Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона автомобиля

 

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно к устройствам, которые обеспечивают оптимальное тепловое состояние двигателя внутреннего сгорания и тепловой комфорт в салоне автомобиля. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона автомобиля содержит рубашку охлаждения, клапан-термостат, радиатор двигателя, жидкостный насос, радиатор отопителя салона с электровентилятором. В системе охлаждения двигателя установлен клапан прогрева двигателя. Клапан перегрева установлен на входе радиатора двигателя. Отопление имеет два автоматически управляемых гидравлических переключателя потока жидкости. Аккумулятор тепла включен последовательно радиатору отопителя, а на выходе аккумулятора расположен насос с электроприводом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона автомобиля за счет применения многоконтурного гидравлического тракта и встроенного аккумулятора тепла, управляемых двумя автоматическими гидравлическими переключателями. 4 ил.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно к устройствам, которые обеспечивают оптимальное тепловое состояние двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и тепловой комфорт в салоне автомобиля (автобуса).

Известно транспортное средство, у которого отопление содержит магистральный контур с трубопроводами охлаждающей жидкости ДВС, отопители салона, теплоизолированный ресивер, термостат (авторское свидетельство N 1463525, В 60 H 1/02).

Это отопление малоэффективно из-за небольшой величины тепловой энергии, которая может быть получена от нагретого сжатого воздуха в ресивере.

Известно устройство для обогрева кабины и ДВС (авторское свидетельство N 1444176, В 60 H 1/18). Устройство содержит теплообменник, установленный на выхлопной трубе. Теплообменник имеет краны на входе и на выходе, которые соединяют его или с отопителем, содержащим насос с электроприводом и электровентилятором, или с системой охлаждения ДВС. Но такое устройство способно обогревать кабину и ДВС только при работающем двигателе и не может аккумулировать тепло, что снижает эффективность работы отопления.

Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и связанное с ней гидравлическим трактом отопление салона автомобиля (Анохин В.А. Отечественные автомобили. М.: Машиностроение, 1968 г., с. 129-156, 737-774). Система состоит из рубашки охлаждения, клапана-термостата, радиатора двигателя, жидкостного насоса, радиатора отопителя салона с электровентилятором. Такая классическая система не может аккумулировать тепло двигателя, обеспечивать теплом салон автомобиля при неработающем двигателе и поддерживать качественный оптимальный температурный режим работающего двигателя внутреннего сгорания, что в целом существенно снижает эффект.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы системы охлаждения ДВС и отопления салона автомобиля за счет применения многоконтурного гидравлического тракта и встроенного аккумулятора тепла, управляемых двумя автоматическими гидравлическими переключателями.

Система охлаждения ДВС и отопления салона автомобиля содержит рубашку охлаждения, клапан-термостат, радиатор двигателя, жидкостный насос, радиатор отопления салона с электровентилятором. В системе установлен клапан прогрева двигателя, включенный параллельно клапану- термостату, клапан перегрева, установленный на входе радиатора двигателя, а гидравлический тракт отопления имеет два гидравлических переключателя потоков жидкости, имеющих возможность автоматического включения в него зависимого контура нагрева воздуха в салоне автомобиля, контура аккумулятора тепла, контура автономного нагрева воздуха и контура прогрева двигателя, и управляемых автоматическим устройством, аккумулятор тепла, включенный последовательно радиатору отопителя, запасающий избыток тепла ДВС, осуществляющий отопление салона автомобиля при неработающем двигателе и его прогрев перед запуском в холодное время. На выходе аккумулятора расположен насос с электроприводом, обеспечивающий работу автономного контура нагрева воздуха и контура прогрева двигателя.

На фиг. 1 представлена система охлаждения ДВС и отопления салона автомобиля (автобуса). На фиг. 2, 3 и 4 - положения гидравлических переключателей потоков жидкости.

