Жидкостная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением и предназначено для стабильного поддержания их нормального состояния. Жидкостная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая рубашку охлаждения блока цилиндров, рубашку охлаждения головки блока, штатные термостат, радиатор, гидравлический насос, трубопроводы, термометр, согласно изобретению она снабжена дополнительным термостатом, который совместно со штатным термостатом направляет теплоноситель (воду, антифриз, тосол) по гидравлическому контуру: рубашка охлаждения головки блока - штатный термостат - гидравлический насос - дополнительный термостат - дополнительный трубопровод - нижний уровень в рубашке охлаждения блока цилиндров, обеспечивая тем самым массотеплообмен между разными уровнями двигателя, расположенными на разных расстояниях от оси вращения коленчатого вала, и дополнительным термометром, который регистрирует температуру в нижнем уровне рубашки охлаждения блока цилиндров и дает совместно со штатным термометром возможность объективно оценивать тепловое состояние двигателя. Изобретение обеспечивает улучшение конструкции системы охлаждения, устранение закипания воды в радиаторе при высоких температурах окружающего воздуха. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением.
Известна жидкостная система охлаждения, поддерживающая нормальное тепловое состояние ДВС путем организованного массотеплообмена между уровнями ДВС, расположенными на разных расстояниях от оси вращения коленчатого вала (патент №2108469).
Достоинствами данной системой охлаждения двигателя является возможность постоянного поддерживания его нормального теплового состояния и устранение опасности замерзания воды в радиаторе при низких температурах окружающего воздуха, недостатками - наличие дополнительного насоса и некоторая вероятность замерзания воды в радиаторе при сильных морозах.
Цель изобретения - улучшение конструкции системы охлаждения: а) устранение дополнительного насоса, б) уменьшение вероятности замерзания воды в радиаторе при сильных морозах, в) устранение вероятности закипания воды в радиаторе при высоких температурах окружающего воздуха, г) улучшение контроля за уровнем теплового состояния двигателя.
Поставленные цели достигаются тем, что система охлаждения снабжается дополнительными термостатом и термометром, а для поддерживания нормального теплового состояния двигателя и устранения замерзания воды используется тепловая энергия его отработавших газов, причем для устранения закипания воды в системе ее подогрев газами может быть прекращен.
На фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 представлена предлагаемая система охлаждения.
Она содержит: 1 - рубашку охлаждения блока цилиндров, 2 - рубашку охлаждения головки блока цилиндров, 3 - условная граница между зонами принудительной и термосифонной циркуляции теплоносителя (вода, антифриз, тосол и др.), 4 - термостат (основной), 5 - радиатор, 6 - гидравлический насос, 7 - дополнительный термостат, 8 - трубопровод между полостью термостата 7 и нижним уровнем рубашки 1 охлаждения блока цилиндров, 9 - термометр (основной) для регистрации температуры теплоносителя в рубашке 2 охлаждения головки блока цилиндров, 10 - термометр (дополнительный) для регистрации температуры теплоносителя в нижнем уровне рубашки 1 охлаждения блока цилиндров, 11 - теплообменник для нагрева воды теплом отработавших газов, 12 - трубопровод между теплообменником 11 и нижним уровнем рубашки 1 охлаждения блока цилиндров, 13 - устройство для отключения подачи отработавших газов в теплообменник 11 с переключателем 18 (фиг.4 и фиг.5), 14 - устройство для отключения подачи воды в гидравлические элементы теплообменника 11 с переключателем 19 (фиг.6 и фиг.7).
Предлагаемая система охлаждения работает следующим образом. При температуре 85°С и выше (фиг.1) теплоноситель циркулирует по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения головки блока цилиндров - термостат 4 - радиатор 5 - гидравлический насос 6 - термостат 7 - рубашка 1 охлаждения блока цилиндров выше условной границы 3 в области верхней мертвой точки поршней (зона принудительной циркуляции теплоносителя - стрелка 15).
В рубашке 1 охлаждения блока цилиндров ниже условной границы 3 осуществляется малоинтенсивная термосифонная циркуляция (зона термосифонной циркуляции).
