СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1994 года по МПК F01P3/20 

Изобретение относится к автомобилестроению, преимущественно к карьерным самосвалам, работающим с кратковременными перегрузками в районах с жарким климатом.

Широко известна система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая радиатор или блок радиаторов с принудительным обдувом, по меньшей мере одним вентилятором, имеющим привод с автоматической муфтой включения от вала двигателя.

Известна система охлаждения с радиатором, рассчитанным на средние нагрузки двигателя и снабженным отсеками с теплоаккумулирующим веществом, которое плавится и стабилизирует температуру жидкости при пиковых нагрузках.

В качестве прототипа изобретения принята система охлаждения двигателя для автосамосвала, выполненная с тепловым аккумулятором в днище грузовой платформы, причем в двойных стенках платформы образованы участки транспорта и конденсации паров с отводом теплоты от рабочего вещества.

Существенным недостатком этой системы является потребность в промежуточном контуре, развитом по длине, содержащем циркуляционный маслянный насос, змеевик теплового аккумулятора и теплообменник, размещенный в выходном коллекторе радиатора.

Цель изобретения - повышение эффективности системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства при переменных режимах работы.

Предлагаемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства по сравнению с прототипом отличается удобством компоновки, придает бамперу как дополнительному элементу системы охлаждения новые функции теплоаккумулирующего, теплорассеивающего и распределительного устройства.

Наличие в системе охлаждения обводной линии с включением в нее бампера позволяет производить разогрев системы охлаждения от внешнего источника тепла.

Для достижения поставленной цели в системе охлаждения двигателя транспортного средства, содержащей радиатор с входным и выходным коллекторами, установленный на раме перед бампером, вентилятор, расположенный после радиатора, жидкостный насос, связанный всасывающим патрубком с выходным коллектором, и контур циркуляции с тепловым аккумулятором, согласно изобретению установлен обводной трубопровод с терморегулятором расхода, бампер выполнен в виде оребренного короба с перегородками и полузамкнутой полостью, связанной входом с одним из коллекторов, а выходом с всасывающим патрубком жидкостного насоса, контур циркуляции образован последовательным соединением бампера, обводного трубопровода и всасывающего патрубка жидкостного насоса, а перегородки, образующие оребрение короба бампера, разделяют его полость на камеры, и тепловой аккумулятор размещен по меньшей мере в одной из камер.

Перегородки выполнены в виде трубчатых элементов, соединяющих вертикальные стенки короба, а тепловой аккумулятор выполнен в виде дискретно распределенных теплоаккумулирующих сферических тел отрицательной и положительной плавучестей.

Существенное отличие предлагаемой разработки заключается в том, что бамперу транспортного средства приданы новые функции теплоаккумулирующего, теплорассеивающего и распределительного устройства как дополнительного компонента системы охлаждения, улучшающего ее компактность по сравнению с прототипом.

Теплоаккумулирующая способность бампера обеспечивается нагревом его собственной массы, массы жидкости в полости бампера, а также нагревом и плавлением теплоаккумулирующего вещества (парафина, нафталина, солей металлов или их гидратов). Теплорассеивающая способность бампера увеличена внешним оребрением стенок и поддерживается конвекцией воздуха во время движения транспортного средства, усиливается при наличии ветра, а также создается тепловым излучением с поверхности стенок. Составляющая теплового излучения бампера заметно возрастает при движении под нагрузкой и тем более в случае применения высокотемпературного охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

В зимнее время бампер теплоизолируется рубашкой (капотом) и служит только в качестве теплового аккумулятора, облегчающего пуск двигателя при частых остановках.

Существенно также, что полость бампера сообщается обводной линией с любым из коллекторов, входным или выходным, при вертикальном или горизонтальном расположении радиатора, с установкой на обводной линии терморегулятора расхода. В связи с расширением диапазона регулирования в полости бампера может создаваться поток с низкой скоростью движения, но с турбулизацией вследствие колебаний и вибраций транспортного средства, а также свободного перемещения сферических тел теплового аккумулятора. Такой поток жидкости со значительным снижением температуры полезно направлять, например, в охладитель наддувочного воздуха.

Существенна и такая особенность устройства, как возможность создания отсеков в полости бампера, например, для горячего и холодного контуров системы охлаждения. В развитой комбинированной системе охлаждения с наличием блока радиаторов (модулей), а также кожухотрубных тепло- обменников может быть образовано несколько отсеков преимущественно для сбора и распределения теплоносителей: охлаждающей жидкости и масла двигателя, масла трансмиссии и др.

