Анализ зарубежных конструкций жидкостных подогревателей двигателя. Устройство, техническое обслуживание и ремонт жидкостных подогревателей и воздушных отопителей

4Анализ зарубежных конструкций жидкостных подогревателей двигателя.

Для обеспечения предпусковой подготовки двигателя применяются однорежимные подогреватели с распылительной камерой сгорания тепловой мощностью 23 (24) — 30-35 КВт: Hydronic 24, 30, 35 фирмы Ebcrspracher и Thermo 230, 300, 350 фирмы Webasto. Повышение тепловой мощности обязательно ведет к увеличению потребления электроэнергии АБ, поэтому продолжительность их работы ограничена 1-1,5 часами. В пределах этого времени подогреватель может работать и в автоматическом режиме поддерживания температуры ОЖ, пределы поддержания температуры ОЖ 5-7°С. Два режима нагрева ОЖ: нормальный до температуры ОЖ, например 70°С и экономный до 55°С.

За счет снижения температуры верхнего предела нагрева ОЖ подогреватель реже включается, что снижает потребление энергии. Такими подогревателями комплектуются грузовые автомобили большой грузоподъемности и автобусы, где кроме запуска двигателя требуется обогрев салона. В этом случае, подогреватель работает совместно с двигателем автобуса.

Для обеспечения предпускового прогрева двигателя, длительного поддержания температурного состояния двигателя и кабины или только одной кабины, что необходимо любому АТС, применяются подогреватели с испарительной камерой сгорания, обеспечивающие 3-4 ступени тепловой мощности Hydronic 10: 9,5-7,5-3,2-1,5 КВт, причем со снижением тепловой мощности снижается и потребляемая мощность соответственно: 115-73-45-33 Вт. Это и обеспечивает снижение потребления электроэнергии АБ и увеличение продолжительности работы подогревателя.

Обращает внимание возможность обогрева контура только кабины, то есть автоматически или вручную отключается контур двигателя, и подогреватель с минимальной тепловой мощностью работает только на радиатор отопителя кабины и даже при включенных вентиляторах отопителя кабины водителю в течение 10-12 часов будут обеспечены комфортные условия.

То есть функции предпусковой подготовки двигателя и длительного теплового поддержания двигателя и кабины, и только кабины — равнозначны. Что, к сожалению, не может обеспечить ни одна, кроме 14ТС, модель подогревателя, которыми комплектуются автомобили «КамАЗ».

Таким образом, все грузовые автомобили класса КамАЗ обязательно комплектуются подогревателями с испарительной камерой сгорания. Магистральные автомобили дополнительно комплектуются независимыми воздушными отопителями кабины. Наиболее распространенные подогреватели Hydronic 10 фирмы Ebcrspracher, максимальной тепловой мощностью 9,5 КВт и Thermo 90S фирмы Webasto с максимальной тепловой мощностью 9,1 КВт.

Конструкция подогревателя и систем его управления регламентируются определенными требованиями:

1. Подогреватель.

1.1. Все датчики аналоговые, обеспечивают контроль рабочего процесса в течение всего цикла работы подогревателя:

а)Датчик температуры ОЖ — омывается ОЖ, расположен на выходе из подогревателя.

б)Датчик перегрева — омывается ОЖ — расположен на входе в подогреватель и касается теплообменника, что резко сокращает время опознавания перегрева.

в)Датчик температуры воздуха (термостат) — расположен в кабине. При достижении определенной температуры воздуха дает команду на отключение электромоторов вентиляторов отопителей кабины.

г)Датчик пламени — размещается в зависимости от модели и имеют различную конструкцию:

-у подогревателей с испарительной камерой сгорания — терморезистор.

-у подогревателей с распылительной камерой сгорания, где процесс розжига происходит максимум в течение 10 сек. — фотодиод.

д) Датчик температуры форсунки — термостат (только для подогревателей с распылительной камерой сгорания). Автоматически включает подогреватель форсунки при температуре в зоне форсунки ниже0 С и отключается при температуре в зоне форсунки плюс 8°С.

