреватель форсунки 8. Форсунка

9. Выход выхлопных газов 10. Теплообменник

11. Камера сгорания и жаровая труба 12. Датчик температуры ОЖ

13. Выход ОЖ 14. Датчик перегрева

15. Вход ОЖ 16. Электроды зажигания

17. Датчик пламени 18. Электромагнитный клапан

19. Высоковольтный источник напряжения (ВИН) 20. Циркуляционный насос

Топливо шестеренчатым насосом под давлением до 11,0 Атм. через форсунку подается в зону горения, конструкция которой обеспечивает оптимальное распыление топлива. Т.е. создаваемое насосом давление и конструкция форсунки обеспечивают полноту сгорания топлива. Розжиг пламени производится искрой от высоковольтного источника напряжения (ВИН).

Нагнетатель и топливный насос приводятся во вращение одним электродвигателем, что в принципе должно обеспечить стабильность коэффициента избытка воздуха при номинальных оборотах.

Управление факелом (включение и отключение подачи топлива) производится электромагнитным клапаном. Для подогрева топлива при запуске имеется электронагреватель.

Особенностью конструкции подогревателя с распылительной камерой сгорания является одна постоянная ступень тепловой мощности. Изменение оборотов электромотора нагнетателя и соответственно количества подаваемого воздуха и топлива на горение и его давления из-за непропорциональности изменений производительности нагнетателя и топливного насоса приводит к дисбалансу режима горения и, как следствие изменяет, показатели экологичности выхлопа. Так при снижении напряжения до 20 В, обороты электродвигателя нагнетателя снижается на 15%, снижается давление в топливной системе и показатель экологичности ухудшается и выходит за границы допустимого. Поэтому у подогревателей фирмы «Eberspracher» напряжение, подаваемое на электродвигатель нагнетателя за счет широтно-импульсной модуляции, равняется 12 В.

Габариты подогревателя такой конструкции определяются длиной факела, которая, в свою очередь, зависит от конструкции форсунки т.е. угла распыла и наличия в теплообменнике различных завихрителей.

Тепловая мощность подогревателя зависит от количества топлива сгораемого в подогревателе, которое зависит, в первую очередь, от проходных сечений в форсунке. Таким образом нижний предел тепловой мощности подогревателей ограничивается технологической возможностью обработки отверстий в форсунке.

Наиболее распространенный модельный ряд тепловых мощностей подогревателей это 23-30-35 кВт.

Б. Вторая конструкция подогревателя с испарительной камерой сгорания показана на Рис. 2.

Принципиальные отличия.

1. Системы подачи топлива и воздуха на горение разъединены и каждая из них управляется отдельно, что позволило обеспечивать стабильность режима горения при любом уровне тепловой мощности.

2. Топливовоздушная смесь создается не за счет распыления топлива форсункой, а за счет его испарения в горелке.

3. Возможность сохранять постоянство «коэффициента избытка воздуха» на горение независимо от выбранного уровня тепловой, мощности обеспечило главное преимущество этой конструкции – несколько ступеней тепловой мощности. Обычно это 3 или 4. Причем, при снижении уровня тепловой мощности пропорционально снижается и потребление энергии АКБ.

4. Наиболее «горячая» зона в подогревателе это зона горелки, соответственно здесь расположен патрубок для выхода ОЖ.

Рис. 2 Подогреватель с испарительной камерой сгорания

1. Блок управления 2. вход воздуха на горение

3. Электромотор нагнетателя 4. Крыльчатка нагнетателя

5. Подвод топлива 6. Завихритель воздуха на горение

7. Камера горения 8. Пористый материал испарителя

9. Датчик пламени 10. Выход выхлопных газов

11. Теплообменник 12. Жаровая труба

13. Датчик перегрева 14. Вход ОЖ

15. Датчик температуры ОЖ 16. Выход ОЖ

17. Свеча накаливания 18. Рассеиватель

19. Циркуляционный насос

Топливо плунжерным импульсным насосом подается на испаритель горелки, одновременно нагнетатель подает воздух на горение. Свеча накаливания производит предварительный прогрев зоны испарителя и топливно-воздушной смеси и ее воспламенение. После того как горение началось, свеча отключается. Количество топлива и воздуха на горение строго регламентировано в зависимости от режима горения и уровня тепловой мощности.

Конструкция горелки должна обеспечить оптимальную смешиваемость топливно-воздушной смеси. Чем интенсивнее обеспечивается этот процесс, тем полнее идет процесс горения, тем выше экологические и энергетические показатели подогревателя.

Тепловая мощность такого подогревателя напрямую зависит от размеров испарителя. Поэтому минимальная тепловая мощность зависит только от потребности в этой минимальной тепловой мощности.

Максимальная длина ограничивается габаритами горелки и самого подогревателя. Габариты «факела» определяются размерами горелки и наличием специальных завихрителей, ограничивающих длину факела и обеспечивают более интенсивный нагрев ОЖ на первоначальной стадии разогрева ОЖ, именно в зоне выхода ОЖ из подогревателя- в передней части теплообменника. В этой конструкции подогревателя его максимальные габариты зависят только от тепловой мощности, т.е. его габариты должны обеспечить отвод созданной подогревателем тепловой энергии.

До недавнего времени, по опыту подогревателей Термо 90S и Гидроник 10, считалось что максимальная тепловая мощность подогревателей с испарительной камерой сгорания - 9,5 кВт. С чем это связано? Видимых причин две:

1. Невозможность снять большую тепловую мощность с действующей конструкции горелок, особенно с горелки подогревателя Термо90S фирмы Вебасто.

2. В отсутствии потребности в подогревателях тепловой мощности выше 9,5 кВт у Европейских потребителей, где нет таких больших минусовых температур как в России.

Для России потребовался подогреватель с большей мощностью чем могли предложить зарубежные производители, вследствие чего отечественные производителя стали проводить эксперименты по созданию подогревателей высокой мощности.

Первым кто перешел рубеж 9,5 КВт были специалисты Шадринского Автоагрегатного Завода, создав подогреватель тепловой мощности 12 кВт- ПЖД12Б. Затем специалисты ООО «Адверс» в подогревателе 14ТС достигли тепловой мощности 15,5 кВт и ведут работы по созданию подогревателя тепловой мощности 30 кВт. Учеными Казанского технологического университета создан опытный подогреватель с испарительной камерой сгорания тепловой мощностью 28 кВт и возможностью плавного регулирования ее от 6-ти до 28 кВт. Ведутся работы по повышению тепловой мощности до 35 кВт.

Главным преимуществом подогревателей с испарительной камерой сгорания является изменение тепловой мощности в широких пределах, что позволяет обеспечить как предпусковой подогрев двигателя, так и длительное поддержание теплового состояния двигателя и кабины, обеспечивая при этом положительный баланс АКБ.