Система охлаждения и отопления салона автомобиля содержит рубашку охлаждения 1, клапан-термостат 2, жидкостный насос 3(H₁), радиатор отопителя 4, электровентилятор 5, гидравлические переключатели 6 и 7, аккумулятор тепла 8 с теплоизоляцией 9 стенок, насос 10 (H₂), клапан перегрева 11, радиатор двигателя 12, клапан прогрева 13. Система охлаждения и отопления состоит из нескольких контуров.

Контур прогрева ДВС, который установлен в подкапотном пространстве А (фиг. 1), содержит рубашку охлаждения 1, клапан-термостат 2 и жидкостный насос 3 (H₁) (фиг. 1).

Контур зависимого (от работы ДВС) нагрева воздуха в салоне Б (фиг. 1) состоит из рубашки 1, клапана-термостата 2, радиатора 4 отопителя салона Б с электровентилятором 5, а также гидравлических переключателей 6 и 7 и насоса 3 (фиг.1).

Контур аккумулятора тепла содержит рубашку 1, клапан-термостат 2, радиатор 4 отопителя, переключатель 6, аккумулятор тепла 8 с теплоизоляцией 9 стенок, насос 10 (H₂) с электроприводом, переключатель 7 и насос 3 (фиг. 1).

Контур перегрева ДВС состоит из рубашки охлаждения 1, клапана-термостата 2, клапана перегрева 11, радиатора двигателя 12 и насоса 3 (фиг. 1).

Контур прогрева двигателя перед пуском его в холодный период содержит рубашку охлаждения 1, клапан прогрева 13, радиатор отопителя 4, гидравлический переключатель 6, аккумулятор тепла 8, насос 10, гидравлический переключатель 7 и неработающий в этом режиме насос 3 (фиг. 1).

Контур автономного нагрева воздуха в салоне Б состоит из радиатора отопителя 4, гидравлического переключателя 6, аккумулятора 8, насоса 10, гидравлического переключателя 7 (фиг. 1).

Система охлаждения ДВС и отопления салона автомобиля работает следующим образом. После запуска двигателя работает контур прогрева. Жидкость под действием насоса 3 циркулирует через точки a, b, c (фиг. 1). При этом клапан-термостат 2 отсекает поток жидкости к узлу d. Клапан прогрева 13 закрыт.

При нагреве жидкости t^o_жд ≥ 65-75^oC клапан-термостат 2 открывается и пропускает жидкость к узлу d, одновременно закрывая путь в контур прогрева. Жидкость циркулирует в контуре зависимого нагрева воздуха через точки a, d, e, f, g, h, m, n, b, c (фиг. 1), а положение гидравлических переключателей 6 и 7 соответствует фиг. 2. Включение и выключение электровентилятора 5 радиатора отопителя 4 осуществляется автоматическим регулятором по алгоритму. Если температура жидкости t^o_жд = t^o_ж > 70^oC, а температура воздуха t^o_в, в салоне Б меньше 17^o - вентилятор включен. Если t^o_ж < 70^o или t^o_в > 20^oC - выключен.