На фиг. 1 показан общий вид системы охлаждения двигателя транспортного средства; на фиг. 2 - вариант бампера с тепловым аккумулятором из сферическуих тел; на фиг. 3 - система с радиатором, установленным горизонтально; на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 3.

Система охлаждения двигателя транспортного средства является замкнутой и состоит из радиатора 1 (фиг. 1) с входным коллектором 2, сердцевиной 3, выходным коллектором 4, а также включает осевой вентилятор 5 с приводом через автоматическую муфту 6. Радиатор 1 установлен вертикально на поперечине 7 рамы 8 транспортного средства с бампером 9, закрепленным на лонжеронах рамы с помощью кронштейнов 10, а перед сердцевиной 3 радиатора помещены решетка 11 облицовки и дефлектор 12.

Бампер 9 выполнен в виде короба с оребрением, в его полости установлены тонкие продольные перегородки и образованы камеры: верхняя 13 и нижняя 14, сообщающиеся между собой, и средняя с твердым теплоаккумулирующим веществом 15. Камеры 13 и 14 соединены трубопроводом 16 с выходным коллектором 4, трубопроводом 17 со всасывающим патрубком 18 жидкостного насоса (не показан) и образуют обводную линию, содержащую терморегулятор 19 расхода жидкости.

Внешнее оребрение 20 бампера, а также внутреннее и внешнее оребрения 21 в виде трубчатых элементов увеличивают поверхность теплообмена и повышают прочность конструкции. В свою очередь, задняя стенка бампера 9 с наличием зазора а между этой стенкой и теплоаккумулирующим веществом 15 придает конструкции подат- ливость.

В системе охлаждения двигателя возможен вариант исполнения бампера 9 (фиг. 2), в полости которого размещена продольная перегородка 22 с зазором б относительно задней или передней стенки, образующая верхнюю 13 и нижнюю 14 камеры, частично заполненные сферическими телами 23 и 24 с отрицательной и положительной плавучестями. Каждое сферическое тело содержит теплоаккумулирующее вещество 15 в тонкой металлической или пластмассовой оболочке, причем толщина стенок и степень заполнения оболочек у тел 23 и 24 разные.

В системе охлаждения двигателя с горизонтальной установкой радиатора 1 (фиг. 3 и 4) контур циркуляции образован соединением входного участка трубопровода 16 с входным коллектором 2 радиатора 1 и отличается тем, что на трубопроводе 16 установлен терморегулятор 19, пропускающий поток жидкости в полость бампера 9 параллельно сердцевине 3 радиатора.

Бампер 9 в каждом варианте исполнения снабжен перепускным клапаном 25 и пробкой 26 для слива жидкости.

Система охлаждения двигателя транспортного средства работает следующим образом.

По мере увеличения нагрузки двигателя и повышения температуры охлаждающей жидкости включается осевой вентилятор 5 с помощью автоматической муфты 6 и поток воздуха движется через решетку 11 на охлаждение сердцевины 3 радиатора 1. Охлаждающая жидкость из двигателя поступает во входной коллектор 2 радиатора, движется по трубкам сердцевины 3 в выходной коллектор 4, из которого направляется во всасывающий патрубок 18 жидкостного насоса, при этом терморегулятор 19 закрыт и обводная линия циркуляции не действует.

При номинальной мощности двигателя, а также перегрузке во время движения транспортного средства на подъем, когда температура охлаждающей жидкости достигает предельной величины, открывается терморегулятор 19 и поток охлаждающей жидкости частично направляется по трубопроводу 16 в верхнюю камеру 13 бампера 9, из нее перетекает в нижнюю камеры 14, а затем по трубопроводу 17 отводится во всасывающий патрубок 18, где оба потока перемешиваются. Корпус бампера 9 постепенно нагревается с приближением температуры стенок к температуре охлаждающей жидкости, причем росту теплоотдачи способствуют развитые поверхности его стенок, вибрации от двигателя и колебания рамы 8, передаваемые бамперу 9 во время движения транспортного средства. Дальнейшее снижение температуры охлаждающей жидкости происходит благодаря нагреву и плавлению теплоаккумулирующего вещества 15.

Теплоотвод снаружи бампера 9 совершается конвекцией на поверхности его стенок, а также оребрения 20 и 21, и лучеиспусканием. Дефлектор 12 экранирует бампер 9 от прямого солнечного излучения и направляет поток нагретого воздуха с верхней стенки бампера 9 в обход сердцевины 3 радиатора.

