СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01P3/22 F01P7/16 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), является основным источником механической энергии базовых машин, используемых для установки вооружения и военной техники, работоспособность ее в характерных тяжелых условиях эксплуатации во многом зависят от надежности работы системы охлаждения ДВС, которая определяется надежностью циркуляции теплоносителя в жидкостном контуре на всех, в том числе и переходных, режимах работы двигателя.

Полный круг циркуляции жидкости в системах охлаждения современных двигателей осуществляется в течение 6-10 с. При резком увеличении частоты вращения двигателя и жестко связанного с ним жидкостного насоса происходит отставание расхода теплоносителя на входе в насос. Это приводит к падению давления во впускном патрубке и является причиной возникновения кавитационных явлений, вызывающих как резкое снижение производительности насоса, так и кавитационное разрушение его деталей.

Известны системы охлаждения, содержащие рубашку охлаждения, радиатор, насос, термостат, компенсационный бачок, перепускной и воздушный клапаны. Причем перепускной клапан, ограничивающий максимальное давление в системе, подсоединяется между рубашкой охлаждения и верхним бачком радиатора, а воздушный клапан, предотвращающий возникновение разрежения в системе, присоединяется к трубопроводу, соединяющему термостат с всасывающей полостью насоса.

Поскольку в данной системе воздушный клапан регулируется на срабатывание при возникновении определенного разрежения на входе в насос, то она не обеспечивает надежного предотвращения кавитации в закрытых системах, работающих при повышенном давлении. В таких системах особенно при высоких температурах жидкости срыв циркуляции может поступать не только при возникновении разрежения, но и при положительном давлении на входе в насос в случае значительного перепада давлений между напорной и всасывающей линиями, что характерно для переменных режимов. Кроме того, в рассматриваемой системе не исключается проникновение воздуха из компенсационного бачка с последующей аэрацией системы.

Известна также конструкция системы жидкостного охлаждения ДВС, содержащая рубашку охлаждения, радиатор, соединяющую их линию высокого давления, жидкостной насос, входной патрубок которого сообщен с расширительным бачком с установленным в нем предохранительным и воздушным клапанами, байпасный трубопровод с перепускным клапаном, соединяющий линию высокого давления с входным патрубком насоса.

Недостатком этой схемы является то, что в ней при повышении интенсивности циркуляции жидкости, сопровождающейся увеличением перепада давлений в радиаторе выше 0,02. . . 0,06 МПа, перепускной клапан открывается и перепускает жидкость мимо радиатора, снижая отвод теплоты из системы охлаждения в окружающую среду. При этом такое явление может происходить не только в динамическом, но и в длительном статическом режиме, а также при накипеобразовании в радиаторе, что вызывает перегрев двигателя.

Целью изобретения является повышение надежности работы системы охлаждения путем обеспечения устойчивой циркуляции охлаждающей жидкости при резком увеличении частоты вращения двигателя.

Цель достигается тем, что нормально закрытый перепускной клапан, установленный в байпасном трубопроводе, кинематически связан с управляющим устройством, содержащим свободную промежуточную мембрану с толкателем и подпружиненную основную мембрану, между которыми образован аккумулирующий объем, сообщающийся с входным патрубком насоса по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями малого диаметра, а сторона основной мембраны, противоположная аккумулирующему объему, сообщена с атмосферой. При этом байпасный трубопровод соединен с линией высокого давления на выходе из рубашки охлаждения двигателя. Дросселирующие отверстия, сообщающие аккумулирующий объем с входным патрубком насоса выполнены в верхней и нижней точках аккумулирующего объема.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система жидкостного охлаждения ДВС отличается тем, что перепускной клапан кинематически связан с управляющим устройством, содержащим свободную промежуточную мембрану с толкателем и подпружиненную основную мембрану, между которыми образован аккумулирующий объем, сообщающийся с входным патрубком насоса по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями малого диаметра, а сторона основной мембраны, противоположная аккумулирующему объему, сообщена с атмосферой.

Байпасный трубопровод подсоединен к линии высокого давления на выходе из рубашки охлаждения двигателя, и дросселирующие отверстия, сообщающие аккумулирующий объем с входным патрубком насоса, выполненным в верхней и нижней точках аккумулирующего объема.

Таким образом, предложенная система жидкостного охлаждения ДВС соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана общая схема системы охлаждения; на фиг. 2 - перепускной клапан с мембранным управляющим устройством.

Система жидкостного ДВС содержит рубашку 1 охлаждения, радиатор 2, линию высокого давления 3, соединяющую рубашку с радиатором, жидкостной насос 4, расширительный насос 5 с установленным в нем предохранительным 6 и воздушным 7 клапанами. Расширительный бачок сообщен трубопроводом 8 с входом в жидкостной насос. В систему включен байпасный трубопровод 9 с установленным в нем перепускным клапаном 10, соединяющим линию высокого давления 3 с входом в насос. Перепускной клапан 10 удерживается в закрытом состоянии пружиной 11. Управляющее устройство 12 содержит свободную промежуточную мембрану 13 с толкателем 14 и подпружиненную основную мембрану 15, между которыми образован аккумулирующий объем 16, сообщающийся с входным патрубком насоса дросселирующими отверстиями 17. Полость с внешней стороны основной мембраны, в которой размещена пружина 18, сообщается с атмосферой через отверстие 19.