1.2.Конструкция электродвигателей.

а)У электродвигателя нагнетателя воздуха контролируются обороты и при изменении их в пределах ±10% дается команда на аварийное отключение.

б)У электродвигателя циркуляционного насоса при снижении оборотов на 40% дается команда на аварийное отключение.

1.3.Свеча накаливания (для подогревателя с испарительной камерой сгорания) — штифтовая, закрытого типа, у ф. Webasto — керамическая. Нагревательный элемент — спираль, располагается внутри металлического или керамического корпуса. Потребление тока в пределах 5А. Размещается — в зависимости от конструкции горелки.

1.4.Конструкция горелки.

а)Фирма Webasto. Конструкция горелки — плоская, круглой формы. Материал испарителя — пористая керамика. Свеча накаливания, датчик пламени располагаются сзади испарителя, туда же подается и топливо.

Воздух на горение подается к центру горелки через специальные отверстия. На выходе из горелки установлен завихритель.

б)Фирма Ebcrspracher. Форма испарителя цилиндрическая, пористый материал размещается по торцу и внутренней поверхности цилиндра. Воздух через завихритель подается в центр горелки. На выходе из горелки специальные прорези обеспечивают дополнительную турбулентность топливно-воздушной смеси, что улучшает процесс горения. Свеча расположена рядом с испарителем в зоне подвода топлива.

1.5.Топливный насос.

а)У подогревателей с испарительной камерой сгорания — импульсный, плунжерного типа.

б)У подогревателей с распылительной камерой сгорания — шестеренчатый.

1.6.Коммутация внутреннего жгута проводов — двухпроводная, то есть на каждый исполнительный механизм подогревателя от блока управления идет 2 провода, что позволяет обеспечить контроль и защиту каждой цепи (см. Рис. 3).

1.7. Блок управления микропроцессорный. Комплектующие SMD, изготовление по технологии поверхностного монтажа.

1.7.1. Силовые цепи управляются интеллектуальными ключами (см. Рис. 4).

1.7.2.Обеспечивается контроль на обрыв и защита всех электрических цепей, в том числе и слаботочных: от короткого замыкания, импульсных электрических напряжений в бортовой сети автомобиля и переполюсовок.

1.7.3.Диагностирование всех неисправностей и аварийных ситуаций. Внутренняя память и блокировка включения в случае накопления ряда неисправностей более установленного предела. Снятие блокировок модульным таймером или специальным диагностическим прибором (обязательно в специализированной мастерской).

1.7.4.Кодирование неисправностей и отклонений от нормального алгоритма работы:

-Фирма Ebcrspracher. Количество кодов неисправностей: 35-36.

-Фирма Webasto. Количество кодов неисправностей: 11-12.

1.7.5.Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) режимов работы электромоторов нагнетателя, т.е. программное изменение и стабилизация оборотов независимо от изменения напряжения бортовой сети автомобиля. Обеспечивает:

а)Поддержание постоянства регламентированных уровнем тепловой мощности, оборотов электромотора нагнетателя, что гарантирует стабильность горения.

б)Снижение напряжения, подаваемого на свечу накаливания, до 12 В.

в)Плавное изменение оборотов электромотора нагнетателя при запуске и переходе с режима на режим, что обеспечивает оптимальное условие для образования пламени и поддержания стабильного горения на переходных режимах.

г)Экономию энергии АБ при переходе на более низкую ступень тепловой мощности.

1.8. Особенности алгоритма режимов состояния и контроля рабочего и аварийного состояний (для подогревателей с испарительной камерой сгорания).

1.8.1.Первоначально диагностируются все электрические цепи, после чего включается свеча накаливания, вентилятор — для продувки камеры. Затем включается топливный насос на повышенной производительности для смачивания испарителя. Обороты нагнетателя и цикличность работы топливного насоса снижаются до расчетного минимума и плавно повышаются, обеспечивая при этом первоначальное образование факела и его развитие до стабильного горения. И только при образовании устойчивого пламени по сигналу датчика пламени начинается режим стабилизации — продолжительностью 200-300с, после чего подогреватель переходит в автоматический режим работы.

