Творческая работа учащегося "Система подогрева двигателя"

                Система подогрева двигателя.

                                       Описание проблемы

Тепловые двигатели устанавливаются на все грузовые легковые автомобилях, на автобусах, тракторах, тепловозах, на всевозможных судах (от прогулочного катера до авианосца и подводной лодки), на самолетах , ракетах, дирижаблях, на передвижных электростанциях. Короче говоря, они  используются везде, где нужны автономные и подвижные источники энергии. Каждый год строятся все новые и новые автомагистрали. Они становятся все шире и длиннее. Все больше плодородных земель занимается для транспортных целей. Кроме автодорог, строятся многочисленные гаражи и стоянки, автозаправочные станции и ремонтные мастерские, новые железные дороги, аэродромы, порты. Существует несколько типов тепловых двигателей: двигатели внутреннего сгорания, паровые, газотурбинные, паротурбинные, реактивные. Все тепловые двигатели для своей работы потребляют топливо, основой которого является нефть и природный газ. И то и другое относится к истощимым природным ресурсам. Создание более экономичных двигателей с минимальным загрязнением окружающей среды давно привлекает внимание ученых и инженеров. Исследования идут по трем основным направлениям: совершенствование конструкции двигателя, улучшение процесса сгорания и поиск нового топлива. Самый главный момент в работе – это вспышка в цилиндре. От ее температуры зависит давление продуктов сгорания на поршень. Двигатель сделан из стали, которая имеет хорошую теплопроводность, и значит, часть тепла сгоревшей  смеси уходит в атмосферу через стенки и крышку цилиндра. Температура горящей смеси оказывается меньше расчетной еще и потому, что бензин сгорает не полностью и часть его выбрасывается в воздух. С одной стороны, нам выгодна высокая температура в камере сгорания, так как это повышает КПД. С другой стороны, высокая температура приводит к быстрому разрушению деталей двигателя и его приходится охлаждать, а это снижает КПД. Автомобиль является основными загрязнителями воздуха в больших городах. В продуктах сгорания содержится до 40 различных химических соединений. Основную часть составляют углекислый CO2 и угарный CO газы, оксиды азота NO , различные  углеводороды, ядовитые соединения свинца там, где используется этилированный бензин. Влияние углекислого газа на усиление парникового эффекта и изменение потоков тепла в атмосфере. Загрязнение воздуха оксидами азота и серы приводит к выпадению кислотных дождей и, как установлено исследованиями атмосферы последних лет, способствует разрушению озоносферы и прохождению опасного ультрафиолетового излучения Солнца к поверхности Земли. Чем меньше сгорает топлива в двигателе,  тем меньше отработанных газов. Интересный факт. В некоторых странах принято законодательство, согласно которому при превышении определенного уровня шума в окна устанавливают третье стекло. Это снижает уровень шума на 40%.

С момента появления первых автомобилей, автомобилисты сталкивались с различными проблемами. Одна из важнейших проблем особенно актуальной для северных стран, является проблема холодного пуска двигателя.  Большинство автомобилистов сталкиваются именно с этой проблемой. Во время запуска двигателя после длительного нахождения на улице, детали двигателя подвергаются сильному износу. Увеличивается расход топлива, так как во время запуска двигателя увеличивается впрыск топлива. Идет серьезный удар по экологии, так как в первые минуты увеличивается количества вредных примесей в выхлопном газе. Происходит это в основном из-за того, что часть топлива не успевает сгорать и выбрасывается в атмосферу.  

Сейчас используются различные устройства для облегчения холодного пуска. К ним относится автозапуск. Двигатель машины автоматически запускается каждый оприделеный промежуток времени. Так же используются подогреватели webasto.

                                     Цели проекта

          1. Устранить проблемы связанные с холодным  пускам двигателя в зимний период, путем встраивания в системы выхлопа системы подогрева двигателя. Который будет использовать в качестве основы ранее ни где не используемый ресурс, а именно выхлопной газ повышенной температуры.                                                                  

2.Уменьшения износа большинства деталей двигателя, путем  подогрева двигателя.  Подогревая двигатель перед пуском, износ деталей уменьшается  40%.

