Двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства
Владельцы патента RU 2576753:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (RU)
Изобретение относится к системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства, содержащая основной радиатор с вентилятором для охлаждения теплоносителя при его поступлении из теплообменных каналов в головке и блоке цилиндров двигателя, в соответствии с изобретением содержит насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки цилиндров двигателя, насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы блока цилиндров двигателя, упомянутые насосы подачи теплоносителя в каналы в головке цилиндров двигателя и в блоке цилиндров двигателя имеют привод от электродвигателей, в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с насосами подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки цилиндров двигателя и блока цилиндров двигателя, установлены краны с приводом от шагового электродвигателя, а в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с выходами из теплообменных каналов в головке цилиндров двигателя и в блоке цилиндров двигателя, установлены двухпозиционные клапаны. Изобретение обеспечивает оптимальный температурный режим отдельно головки и блока цилиндров двигателя при изменяющихся условиях работы двигателя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Техническое решение относится к сухопутным транспортным средствам, преимущественно к грузовым автомобилям, снабженным двигателем внутреннего сгорания. Оно касается циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания для прогрева двигателя при его пуске при низкой температуре окружающей среды и для охлаждения во время работы.
Известны двухконтурные системы охлаждения головки и блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания, например двухконтурная система охлаждения двигателя, показанная в патенте №8464669, выданном в США. В качестве более близкого аналога принята двухконтурная система циркуляции жидкости, представленная в патенте №2492334, F01P 3/02, выданном в Российской Федерации. Эта двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства содержит основной радиатор с вентилятором для охлаждения теплоносителя при его поступлении из теплообменных каналов в головке и блоке цилиндров двигателя, жидкостной насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки и блока цилиндров двигателя, термостат, регулирующий расход теплоносителя через основной радиатор в зависимости от температуры теплоносителя. Однако при использовании этой двухконтурной системы охлаждения двигателя возможен перегрев двигателя при высокой температуре окружающего воздуха при замедленном движении транспортного средства в случае заторов на городских улицах и в тяжелых дорожных условиях, переохлаждение двигателя при отрицательных температурах воздуха, нежелательное значительное изменение подачи теплоносителя при неустановившемся, то есть переменном, режиме работы двигателя, замедленное реагирование на изменение режима работы двигателя, значительное время прогрева двигателя до рабочей температуры невозможность движения транспортного средства при нарушении герметичности радиатора, который является самым уязвимым агрегатом охлаждения двигателя.
Задача - расширение функциональных возможностей двухконтурной системы циркуляции теплоносителя через двигатель внутреннего сгорания для обеспечения оптимального температурного режима отдельно головки и блока цилиндров двигателя при изменяющихся условиях работы двигателя.
Решение задачи обеспечено тем, что двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства, содержащая основной радиатор с вентилятором для охлаждения теплоносителя при его поступлении из теплообменных каналов в головке и блоке цилиндров двигателя, дополнительно содержит насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки цилиндров двигателя, насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы блока цилиндров двигателя, упомянутые насосы подачи теплоносителя в каналы в головке цилиндров двигателя и в блоке цилиндров двигателя имеют привод от электродвигателей, в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с насосами подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки цилиндров двигателя и блока цилиндров двигателя, установлены краны с приводом от шагового электродвигателя, а в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с выходами теплообменных каналов в головке цилиндров двигателя и в блоке цилиндров двигателя, установлены двухпозиционные клапаны.
При использовании в двухконтурной системе циркуляции теплоносителя через двигатель внутреннего сгорания двух насосов, а именно насоса подачи теплоносителя в блок цилиндра двигателя и отдельно насоса подачи теплоносителя в головку блока цилиндров с независимым приводом каждого из этих насосов электродвигателями, а также при использовании кранов с приводом от шаговых электродвигателей, расположенных в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с упомянутыми насосами, обеспечена возможность более точного и быстрого регулирования температуры и головки, и блока цилиндров двигателя.
Теплообменные каналы в головке блока цилиндров двигателя сообщены с радиатором отопителя кабины транспортного средства через обратный клапан и клапан включения подачи теплоносителя в радиатор отопителя. При выходе из строя основного радиатора подключение теплообменных каналов в головке блока цилиндров с радиатором отопителя дает возможность продолжать движение транспортного средства, используя для охлаждения двигателя не основной радиатор, а радиатор отопителя путем интенсивной прокачки через него теплоносителя обоими насосами при работе их с максимальной производительностью, обеспечиваемой их приводом с помощью электродвигателей.
Эта система циркуляции теплоносителя содержит подогреватель теплоносителя, содержащий насос с электрическим приводом для подачи теплоносителя в теплообменные каналы в двигателе и через упомянутый клапан в радиатор отопителя кабины.
Под аккумуляторной батареей подачи электрической энергии к электродвигателям установлен поддон, подогреваемый отработавшими газами подогревателя теплоносителя.
