ЖИДКОСТНОЙ ОХЛАДИТЕЛЬ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
LIQUID SUPERCHARGING AIR COOLER IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания общего и специального назначения, а также в других устройствах, требующих изменения температуры воздуха (газа).
Существуют охладители наддувочного воздуха в двигателях внутреннего сгорания, в работе которого задействован как холодный, так и горячий контуры системы охлаждения двигателя. Это однозначно усложняет как систему охлаждения двигателя, так и устройство самого охладителя [см. Объединенная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха. Патент RU 2293190 С1 от 28.09.2005].
Существует также охладитель наддувочного воздуха с двумя ступенями наддува и охлаждением наддувочного воздуха после каждой ступени. Это также ведет к усложнению устройства охладителя и не гарантирует обеспечение стабильности температуры наддувочного воздуха во впускном коллекторе двигателя [см. Компоновка контура циркуляции для охлаждения наддувочного воздуха и способ работы контура циркуляции с такой компоновкой. Патент RU 2327884 С2 от 15.07.2004].
Основным недостатком данных технических решений является подогрев наддувочного воздуха во впускном коллекторе от температуры воздуха в моторном отсеке, которая поднимается порой выше 100°С. При этом особенно большой подогрев осуществляется на холостом ходу в неподвижном состоянии транспортного средства.
Устранить выявленные недостатки возможно применением жидкостного охладителя наддувочного воздуха в двигателях внутреннего сгорания, содержащего водовоздушный теплообменник, жидкостной насос и радиатор охлаждения, при этом в состав устройства введена рубашка охлаждения, выполненная вокруг впускного коллектора и его трубопроводов в виде полости с впускным и выпускным патрубками, посредством которых полость соединяют с подводящим и отводящим коллекторами холодного контура системы охлаждения, а последние последовательно подсоединяют к радиатору охлаждения и жидкостному насосу соответственно.
При этом приводом жидкостного насоса служит электродвигатель.
Вместе с тем температура наддувочного воздуха контролируется датчиком температуры, сигнал с которого поступает в электронный блок управления производительностью электродвигателя электропривода.
На фиг. 1 представлена структурная схема охладителя, на фиг. 2 - водовоздушный теплообменник.
Жидкостной охладитель наддувочного воздуха (фиг. 1) в двигателях внутреннего сгорания 1 функционально и конструктивно связан с выпускным 2 и впускным 3 коллекторами, между которыми находится турбокомпрессор 4. При этом выход выпускного коллектора 2 подсоединен к входу турбины турбокомпрессора 4, а выход его компрессора соединен с входом жидкостного охладителя 5 (фиг. 2). Выход жидкостного охладителя 5 соединен с впускным коллектором 3 (фиг. 1), вокруг корпуса которого с частичным перекрытием подводящих трубопроводов коллектора по их длине выполнена рубашка охлаждения 6 в виде двух разъемных половинок, герметично уплотняющихся между собой посредством прокладки, с подводящим и отводящим патрубками с фланцами для подвода и отвода охлаждающей жидкости. При этом в рубашке охлаждения 6 на линии разъема выполнены окна с уплотнительными манжетами для выхода оставшейся части подводящих трубопроводов впускного коллектора 3, соединяемых с впускными окнами головки блока цилиндров (крышками цилиндров).
Рабочим телом для жидкостного охладителя 5 и рубашки охлаждения 6 служит охлаждающая жидкость, циркулирующая в холодном контуре 7 системы охлаждения, представленном радиатором охлаждения 8 с расширительным бачком и жидкостным насосом 9 с механическим или электрическим приводом. При этом радиатор охлаждения 8 совмещен с основным радиатором системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания 1 и охлаждается его вентилятором.
Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется параллельно по двум контурам, один из которых проходит через рубашку охлаждения, а второй - через 6 жидкостной охладитель 5 (фиг. 2), который представляет собой емкость 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Внутри емкости 1 по обе стороны смонтированы правый и левый боковые бачки 4 с входным 5 и выходным 6 патрубками для подвода и отвода наддувочного воздуха. Между собой бачки связаны сердцевиной 7, выполненной в виде оребренных трубок, суммарная внутренняя площадь отверстий которых превышает суммарную площадь входного и выходного отверстий патрубков 5, 6 для подвода и отвода наддувочного воздуха. При этом как сами бачки 4, так и оребренные трубки 7 омываются охлаждающей жидкостью в процессе ее циркуляции.
Температура наддувочного воздуха измеряется (контролируется) посредством датчика температуры, сигнал из которого поступает на электронный блок управления, управляющий производительностью насоса за счет изменения частоты вращения приводного электродвигателя.
Жидкостной охладитель наддувочного воздуха работает следующим образом. При запуске двигателя внутреннего сгорания 1 выпускные газы через выпускной коллектор 2 поступают на вход турбины турбокомпрессора 4 и после выполнения работы отводятся в атмосферу. Компрессор турбокомпрессора 4 создает избыточное давление воздуха, который через жидкостной охладитель 5 поступает во впускной коллектор 3 и далее по подводящим трубопроводам во впускные окна головки блока. Объем холодного контура при этом заполнен охлаждающей жидкостью, наличие которой контролируется по уровню в расширительном бачке. При механическом приводе жидкостного насоса 9 он вступает в работу с началом запуска двигателя внутреннего сгорания 1 и охлаждающая жидкость циркулирует по кругу. При электрическом приводе жидкостного насоса 9 он включается в работу по команде электронного блока управления в зависимости от температуры наддувочного воздуха, контролируемой датчиком температуры.
Экономический эффект предлагаемого технического решения достигается за счет улучшения процесса функционирования двигателя посредством гарантированного снижения температуры наддувочного воздуха и ее постоянства в различных температурных условиях.
Надежность функционирования охладителя достигается его простотой и минимально необходимым количеством элементов.