Объединенная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к устройствам силовых установок транспортных средств, связанных с охлаждением. Объединенная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха, содержащая водяную систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного контуров циркуляции охлаждающих жидкостей, и воздушную систему охлаждения его наддувочного воздуха, при этом горячий контур циркуляции снабжен первым циркуляционным насосом, первым радиатором, подсоединенными к полостям охлаждения двигателя внутреннего сгорания, холодный контур снабжен вторым циркуляционным насосом, вторым радиатором и рекуперативным охладителем масла, горячий и холодный контуры соединены между собой двумя межконтурными магистралями, воздушная система охлаждения наддувочного воздуха снабжена рекуперативным воздуховоздушным охладителем, вентилятором с приводом для просасывания через рекуперативный воздуховоздушный охладитель охлаждающего атмосферного воздуха, снабжена рекуперативным воздуховодяным охладителем, включенным водяными каналами в горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости, а воздушными каналами в воздушную систему охлаждения наддувочного воздуха от турбокомпрессора. Изобретение обеспечивает более глубокое охлаждение наддувочного воздуха, улучшение массогабаритных показателей, снижение аэродинамических потерь воздуховодов, подогрев наддувочного воздуха в условиях низких температур за счет использования рекуперативного воздуховодяного охладителя. 1 ил.

 

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к устройствам силовых установок транспортных средств, связанных с охлаждением.

Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с водяной системой охлаждения наддувочного воздуха, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей; горячий контур включает в себя первый циркуляционный насос, полости охлаждения двигателя и первый радиатор, холодный контур - второй циркуляционный насос, второй радиатор и рекуперативные водяные охладители наддувочного воздуха и масла, размещенные на двигателе, а также систему воздухоснабжения двигателя.

Известной системе, обладающей рядом положительных качеств, в частности: удобство размещения воздуховодяного охладителя непосредственно на двигателе, подогрев наддувочного воздуха при его работе с малой нагрузкой и на холостом ходу в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха, характерны следующие недостатки:

- ограниченная глубина охлаждения наддувочного воздуха вследствие охлаждения его водой со сравнительно высокой температурой, так как в условиях тепловоза последняя охлаждается атмосферным воздухом с температурой 40...45°С и выше;

(Тепловоз 2ТЭ116, Москва, «Транспорт», 1977, с.83...87, рис.48; «Агрегаты воздухоснабжения комбинированного двигателя внутреннего сгорания» под редакцией М.Г.Круглова, Москва, «Машиностроение», 1973, с.5...10, рис.1, 2, 8).

Недостатком известной системы является:

- громоздкость системы охлаждения наддувочного воздуха, так как наряду с воздуховодяным рекуперативным охладителем она содержит систему охлаждения воды, охлаждающей наддувочный воздух с блоком водовоздушного радиатора, вентиляторами и их приводами, а также систему управления и регулирования.

Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей и воздушную систему охлаждения наддувочного воздуха; горячий контур циркуляции включает в себя первый циркуляционный насос, первый радиатор и полости охлаждения двигателя, холодный контур - второй циркуляционный насос, второй радиатор и рекуперативный охладитель масла; воздушная система охлаждения наддувочного воздуха включает в себя рекуперативный воздуховоздушный охладитель наддувочного воздуха, одновременно включенный в систему воздухоснабжения двигателя и размещенный вне ее, устройство для просасывания через него охлаждающего атмосферного воздуха (эжекционная установка или вентилятор и приводом), воздуховоды, систему управления и регулирования

Положительными качествами известной системы охлаждения по сравнению с водяной являются, во-первых, возможность осуществления более глубокого охлаждения наддувочного воздуха благодаря использованию всего располагаемого температурного напора между охлаждаемым наддувочным воздухом и охлаждающим атмосферным и, во-вторых, сокращение фронта радиаторов охлаждающего устройства благодаря размещению воздуховоздушного охладителя в крыше тепловоза над двигателем, (см. М.С.Малинов, Ю.А.Куликов, Е.Б.Черток «Охлаждающие устройства тепловозов», «Машгиз», М., 1962, с.202...207, рис.123 и 126; «Расчетно-конструкторские разработки и экспериментальные исследования опытных воздуховоздушных систем охлаждения с алюминиевыми и стальными охладителями для тепловозов мощностью 4000 и 6000 л.с.» Отчет И-45-77, ВНИТИ, Коломна, 1977, гос. рег. №74020157, с.24...31, рис.4.1, 4.2.)

Недостатками известной системы являются:

- недостаточное охлаждение наддувочного воздуха;

- из-за значительных габаритных размеров воздуховоздушного охладителя он не может быть размещен на двигателе, что, во-первых, затрудняет поставку двигателя как единое целое с регламентированными характеристиками и, во-вторых, размещение его вне дизеля приводит к дополнительным аэродинамическим потерям в воздуховодах, соединяющих его с двигателем;

- при использовании воздушной системы охлаждения отсутствует возможность подогрева наддувочного воздуха при работе двигателя с малыми нагрузками или без них и низких температурах атмосферного воздуха.

Техническим результатом изобретения является более глубокое охлаждение наддувочного воздуха, улучшение массогабаритных показателей, снижение аэродинамических потерь воздуховодов, подогрев наддувочного воздуха в условиях низких температур за счет использования рекуперативного воздуховодяного охладителя.

