Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в транспортном, строительном и сельскохозяйственном машиностроении, в частности в двигателях внутреннего сгорания с устройствами регулирования потока воздуха, обдувающего охладительное устройство жидкостной системы охлаждения двигателей. Сущность изобретения: система содержит радиатор с входным и выходным патрубками, сообщенными соответственно с выходом из рубашки двигателя и входом в нее. На входе охлаждающего воздуха в радиатор установлены шторка, а на выходе - вентилятор. Система снабжена дополнительной шторкой, размещенной между радиатором и вентилятором. Причем как основная так и дополнительная шторки, при необходимости закрытия радиатора, в первую очередь экранируют наиболее нагретые части радиатора, близкие ко входному патрубку радиатора. Изобретение обеспечивает снижение расхода топлива и токсичности выхлопных газов, уменьшение материальных затрат и трудоемкости при эксплуатации и ремонте двигателя. 1 ил. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к транспортному, строительному и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройству двигателей внутреннего сгорания, а именно к устройствам регулирования потока воздуха, обдувающего охладительное устройство жидкостной системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на транспортных машинах и стационарных установках.

Преимущественная область использования изобретения холодные и умеренные климатические зоны, в которых, как известно, используется большое количество транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания жидкостного охлаждения. Характерной особенностью этих зон является большая продолжительность морозного периода с температурами ниже минус 30^oC и большим скоростями ветра, достигающими 30 м/с. Отрицательное влияние этих климатических условий (температуры воздуха и скорости ветра) на работоспособность техники известно и может быть определено по формулам Бодмана и Коха, тем не менее основную массу техники, эксплуатируемой в этих зонах, составляют машины обычного исполнения, рассчитанные на эксплуатацию при температурах до минус 30^oC.

Известно, что при понижении температуры окружающего воздуха от плюс 17^oC до минус 30^oC износ двигателя внутреннего сгорания увеличивается в 2-2,5 раза, а расход бензина на 20% при дальнейшем же понижении температуры воздуха на 30% Кроме того, известно что при температуре окружающего воздуха минус 30^oC и скорости ветра 18 м/с потери тепла могут быть такими же, как при морозе минус 65^oC и безветрии. Термодинамическое действие потока воздуха (ветра) объясняется тем, что, например, при охлаждении с плюс 10^oC до минус 50^oC плотность воздуха возрастает в 1,3 раза, динамическая вязкость падает в 1,2 раза, а его кинематическая вязкость также падает в 1,5 раза.

В результате способность воздуха "затекать" через неплотности и отбирать тепло из нагретых узлов двигателя значительно возрастает.

В этих условиях для уменьшения теплоотдачи улучшают динамику движения воздуха в подкапотном пространстве путем сокращения числа лопастей вентилятора, выпрямления его отогнутых концов и уменьшения угла атаки лопастей. В результате экспериментов установлено, что при снятии кожуха производительность вентилятора автомобильного двигателя снижается на 12% Применение на автомобиле ЗИЛ-130 вентилятора с прямыми лопастями обеспечивает уменьшение его производительности на 28% Поэтому двигательную установку и радиатор стремятся защитить экранами независимо от того, что является причиной потока холодного воздуха или вентилятор, или (при автоматически отключенном вентиляторе) естественные завихрения в подкапотном пространстве. Примером может служить устройство, известное из источника, в котором описан двигатель, часть наружной поверхности которого покрыта экраном из теплоакуумулирующего материала. Это подтверждает актуальность задачи сохранения в течение возможно более длительного времени тепла в агрегатах для облегчения последующего запуска двигателя, ускорения послепусквого прогрева и т.д. В отношении радиатора эта задача еще недостаточно решена, хотя известно, что частичное (местное) замерзание воды в радиаторе в случае, например, временных остановок двигателя, происходит чаще всего в каналах его сердцевины, а не в бачках, что обусловлено высокой теплоподачей к воздуху от наружных поверхностей водяных каналов и малым объемом находящейся в них воды.

Прототипом предлагаемого устройства может служить система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, описанная в источнике информации.

Эта известная система содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости, водяной насос, вентилятор, радиатор с жалюзи на входе охлаждающего воздуха в радиатор, а также дополнительные жалюзи, размещенные между радиатором и вентилятором.

Такая система не позволяет достаточно эффективно регулировать тепловой режим работы двигателя в условиях низких температур окружающего воздуха, при необходимости частых кратковременных остановок, при эксплуатации на режимах частичных нагрузок, особенно в случаях выхода из строя или отсутствия дросселирующего клапана поскольку металлические створчатые жалюзи не обеспечивают полной изоляции радиатора от воздушных потоков вследствие недостаточно полного прилегания створок жалюзи по причинам конструктивно-технологического, а также эксплуатационного характера (коррозия, грязь и т.п.).

Эксплуатация двигателя с известной системой при указанных условиях и режимах работы связана с понижением температуры охлаждающей жидкости ниже оптимальной с точки зрения экономичности, износа, срока службы и надежности. Кроме того использование воды в качестве охлаждающей жидкости вместо антифриза в указанной системе в зимних условиях возможно со значительной долей риска по причине отсутствия эффективных средств против ее замерзания в радиаторе.

В то же время известно, что неплотность прилегания створок жалюзи можно в значительной мере уменьшить заменив их плотным экраном, например шторкой из морозо-маслобензостойкой резины, резинотекстиля и т.п.

Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания включающая контур циркуляции охлаждающей жидкости, водяной насос, вентилятор, радиатор со шторкой, на входе охлаждающего воздуха в радиатор причем, в случае необходимости перекрытия радиатора, наиболее нагретые его части, т.е. более близкие ко входному патрубку, экранируются шторкой в последнюю очередь.

