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

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, и направлено на усовершенствование систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания с наддувом и работающих в условиях низких температур окружающей среды.

Системы жидкостного охлаждения ДВС известны.

Известна, например, система тепловозного дизеля [1] включающая три контура охлаждения контур охлаждения двигателя, включающий полости охлаждения блока и крышек цилиндров с окнами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, подводящий коллектор, регулирующие органы, циркуляционный насос, отводящий коллектор, охладитель воды и систему трубопроводов; контур охлаждения смазочного масла, включающий охладитель масла, водяная полость охлаждения которого связана с охладителем воды контура охлаждения двигателя, регулирующий орган и соответствующие трубопроводы; контур охлаждения наддувочного воздуха, включающий охладитель наддувочного воздуха, регулирующие органы, циркуляционный насос, трубопроводы.

Такая система конструктивно сложна, а наличие двух циркуляционных насосов приводит к дополнительным затратам мощности и увеличению механических потерь. К недостаткам системы следует отнести и то, что вся охлаждающая жидкость от циркуляционного насоса последовательно прокачивается через полости охлаждения блока и крышек цилиндров с повышенным теплоотводом от поверхностей охлаждения, что приводит прежде всего к увеличению продолжительности прогрева и увеличению расхода топлива, а следовательно, к снижению экономичности двигателя.

Известна также система жидкостного охлаждения [2] содержащая полости охлаждения блока и головки блока цилиндров с окнами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, основной и дополнительный коллекторы подвода охлаждающей жидкости, расположенные на разных уровнях. При этом вся охлаждающая жидкость направлена через полости охлаждения блока и головки блока цилиндров, что приводит к увеличению производительности прогрева холодного двигателя, особенно в условиях низких температур окружающей среды. Система не предусматривает охлаждение наддувочного воздуха от одного циркуляционного водяного насоса, что в конечном итоге приводит к повышенному расходу топлива и естественно к снижению экономичности двигателя.

Кроме того, известна система жидкостного охлаждения, содержащая полости охлаждения блока и крышек цилиндров с входными, перепускными и выпускными отверстиями, циркуляционный водяной насос, подводящий и отводящий коллекторы, терморегулятор, радиатор, масляный охладитель. При этом подводящий коллектор выполнен из двух частей, между которыми последовательно установлен масляный охладитель. Кроме того, второй участок подводящего коллектора через трубопровод с регулирующим клапаном связан с всасывающим патрубком циркуляционного насоса. Однако такая система охлаждения предназначена для безнаддувных дизелей и не может быть использована в дизелях с наддувом без соответствующего усовершенствования.

Известна также система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с наддувом [2] принятая за прототип.

Указанная система включает полости охлаждения блока и головки цилиндров с окнами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, циркуляционный водяной насос, радиатор, охладитель наддувочного воздуха, пропускающий 10-15% от общего потока охлаждающей жидкости, водомасляный теплообменник, терморегулятор, регулятор расхода охлаждающей жидкости. При этом охладитель наддувочного воздуха установлен после радиатора параллельно регулятору расхода жидкости, который при определенных условиях, например, при малых нагрузках или низких температурах окружающей среды направляет поток или часть потока нагретой жидкости в обход радиатора в охладитель наддувочного воздуха.

Указанная система также, как и описанные выше системы (аналоги), обладает большой инерционностью, обусловленной циркуляцией большой массы охлаждающей жидкости через полости охлаждения блока и головки цилиндров, что приводит к увеличению времени прогрева двигателя. К недостаткам системы можно отнести и то, что она не обеспечивает возможности перераспределения тепла, например, на подогрев смазочного масла при частичных (малых) нагрузках и пониженных температурах окружающей среды. Все это способствует повышению расхода топлива и снижению экономичности двигателя.

Изобретение направлено на повышение экономичности двигателей внутреннего сгорания, работающих в условиях низких температур окружающей среды, путем сокращения времени прогрева на холостом ходу и частичных нагрузках. Это достигается тем, что в известной системе жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащей полости охлаждения блока и крышек цилиндров с окнами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, расположенными на разных уровнях по высоте, подводящий и отводящий коллекторы, охладитель наддувочного воздуха, водомасляный теплообменник, установленный последовательно с подводящим коллектором, выход из которого связан с полостью охлаждения блока цилиндров на втором уровне по отношению к входным окнам блока, связанными с подводящим коллектором, и дополнительно через разобщительный канал со смесительной камерой циркуляционного насоса, двухсекционный радиатор, терморегулятор и систему трубопроводов, полость охлаждения охладителя наддувочного воздуха имеет два входных патрубка и один выходной. При этом один из входных патрубков связан с первой секцией радиатора и, кроме того, через терморегулятор с выходом отводящего коллектора. Второй входной патрубок связан с второй секцией радиатора, а выходной патрубок расположен между входными патрубками и связан со смесительной камерой циркуляционного водяного насоса.

