УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2024 года по МПК F02D29/02 F01P5/02 F01P7/08 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к жидкостной системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства (ТС).

Для поддержания нормального температурного режима при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) используют систему охлаждения. Вентилятором, приводимым во вращение от привода ДВС, атмосферный воздух прокачивается через радиаторы внутри которых протекает охлаждающая жидкость, моторное масло. В результате теплообмена с атмосферным воздухом посредством стенок радиатора температура охлаждающей жидкости и моторного масла снижается. Для вращения вентилятора используются различные устройства приводов: механические, гидравлические, электрические. Для поддержания эксплуатационной температуры охлаждающей жидкости ДВС регулируют объем прокачиваемого через радиатор воздуха дроссерированием (используя жалюзи) или изменением частоты вращения вентилятора. Регулировку осуществляют ручным, полуавтоматическим или автоматическим способом. На привод вентилятора в зависимости от конструкции системы охлаждения затрачивается до 10% мощности ДВС, в результате снижается свободная мощность ДВС подводимая к ведущим колесам ТС, что приводит к снижению тягово-динамической характеристики ТС. Следовательно, для повышения тягово-динамических характеристик ТС привод вентилятора должен иметь возможность регулировки затрачиваемой на него мощности ДВС и полного отключения.

Эффективность работы системы охлаждения зависит от различных параметров, в том числе и объема прокачиваемого через радиатор воздуха. При движении машины по пересеченной местности объем воздуха прокачиваемого через радиаторы, может значительно уменьшаться из-за загрязнения радиатора или его защитной решетки, так как на них остаются увлекаемые воздушным потоком различные предметы (листва, фрагменты ветвей или стеблей растений и т.п.). Для исключения перегрева ДВС радиаторы и их защитные решетки необходимо очищать при их загрязнении.

Известен гидропривод вентиляторов системы охлаждения (патент на изобретение РФ RU 2184250 C2, опубликован 27.06.2002 г. Бюл. № 18), содержащий регулируемый гидронасос, связанный с валом приводного двигателя, гидромоторы, соединенные с вентиляторами, датчики температуры охлаждающей жидкости, установленные в выходных магистралях радиаторов, и гидробак, отличающийся тем, что в него дополнительно введены один или несколько гидронасосов по числу гидромоторов для попарного соединения с последними и образования объемно-замкнутых гидросистем по числу вентиляторов, причем все гидронасосы снабжены пропорциональными электрогидравлическими регуляторами, вспомогательный гидронасос, например героторного типа, связанный с общим для всех гидронасосов валом приводного двигателя, при этом выход вспомогательного гидронасоса соединен со входом вновь введенного переливного клапана и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов, а через вновь введенные обратные клапаны – с входами регулируемых гидронасосов и выходами гидромоторов, а его вход и выход переливного клапана соединены с гидробаком, и блок управления, размещенный между выходами датчиков температуры и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов. Блок управления содержит два звена с зоной нечувствительности, причем их входы являются входами блока управления, а выходы подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом блока управления.

Недостатком данного технического решения является невозможность отключения гидронасосов от приводного двигателя, для увеличения его свободной мощности, подводимой к ведущим колесам ТС, а также в нем не предусмотрена возможность обеспечения реверса вентилятора для очистки защитной решетки радиатора и радиаторов охлаждения ДВС.

Наиболее близким по сути технического решения и достигаемому результату является взятый за прототип известный способ охлаждения двигателя внутреннего сгорания (Патент на изобретение РФ RU 2188327 C1, опубликован 27.08.2002 г. Бюл. № 24), заключающийся в том, что через радиатор системы охлаждения просасывают вентилятором охлаждающий воздух, затем его кратковременно нагнетают через радиатор в противоположном направлении путем реверса направления вращения вентилятора, при этом реверс направления вращения вентилятора осуществляют при помощи реверсивной регулируемой гидрообъемной передачи, при этом во время реверса вентилятор выводят на максимальную частоту вращения путем регулирования гидрообъемной передачи. Частоту вращения вентилятора при просасывании регулируют в зависимости от режима охлаждения двигателя.

