СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК F01P3/20 

Изобретение относится к тракторо- и автомобилестроению, в частности к системам жидкостного охлаждения транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания с турбонаддувом.

На транспортном средстве для оптимальных условий работы его силовой установки и трансмиссии должен обеспечи- ваться различный уровень температур масла двигателя и трансмиссии, наддувочного воздуха и других теплоносителей, что обуславливает существование в его системе охлаждения нескольких контуров с разными температурами охлаждающей жидкости.

Известна система жидкостного охлаждения транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания с турбонаддувом [1], имеющая два контура циркуляции охлаждающей жидкости с разными температурами охлаждающей жидкости, прокачка которой через них осуществляется одним циркуляционным насосом. Контур с более высокой температурой охлаждающей жидкости включает в себя рубашку охлаждения двигателя и основную секцию радиатора. Контур с пониженной температурой охлаждающей жидкости содержит дополнительную секцию радиатора, жидкостный охладитель наддувочного воздуха и охладитель масла. Оба контура связаны друг с другом через терморегулирующие устройства, перераспределяющие между ними потоки охлаждающей жидкости.

Одним из недостатков известной системы охлаждения является отсутствие в ней элементов, обеспечивающих слив охлаждающей жидкости с охладителя наддувочного воздуха после останова двигателя. Отсутствие таких элементов приводит даже при небольших нарушениях герметичности к попаданию охлаждающей жидкости при стоянках в рабочий объем двигателя, и как следствие этого, возникает большая вероятность выхода из строя двигателя. Другой попутный недостаток такой системы - увеличенное время регулирования из-за того, что расход охлаждающей жидкости слабо (из-за ее хороших теплофизических свойств по сравнению с воздухом и маслом) влияет на теплопередающую способность всего теплообменника и поэтому практически не изменяет температуру наддувочного воздуха и масел.

Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом [2], содержащая два связанных друг с другом через несколько термостатических клапанов контура циркуляции с разным уровнем температур охлаждающей жидкости, прокачка которой через них осуществляется одним циркуляционным насосом. Контур с более высокой температурой охлаждающей жидкости включает в себя рубашку охлаждения и большую часть водяного радиатора. Контур с меньшей температурой охлаждающей жидкости содержит меньшую часть водяного радиатора и жидкостный охладитель наддувочного воздуха. Данная система обладает следующими недостатками: отсутствием элементов, обеспечивающих слив охлаждающей жидкости с жидкостного охладителя наддувочного воздуха после останова двигателя, и большой инерционностью регулирования.

Целью изобретения является повышение надежности двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом транспортного средства и улучшение качества регулирования.

Цель достигается тем, что система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом транспортного средства, содержащая циркуляционный насос с всасывающим и напорным патрубками, основной контур циркуляции, включающий рубашку охлаждения двигателя и первую секцию водяного радиатора и дополнительный контур циркуляции, включающий последовательно соединенные вторую секцию радиатора, охладитель масла трансмиссии, жидкостный охладитель наддувочного воздуха с входом и выходом, связанный с магистралью высокого давления, охладитель масла двигателя и терморегулятор, установленный между рубашкой охлаждения и первой секцией радиатора, снабжена трубопроводом и сливным бачком с подвижной перегородкой, разделяющей последний на первую полость, связанную с жидкостным охладителем наддувочного воздуха, и вторую, подключенную посредством трубопровода к магистрали высокого давления, причем объем сливного бачка не меньше объема жидкостного охладителя наддувочного воздуха, соединенного с последним и размещенным выше него.

Выполнение системы охлаждения описанным выше образом позволяет после останова двигателя обеспечить опорожнение жидкостного охладителя наддувочного воздуха, что позволяет исключить возможность попадания (даже в случаях небольших нарушений герметичности) охлаждающей жидкости в рабочее пространство двигателя и тем самым повысить его надежность. Опорожнение жидкостного охладителя наддувочного воздуха после останова двигателя происходит следующим образом: после останова двигателя давление в магистрали высокого давления падает до атмосферного (например, магистраль наддувочного воздуха), и охлаждающая жидкость из-за разности высотных отметок, перемещая подвижную перегородку, поступает в сливной бачок, опорожняя жидкостный охладитель наддувочного воздуха. Попутно улучшается и качество регулирования температуры наддувочного воздуха за счет того, что в данном случае количество переданного тепла от наддувочного воздуха к охлаждающей жидкости определяется не только их расходами, площадью поверхности, но и уровнем охлаждающей жидкости в охладителе наддувочного воздуха. Чем выше ее уровень, тем при прочих равных условиях больше передается тепла. Регулировка уровня жидкости позволяет интенсивно влиять на температуру наддувочного воздуха, что и позволяет попутно улучшить качество регулирования.

На фиг. 1 показана система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом транспортного средства; на фиг. 2 - то же, вариант.

Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом транспортного средства содержит циркуляционный насос 1 и два связанных друг с другом через терморегулирующее устройство 2 контура циркуляции охлаждающей жидкости, основной из которых включает рубашку 3 охлаждения двигателя и основную секцию 4 водяного радиатора. Дополнительный контур циркуляции включает последовательно соединенные вторую секцию 5 водяного радиатора, охладитель 6 масла трансмиссии (ЖМТ), жидкостный охладитель 7 наддувочного воздуха, который расположен выше других агрегатов системы охлаждения. В системе имеются также сливной бачок 8, емкость которого разделена подвижной перегородкой 9 на две полости, и охладитель 10 масла двигателя. Подача охлаждающей жидкости во второй (дополнительный) контур циркуляции осуществляется из напорной магистрали 11 и возвращается во всасывающую магистраль 12.

Одна полость сливного бачка 8 по охлаждающей жидкости соединена с жидкостным охладителем 7 наддувочного воздуха.

На фиг. 1 представлен вариант, в котором полость сливного бачка 8 по охлаждающей жидкости связана с жидкостным охладителем 7 наддувочного воздуха одним трубопроводом 13.

На фиг. 2 представлен другой вариант, в котором полость сливного бачка 8 по охлаждающей жидкости соединена с дополнительным контуром системы охлаждения посредством двух патрубков, один из которых подключен к дополнительному контуру до, а другой 14 - после жидкостного охладителя 7 наддувочного воздуха.

Другая полость сливного бачка 8 подключена трубопроводом 15 к магистрали высокого давления Р_к, например, наддувочного воздуха. Объем сливного бачка 8 по крайней мере не меньше объема сердцевины жидкостного охладителя наддувочного воздуха со стороны охлаждающей жидкости. Первая полость связана с жидкостным охладителем 7 наддувочного воздуха, вторая его полость подключена посредством трубопровода 15 к магистрали высокого давления (например, наддувочного воздуха). Объем сливного бачка 8 не меньше объема сердцевины охладителя 7 наддувочного воздуха. Подача охлаждающей жидкости в дополнительный контур циркуляции осуществляется из напорной магистрали 11 и возвращается во всасывающую магистраль 12.

Предлагаемая система охлаждения работает следующим образом.

Охлаждающая жидкость, нагнетаемая циркуляционным насосом 1, разделяется на два потока. Основной поток направляется из напорной магистрали 11 в рубашку 3 охлаждения двигателя, где нагревается и далее через термостат (устройство 2) подается в основную секцию 4 водяного радиатора, где охлаждается, после чего поступает во всасывающую магистраль 12 насоса 1. Другой поток охлаждающей жидкости из напорной магистрали 11 поступает в дополнительную секцию 5 радиатора, где охлаждающая жидкость доохлаждается (ее температура после секции 5 на 5-15^оС меньше, чем температура охлаждающей жидкости во всасывающей магистрали 12) и подается для охлаждения наддувочного воздуха и масел двигателя и трансмиссии. Последовательность включения теплообмен- ников определяется требуемым уровнем температур масел и наддувочного воздуха. На фиг. 1 и 2 первоначально охлаждающая жидкость прокачивается через охладитель 6 для охлаждения масел трансмиссии, далее через жидкостный охладитель 7 наддувочного воздуха, охладитель 10 для охлаждения масла двигателя и подается во всасывающую магистраль 12 насоса 1. В основной и дополнительный контуры могут быть установлены и другие теплообменные аппараты. Оба контура циркуляции соединены друг с другом через терморегулирующее устройство 2 и во всасывающей магистрали 12.

На неработающем двигателе отсутствует избыточное давление наддувочного воздуха, поэтому давление в части сливного бачка 8, соединенного трубопроводом 15 с магистралью наддувочного воздуха, равно атмосферному. Из-за имеющейся разности уровней расположения жидкостного охладителя 7 наддувочного воздуха и сливного бачка 8 охлаждающая жидкость будет сливаться из первого во второй, при этом подвижная перегородка 9 будет переме- щаться в сторону полости, соединенной с магистралью наддувочного воздуха. Причем по варианту (фиг. 1) жидкость сливается по трубопроводу 13, а по варианту (фиг. 2) - по трубопроводам 13 и 14. После запуска двигателя появляется избыточное давление в системе наддува, которое превышает давление охлаждающей жидкости в жидкостном охладителе 7 наддувочного воздуха, и за счет этой разности давлений подвижная перегородка 9 перемещается в сторону охлаждающей жидкости, вытесняя ее из сливного бачка 8 в жидкостный охладитель 7 наддувочного воздуха. Чем выше давление наддувочного воздуха, тем больше смещена подвижная перегородка 9 в сторону охлаждающей жидкости и тем больше уровень охлаждающей жидкости в жидкостном охладителе 7 наддувочного воздуха. Чем больше уровень охлаждающей жидкости, тем больше его теплопередающая способность. Между этими параметрами существует прямо пропорциональная зависимость: на сколько увеличивается уровень жидкости, на столько же возрастает теплопередающая способность жидкостного охладителя 7 наддувочного воздуха. На режимах работы двигателя, близких к номинальной мощности и максимальному крутящему моменту, жидкостный охладитель 7 наддувочного воздуха полностью заполнен охлаждающей жидкостью, и его теплопередающая способность максимальна и зависит только от расхода охлаждающей жидкости. На фиг. 1 охлаждающая жидкость при неполностью заполненном охладителе 7 наддувочного воздуха прокачивается только через него. По варианту, изображенному на фиг. 2, при неполностью заполненном жидкостном охлади- теле 7 наддувочного воздуха охлаждающая жидкость прокачивается параллельно через жидкостный охладитель 7 наддувочного воздуха и сливной бачок 8 по трубопроводам 13 и 14. При полностью заполненном охладителе 7 наддувочного воздуха поток охлаждающей жидкости прокачивается через него, подвижная перегородка 9 перекрывает подачу охлаждающей жидкости в сливной бачок 8.