Массотеплообмен между этими зонами незначительный, он соответствует режиму работы двигателя и требованиям эксплуатации.
Показания термометра 9 отражают тепловое состояние зон двигателя выше условной границы 3, термометра 10 - в области нижнего уровня рубашки 1 охлаждения блока цилиндров.
При нормальном тепловом состоянии двигателя (температура теплоносителя и масла, давление в системе смазывания, его мощность, частота вращения коленчатого вала, топливные показатели и др. соответствуют требованиям технической эксплуатации) разность показателей термометров 9 и 10 будет минимальной.
При температуре 69°С ниже срабатывают термостаты 4 и 7, обеспечивая тем самым движение всего теплоносителя по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения головки блока - термостат 4 - гидравлический насос 6 - термостат 7 - трубопровод 8 - нижний уровень рубашки 1 охлаждения блока цилиндров (стрелка 16).
При этом теплоноситель, нагретый от омываемых внутренних поверхностей блока цилиндров в области верхней мертвой точки поршней и головки блока цилиндров, переносит тепло в нижний уровень рубашки 1 охлаждения блока цилиндров. Интенсивность циркуляции в рубашке 1 охлаждения блока цилиндров в основном определяется производительностью насоса 6, температура стенок цилиндра от переносимого теплоносителем тепла повышается в направлении к верхней мертвой точке поршней, тепловое состояние двигателя улучшается.
Термометр 9 при этом регистрирует температуру с учетом уровня теплового состояния блока цилиндров, термометр 10 - только тепловое состояние двигателя в нижнем уровне рубашки 1 охлаждения блока цилиндров.
В интервале температур от 65°С до 85°С термостат 4 частично перепускает теплоноситель в радиатор 5, а термостат 7 - в зону принудительной циркуляции. Количество теплоносителя, протекающего по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения - термостат 4 - насос 6 - термостат 7 - трубопровод 8 - рубашка 1 охлаждения блока цилиндров, обусловлено его (теплоносителя) температурой.
Следовательно, термостат 7 и трубопровод 8 обеспечивают организованный массотеплообмен между уровнями двигателя, имеющими различное тепловое состояние и расположенными на разных расстояниях от оси вращения коленчатого вала.
Термометр 10 позволяет более объективно оценивать тепловое состояние двигателя. Необходимость дополнительного насоса (см. ссылку на аналог) отпадает, а это - затраты энергии на его привод, уплотнения, трущиеся поверхности и т.п.
Снабжение системы охлаждения теплообменником 11 (фиг.2) (Груздев Ю.И. - Улучшение топливно-экономических показателей сельскохозяйственных тракторов // Ю.И.Груздев; ред. А.А.Лопарев, рец. В.В.Соколов; Удмуртия - Ижевск, 1988 - 112 с; ил. табл. с.61 рис.23а, с.65 рис.24, с.71. рис.26а и б, с.81 рис.29а и б) дает возможность использовать в ней воду при продолжительной эксплуатации ДВС в условиях низких температур окружающего воздуха.
При температуре воды ниже 65°С (показания термометра 9) термостат 4 направляет воду по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения - термостат 4 - насос 6 - термостат 7 - теплообменник 11 - трубопровод 12 - нижний уровень рубашки 1 охлаждения (стрелка 16). Вода нагревается в теплообменнике 11 теплом отработавших газов (стрелка 17) и отдает его омываемым поверхностям рубашки 1 охлаждения блока цилиндров. Происходит интенсивное повышение теплового состояния двигателя в направлении от нижнего уровня рубашки 1 к зоне принудительной циркуляции.
При температуре 85°С и выше термостат направляет всю воду из зоны принудительной циркуляции в радиатор 5, из которого она поступает к насосу 6, в полость термостата 7 и в зону принудительной циркуляции.
В интервале температур от 65°С до 85°С термостат 4 частично перепускает воду в радиатор 5, а термостат 7 - в рубашку 2 охлаждения блока цилиндров выше границы 3. Объемы этой воды обусловлены ее температурой.