Избыточное тепло запасается аккумулятором тепла, который представлен емкостью 8 с высококачественной теплоизоляцией 9 (фиг. 1). В гидравлический тракт отопления аккумулятор 8 включается автоматически посредством переключателя 6 при следующих условиях: t^o_в > 17^o и t^o_ак < t^o_ж. При этом жидкость циркулирует по контуру аккумулятора тепла - a, d, e, f, g, h, q, l, m, n, b, c. Холодная жидкость в аккумуляторе 8 постепенно замещается жидкостью с более высокой температурой. Рабочее колесо электрического насоса 10 не оказывает сопротивления потоку жидкости (например, оно связано с электродвигателем муфтой свободного хода). Гидравлические переключатели 6 и 7 находятся в положении, представленном на фиг. 1 и фиг. 3. Если температура жидкости t^o_ак в аккумуляторе 8 в какой-то момент станет превышать t^o_ж (например, уменьшится тепловыделение ДВС из-за уменьшения нагрузки) или t^o_в < 15, то аккумулятор 8 из гидравлического тракта системы отопления выключается. При этом гидравлические переключатели 6 и 7 переходят в состояние, представленное на фиг. 2. Таким образом, при работающем двигателе в аккумуляторе 8 постепенно увеличивается количество тепла за счет повышения t^o_ак. Большие нагрузки на ДВС приводят к интенсивному тепловыделению, что обеспечивает требуемую температуру t^o_в в салоне и значительное повышение температуры жидкости в системе охлаждения ДВС и отоплении. Так как аккумулятор 8 в этот момент включен в гидравлический тракт, то его температура t^o_ак, а также количество запасенной в нем тепловой энергии приближаются к максимальному значению. Дальнейший рост температуры жидкости ведет к перегреву ДВС. При условии t^o_жд = t^o_ак = t^o_ж ≥ 95-98^oC автоматический регулятор открывает клапан перегрева 11, и жидкость начинает циркулировать по двум контурам: контуру перегрева - a, d, o, p, b, c и контуру зависимого нагрева воздуха - a, d, e, f, g, h, m, n, b, c (фиг. 1). В момент срабатывания клапана перегрева 11 гидравлический переключатель 6 устанавливается в положение, соответствующее фиг. 2, что выключает из гидравлического тракта аккумулятор 8 и предотвращает снижение t^o_ак. При снижении температуры t^o_жд до 75-80^oC клапан перегрева закрывается, а жидкость циркулирует по одному контуру - контуру зависимого нагрева воздуха в салоне.

В период длительных стоянок автомобиля с неработающим двигателем необходимая температура t^o_в в салоне поддерживается за счет запасенного тепла в аккумуляторе 8. Жидкость циркулирует в контуре автономного нагрева воздуха z, f, g, h, q, l, m под действием электрического насоса 10. При этом гидравлические переключатели 6 и 7 находятся в положении, указанном на фиг. 4.

Успешному запуску двигателя в условиях низких температур способствует прогрев ДВС теплом аккумулятора 8. Гидравлические переключатели 6 и 7 устанавливаются в положение, представленное на фиг. 1 и 3. В момент включения насоса 10 открывается клапан прогрева 13. Горячая жидкость из аккумулятора 8 циркулирует по контуру прогрева двигателя l, m, n, b, c, a, e, f, g, h, q. После пуска двигателя клапан 13 закрывается, жидкость циркулирует по контуру a, b, c, а тепло аккумулятора расходуется на нагрев воздуха в салоне за счет циркуляции жидкости в контуре автономного нагрева (переключатели 6 и 7 должны быть в положении, как на фиг. 4).

Таким образом, за счет тепла аккумулятора производится быстрый и надежный пуск ДВС, быстрый прогрев воздуха в салоне. Дальнейшая работа двигателя возобновляет запас тепловой энергии аккумулятора.

Формула изобретения

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона автомобиля, содержащая рубашку охлаждения, клапан-термостат, радиатор двигателя, жидкостной насос, радиатор отопителя салона с электровентилятором, отличающаяся тем, что в системе охлаждения установлен клапан прогрева двигателя, включенный параллельно клапану-термостату, клапан перегрева, установленный на входе радиатора двигателя, а гидравлический тракт отопления имеет два гидравлических переключателя потоков жидкости, имеющих возможность автоматического включения в него зависимого контура нагрева воздуха в салоне автомобиля, контура аккумулятора тепла, контура автономного нагрева воздуха и контура прогрева двигателя и управляемых автоматическим устройством, аккумулятор тепла, запасающий избыток тепла двигателя и включенный последовательно радиатору отопителя, на входе аккумулятора расположен насос с электроприводом, обеспечивающий работу автономного контура нагрева воздуха и контура прогрева двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4