СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01P9/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) наземного транспорта и сельскохозяйственных машин.

Известна система охлаждения автотракторного двигателя.

Система охлаждения содержит радиатор охлаждения воды двигателя, масляный радиатор, охладитель наддувочного воздуха, соединенный с водяным радиатором и вентилятор с приводом.

Недостатком этой системы охлаждения являются большая металлоемкость и низкая эксплуатационная надежность.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система охлаждения тепловозного двигателя, содержащая контур охлаждения воды двигателя, включающий воздухо-водяной радиатор, вентилятор с приводом и водяной насос, контур охлаждения масла, теплообменник которого соединен с контуром охлаждения воды, и контур охлаждения наддувочного воздуха, включающий водо-воздушный теплообменник, воздухо-водяной радиатор, вентилятор с приводом и водяной насос.

Недостатками этой системы охлаждения являются: большая металлоемкость, обусловленная наличием воздухо-водяных радиаторов и вентиляторов с приводом; большой расход цветных металлов на изготовление секций радиаторов; низкая надежность радиатора, связанная с большим числом трубок в секциях радиатора и их соединений с водяными коллекторами, а также с большим количеством соединений секций с трубопроводами; низкая эксплуатационная надежность двигателя, обусловленная необходимостью частых добавок воды в водяную систему двигателя из-за утечек ее в секциях радиатора.

Целью изобретения является снижение металлоемкости и расхода цветных металлов, а также повышение эксплуатационной надежности системы охлаждения и двигателя.

Указанная задача решается в системе охлаждения, содержащей контуры охлаждения воды и масла двигателя, включающие соответственно последовательно соединенные охладитель и насос, и контур охлаждения наддувочного воздуха, включающий последовательно соединенные водо-воздушный теплообменник, охладитель и насос.

Согласно изобретению система снабжена парогенератором, теплообменные элементы которого образованы охладителями воды двигателя, масла и воды, охлаждающей наддувочный воздух, к парогенератору подключены водяной бак и вакуумный насос, соединенный с атмосферой или с конденсатором, связанным с парогенератором и снабженным вентилятором обдува.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты:
1. Аннулирование воздухо-водяных радиаторов в контурах охлаждения воды двигателя, масла и наддувочного воздуха, что уменьшает металлоемкость, снижает расход цветных металлов и повышает эксплуатационную надежность.

Этот результат является следствием того, что система снабжена парогенератором, теплообменные элементы которого образованы охладителями воды двигателя, масла и воды, охлаждающей наддувочный воздух, к парогенератору подключены водяной бак и вакуумный насос, соединенный с атмосферой.

2. Увеличение периода времени между добавками воды в водяную систему двигателя, что повышает эксплуатационную надежность двигателя.

Этот результат обусловлен тем, что охладитель воды двигателя выполнен в виде теплообменного элемента парогенератора, при этом из контура воды двигателя исключен воздухо-водяной радиатор, что уменьшает утечку воды из водяной системы двигателя.

3. Повышенная температура пара в конденсаторе, что уменьшает металлоемкость и расход цветных металлов.

Этот результат имеет место, если вакуумный насос соединен с конденсатором.

4. Стабилизация температуры воды, масла и наддувочного воздуха при разных нагрузках и температурах атмосферного воздуха.

На фиг.1 изображена система охлаждения при соединении вакуумного насоса с атмосферой; на фиг.2 - система охлаждения при соединении вакуумного насоса с конденсатором.

Система охлаждения двигателя 1 содержит контур 2 охлаждения воды двигателя с охладителем 3 и водяным насосом 4, контур 5 охлаждения масла с охладителем 6 и масляным насосом 7, контур 8 охлаждения наддувочного воздуха с водо-воздушным теплообменником 9, охладителем 10 и водяным насосом 11. Охладители 3, 6 и 10 включены в парогенератор 12, выполненный из секций 13, 14 и 15, соединенных между собой.

К парогенератору 12 подключен водяной бак 16 через регулируемый запорный клапан 17. Парогенератор 12 снабжен вакуумным насосом 18 с регулятором 19 потока пара в виде задатчика частоты вращения насоса.

В парогенераторе 12 установлены датчик 20 давления пара и датчик 21 уровня воды.