Система охлаждения работает следующим образом.

На стационарном (установившемся) режиме во всасывающей линии насоса 4 устанавливается избыточное давление, максимальное значение которого равно давлению срабатывания предохранительного клапана 6. Перепускной клапан 10 при этом закрыт и весь расход жидкости осуществляется через радиатор 2. Охлаждающая жидкость через дросселирующее отверстие 17 заполняет аккумулирующую полость 16 и, воздействуя на основную мембрану 15, сжимает пружину 18. Давление в аккумулирующей камере и в патрубке 8 выравнивается и свободная мембрана 13 остается в прежнем положении.

При резком увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя и насоса 4 вследствие задержки прохода жидкости через радиатор 2 давление на входе в насос 4 и патрубок 8 резко падает. Равновесие сил, действующих на свободную мембрану 13, нарушается и она под действием усилия пружины 18, передаваемого через жидкость, содержащуюся в аккумулирующей камере 16, перемещается и толкателем 14 открывает перепускной клапан 10. Жидкость из линии высокого давления проходит в патрубок 8 и, поступая на вход насоса 4, компенсирует недостаток подачи жидкости со стороны радиатора. Этим предотвращается существенное падение давления на входе в насос и исключается возникновение кавитационного режима.

По мере стабилизации и повышения давления в патрубке 8, и также вследствие медленной утечки жидкости из аккумулирующего объема 16 усилие на свободную мембрану 13 возрастает и она, перемещаясь в обратном направлении, освобождает перепускной клапан 10. Клапан 10 закрывается и система работает в стационарном режиме. За счет постоянного сообщения всасывающей линии насоса 4 с аккумулирующим объемом 16 в нем всегда будет давление, равное статическому давлению на входе в насос. В этом случае система управления реагирует не на абсолютный перепад давлений между камерной и всасывающей линией, а на уменьшение давления на входе в насос 4 и снижает этот отрицательный эффект. Для большего быстродействия забор жидкости для подпитки входа в насос 4 осуществляется за счет подсоединения байпасного трубопровода 9 к линии высокого давления 3 на выходе из рубашек охлаждения двигателя, где давление имеет достаточно высокие значения, что обеспечивает наиболее быструю подпитку всасывающей линии. Кратковременность перепуска уменьшает его отрицательное влияние на теплорассеивающие возможности системы охлаждения. Для того, чтобы обеспечить заполнение аккумулирующего объема 18 жидкостью, последний сообщается с полостью перепускного клапана по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями 17, причем одно выполнено в верхней, а другое - в нижней точке аккумулирующего объема. Выбором проходного сечения дросселирующих отверстий 17 можно регулировать быстродействие управляющего устройством.

Таким образом, использование предложенной системы жидкостного охлаждения позволяет повысить надежность циркуляции жидкости при резком увеличении частоты вращения двигателя путем исключения кавитационных режимов не только при возникновении разрежения на входе в насос 4, но и при временном уменьшении избыточного давления. В то же время в предлагаемой схеме не происходит длительного байпасирования радиатора и уменьшения теплорассеивающей возможности, что повышает надежность системы охлаждения.

Цель изобретения - повышение надежности работы системы охлаждения путем обеспечения устойчивой циркуляции охлаждающей жидкости при резком увеличении частоты вращения дигателя. Сущность изобретения заключается в том, что система охлаждения двигателя содержит перепускной клапан 10 в байпасном трубопроводе 9. Новым в системе жидкостного охлаждения ДВС является то, что с целью обеспечения устойчивой циркуляции охлаждающей жидкости при резком увеличении частоты вращения двигателя жидкостной клапан кинематически связан с управляющим устройством, содержащим свободную промежуточную мембрану 13 с толкателем 14 и подпружиненную основную мембрану 15, между которыми образован аккумулирующий объем 16, сообщающийся с входным патрубком насоса 14 по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями малого диаметра, а сторона основной мембраны 15, противоположная аккумулирующего объему, сообщается с атмосферой. 2 ил.

1. СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая рубашку охлаждения, радиатор, соединяющую их линию высокого давления, жидкостный насос, входной патрубок которого сообщен с расширительным бачком с установленными в нем предохранительным и воздушным клапанами, байпасный трубопровод с перепускным клапаном, соединяющий линию высокого давления с входным патрубком насоса, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе системы охлаждения путем обеспечения устойчивой циркуляции охлаждающей жидкости при резком увеличении частоты вращения двигателя, она снабжена управляющим устройством и перепускным клапаном, кинематически связанным с управляющим устройством, содержащим свободную промежуточную мембрану с толкателем и подпружиненную основную мембрану, между которыми образован аккумулирующий объем, сообщающийся с входным патрубком насоса по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями малого диаметра, а сторона основной мембраны, противоположная аккумулирующему объему, сообщена с атмосферой. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что байпасный трубопровод подсоединен к линии высокого давления на выходе из рубашки охлаждения двигателя. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дросселирующие отверстия, сообщающие аккумулирующий объем с входным патрубком насоса, выполнены в верхней и нижней точках аккумулирующего объема.