Созданная двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства (см. чертеж) содержит основной радиатор 1 с вентилятором 2 для охлаждения теплоносителя при его поступлении из теплообменных каналов в головке 3 и блоке цилиндров 4 двигателя. Она содержит насос 5 для подачи теплоносителя вдоль гидролинии 6 в теплообменные каналы головки 3 цилиндров двигателя, насос 7 для подачи теплоносителя вдоль гидролинии 8 в теплообменные каналы блока цилиндров 4 двигателя. Насос 5 подачи теплоносителя в каналы в головке 3 блока цилиндров двигателя имеет непосредственный привод от электродвигателя 9, а насос 7 подачи теплоносителя в каналы в блоке цилиндров 4 двигателя имеет непосредственный привод от электродвигателя 10. В гидролинии 11, сообщающей радиатор 1 с насосом 5 подачи теплоносителя в теплообменные каналы в головке цилиндров двигателя, установлен кран 12 с приводом от шагового электродвигателя 13, а в гидролинии 14, сообщающей радиатор 1 с насосом 7 подачи теплоносителя в теплообменные каналы в блоке цилиндров двигателя, установлен кран 15 с приводом от шагового электродвигателя 16. Краны 12 и 15 служат для регулирования подачи теплоносителя от радиатора 1 отдельно через головку цилиндров и через блок цилиндров двигателя при изменении их температуры. В гидролинии 17, сообщающей выход из теплообменных каналов в головке 3 цилиндров двигателя с радиатором 1, установлен управляемый двухпозиционный клапан 18. В гидролинии 19, сообщающей выход из теплообменных каналов в блоке цилиндров 4 двигателя с радиатором 1, установлен управляемый двухпозиционный клапан 20. Клапаны 18 и 20 вместе с кранами 12 и 15 служат для отключения радиатора 1 в случае его выхода из строя.
Насос 5, имеющий привод от электродвигателя 9, гидролиния 6, головка 3 блока цилиндров, гидролиния 17, радиатор 1, кран 12 и гидролиния 11 образуют гидравлический контур охлаждения головки блока цилиндров. Насос 7, имеющий привод от электродвигателя 10, гидролиния 8, блок цилиндров 4, гидролиния 19, радиатор 1, кран 15 и гидролиния 14 образуют гидравлический контур охлаждения блока цилиндров, независимый от контура охлаждения головки блока цилиндров.
Электродвигатели 9 и 10 привода насосов 5 и 7 подачи теплоносителя в теплообменные каналы в головке и в блоке цилиндров двигателя, шаговые электродвигатели 13 и 16 управления кранами 12 и 15 и средства управления двухпозиционными клапанами 18 и 20 подключены электрическими цепями к электронному блоку управления системой циркуляции теплоносителя. При этом к электронному блоку подключены датчики 21 и 22 температуры в гидролиниях 17 и 19, сообщающих каналы в головке и каналы в блоке цилиндров с радиатором 1, и датчик 23 давления теплоносителя на участке гидролинии 17 между каналами в головке 3 цилиндров двигателя и двухпозиционным клапаном 18.
В этой двухконтурной системе теплообменные каналы в головке блока цилиндров двигателя сообщены с радиатором 24 отопителя кабины транспортного средства через обратный клапан 25 и управляемый клапан 26 включения подачи теплоносителя в радиатор 24 отопителя.
Система содержит два бачка 27 и 28 с теплоносителем, например с водой. Бачок 27 сообщен гидролинией 29 с теплообменными каналами в головке блока цилиндров, а бачок 28 сообщен с теплообменными каналами в блоке цилиндров. С бачком 27 гидролинией 30 сообщен вход в насос 5, а с бачком 28 гидролинией 31 сообщен вход в насос 7.
Эта двухконтурная система циркуляции теплоносителя содержит автономный подогреватель 32 теплоносителя, содержащий насос 33 с электрическим приводом от электродвигателя 34 для подачи теплоносителя вдоль гидролинии 35 в бачок 27, а также через двухпозиционный клапан 36 в бачок 28, с которым гидролинией 37 сообщены теплообменные каналы в блоке цилиндров. Между теплообменными каналами блока цилиндров двигателя и гидролинией 38 прохода теплоносителя к насосу 33 из головки блока цилиндров расположен двухпозиционный клапан 39.
Под аккумуляторной батареей 40 подачи электрической энергии к электродвигателям установлен поддон 41, подогреваемый отработавшими газами подогревателя 32 теплоносителя для подогрева аккумуляторной батареи до рабочей температуры в холодную погоду.