3.Уменьшения вредоносного воздействия на экологию, путем уменьшения вредных примесей в выхлопном газе  (углекислый газ CO2 угарный газ CO).

Если учесть что автомобиль считается одним из основных загрязнителей воздуха в городах, то даже уменьшения вредоносного воздействия на несколько процентов будет иметь большой плюс.

4. Уменьшение денежных затрат связаны с заменой комплектующих.

Ежегодно затраты на ремонт и замену комплектующих очень велики.  

                            Суть решения   

   Обычная выхлопная система выглядит следующим образом (рис 1)  Температура выхлопного газа так высока, что метол в некоторых местах даже прогорает. Именно на этом принципе и основано СПД. В систему выхлопа встраивается две трубки, которые связаны с цилиндром  (рис 2).Внутри внешнего цилиндра  находится внутренний цилиндр.  В нем и находится часть тосола. Оба цилиндра имеют теплоизоляцию. Эти оба цилиндра условно назовем теплым баком.   Через первую трубку часть выхлопного газа попадает во внешний  цилиндр. Проходя по внешнему  цилиндру, выхлопной газ обогревает внутренний цилиндр, в котором находится часть тосола. После чего через вторую трубку выхлопной газ полностью удаляется. При этом температура тосола не понижается, и сохраняет постоянную температуру с помощью датчиков контроля температуры. Весь тосол разбит на две части.

Вторая часть тосола также используется.  Теплого бака  соединен с еще одним бочком (рис 3).Задача второго бака назовем его холодным баком, сохранение  второй остывшей части тосола. После того как двигатель глушится автоматически тосол с двигателя сливается в холодный бочек. Пре следующим запуски тосол из теплого бака по третий трубки (рис 3) закачивается в двигатель. После этого в освободившийся теплый бак по четвертой трубке   из холодного бака остывший тосол переливается в теплый бак. Таким образом, нагрев повторяется заново.  

                              Безопасность двигателя.

Так как тосол жидкость с довольно низкой температурой кипения перегрев в замкнутом пространстве довольно опасен. С такой же проблемой сталкивается весь двигатель в целом. Это проблема легко решается. Двигатель оборудован специальными датчиками, при повышении температуры включается система охлаждения. В данном случае, такие же датчики ставятся на  бак с горячим тосолом, и при повышении температуры специальные клапана перекрывают проход выхлопного газа во внешний цилиндр автоматически. Таким образом, сохраняется безопасность двигателя и всего автомобиля в целом.

Предположенные методы и инструменты реализации

Система  подогрева двигателя может, устанавливается на любой легковой и грузовой автомобиль. На новые автомобили система подогрева двигателя может ставиться в базовой комплектации. На другие автомобили  система может, устанавливается в любом тех центре или СТО.  Система подогрева двигателя проста в эксплуатации и обслуживании и не требует лишних денежных затрат. Основным преимуществом системы подогрева двигателя является то, что она затрагивает ранние не использованный ресурс.

Двигатель и его выхлопная система.

1-шкиф коленчатого вала 2-датчик указателя давления масла 3-выпускнои коллектор 4-масляный картер 5-кран слива охлаждающей жидкости 6-головка блока цилиндра 7-впускная труба 8-карбюратор 9-проба маслозаливной горловина 10-крышка коромысел 11-термостат 12-шкив водяного насоса 13-генератор

На схеме изображен двигатель. Под цифрой 3 находиться выпускной коллектор. Выпускной коллектор именно то место куда будет, встраивается система подогрева двигателя.

Двигатель и его выхлопная система

1-стартер 2-тяговое реле стартера 3-маслопровод 4-топливный насос 5-кронштейн опоры двигателя 6-датчик лампы аварийного давления масла 7-масляный фильтр 8-шкив коленчатого вала 9-шкив водяного насоса 10-водяной насос 11-термостат 12-датчик указателя температуры охлаждающей жидкости 13-фильтр тонкой очистки топлива 14-свеча зажигания 15-расппеделитель зажигания 16-крышка толкателей 17-привод распределителя зажигания и масляного насоса  

Термостат. В это место будет встраиваться трубка, закачивающая нагретый тосол в двигатель из теплого бака.

                                          Приложение 1

                        Приложение 2

                           Приложение 3