Недостатками данного способа охлаждения двигателя внутреннего сгорания являются отсутствие:

возможности регулировки уровня мощности отбираемой от ДВС на привод вентилятора, так как не предусмотрена возможность регулировки гидрообъемного привода в зависимости от частоты вращения коленчатого вала ДВС;

отсутствие возможности принудительного отключения привода вентилятора, так как из анализа работы не указано, как работает выключаемая муфта, даже при выключении муфты, насос объемного гидропривода продолжает работать вращая гидромотор;

отсутствие возможности автоматического включения привода вентилятора после его принудительного отключения;

не предусмотрена возможность определения загрязненности защитной решетки радиатора и автоматического включения ее очистки при их загрязнении. При включении реверса в известном техническом решении вентилятор, имеющий момент инерции, изменяя направление, не останавливается в результате изменения направления вращения, испытывает значительную нагрузку, которая может привести к его разрушению.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является: регулировка мощности, затрачиваемой на привод вентилятора, в зависимости от температурного режима ДВС и частоты вращения коленчатого вала ДВС; принудительное отключение привода вентилятора для повышения свободной мощности ДВС, реализуемой на ведущих колесах ТС; автоматическое включение привода включение после принудительного отключения; автоматическое определение засоренности защитной решетки и радиаторов и автоматическая их очистка; остановка гидроматора и вентилятора перед включением реверса для обеспечения надежности работы.

Поставленная задача решается тем, что устройство автоматического привода вентилятора системы охлаждения силовой установки, содержащее двигатель внутреннего сгорания, оснащенный датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком температуры моторного масла, тахогенератором, радиатором системы охлаждения, радиатором охлаждения моторного масла, имеет механическую связь с аксиально-плунжерный регулируемым насосом, с дренажной линией и механизмом управления насосом, в свою очередь аксиально-плунжерный регулируемый насос соединён с реверсивным гидромотором с дренажной линией, магистралью подачи и магистралью слива, имеющими фильтры, редукционные клапаны и трехпозиционный распределитель с электромагнитами при этом вентилятор соединен с реверсивным гидромотором через электромагнитную муфту имеющую жесткую связь с корпусом транспортного средства и тахогенератором, при этом электромагнитная муфта, электромагниты, механизм управления насосом, выполнены с возможностью управления блоком управления от кнопки ручного отключения привода вентилятора, кнопки педали подачи топлива, кнопки реверса, тахогенераторов, датчика температуры охлаждающей жидкости, датчика температуры моторного масла, сигнализатора давления.

Устройство автоматического привода вентилятора системы охлаждения силовой установки показано на фиг. 1. Аксиально-плунжерный регулируемый насос 3, имеющий дренажную линию 31 и оснащенный механизмом управления 2, соединен с реверсивным гидромотором 12, имеющим дренажную линию 24, магистралью подачи 4, имеющую заборный фильтр 30, редукционные клапаны 29, 10 и магистралью 23 слива имеющею фильтр очистки 27, редукционные клапаны 11, 28, в которых направление потока зависит от положения трехпозиционного распределителя 25, включаемого электромагнитами 9 и 26, соединенных с блоком управления 8, который также насосом соединен с механизмом 2 управления насосом, кнопками 5 ручного отключения привода вентилятора, 6 педали подачи топлива, 7 реверса, электромагнитной муфтой 13, тахогенератором 22, установленными на ДВС 18 датчиками температуры 20 охлаждающей жидкости, 17 температуры моторного масла, сигнализатором давления 21, тахогенератором 19 ДВС. Вентилятор 14 соединен с реверсивным гидромотором 12 через электромагнитную муфту 13, которая связана с тахогенератором 22 и имеет жесткую связь с корпусом ТС.

Устройство автоматического привода вентилятора системы охлаждения силовой установки работает следующим образом. При запуске и работе ДВС 18 часть крутящего момента через агрегаты трансмиссии (на фиг. 1 не показаны) передается на аксиально-плунжерный регулируемый насос 3 для его вращения. Вращаясь, блок (на фиг. 1 не показан) аксиально-плунжерного регулируемого насоса 3 забирает трансмиссионное масло через фильтр 30 из гидравлического бака 1 и нагнетает его в магистраль 4 подачи, по которой трансмиссионное масло поступает к трехпозиционному распределителю 25. Максимальное давление в магистрали 4 подачи ограничивается редукционным клапаном 29, через который масло сливается в гидравлический бак 1. Утечки трансмиссионного масла внутри аксиально-плунжерного регулируемого насоса 3 при его работе сливаются в гидравлический бак 1 по дренажной магистрали 31. Величина подачи аксиально-плунжерного регулируемого насоса 3 изменяется механизмом управления 2. В исходном положении аксиально-плунжерный регулируемый насос 3 механизмом управления 2 насосом устанавливается на минимальную подачу.

