СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1994 года по МПК F01P7/10 

Изобретение относится к транспортному, строительно-дорожному и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к самоходным транспортным средствам, а именно к устройствам регулирования потока воздуха, обдувающего охладительное устройство системы охлаждения тепловых двигателей, в которых используется жидкий теплоноситель.

Преимущественная область использования изобретения - холодные и умеренные климатические зоны, в которых, как известно, используется большое количество транспортных средств с тепловыми двигателями жидкостного охлаждения. Характерной особенностью этих зон является большая продолжительность морозного периода с температурами ниже минус 30^оС и большими 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^оС. Известно, что при понижении температуры окружающего воздуха от плюс 17^оС до минус 30^оС износ двигателей 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^оС и скорости ветра 18 м/с потери тепла могут быть такими же, как при морозе минус 65^оС и безветрии. Термодинамическое действие потока воздуха (ветра) объясняется тем, что, например, при охлаждении с плюс 10^оС до минус 50^оС 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 способностью 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 двигателя, часть наружной поверхности которого покрыта экраном из теплоаккумулирующего материала. Это подтверждает актуальность задачи сохранения в течение возможно более длительного времени тепла в агрегатах для облегчения последующего запуска двигателя. 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 теплоотдачей 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 с дросселирующим клапаном, установленным в канале между рубашкой охлаждения и радиатором и связанным с датчиком температуры, и жалюзи, установленные перед радиатором и соединенные с механизмом их поворота.

Такая система не позволяет достаточно эффективно регулировать тепловой режим работы двигателя в условиях низких температур окружающего воздуха и при необходимости частых кратковременных остановок, особенно в случаях выхода из строя или отсутствия дросселирующего клапана. Эксплуатация двигателя с известной системой при указанных условиях и режиме работы связана с понижением температуры охлаждающей жидкости ниже оптимальной с точки зрения экономичности, износа, срока службы и надежности. Кроме того, известные системы в этих условиях практически не позволяют использовать в качестве охлаждающей жидкости воду вместо антифриза, так как не снабжены эффективными средствами против ее замерзания в радиаторе.

Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные недостатки известных систем.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования теплового режима работы двигателя путем сохранения тепла находящейся в радиаторе охлаждающей жидкости в условиях эксплуатации при низких температурах окружающей среды (воздуха) и тем самым предотвращения повышения температуры двигателя до уровня ниже оптимальной.

Указанная цель достигается тем, что в системе жидкостного охлаждения теплового двигателя транспортного средства, содержащей радиатор с входным и выходным патрубками, сообщенными с рубашкой двигателя, жалюзи на входе охлаждающего воздуха в радиатор и вентилятор на выходе охлаждающего воздуха из радиатора, дополнительно установлены жалюзи, размещенные между радиатором и вентилятором.

Из патентной литературы известны устройства, 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 землю и в полете, в то время как в предлагаемом устройстве такая заслонка служит для ограничения пропуска воздуха через радиатор, т. е. выполняет противоположную функцию. Это служит достаточным основанием для признания предлагаемого технического решения соответствующим критерию изобретения "существенные отличия".

На чертеже схематично изображена предлагаемая система жидкостного охлаждения теплового двигателя транспортного средства.

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 управляемые, например вручную, основные жалюзи 6, а на выходе т. e. между радиатором и вентилятором - дополнительные управляемые жалюзи 7. Через радиатор, патрубки и трубопроводы 8 и 9 циркулирует охлаждающая жидкость, например антифриз с температурой замерзания минус 40^оС и ниже, с помощью насоса, приводимого от двигателя (насос не изображен). Поскольку трубопроводы 8 и 9 сообщены с рубашкой двигателя, жидкость циркулирует и через нее, охлаждая цилиндр, головку и другие нагретые детали и узлы, условно не изображенные. Жалюзи 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, жалюзи 6 и 7 устанавливают в открытое положение. При понижении температуры воздуха до уровня, когда начинает переохлаждаться двигатель 4, т. е. когда его температура становится ниже оптимальной, сначала частично, а при дальнейшем понижении температуры воздуха - полностью закрывают жалюзи 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 дополнительные жалюзи 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. Таким образом, жалюзи являются эффективным и универсальным средством регулирования теплового режима работы двигателя, а установка дополнительных жалюзи согласно настоящему изобретению еще более повышает эту эффективность. (56) Авторское свидетельство СССР N 750116, кл. F 01 P 7/02, 1960.

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 жалюзи, а на выходе - вентилятор. Система снабжена дополнительными жалюзи, размещенными между радиатором и вентилятором. 1 ил.

СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая радиатор с входным и выходным патрубками, сообщенными с рубашкой двигателя, жалюзи на входе охлаждающего воздуха в радиатор и вентилятор на выходе охлаждающего воздуха из радиатора, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности регулирования, она снабжена дополнительными жалюзи, размещенными между радиатором и вентилятором.