1.8.2.Обеспечение стабильности горения на различных ступенях тепловой мощности обеспечивается постоянством оборотов нагнетателя за счет ШИМ.

1.8.3.Предупреждение «перегрева» подогревателя — самого опасного дефекта, который в лучшем случае приводит к разрушению подогревателя, в худшем — к созданию пожароопасной ситуации. Поэтому на предотвращение и предупреждение «перегрева» обращается очень большое внимание и как следствие многоступенность предупреждения перегрева подогревателя.

а)Отключение подогревателя датчиком перегрева при повышении температуры на входе выше допустимой. Вспомните, этот датчик расположен на входе в подогреватель и практически своей рабочей частью примыкает к теплообменнику. Появление «воздушной пробки» говорит о нарушении в системе охлаждения и мгновенно регистрируется датчиком.

б)Контроль разницы температур между входом и выходом ОЖ из подогревателя. Превышение его обязательно связано с отклонениями в циркуляционной системе.

г)Повышенная температура выхлопных газов является следствием отклонений в работе подогревателя, что может вызвать перегрев.

д)Отклонение выше допустимого от заданных оборотов электромотора нагнетателя приводит к изменению режима горения, что вызовет перегрев подогревателя.

с) Снижение больше допустимого оборотов циркуляционного насоса или отсутствие ОЖ в системе, вызовет перегрев подогревателя (у подогревателей тепловой мощностью выше 20 КВт).

ж) Блокировка включения при повторяющемся более 3-х раз дефекте «перегрев» или нескольких неудачных попыток включения.

2. Устройства управления.

2.1.Выключатель жидкостного подогревателя двигателя.

2.2.Минитаймер жидкостного подогревателя двигателя. Функции:

-индикация текущего времени;

-одно или три программируемых включения в течение 24 часов и 7 суток.

2.3.Модульный таймер жидкостного подогревателя. Функции:

-индикация текущего времени и дня недели;

-три программируемых включения в течение 24 часов и 7 дней;

-программируемая продолжительность включения;

-автоматическое включение/выключение отопителя кабины;

-индикация неисправностей и снятие блокировки;

2.4.Модульный таймер-терморегулятор (для воздушного отопителя). Дополнительно:

-регулирование температуры в кабине;

-индикация температуры в кабине;

2.5.Дистанционный пульт управления с действием на расстоянии до 1000м.

Обращаю внимание на конструкцию таймеров этих двух фирм. Они одинаковы по габаритам, присоединительным размерам, управляющим кнопкам. Разница лишь в эмблемах и временных (незначительно) параметрах алгоритма управления и электрических разъемах.

2.6.Диагностика неисправностей и объем ее индицирования.

При отсутствии модульного таймера, диагностирование и снятие блокировок осуществляется специальным диагностическим прибором или с помощью персонального компьютера.

Здесь существуют два полярных мнения:

а)первое — индикация должна быть максимальной, т.е. каждое отклонение в режиме работы или неисправность любого из элементов исполнительных механизмов подогревателя и системы его управления имеет свой код.

У подогревателей фирмы Eberspracher индицируется 35-36 кодов неисправностей, т.е. индицируются дифференцированно все неисправности и отклонения от нормального алгоритма работы: обрыв цепи и короткое замыкание каждого их исполнительных элементов подогревателя, погасание пламени на одной из 4х ступеней тепловой мощности и т.д.

б)Второе — количество индикаций должно быть минимальным, т.е. индицироваться должна неисправность исполнительного механизма. Так у подогревателей фирмы Webasto индицируется 11-12 неисправностей исполнительных механизмов и отклонений от нормального режима работы.

Для примера: подогреватель Thermo 230. Неисправность циркуляционного насоса индицируется одним кодом F09. У аналогичного подогревателя Hydronic 24 — эта индикация имеет три кода неисправности:

-Снижение оборотов циркуляционного насоса или отсутствие ОЖ;

-Обрыв цепи электромотора циркуляционного насоса;

-Короткое замыкание или токовый перегруз в цепи электромотора циркуляционного насоса.