Блок управления 8 после поступления на него питания от бортовой сети начинает анализировать поступающую в него информацию: о величинах температур охлаждающей жидкости и моторного масла с датчика температуры 20 охлаждающей жидкости и с датчика температуры 17 моторного масла соответственно; наличии разряжения в области радиаторов 15 системы охлаждения и 16 охлаждения моторного масла соответственно с сигнализатора давления 21; о величине подачи (положении (угле наклона) наклонной шайбы) аксиально-плунжерного регулируемого насоса 3 от механизма управления 2 насосом; о числе оборотов коленчатого вала (не показан) ДВС 18 с тахогенератора 19; о числе оборотов выходного вала реверсивного гидромотора 12 с тахогенератора 22; о замкнутости контактов кнопки 5 ручного отключения привода вентилятора, кнопки 6 педали подачи топлива, кнопки 7 реверса.

Когда температура охлаждающей жидкости на выходе из ДВС 18 при его работе не превышает 90 0С, а температура моторного масла не превышает 90 0С блок управления 8 не выдает команду на включение связанного с ним электромагнита 26 управления трехпозиционным распределителем 25, который под воздействием пружин находится в исходном положении, при этом контур реверсивного гидромотора 12 соединен с магистралью 23 слива, а магистраль 4 подачи размыкается. В результате масло по магистрали 4 подачи не поступает к реверсивному гидромотору 12, соединенному валом с вентилятором 14 системы охлаждения через электромагнитную муфту 13, связанную с корпусом ТС. Вентилятор 14 охлаждения не вращается, атмосферный воздух через радиаторы системы охлаждения 15 и охлаждения моторного масла 16 не прокачивается. В результате не происходит охлаждения охлаждающей жидкости и моторного масла ДВС 18. Таким образом, температура охлаждающей жидкости и моторного масла возрастает и время подготовки ДВС 18 к работе под нагрузкой снижается. Также блок управления 8 не выдает команду на механизм управления 2 насосом, который находится в начальном положении, устанавливающим минимальную подачу трансмиссионного масла в магистраль 4 подачи, которое сливается в гидравлический бак 1 через редукционный клапан 29. Таким образом, снижается затрата мощности ДВС 18 на привод аксиально-плунжерного регулируемого гидронасоса 5, высвободившаяся мощность передается на ведущие колеса ТС, увеличивая ее тягово-динамические характеристики.

При движении ТС в тяжелых дорожно-грунтовых условиях ДВС 18 работает с большой нагрузкой и теплоотдача в его систему охлаждения (на фиг. 1 не показана) и масляную систему (на фиг. 1 не показана) увеличивается, что способствует росту температуры охлаждающей жидкости и моторного масла. При достижении значения температуры охлаждающей жидкости на выходе из ДВС 18 90±3 0С или температуры моторного масла 100±3 0С сигнал с датчика 20 температуры охлаждающей жидкости и датчика 17 температуры моторного масла поступают в блок управления 11, который выдает сигнал на электромагнит 26. Электромагнит 26 перемещает трехпозиционный распределитель 25 в положение прямой подачи. Масло по магистрали 4 подачи поступает к реверсивному гидроматору 12 и отводится от него по магистрали слива 23. От резкого скачка давления в контуре предусмотрен редукционный клапан 10, соединяющий магистраль подачи 4 и магистраль слива 23. Трансмиссионное масло сливается в гидравлический бак 1 через фильтр 27, при его засорении масло сливается через редукционный клапан 28. Утечки трансмиссионного масла из реверсивного гидромотора 12 при его работе сливаются в гидравлический бак 1 по дренажному трубопроводу 24.

При дальнейшем росте температуры охлаждающей жидкости в диапазоне 93-100+5 0С или моторного масла диапазоне 95-100±3 0С блок управления 8, анализируя частоту вращения коленчатого вала (на фиг. 1 не показан) ДВС 18 по сигналу с тахогенератора 19 и частоту вращения выходного вала (не показан) реверсивного гидромотора 12, выдает сигнал на механизм управления 2 насосом, который регулирует величину подачи трансмиссионного масла в магистраль подачи 4. Таким образом осуществляется регулировка частоты вращения вентилятора 14 и поддержание заданной температуры охлаждающей жидкости и моторного масла. В результате частота вращения вентилятора 14 не зависит от количества оборотов коленчатого вала (на фиг. 1 не показан) ДВС 18. Кроме того, в результате регулировки уровня подачи аксиально-плунжерным регулируемым насосом 3 также регулируется и уровень мощности, затрачиваемой на его привод, когда подача не максимальная обеспечивается прирост свободной мощности ДВС, которая передается на ведущие колеса, повышая тягово-динамические характеристики ТС.

