СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01P11/02 

Изобретение относится к охлаждению двигателей внутреннего сгорания.

Известная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит рубашку охлаждения двигателя, радиатор, гидроаэромеханический резонатор и насос. Хладагент (вода или воздух), циркулирующий в системе охлаждения с помощью насоса, снимает сначала тепло с двигателя, а затем через гидроаэромеханический резонатор поступает в виде переменного потока в радиатор, где через его стенку отдает тепло потоку внешнего хладагента, прогоняемого другим насосом.

Известная система охлаждения имеет высокие затраты энергии на создание переменного потока хладагента, т.е. высокую материалоемкость производства, отражающую уровень затрат всей совокупности потребляемых материально-технических ресурсов на производство единицы продукции.

Целью данного изобретения является снижение материалоемкости производства за счет уменьшения затрат энергии на создание переменного потока хладагента путем интенсификации гидроаэродинамического процесса в режиме авторезонанса гармонических колебаний.

Указанная цель достигается тем, что в известной системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащей рубашку охлаждения двигателя, радиатор, гидроаэромеханический резонатор и насос, внутри радиатора или (и) рубашки охлаждения двигателя параллельно стенкам, к которым подключены рециркуляционные патрубки резонатора, установлены упругие эластичные мембраны.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и другой областях техники позволило выявить техническое решение (авт. св. N 1353989, кл. F 24 F 3/16), содержащее признак, сходный с признаком, отличающим заявляемое техническое решение от прототипа, - наличие упругих эластичных экранов, установленных параллельно стенкам внутри помещения, к которым подключены рециркуляционные воздуховоды от гидроаэромеханического резонатора. В заявленном решении мембраны также проявляют свойства экранов по возбуждению автоколебаний потока. Однако, указанные мембраны в заявленном решении проявляют новое свойство, а именно - по интенсификации теплопереноса за счет увеличения коэффициента конвективной теплоотдачи путем разрушения пограничного слоя хладагента на поверхности теплосъема, проявление которого подчиняется закону Фурье: количество теплоты
dQ = - K dS dt, где K - коэффициент теплопередачи,
- градиент температуры на длине пути теплосъема;
dS - поперечное сечение пути (поверхность) теплосъема;
dt - время.

Отсюда видно, что при повышенном К одно и то же количество теплоты dQ можно передать, имея меньшую поверхность dS, т.е. меньшую материалоемкость производства радиаторов, что и достигается в заявляемом решении за счет авторезонанса путем разрушения пограничного слоя, т.е. путем непосредственной турбулизации потока в местах передачи тепла в 3-4 эффективнее (кн. Фролова К. В. Вибрация - друг или враг?. Наука. М., 1984, с.24) по сравнению с предварительно турбулизированным потоком (за вентилятором, решеткой), где теплоотдача на 50-60% выше по сравнению с нетурбулизированным потоком (справочник под ред. Гигорьева В.А., Зорина В.М., Тепло- и массообмен, теплотехнич. эксперимент. Энергоиздат, М., 1982, с.175).

Выявленное же техническое решение по осаждению пыли (авт.св. N 1353989) подчиняется закону Фика, по которому интенсифицируется перенос массы dM за счет повышения коэффициента диффузии D
dM = - D dS dt, где - градиент плотности на длине пути массопереноса,
dS - поперечное сечение пути массопередачи,
dt - время.

Таким образом, в заявляемом техническом решении мембраны применены по новому назначению, нежели экраны по авт.св. N 1353989.

Наличие нового свойства известного признака, проявляемого в заявляемом решении, обеспечивает ему соответствие критерию "Существенные отличия".

Наличие упругих эластичных мембран внутри радиатора или (и) рубашки охлаждения двигателя позволяет более эффективно использовать упругие силы при взаимодействии с силами нагнетания порций хладагента, а также с силами инерции и сопротивления. Система возбуждается и настраивается (лопастью резонатора в такт колебанию мембран) на авторезонансный режим в 3 -К 4 раза меньшими энергозатратами,а быстродействие системы увеличивается в 30-40 раз (кн, Фролова К.В. Вибрация - друг или враг?. Наука, М., 1984, с.24).

На фиг.1 и 2 изображена схема системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания в двух крайних положениях упругих эластичных мембран и лопасти резонатора.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит нагнетательный 1 и отсасывающий 2 трубопроводы, радиатор 3 с установленными внутри него упругими эластичными мембранами 4,5, гидроаэромеханический резонатор 6 с диаметральной лопастью 7 и четырьмя патрубками: нагнетательный 8 и отсасывающий 9, соединенные циркуляционными трубопроводами 14, 15 с радиатором 3 через его рециркуляционные патрубки 16,17.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. За счет вращения лопасти 7 резонатора 6 внутри рециркуляционных трубопроводов 14, 15 и радиатора 3 образуются бегущие упругие волны, приводящие в движение упругие эластичные мембраны и создающие горизонтальные упругие колебания хладагента внутри радиатора 3. Согласно условию резонанса скорость вынужденного перемещения упругих волн равна скорости движения хладагента относительно внутренних поверхностей трубопроводов 14, 15 и радиатора 3 и частоте вращения лопасти 7 резонатора 6.

Таким образом, при любой скорости движения хладагента создаются условия резонанса в самом радиаторе 3 и резонансной связи с хладагентом, так как он резонирует на любые частоты колебаний резонатора 6 системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Порядок гармоники определяется числом стоячих волн на длине потока хладагента внутри трубопроводов 14, 15 и радиатора 3, образующихся в результате сложения двух волн хладагента, движущихся в противоположных направлениях, совершающих гармонические колебания возвратно-поступательного движения. В положении лопасти 7 резонатора (фиг.1) волна внутри радиатора идет слева направо, а в положении (фиг.2) - справа налево. В результате резонанса происходит разрушение пограничного слоя хладагента на теплоотдающей поверхности радиатора 3 и охлаждение его протекает более эффективно. Основным управляющим параметром является частота колебаний лопасти 7, регулируя которую, достигают оптимального значения длины волны, амплитуды линейно-поляризованных колебаний и других параметров резонанса волн хладагента, и в итоге добиваются оптимального снижения материалоемкости производства, отражающей уровень затрат всей совокупности потребляемых материально-технических ресурсов на производство единицы продукции.

Сущность изобретения: система охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит рубашку охлаждения двигателя, радиатор, гидроаэромеханический резонатор и насос, внутри радиатора или (и) рубашки охлаждения двигателя параллельно стенкам, к которым подключены рециркуляционные патрубки резонатора, установлены упругие эластичные мембраны. Посредством колебания мембран происходит интенсификация теплопереноса за счет увеличения коэффициента конвективной теплоотдачи путем разрушения пограничного слоя хладагента на поверхности теплосъема. 2 ил.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая рубашку охлаждения, радиатор, водяной насос, подключенный всасывающим патрубком к выходу радиатора, а напорным - к рубашке охлаждения, и источник колебаний, отличающаяся тем, что она снабжена двумя исполнительными механизмами, источник колебаний выполнен в виде корпуса, снабженного диаметрально размещенными входным и выходным трубопроводами, поворотной лопастью, установленной в корпусе, и двумя диаметрально размещенными рециркуляционными патрубками, а исполнительные механизмы выполнены в виде упругих эластичных мембран, установленных внутри радиатора либо в рубашке охлаждения параллельно стенками и подключенных к соответствующим рециркуляционным патрубкам.