При пуске двигателя, особенно в условиях низких температур окружающей среды, а также при работе на холостом ходу и малых нагрузках, системы обеспечивает отключение радиатора, при этом охладитель наддувочного воздуха и водомасляный теплообменник работают как нагреватели наддувочного воздуха и смазочного масла, обеспечивая надежный запуск двигателя, сокращение времени разогрева и соответственно снижая расход топлива.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема двигателя с предлагаемой системой жидкостного охлаждения; на фиг. 2 то же, поперечный разрез.

Предлагаемая система включает двигатель 1 с полостями охлаждения 2 и 3 соответственно блока и головки цилиндров (фиг. 2) и окнами 4 и 5 для подвода охлаждающей жидкости, расположенными на двух уровнях по высоте блока, подводящий 6 и отводящий 7 коллекторы, охладитель 8 наддувочного воздуха (фиг. 1), водомасляный теплообменник 9, циркуляционный водяной насос 10 со смесительной камерой 11, двухсекционный радиатор, состоящий из первой секции 12 и второй секции 13, объединенных патрубком 14 и предназначенных для охлаждения жидкости, выходящей из двигателя 1 по отводящему коллектору 7, терморегулятор 15. При этом полость охлаждения охладителя 8 наддувочного воздуха имеет два входных патрубка 16 и 17 и один выходной патрубок 18. Причем входной патрубок 16 охладителя 8 расположен на входе наддувочного воздуха в охладитель и с помощью трубопровода 19 связан с первой секцией 12 радиатора и дополнительно через терморегулятор 15 с выходом отводящего коллектора 7, второй входной патрубок 17 расположен со стороны выхода наддувочного воздуха и связан со второй секцией 13 радиатора, а выходной патрубок 18, расположенный между входными патрубками 16 и 17, связан со смесительной камерой 11 циркуляционного водяного насоса 10. Кроме того, терморегулятор 15 с помощью трубопровода 20 связан с первой секцией 12 радиатора, а последовательно с подводящим коллектором 6 соединен водомасляный теплообменник 9, выход которого связан с полостью охлаждения 2 блока цилиндров через окно 5, расположенное на втором уровне по отношению к окнам 4. В качестве одного из возможных вариантов исполнения схемы выход полости охлаждения водомасляного теплообменника 9 через разобщительный клапан 21 дополнительно связан со смесительной камерой 11 циркуляционного насоса 10.

Система работает следующим образом.

При прогреве двигателя 1 или работе его на холостом ходу или малых нагрузках при полностью отключенном терморегуляторе 15, поток охлаждающей жидкости, подаваемый циркуляционным насосом 10 в подводящий коллектор 6, частично циркулирует через водомасляный теплообменник 9, открытый разобщительный клапан 21, смесительную камеру 11 и далее на вход циркуляционного насоса 10. Одновременно оставшаяся часть потока охлаждающей жидкости из подводящего коллектора 6 через перепускные окна 4 и 5 поступает в полости 2 и 3 охлаждения блока и головки цилиндров, затем нагретая жидкость через отводящий коллектор 7 и терморегулятор 15 поступает к входному патрубку 16 охладителя наддувочного воздуха 8 и, подогревая воздух, через полость охлаждения охладителя 8 и выходной патрубок 18 поступает в смесительную камеру 11 и на вход циркуляционного насоса 10. В этот период охладитель 8 работает как подогреватель наддувочного воздуха.