В случае когда температура охлаждающей жидкости превышает значение 105 0С или температура моторного масла превышает значение 105 0С или датчик температуры охлаждающей жидкости 20 или температуры моторного масла 17 не исправны, блок управления 8 выдает сигнал на механизм привода 2, который переводит аксиально-плунжерный регулируемый гидронасос 3 на максимальную подачу вне зависимости от оборотов коленчатого вала (на фиг. 1 не показан) ДВС 18. Для предотвращения повышения давления в магистрали подачи 4 или выхода из строя реверсивного гидромотора 12 предусмотрен редукционный клапан 10, перепускающий часть масла из магистрали подачи 4 в магистраль слива 23 при превышении максимально возможного давления в гидросистеме.

В случае когда при движении в сложных дорожно-грунтовых условиях, преодолении подъемов или необходимости резкого ускорения необходимо повысить тягово-динамические характеристики ТС, механик-водитель нажимает кнопку 5 ручного отключения привода вентилятора или выжимает педаль подачи топлива (на фиг. 1 не показана) до упора в ограничитель (на фиг. 1 не показан), замыкая контакты кнопки 6 педали подачи топлива. В этом случае блок управления 8 вне зависимости от значений температуры охлаждающей жидкости или моторного масла выключает электромагнит 26 и выдает сигнал на механизм управления 2 насосом, который переводит регулируемый аксиально-плунжерный насос 3 в режим минимальной подачи на время 60 секунд. При этом после выключения электромагнита 26 трехпозиционный клапан под воздействием пружины возвращается в исходное положение, при котором размыкается магистраль 4 подачи и трансмиссионное масло не поступает к реверсивному гидромотору 12, а оставшееся в реверсивном гидромоторе трансмиссонное масло сливается в гидровлический бак 1 по магистрали слива 24 через фильтр 27. В результате снижения затрат эффективной мощности ДВС 18 на привод регулируемого аксиально-плунжерного насоса 3, высвободившая мощность поступает на ведущие колеса, тем самым повышая тягово-динамическую характеристику ТС. По истечению 60 секунд блок управления 8 включает электромагнит 26 и переводит, выдавая соответствующий сигнал на механизм управления 2 насосом регулируемый аксиально-поршневой насос 3 в режим величины подачи трансмиссионного масла для работы вентилятора 12 в режиме, соответствующем температуре охлаждающей жидкости, температуре моторного масла и частоты вращения коленчатого вала (на фиг. 1 не показан) ДВС 18. Если кнопка 5 ручного отключения привода вентилятора, кнопка 6 педали подачи топлива остаются включенными, то блок управления 8 в течении 120 секунд осуществляет регулировку температурного режима ДВС 18 в соответствии с величиной температуры охлаждающей жидкости, моторного масла и оборотов коленчатого вала (на фиг. 1 не показан) ДВС 18. После истечения 120 секунд повторяется цикл работы при котором блок управления 8 отключает подачу трансмиссионного масла к реверсивному гидромотору 12.

При движении ТС по пересеченной местности или работе ее на месте в результате осаживания на защитной сетке (на фиг. 1 не показана) радиатора 15 системы охлаждения и радиатора 16 охлаждения моторного масла посторонних предметов (листвы, травы и т.п.), увлекаемых потоком прокачиваемого воздуха, создается большое сопротивление движению потока воздуха или его движение через радиатор охлаждающей жидкости 15, радиатор охлаждения моторного масла 16 невозможно. Блок управления 8 анализирует данные, поступающие в него с сигнализатора давления 21, и в случае превышения максимально возможного сопротивления прокачки атмосферного воздуха через радиаторы, не зависимо от величины температуры охлаждающей жидкости и моторного масла, выключает электромагнит 26, трехпозиционный распределитель под воздействием пружины перемещается в положение прерывающее подачу масла в реверсивный гидромотор 12. После чего блок управления 8 выдает сигнал на включение электромагнита (на фиг. 1 не показан) электромагнитной муфты 13 и сигнал на механизм управления 2 насосом, который переводит регулируемый аксиально-поршневой насос 3 в режим минимальной подачи. Электромагнитная муфта соединенная с корпусом останавливает выходной вал реверсивного гидромотора и вентилятор 14, информация об этом поступает в блок управления 8 с тахогенератора 22. После полной остановки реверсивного гидромотора 12 и вентилятора 14, блок управления 8 выключает электромагнит (на фиг. 1 не показан) электромагнитной муфты 13 и включает на 30 секунд электромагнит 9, который переводит трехпозиционный распределитель в положение изменения направления подачи трансмиссионного масла. После этого блок управления 8 выдает сигнал на механизм управления 2 насосом, который переводит регулируемый аксиально-плунжерный насос 3 в режим максимальной подачи. Трансмиссионное масло поступает в реверсивный гидромотор 14, который начинает вращаться с максимальной возможной скоростью в обратном направлении, вращая в обратном направлении и вентилятор 14. В результате изменения направления потока атмосферного воздуха, сдуваются с защитной решетки (не показана) радиатора охлаждения и охлаждения моторного масла посторонние предметы. Для предотвращения выхода из строя гидросистемы и реверсивного гидроматора 12 предусмотрен редукционный клапан 11. По истечении 30 секунд блок управления 8 выдает сигналы: на механизм управления 2 насосом, который переводит регулируемый аксиально-плунжерный насос в режим минимальной подачи; на выключение электромагнита 9, в результате трехпозиционный распределитель 25 под воздействием пружин занимает положение, при котором подача трансмиссионного масла к реверсивному гидромотору 12 не осуществляется; на включение электромагнита (на фиг. 1 не показан) электромагнитной муфты 13, для остановки вращения выходного вала реверсивного гидромотора 12 и вентилятора 14. После их остановки, о чем свидетельствует отсутствие сигнала с тахогенератора 22 в блок управления 8, работа осуществляется в соответствии с температурным режимом ДВС 18. Также предусмотрена возможность включения переведения реверсивного гидромотора 12 для вращения в обратном направлении при нажатии кнопки реверс 7. Алгоритм работы системы в этом случае будет таким же как описано предыдущем абзаце.