При движении транспортного средства на спуске или порожняком теплоотвод конвекцией усиливается и бампер 9 интенсивно охлаждается с отвердением термоаккумулирующего вещества 15 при закрытом терморегуляторе 19.

Система охлаждения двигателя транспортного средства может иметь другую регулировку, а именно, когда первоначально открывается терморегулятор 19 и действует контур циркуляции, а затем по мере дальнейшего повышения нагрузки двигателя и температуры жидкости включается вентилятор 5. В системе с указанной последовательностью регулирования снижается затрата энергии на привод вентилятора, особенно если понижена температура окружающей среды. В зимний период с весьма низкой температурой бампер 9 утепляется капотом и при снятом терморегуляторе 19 служит тепловым аккумулятором, способствующим разогреву и пуску двигателя в случае частых остановок.

Вариант исполнения бампера 9 (фиг. 2) отличается высокой интенсивностью теплообмена между жидкостью и сферическими телами 23 и 24, имеющими развитую суммарную поверхность теплообмена и создающими благодаря свободе перемещения повышенную турбулентность потока с выходом пара и газов в верхнюю зону камеры 13 и периодическим отводом смеси через перепускной клапан 25.

Благодаря зазорам а и б (фиг. 1 и 2), а также отчасти наличию парогазовой фазы в полости бампера 9 повышается его податливость при наезде на препятствие. Вместе с тем улучшается энергопоглощательная способность бампера, так как с помощью жидкости энергия деформации распределяется более равномерно по объему.

В системе охлаждения двигателя с горизонтальным расположением радиатора 1 (фиг. 3 и 4) при открытом терморегуляторе 19 охлаждающая жидкость из входного коллектора 2 движется отдельным потоком в трубопровод 16 параллельно сердцевине 3, поступает в камеры 13 и 14 полости бампера 9, откуда направляется во всасывающий патрубок 18. Благодаря контуру циркуляции при открытом терморегуляторе 19 снижается гидравлическое сопротивление сердцевины 3 и она может быть выполнена многоходовой. Кроме того, поскольку отводимая из входного коллектора 2 охлаждающая жидкость имеет повышенную температуру, возрастает теплорассеивающая способность бампера 9.

Предлагаемая система охлаждения действует с повышенной эффективностью при высокотемпературном способе охлаждения двигателя, особенно она эффективна для форсированных двигателей, применяемых на тяжелых транспортных средствах: карьерных автосамосвалах, тягачах, дорожно-строительных машинах, работающих на переменных нагрузочных режимах в условиях континентального климата.

Сущность изобретения: система охлаждения снабжена обводным трубопроводом с терморегулятором расхода в составе контура циркуляции, включающего бампер, выполненный в виде оребренного короба с перегородками и полузамкнутой полостью. Контур циркуляции образован последовательным соединением входного или выходного коллектора радиатора, бампера, обводного трубопровода и всасывающего патрубка жидкостного насоса, а тепловой аккумулятор размещен по меньшей мере в одной из камер, образованных посредством перегородок в полости бампера. Перегородки выполнены в виде трубчатых элементов, а тепловой аккумулятор создан из дискретно распределенных теплоаккумулирующих сферических тел отрицательной и положительной плавучестей. Положительный эффект: система охлаждения отличается повышенными теплоаккумулирующими и теплорассеивающими свойствами, ускоряет разогрев двигателя от внешнего теплового источника, улучшает распределение охлаждающей жидкости по горячему и холодному контурам при модульной конструкции радиатора, благодаря контуру циркуляции позволяет снизить гидравлическое сопротивление. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая радиатор с входным и выходным коллекторами, установленный на раме перед бампером, вентилятор, расположенный после радиатора, жидкостной насос, связанный всасывающим патрубком с выходным коллектором, и контур циркуляции с тепловым аккумулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, она снабжена обводным трубопроводом с терморегулятором расхода, бампер выполнен в виде оребренного короба с перегородками и полузамкнутой полостью, связанной входом с одним из коллекторов, а выходом - с всасывающим патрубком жидкостного насоса, контур циркуляции образован последовательным соединением бампера, обводного трубопровода и всасывающего патрубка жидкостного насоса, а перегородки, образующие оребрение короба бампера, разделяют его полость на камеры, и тепловой аккумулятор размещен по меньшей мере в одной из камер. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что перегородки выполнены в виде трубчатых элементов. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что тепловой аккумулятор выполнен в виде дискретно распределенных теплоаккумулирующих сферических тел отрицательной и положительной плавучести.