Указанный технический результат достигается тем, что объединенная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха, содержащая водяную систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного контуров циркуляции охлаждающих жидкостей, и воздушную систему охлаждения его наддувочного воздуха, при этом горячий контур циркуляции снабжен первым циркуляционным насосом, первым радиатором, подсоединенными к полостям охлаждения двигателя внутреннего сгорания, холодный контур снабжен вторым циркуляционным насосом, вторым радиатором и рекуперативным охладителем масла, горячий и холодный контуры соединены между собой двумя межконтурными магистралями, воздушная система охлаждения наддувочного воздуха снабжена рекуперативным воздуховоздушным охладителем, вентилятором с приводом для просасывания через рекуперативный воздуховоздушный охладитель охлаждающего атмосферного воздуха, снабжена рекуперативным воздуховодяным охладителем, включенным водяными каналами в горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости, а воздушными каналами - в воздушную систему охлаждения наддувочного воздуха от турбокомпрессора.

Принципиальная схема предлагаемой системы охлаждения приведена на чертеже.

Объединенная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха содержит водяную систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего 1 и холодного 2 контуров циркуляции охлаждающих жидкостей двигателя внутреннего сгорания 3, и воздушную систему 4 охлаждения его наддувочного воздуха от турбокомпрессора 5 двигателя 3, при этом горячий контур 1 снабжен первым циркуляционным насосом 6, первым радиатором 7, подсоединенными к полостям охлаждения двигателя внутреннего сгорания 3, и рекуперативным воздуховодяным охладителем 8, являющийся частью воздушной системы 4 охлаждения наддувочного воздуха и включенный одновременно водяными каналами в горячий контур 1 циркуляции охлаждающей жидкости, а воздушными каналами - в воздушную систему 4 охлаждения наддувочного воздуха от турбокомпрессора 5 на горячем наддувочном воздухе, холодный контур 2 включает в себя второй циркуляционный насос 9, второй радиатор 10 и рекуперативный охладитель масла 11. Горячий 1 и холодный 2 контуры циркуляции соединены между собой двумя межконтурными магистралями 12. Воздушная система 4 охлаждения наддувочного воздуха наряду с включенным в горячий контур 1 воздуховодяным охладителем 8 содержит также рекуперативный воздуховоздушный охладитель 13, вентилятор 14 с приводом для просасывания через охладитель 13 охлаждающего атмосферного воздуха.

Система охлаждения связана с системой автоматического регулирования температуры (САРТ), которая на чертеже не показана.

Объединенная система охлаждения работает следующим образом.

Рекуперативный воздуховодяной охладитель 8 подсоединяется водяными каналами в горячий контур 1 циркуляции охлаждающей жидкости, воздушными - в систему 4 охлаждения наддувочного воздуха двигателя 3 после турбокомпрессора 5 на наиболее горячем наддувочном воздухе, причем теплотехнические параметры воздуховодяного охладителя 8 должны быть выбраны из условия обеспечения необходимого подогрева наддувочного воздуха при минимальной нагрузке двигателя 3 и наиболее низких допустимых температурах атмосферного воздуха.

При работе двигателя 3 под нагрузкой нагретый в процессе сжатия в турбокомпрессоре 5 атмосферный воздух направляется в воздуховодяной охладитель 8, в котором частично охлаждается циркулируемой через него водой горячего контура 1. Температура сжатого в турбокомпрессоре 5 наддувочного воздуха зависит от мощности двигателя 3 и температуры окружающей среды и для современного тепловозного двигателя 3 с турбонаддувом при полной нагрузке и температуре всасываемого атмосферного воздуха 30...40°С равна 150...180°С. Температура воды горячего контура 1 при этом составляет порядка 80...100°С.

Частично охлажденный в воздуховодяном охладителе 8 наддувочный воздух нагнетается во вторую ступень охлаждения - в воздуховоздушный охладитель 13 для дополнительного охлаждения просасываемым через него вентилятором 14 атмосферным воздухом. САРТ управляет работой вентилятора 14 и обеспечивает необходимую степень охлаждения наддувочного воздуха. В остальном система охлаждения работает в обычном порядке.

При эксплуатации тепловоза в условиях низких отрицательных температур окружающего атмосферного воздуха и работе двигателя 3 с малой нагрузкой или на холостом ходу температура воздуха после турбокомпрессора 5 практически не повышается и сохраняется на уровне температуры атмосферного воздуха. Поэтому при прохождении его через воздуховодяной охладитель 8 он подогревается циркулирующей через воздуховодяной охладитель 8 водой, температура которой поддерживается САРТ на рекомендуемом уровне (например, 80...90°С) независимо от режима работы двигателя 3 и внешней температуры атмосферного воздуха.

Такая система охлаждения позволяет сократить габаритные размеры воздуховоздушного охладителя, разместить его рядом с двигателем, сократить воздуховоды и аэродинамические потери в них, а также обеспечивает подогрев наддувочного воздуха при работе двигателя с малыми нагрузками или без них в условиях низких температур атмосферного воздуха.

Объединенная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха, содержащая водяную систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного контуров циркуляции охлаждающих жидкостей, и воздушную систему охлаждения его наддувочного воздуха, при этом горячий контур циркуляции снабжен первым циркуляционным насосом, первым радиатором, подсоединенными к полостям охлаждения двигателя внутреннего сгорания, холодный контур снабжен вторым циркуляционным насосом, вторым радиатором и рекуперативным охладителем масла, горячий и холодный контуры соединены между собой двумя межконтурными магистралями, воздушная система охлаждения наддувочного воздуха снабжена рекуперативным воздухо-воздушным охладителем, вентилятором с приводом для просасывания через рекуперативный воздухо-воздушный охладитель охлаждающего атмосферного воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена рекуперативным воздуховодяным охладителем, включенным водяными каналами в горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости, а воздушными каналами в воздушную систему охлаждения наддувочного воздуха от турбокомпрессора.