Таким образом, за счет использования устройства автоматического привода вентилятора системы охлаждения силовой установки обеспечивается снижение времени на подготовку ДВС к работе под нагрузкой, автоматически регулируется и поддерживается заданный температурный режим ДВС, регулируется величина отбираемой мощности на привод вентилятора, а также кратковременное отключение привода вентилятора, а высвободившаяся при этом мощность ДВС подводится к ведущим колесам ТС, повышая ее тягово-динамические характеристики, очистка защитной сетки и радиаторов системы охлаждения и охлаждения моторного масла ДВС путем изменения направления потока движения атмосферного воздуха.

Изобретение может быть использовано в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. Устройство автоматического привода вентилятора системы охлаждения силовой установки содержит двигатель (18) внутреннего сгорания. Двигатель (18) оснащен датчиком (20) температуры охлаждающей жидкости, датчиком (17) температуры моторного масла, тахогенератором (19), радиатором системы охлаждения и радиатором охлаждения моторного масла. Имеется механическая связь с аксиально-плунжерный регулируемым насосом (3), с дренажной линией (31) и механизмом (2) управления насосом. Аксиально-плунжерный регулируемый насос (3) соединён с реверсивным гидромотором (12) имеющим дренажную линию (24), магистралью (24) подачи и магистралью (23) слива. Имеются фильтры (30), (27), редукционные клапаны (11), (28) и трехпозиционный распределитель (25) с электромагнитами (9), (26). Вентилятор (14) соединен с реверсивным гидромотором (12) через электромагнитную муфту (13) имеющую жесткую связь с корпусом транспортного средства и тахогенератором (22). Электромагнитная муфта (13), электромагниты (9), (26), механизм (2) управления насосом, выполнены с возможностью управления блоком (8) управления от кнопки (5) ручного отключения привода вентилятора, кнопки (6) педали подачи топлива, кнопки (7) реверса, тахогенераторов (22) датчика (20) температуры охлаждающей жидкости, датчика (17) температуры моторного масла, сигнализатора (21) давления. Технический результат заключается в регулировании мощности, затрачиваемой на привод вентилятора, в зависимости от температурного режима двигателя и частоты вращения коленчатого вала двигателя. 1 ил.

Устройство автоматического привода вентилятора системы охлаждения силовой установки, содержащее двигатель внутреннего сгорания, оснащенный датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком температуры моторного масла, тахогенератором, радиатором системы охлаждения, радиатором охлаждения моторного масла, имеет механическую связь с аксиально-плунжерный регулируемым насосом, с дренажной линией и механизмом управления насосом, в свою очередь аксиально-плунжерный регулируемый насос соединён с реверсивным гидромотором с дренажной линией, магистралью подачи и магистралью слива, имеющими фильтры, редукционные клапаны и трехпозиционный распределитель с электромагнитами отличающееся тем, что вентилятор соединен с реверсивным гидромотором через электромагнитную муфту имеющую жесткую связь с корпусом транспортного средства и тахогенератором, при этом электромагнитная муфта, электромагниты, механизм управления насосом, выполнены с возможностью управления блоком управления от кнопки ручного отключения привода вентилятора, кнопки педали подачи топлива, кнопки реверса, тахогенераторов, датчика температуры охлаждающей жидкости, датчика температуры моторного масла, сигнализатора давления.