Такая особенность конструкции согласно закону Ньютона-Рихмана приводит к низкой эффективности регулирования теплового режима работы двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха: значительная разница температур охлаждающей жидкости и воздуха имеет следствием значительную диссипацию тепла, в то время как адекватно зимним условиям эксплуатации было бы минимальное рассеивание в сочетании с большой плавностью регулирования теплового режима.

Данное устройство позволяет устранить указанные недостатки известных систем.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования теплового режима работы двигателя путем более полного сохранения тепла находящейся в радиаторе охлаждающей жидкости в условиях эксплуатации при низких температурах окружающей среды и, тем самым, предотвращение понижения температуры двигателя до уровня ниже оптимальной.

Указанная цель достигается тем, что в системе жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащей радиатор с входным и выходным патрубками, сообщенными с рубашкой двигателя, шторкой на входе охлаждающего воздуха в радиатор и вентилятор на выходе охлаждающего воздуха из радиатора, дополнительно установлена шторка, размещенная между радиатором и вентилятором, причем как основная, так и дополнительная шторки, при необходимости закрыты, в первую очередь экранируют части радиатора близкие ко входному патрубку как наиболее нагретые.

Из патентной литературы известны устройства, (1, 2), содержащие указанный отличительный признак, например, устройство для охлаждения жидкостных систем реактивного двигателя, описанное в источнике информации. В указанном устройстве "выходной туннель теплообменника снабжен управляемой заслонкой", однако этот признак введен с совершенно иной целью и предназначен для получения другого положительного эффекта, связанного с увеличением пропуска воздуха через радиатор при работе двигателя на земле и в полете, в то время как в данном устройстве такая заслонка служит для ограничения пропуска воздуха через радиатор, то есть выполняет противоположную функцию. Это служит достаточным основанием для признания данного технического решения соответствующим критерию изобретения "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображена система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

Система включает радиатор 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Патрубки сообщены с рубашкой двигателя 4, приводящего во вращение вентилятор 5 (рубашка условно не изображена). На входе охлаждающего воздуха (потоки воздуха изображены стрелками) в радиатор 1 установлены управляемая, например вручную, основная шторка 6, а на выходе, т.е. между радиатором и вентилятором -дополнительная управляемая шторка 7. Через радиатор, патрубки и трубопроводы 8 и 9 циркулирует охлаждающая жидкость, например антифриз с температурой замерзания минус 40^oC и ниже, с помощью насоса, приводимого от двигателя (насос не изображен). Поскольку трубопроводы 8 и 9 сообщены с рубашкой двигателя, жидкость циркулируют и через нее, охлаждая цилиндры, головку и другие нагретые детали и узлы, условно не изображенные. Шторки 6 и 7 смонтированы таким образом, чтобы при их закрытом положении практически полностью перекрывался поток воздуха через радиатор.

Система работает следующим образом.

При плюсовых температурах окружающего воздуха, когда требуется максимальный пропуск его через радиатор 1, шторки 6 и 7 устанавливают в открытое положение. При понижении температуры воздуха до уровня, когда начинает переохлаждаться двигатель 4, то есть когда его температура становится ниже оптимальной, сначала частично, а при дальнейшем понижении температуры воздуха полностью закрывают шторку 6, регулируя тем самым тепловой режим работы двигателя. Однако, при дальнейшем понижении температуры воздуха этого становится уже недостаточно для поддержания оптимальной температуры двигателя, даже несмотря на такой прием, как выключение вентилятора, вследствие затекания сильно охлажденного воздуха в подкапотное пространство транспортного средства под динамическим напором уже со стороны, противоположной фронту радиатора. В этом случае полностью закрывают дополнительную шторку 7. Таким образом, радиатор не продувается с обеих сторон, что способствует меньшему теплоотводу от него и, соответственно, от двигателя, а это, в свою очередь, приводит к улучшению таких эксплуатационных качеств, как надежность, экономичность, срок службы (ресурс), экологичность, материальные и трудовые затраты, надежность запуска после относительно более длительных, чем обычно, периодов останова двигателя.

Так исследование динамики послепускового прогрева двигателя автомобиля показало, что наиболее интенсифицируют процесс прогрева жалюзи, а наименее действенным является отключение вентилятора. Термостат и отключаемый водяной насос среди ускоряющих прогрев устройств занимают по эффективности среднее положение, а результаты проведенного эксперимента убедительно свидетельствуют, что при температуре воздуха минус 30^oC закрывание радиатора шторкой только с одной его стороны позволяет, по сравнению с использованием жалюзи, сократить время разогрева всей системы охлаждения двигателя до +30^oC с 30 до 18 мин. т.е. более чем в 1,6 раза.

Таким образом, шторка является эффективным и универсальным средством регулирования теплового режима работы двигателя, а установка дополнительной шторки с первоначальным экранированием, в случае необходимости, зон радиатора близких к впускному патрубку как наиболее нагретых, согласно настоящему изобретению, еще более повышает эту эффективность.

Формула изобретения

1. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с жидким теплоносителем, содержащая радиатор с входным и выходным патрубками, сообщенными с рубашкой двигателя, шторку на входе охлаждающего воздуха в радиатор и вентилятор на выходе охлаждающего воздуха из радиатора, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной шторкой, размещенной между радиатором и вентилятором.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что как основная, так и дополнительная шторки сконструированы таким образом, что при необходимости экранирования прикрытие радиатора происходит в направлении от входного патрубка радиатора к выходному.

РИСУНКИ

Рисунок 1