В процессе дальнейшей работы двигателя и нагрева охлаждающей жидкости терморегулятор 15 срабатывает и пропускает часть жидкости из выпускного коллектора 7 через трубопровод 20 в секцию 12 радиатора, где она охлаждается и через патрубок 14, секцию 13, патрубок 17, трубопровод 19 и патрубок 16 поступает в охладитель 8 наддувочного воздуха. Эта часть охлаждающей жидкости в охладителе перемешивается с той частью горячей жидкости, которая поступила в охладитель из отводящего коллектора 7 через терморегулятор 15 и впускной патрубок 16, минуя секцию 12 радиатора. По мере повышения температуры охлаждающей жидкости на выходе из коллектора 7 терморегулятор 15 увеличивает долю потока жидкости, пропускаемую через секции 12 и 13 радиатора, и уменьшает долю потока, которая, минуя радиатор, поступает в охладитель наддувочного воздуха, в результате подогрев воздуха прекращается и охладитель 8 начинает работать по своему прямому назначению, т.е. как охладитель наддувочного воздуха.

Одновременно с укоренным подогревом наддувочного воздуха в охладителе 8, на указанных выше режимах работы двигателя, происходит ускоренный подогрев смазочного масла в теплообменнике 9 за счет циркуляции части потока охлаждающей жидкости, поступающей из подводящего коллектора 6 в теплообменник и возврата ее через окно 5 в полость 2 охлаждения блока цилиндров при открытом разобщительном клапане 21, а по мере нагрева жидкости клапан 21 закрывается и циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется через окна 4 и 5 и отводящий коллектор 7. Кроме того, ускорению прогрева охлаждающей жидкости способствует и то, что горячая жидкость из охладителя 8 наддувочного воздуха через выходной патрубок 18 поступает в смесительную камеру 11 и способствует повышению температуры циркулирующего потока. Однако основной причиной ускоренного прогрева двигателя, наддувочного воздуха и смазочного масла является то, что на охлаждение двигателя из подводящего коллектора 6 поступает только часть потока охлаждающей жидкости. Поэтому на режимах холостого хода и малых нагрузках охлаждающая жидкость нагревается до более высокой температуры и охладитель 8 наддувочного воздуха и масляный теплообменник 9 работают как подогреватели воздуха и смазочного масла.

При работе двигателя на номинальном режиме, когда двигатель полностью прогрет, поток охлаждающей жидкости из отводящего коллектора 7 через терморегулятор 15 полностью поступает в секцию 12 радиатора, а через патрубок 14 часть охлаждающей жидкости по трубопроводу 19 поступает в охладитель 8 для охлаждения наддувочного воздуха, а вторая часть потока поступает во вторую секцию, т.е. секцию 13 радиатора для более глубокого охлаждения и затем через входной патрубок 17 в охладитель 8 (на выходе воздуха из охладителя) для дальнейшего охлаждения наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры двигателя. Из охладителя 8 охлаждающая жидкость через выходной патрубок 18 поступает в смесительную камеру 11 циркуляционного насоса 10 и далее в подводящий коллектор 6 на очередной круг циркуляции. Таким образом, на номинальном режиме работы двигателя 1 охладитель 8 и теплообменник 9 работают по своим прямым функциональным назначениям, т.е. как охладители воздуха и смазочного масла.

Таким образом предлагаемая система обеспечивает ускоренный прогрев двигателя при пуске и работе его на холостом ходу и малых нагрузках, а также нормальное охлаждение на режимах полных нагрузок.

Сущность изобретения: на холостом ходу и малых нагрузках только часть охлаждающей жидкости подается в полости охлаждения, а с повышением температуры охлаждающей жидкости на выходе из отводящего коллектора она направляется в радиатор через систему трубопроводов. 2 ил.

СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ, содержащая полости охлаждения блока и крышек цилиндров с окнами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, расположенные на разных уровнях по высоте, подводящий и отводящий коллекторы, охладитель наддувочного воздуха, водомасляный теплообменник, соединенный последовательно с подводящим коллектором, циркуляционный водяной насос со смесительной камерой, двухсекционный радиатор, терморегулятор и систему трубопроводов, причем выход полости охлаждения водомасляного теплообменника связан с полостью охлаждения блока цилиндров и через разобщительный клапан со смесительной камерой циркуляционного водяного насоса, отличающаяся тем, что полость охлаждения охладителя наддувочного воздуха имеет два входных патрубка, один из которых связан с первой секцией радиатора и дополнительно через терморегулятор с выходом отводящего коллектора, а второй входной патрубок с второй секцией радиатора, и один выходной патрубок, расположенный между входными патрубками и связанный со смесительной камерой циркуляционного водяного насоса.