В холодное время года при низких температурах окружающей среды в этой двухконтурной системе охлаждения и подогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС) используется жидкостной подогреватель 32. Перед пуском двигателя разогревают охлаждающую жидкость подогревателем 32, включают электродвигатель 34 и с помощью насоса 33 обеспечивают циркуляцию теплоносителя в головке 3 и блоке цилиндров 4 двигателя. При работе подогревателя 32 жидкость циркулирует через головку 3 двигателя в постоянном режиме, а контур циркуляции через блок цилиндров 4 двигателя включают при необходимости с помощью клапанов 36 и 39. Во время работы подогревателя 32 можно одновременно с подогревом двигателя включить отопление кабины. Для этого необходимо открыть регулирующий клапан 26 и пустить теплоноситель через радиатор 24. Также при работе подогревателя 32 с помощью отходящих от него отработавших газов подогревается поддон 41 аккумуляторной батареи 40. После прогрева ДВС подогреватель 32 выключают. Клапаны 36 и 39 закрывают, и электродвигатель 34 привода насоса 33 выключают. Двигатель готов к работе.
При работе двигателя насос 5 прокачивает теплоноситель, выступающий в данном случае как охлаждающая жидкость, через головку 3 блока цилиндров двигателя вдоль гидролинии 6. Причем к насосу 5 охлаждающая жидкость поступает от основного радиатора 1 через кран 12 и из бачка 27 вдоль гидролинии 30. Из головки блока цилиндров охлаждающая жидкость поступает вдоль гидролинии 17 к радиатору 1, а вдоль гидролинии 29 она проходит в бачок 27. При этом датчиком 21 измеряют температуру охлаждающей жидкости, выходящей из головки 3 блока цилиндров вдоль гидролинии 17 к радиатору 1. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости в головке 3 блока цилиндров производят регулирование расхода охлаждающей жидкости, поступающей из радиатора 1, краном 12 путем его поворота шаговым электродвигателем 13. При необходимости понижения температуры головки блока цилиндров кран 12 устанавливают электродвигателем 13 в такое положение, при котором увеличивается расход жидкости через этот кран, то есть больше охлаждающей жидкости проходит через радиатор 1. Это способствует понижению температуры головки блока цилиндров до оптимальной величины. Помимо охлаждения головки блока цилиндров производят охлаждение блока цилиндров 4. Для этого насосом 7, имеющим привод от электродвигателя 10, прокачивают охлаждающую жидкость вдоль гидролинии 8 в блок цилиндров 4. К насосу 7 охлаждающая жидкость поступает из радиатора 1 через кран 15 вдоль гидролинии 14 и из бачка 28 вдоль гидролинии 31. Из блока цилиндров охлаждающая жидкость поступает вдоль гидролинии 19 обратно в радиатор 1. При этом датчиком 22 измеряют температуру охлаждающей жидкости в гидролинии 19 при ее выходе из блока цилиндров. В случае необходимости понижения температуры в блоке цилиндров краном 15 посредством шагового электродвигателя 16 увеличивают поток охлаждающей жидкости, поступающей от радиатора 1, до понижения температуры блока цилиндров до оптимальной величины.
В случае разгерметизации жидкостной системы охлаждения двигателя, например, при выходе из строя основного радиатора 1 двухпозиционные клапаны 18 и 22, а также управляемые клапаны 12 и 15 закрывают. Тем самым обеспечивается герметичность остальной части жидкостной системы. В этой ситуации функцию основного радиатора выполняет радиатор 24 отопления кабины. Для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости открывают двухпозиционные клапаны 36 и 39, регулирующий клапан 26 и включают на частичную мощность насосы 5 и 7 с приводом от электродвигателей 9 и 10. Открывается обратный клапан 25, и охлаждающая жидкость поступает в радиатор 24. Теперь два независимых контура жидкостного охлаждения головки и блока цилиндров двигателя соединены в один контур. Тем самым работоспособность транспортного средства обеспечена.
1. Двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства, содержащая основной радиатор с вентилятором для охлаждения теплоносителя при его поступлении из теплообменных каналов в головке и блоке цилиндров двигателя, отличающаяся тем, что она содержит насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки цилиндров двигателя, насос для подачи теплоносителя в теплообменные каналы блока цилиндров двигателя, упомянутые насосы подачи теплоносителя в каналы в головке цилиндров двигателя и в блоке цилиндров двигателя имеют привод от электродвигателей, в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с насосами подачи теплоносителя в теплообменные каналы головки цилиндров двигателя и блока цилиндров двигателя, установлены краны с приводом от шагового электродвигателя, а в гидролиниях, сообщающих основной радиатор с выходами из теплообменных каналов в головке цилиндров двигателя и в блоке цилиндров двигателя, установлены двухпозиционные клапаны.
2. Двухконтурная система по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменные каналы в головке блока цилиндров двигателя сообщены с радиатором отопителя кабины транспортного средства через обратный клапан и клапан включения подачи теплоносителя в радиатор отопителя.
3. Двухконтурная система по п. 2, отличающаяся тем, что она содержит подогреватель теплоносителя, содержащий насос с электрическим приводом для подачи теплоносителя в теплообменные каналы в двигателе и через упомянутый клапан в радиатор отопителя кабины.
4. Двухконтурная система циркуляции теплоносителя по п. 3, отличающаяся тем, что под аккумуляторной батареей подачи электрической энергии к электродвигателям установлен поддон, подогреваемый отработавшими газами подогревателя теплоносителя.