В процессе прогрева двигателя терморегулирующее устройство 2 перекрывает подачу охлаждающей жидкости в основную и дополнительную секции и перепускает подогретую в двигателе охлаждающую жидкость через теплообменики (охладители 6 и 10) и охладитель 7 наддувочного воздуха. В это время охлаждающая жидкость отдает тепло маслам и наддувочному воздуху, за счет чего сокращается время подготовки моторной установки к работе. По мере увеличения температуры охлаждающей жидкости терморегулирующее устройство 2 увеличивает ее подачу в секцию 4 радиатора, уменьшается прокачка охлаждающей жидкости через теплообменники (охладители 6 и 10) и охладитель 7 наддувочного воздуха. При достижении заданного уровня температур охлаждающей жидкости (70-100^оС) терморегулирующее устройство 2 перекрывает перепуск охлаждающей жидкости в дополнительный контур циркуляции, и оба контура разделяются друг от друга.

Установка жидкостного охладителя наддувочного воздуха выше других агрегатов системы охлаждения и его связь со сливным бачком, который снабжен подвижной перегородкой, одна полость которого по охлаждающей жидкости соединена с охладителем наддувочного воздуха, а другая его полость связана с магистралью высокого давления, например, наддувочного воздуха, позволит удалять охлаждающую жидкость во время остановок из охладителя наддувочного воздуха, что исключит ее попадание в поршневое пространство двигателя даже при небольших нарушениях герметичности теплообменника, а значит и предупредит выход из строя двигателя. За счет изменения уровня охлаждающей жидкости улучшается качество регулирования температур масел и наддувочного воздуха на частичных мощностных режимах, что приводит к сокращению срока прогрева и подготовки двигателя и в целом моторной установки к работе.

Сущность изобретения: система содержит циркуляционный насос с всасывающей и напорной магистралями, основной контур циркуляции, включающий рубашку охлаждения двигателя и первую секцию водяного радиатора, и дополнительный контур, включающий вторую секцию водяного радиатора, жидкостный охладитель наддувочного воздуха, связанный с магистралью высокого давления, теплообменники для охлаждения (нагревания) смазочных и других специальных жидкостей транспотрного средства. Жидкостный охладитель наддувочного воздуха расположен выше других агрегатов системы охлаждения и связан со сливным бачком, имеющим подвижную перегородку, разделяющую на первую полость, соединенную с жидкостным охладителем наддувочного воздуха, и вторую, подключенную к магистрали высокого давления. Объем сливного бачка не меньше объема сердцевины жидкостного охладителя наддувочного воздуха по охлаждающей жидкости. Положительный эффект: повышение надежности работы системы охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая циркуляционный насос с всасывающим и напорным патрубками, основной контур циркуляции, включающий рубашку охлаждения двигателя и первую секцию водяного радиатора, и дополнительный контур циркуляции, включающий последовательно соединенные вторую секцию радиатора, охладитель масла трансмиссии, жидкостный охладитель наддувочного воздуха с входом и выходом, связанный с магистралью высокого давления, и охладитель масла двигателя, и терморегулятор, установленный между рубашкой охлаждения и первой секцией радиатора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, она снабжена трубопроводом и сливным бачком с подвижной перегородкой, разделяющей последний на первую полость, связанную с жидкостным охладителем наддувочного воздуха, и вторую, подключенную посредством трубопровода к магистрали высокого давления, причем объем сливного бачка не меньше объема жидкостного охладителя наддувочного воздуха, соединенного с последним и размещенного выше его. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первая полость соединена с входом и выходом охлаждения наддувочного воздуха. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что подвижная перегородка выполнена в виде мембраны.