Уменьшение кодов неисправностей не означает, что эти блоки управления контролируют не все электрические цепи, просто здесь предусмотрена более объемная кодировка.

Для зарубежного потребителя это вопрос не принципиален, т.к. при любой неисправности водитель обязательно обратится в сервисный специализированный центр.

В инструкциях всех подогревателей записано: «снимать блокировку имеет право только авторизованная сервисная станция».

Теперь еще об одной функции, которую обеспечивают подогреватели с испарительной камерой сгорания. Этот обогрев только одной кабины, т.е. автоматически или вручную отключается контур двигателя, и обогрев ведется только по контуру подогреватель — отопитель кабины. Но для этого должна быть соответствующая тепловая мощность подогревателя, чтоб не было перегрева. По опыту зарубежных фирм это 1,5-1,8 КВт и должен быть комплекс дополнительных ограничений и блокировок. Так, у подогревателя Hydronic 10 продолжительность работы подогревателя на полном режиме принудительно ограничивается 10 минутами — только прогрев системы. Особенно четко этот режим осуществлен в подогревателе Thermo 90S, где для обогрева каждого из контуров программно заданы температурные режимы.

Вот основные конструкторские параметры зарубежных подогревателей, которые обеспечивают надежность, долговечность и качество изделий.

3. Подогреватели с испарительной камерой сгорания: Hydronic 10 и Thermo 90S.

Принципиально эти конструкции идентичны. Технические характеристики (см. Таблица 2).

Таблица 2. Подогреватели с испарительной камерой сгорания

Теперь конкретно о каждой модели более подробно:

А. Подогреватель Thermo 90S.

4. Конструкция горелки.

Фирма Webasto. Круглый плоский испаритель. Топливо подается сзади, там же расположен штифт накаливания, т.е. в этом случае происходит точечный нагрев топлива и быстрое его воспламенение, и только затем стабильный процесс розжига.

Штифт накаливания — керамический, в теле стержня заделана спираль.

Индикатор пламени — чувствительный терморезистор, так же керамический. Поток воздуха создаваемый нагнетателем омывает горелку и через отверстия по периферии горелки подается в зону горения. Далее расположен завихритель. К сожалению, такая система не обеспечивает оптимальность подготовки топливо-воздушной смеси и полноты сгорания.

Рис. 6 Горелка подогревателя Thermo 90S.

Алгоритм запуска и работы отопителя Termo 90.

1Включение; 2Опрос компонентов (диагностика);3Предварительное накаливание 40 сек.;4Дозирующий насос. Подача топлива 5-7 сек. — ПН (1);5Дозирующий насос — ЧН(1/4); 6Включение датчика пламени; 7Время стабилизации; 8Полная отгрузка; 9Включение вентилятора автомобиля; 10Диапазон регулирования; 11Регулировочная пауза (режим продувки); 12Датчик пламени «холодный» (0); 13Выбег закончен (продувка закончена); 14Предварительное накаливание 15-20 сек. — ПН (1); 15Дозирующий насос подача 5-7 сек.; 16Дозирующий насос частичная нагрузка (1/4); 17 Включение датчика пламени; 18 Время стабилизации; 19Температура охлаждающей жидкости снизилась; 20Полная нагрузка; 21Выключение (режим продувки); 22Датчик пламени «холодный» (0); 23Выбег закончен (продувка закончена);А штифт накаливания; В дозирующий насос; С нагнетатель воздуха на горение; D датчик пламени; Е лампочка индикатора работы; F циркуляционный насос; G вентилятор автомобиля.

Диагностика и индикация при аварийныхотключениях.