Датчики 20 и 21, регулятор 19 потока пара и регулируемый запорный клапан 17 подключены к автоматическому органу управления 22. Вакуумный насос 18 соединен с атмосферой (фиг.1) или с конденсатором 23 (фиг.2), подключенным к парогенератору 12 трубопроводом 24 через регулируемый запорный клапан 25. На трубопроводе 24 установлен датчик 26 температуры воды. Конденсатор 23 снабжен вентилятором 27 с регулятором 28 потока воздуха в виде задатчика частоты вращения вентилятора. На парогенераторе дополнительно установлен датчик 29 уровня воды, расположенный выше датчика 21.

Датчики 26 и 29, регулятор 28 потока воздуха и регулируемый запорный клапан 25 подключены к автоматическому органу управления 22.

При работе системы охлаждения ДВС вода, охлаждающая двигатель, масло и вода, охлаждающая в теплообменнике 9 наддувочный воздух, подаваемый агрегатом наддува (на чертеже не показан), поступает соответственно в теплообменные элементы охладителей 3, 6 и 10, установленных в секциях 13, 14 и 15 парогенератора 12, заполненного водой. Уровень воды в парогенераторе 12 регистрируют датчиками 21 (фиг.1) и 29 (фиг.2). По сигналу датчика 20 давления пара автоматический орган управления 22 включает вакуумный насос 18, который с помощью регулятора 19 поддерживает в парогенераторе 12 давление, меньшее атмосферного, соответствующее температуре кипения воды ниже температуры теплоносителей, протекающих по теплообменным элементам охладителей 3, 6 и 10. Это обеспечивает передачу теплоты от теплоносителей к воде парогенератора.

Образующийся пар из парогенератора 12 удаляют вакуумным насосом 18 в атмосферу (фиг.1) или направляют в конденсатор 23 (фиг.2).

При удалении пара в атмосферу (фиг.1) расход воды из парогенератора 12 компенсируется поступлением воды из бака 16 через регулируемый запорный клапан 17, открываемый автоматическим органом управления 22 по сигналу датчика 21 уровня воды в парогенераторе.

При поступлении пара из парогенератора 12 в конденсатор 23 (фиг.2) теплота от конденсирующегося пара передается потоку атмосферного воздуха, проходящего через конденсатор 23 под действием вентилятора 27. При этом температура пара, сжатого вакуумным насосом 18, оказывается выше температуры в парогенераторе 12. Конденсат из конденсатора 23 по трубопроводу 24 возвращается в парогенератор 12 через регулируемый запорный клапан 25, открываемый автоматическим органом управления 22 по сигналу датчика 29 уровня воды в парогенераторе.

Утечки воды и пара в замкнутой системе парогенератор-конденсатор-парогенератор компенсируют из водяного бака 16 через регулируемый запорный клапан 17 по сигналу датчика 21. При этом водяной бак 16 работает в качестве расширительного бачка.

Поток воздуха, создаваемый вентилятором 27, изменяется органом управления 22 через регулятор 28 по сигналу датчика 26 температуры воды, выходящей из конденсатора 23.

В зимнее время, особенно на холостом ходу и малых нагрузках двигателя, температура наддувочного воздуха, подаваемого агрегатом наддува, может быть ниже температуры воды в парогенераторе. В этом случае вода, протекающая по водяному контуру 8, будет передавать теплоту наддувочному воздуху в теплообменнике 9, а теплообменный элемент охладителя 10 будет служить нагревателем, получая теплоту от воды парогенератора 12.

Сущность изобретения: система снабжена парогенератором, теплообменные элементы которого образованы охладителями воды двигателя, масла и воды, охлаждающей наддувочный воздух. К парогенератору подключены водяной бак и вакуумный насос, соединенный с атмосферой и конденсатором, связанным с парогенератором и снабженным вентилятором. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая контуры охлаждения воды и масла двигателя, включающие соответственно последовательно соединенные охладитель и насос, и контур охлаждения наддувочного воздуха, включающий последовательно соединенные водовоздушный теплообменник, охладитель и насос, отличающаяся тем, что система снабжена вакуумным насосом, водяным баком и парогенератором, теплообменные элементы которого образованы охладителями воды двигателя, масла и воды, охлаждающей наддувочный воздух, а к парогенератору подключены водяной бак и вакуумный насос, соединенный с атмосферой. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена конденсатором с вентилятором обдува, соединенным с парогенератором и вакуумным насосом.