Количество тепловой энергии отработавших газов (25…55°С от величины химической энергии топлива, израсходованного двигателем. Ховах М.С., Маслов Г.С. Автомобильные двигатели // М.С.Ховах, Г.С.Маслов, изд. второе, переработанное и дополненное. Машиностроение - М.: 1971, с.169, табл.9), отданное воде, исключает опасность замерзания воды в радиаторе 5.
Показания термостатов 9 и 10 позволяют иметь объективное представление о тепловом состоянии двигателя.
Снабдив систему охлаждения устройством 13 (фиг.3, фиг.4 и фиг.5), можно с помощью переключателя 18 (фиг.5) отключить подачу отработавших газов в теплообменник 11. По гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения - термостат 4 - насос 6 - термостат 7 - теплообменник 11, в который прекращена устройством 13 подача отработавших газов, - трубопровод 12 - нижний уровень рубашки 1 охлаждения, тепло водой из зоны, расположенной выше границы 3, переносится в нижний уровень рубашки 2 охлаждения блока цилиндров при температуре ниже 69°С.
Нагрев воды в теплообменнике 11 можно исключить с помощью устройства 14 (фиг.3, 6 и 7), установив переключатель 19 в соответствующее положение (фиг.7) и направив ее (воду) при температуре ниже 69°С по трубопроводу 8 в нижний уровень рубашки 1 охлаждения блока цилиндров (фиг.3, стрелка 20).
Устройства 13 и 14 позволяют избегать закипания воды в системе охлаждения, снабженной теплообменником 11, при эксплуатации двигателя в условиях положительных температур окружающего воздуха.
Такое исполнение системы охлаждения позволяет, используя энергию отработавших газов, исключить опасность замерзания воды в радиаторе 5 при сильных морозах и ее закипания в теплые периоды времени года.
Управляются устройства 13 и 14 (фиг.4, 5, 6 и 7) вручную или автоматически в зависимости от температуры окружающего воздуха.
Основные достоинства предлагаемой системы охлаждения:
- она становиться системой поддержания нормального теплового состояния двигателя внутреннего сгорания;
- для ее использования на современных ДВС не требуется капитальных затрат, так как рубашка 1 охлаждения блока цилиндров и рубашка 2 охлаждения головки блока цилиндров не требуют абсолютно никаких изменений;
- стабильное поддержание нормального теплового состояния двигателя уменьшит износ его цилиндрово-поршневой группы, расход топлива, загрязнение окружающей среды вредными компонентами отработавших газов, эксплуатационные затраты средств и труда;
- появляется возможность стабильного поддержания температурного режима в кабинах и салонах машин посредством отбора тепла от теплоносителя;
- показания термометров 9 и 10 дают возможность объективной оценки теплового состояния двигателя;
- ею можно снабжать двигатели даже при их капитальном ремонте.
1. Жидкостная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая рубашку охлаждения блока цилиндров, рубашку охлаждения головки блока, штатные термостат, радиатор, гидравлический насос, трубопроводы, термометр, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным термостатом, который совместно со штатным термостатом направляет теплоноситель (воду, антифриз, тосол) по гидравлическому контуру: рубашка охлаждения головки блока - штатный термостат - гидравлический насос - дополнительный термостат - дополнительный трубопровод - нижний уровень в рубашке охлаждения блока цилиндров, обеспечивая тем самым массо-теплообмен между разными уровнями двигателя, расположенными на разных расстояниях от оси вращения коленчатого вала, и дополнительным термометром, который регистрирует температуру в нижнем уровне рубашки охлаждения блока цилиндров и дает совместно со штатным термометром возможность объективно оценивать тепловое состояние двигателя.
2. Жидкостная система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что в ее гидравлический контур между дополнительным термостатом и нижним уровнем в рубашке охлаждения рубашки блока цилиндров включен теплообменник, в котором теплоноситель нагревается теплом отработавших газов двигателя.
3. Жидкостная система охлаждения по п.1 или 2, отличающаяся тем, что для исключения при положительных температурах окружающего воздуха закипания в системе теплоносителя его нагрев в теплообменнике прекращается.