Вид неисправности сигнализируется при работе подогревателя с выключателем миганием лампочки индикатора работы. При оборудовании подогревателя стандартным таймером после появления неисправности производится выдача кода неисправности на дисплей таймера:

F01 — пуск отсутствует (после двух попыток);

F02 — срыв пламени (повторяется более 5 раз);

F03 — падение напряжения ниже допустимого или повышение напряжение выше допустимого;

F04 — преждевременное срабатывание датчика пламени;

F05 — обрыв цепи или короткое замыкание датчика пламени;

F06 — обрыв цепи или короткое замыкание датчика температуры;

F07 — обрыв цепи или короткое замыкание дозирующего насоса;

F08 — обрыв цепи или короткое замыкание или неправильное число оборотов мотора нагнетателя воздуха;

F09 — обрыв цепи или короткое замыкание штифта накаливания;

F10 — перегрев;

Fl 1 — обрыв цепи или короткое замыкание циркуляционного насоса;

F12 — аварийная блокировка вследствие повторяющихся неисправности или обрыва пламени.

Обязательное условие «снимать блокировки имеет право только авторизированная сервисная станция».

Оригинальной для этой конструкции подогревателя является функция обогрева ОЖ по трем контурам (см. Таблица 3):

-только кабина;

-только двигатель;

-кабина и двигатель.

Таблица 3. Характеристики конструкций.

Программно для каждого обогреваемого контура свои пределы регулирования температуры ОЖ.

Причем эта система выполнена таким образом, что при прогреве контура только кабины, не требуется устройства дополнительного расширительного бачка, т.к. отключение происходит только на входе и роль компенсатора играет сам двигатель.

Все остальные параметры соответствуют классическим требованиям, предъявляемым к подогревателям.

Б. Hydronic 10.

Что касается камеры сгорания подогревателя Hydronic 10 то здесь камера сгорания цилиндрическая. Пористый материал расположен в торце и периферии цилиндра. Штифт расположен в предкамере, которая примыкает к торцу испарителя.

Рис. 7 Подогреватель Hydronic 10.

Топливо подается в предкамеру, где свеча примыкает к малому внутреннему цилиндру. Туда же подается топливо, что обеспечивает быстрое образование пламени и розжиг горелки. Воздух от нагнетателя через завихритель подается в центральную часть горелки трубчатой формы, и затем подастся к испарителю. Далее пламя огибает спиральный диск, который дополнительно создает условия к перемешиванию несгоревшей топливо — воздушной смеси. Эта система обеспечивает лучшую подготовку топливо- воздушной смеси и более полное ее сгорание, но как показали эксперименты, этого оказалось недостаточно для обеспечения абсолютной полноты сгорания.

Датчик пламени вынесен из зоны горения в более «холодную» зону, что обеспечивает возможность контролировать температуру в более широких пределах и обеспечить его долговечность.

Рис. 8 Диаграмма режимов работы подогревателя Hydronic 10.

До прогрева ОЖ до 72°С подогреватель работает на сильной ступени тепловой мощности (9,5 КВт), максимальная продолжительность работы на этой ступени 2 часа. При достижении температуры ОЖ 72°С подогреватель переходит на полную ступень тепловой мощности, при достижении температуры 78°С переход на среднюю ступень, при температуре 79°С на малую и достижении 85°С — в режим охлаждения. Когда температура ОЖ опускается до 68°С подогреватель запускается на средней ступени тепловой мощности.

Регулировочные температуры: (параметры рабочего процесса)

Процесс запуска и работы подогревателя Hydronic 10 более сложен, чем Thermo 90. Его можно разделить на несколько фаз, не считая времени общей диагностики подогревателя.

1.Фаза подготовки подогревателя к запуску.

Нагнетатель в течение нескольких секунд на оборотах средней ступени тепловой мощности продувает камеру, топливный насос кратковременно включается на повышенной производительности, чтобы обеспечить заполнение топливом испарителя. Включается свеча накаливания.

2.Фаза образования пламени. Топливный насос и нагнетатель воздуха начинают работать на уровне режимов малой ступени тепловой мощности, в определенный момент (точка начала горения), обороты снижаются до минимума и затем плавно, чтобы не сбить пламя повышаются до образования стабильного пламени. Датчик пламени его зафиксирует. По истечении определенного времени, свеча отключается.

Рис. 9 Диаграмма запуска подогревателя.

В процессе эксплуатации выяснилось, что такая диаграмма не оптимальна. Так как не исключена возможность отключения подогревателя по причине перегрева из-за наличия в ОЖ замерзших частиц воды. Необходимо было ввести режим, позволяющий предварительно прогреть ОЖ. Была введена фаза стабилизации.

Рис 10 Диаграмма запуска подогревателя D9W

3. Фаза стабилизации. Ее продолжительность около 200с. В момент образования пламени подогреватель работает на ступени малой тепловой мощности, затем, на средней и большой ступенях мощности, и переходит на сильную ступень.

В системе управления отсутствует датчик температуры воздуха в кабине. Он заменен термостатом, т.е. при определенной температуре ОЖ (и разрешающей команде о включении электромотора вентилятора отопителя кабины) включается вентилятор и при достижении определенной температуры, отключается.

Диагностика и индикация неисправностей

Здесь другая идеология индикации — индицируются все возможные неисправности каждого исполнительного элемента, то ли это обрыв цепи или короткое замыкание. Всего их 35-36.

Таблица 4 Коды неисправностей.

Код неисправностей	Описание неисправностей	Код неисправностей	Описание неисправностей
000	Без дефекта	011	Отключение, пониженное напряжение
001	Предупредительный сигнал, перенапряжение	012	Перегрев, датчик перегрева выдает температуру вышедопустимого
002	Предупредительный сигнал, понижениенапряжение	013	Превышенная температура горения, индикатор пламенивыдает температуру выше допустимой
009	Отключение По причинепонижения или повышения напряжения	014	Разница температур, замеренных датчиком перегрева идатчиком температуры слишком большая
015	Слишком много перегревов, блокировка БУП при3х разовом прогреве	055	Прерывание пламени на средней ступени
020	Свеча накаливания, обрыв	056	Прерывание пламени на малой ступени
021	Свеча накаливания, короткое замыкание	059	Слишком быстрый подъем температурыжидкости
033	Дефект мотора горелки или неисправен регулятор числаоборотов. Отклонение от заданного числа оборотов	060	Датчик регулирования температуры, обрывцепи
037	Не работает водяной насос	061	Датчик регулирования температуры, короткоезамыкание
042	Короткое замыкание, в водяном насосе илиэлектропроводке	064	Индикатор пламени, обрыв цепи
043	Внешние компоненты, короткое замыкание	065	Индикатор пламени, обрыв цепи
047	Топливный насос, короткое замыкание	071	Датчик перегрева, обрыв цепи
048	Топливный насос, прерывание	072	Датчик перегрева, короткое замыкание
050	Слишком много попыток запуска, блокировка БУП примногократном включении без опознавания пламени	090	Неисправен БУП
051	Пламя при включении, индикатор пламени выдаетповышенную температуру после продувки	По каждому коду неисправностей указаны методыустран Оцените статью Добавить комментарий Отменить ответ Имя * Email * Комментарий Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев. Вам также может понравиться Особенности выбора динамиков для вашего КамАЗа Прослушивание музыки за рулем — неотъемлемый ритуал 00 Двигатель ЯМЗ 238 турбо: характеристики и обслуживание В качестве эксперимента Камский автомобильный завод 00 Предпусковой подогреватель двигателя КамАЗ (ПЖД): схема работы и ремонт В холодное время года владельцы автомобилей вынуждены 00 Гидроусилитель руля КамАЗ: устройство, ремонт и характеристики ГУР КамАЗ – неотъемлемый компонент грузовика, но для 00 Размеры различных моделей КамаЗ: ширина и длина, габаритные размеры При упоминании слова «КамАЗ» многие скажут, что это 00 Сколько кубов входит в КамАЗ: самосвал, бортовой или бетономешалку Что такое объем? Это одна из количественных характеристик 00 КАМАЗ 5308: технические характеристики, комплектация и нагрузка Машина 5308 КАМАЗ камского автомобильного завода относится 00 КАМАЗ 43502: характеристики, нагрузка и комплектация С каждым годом КАМАЗ выпускает все более совершенствованные 00 Контакты Карта сайта Политика конфиденциальности