УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области создания устройств для охлажде-ния двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известны устройства для охлаждения двигателя внутреннего сгорания, например, для автомобилей типа ВАЗ [1, 2, 3, 4], содержащие охлаждающую жидкость, радиатор, сообщенный трубопроводом с рубашкой охлаждения двигателя, вентилятор, электродвигатель постоянного тока для привода вен-тилятора, датчики температуры - для вывода показаний нагрева охлаждаю-щей жидкости (двигателя) на приборный щиток и для включе-ния-выключения вентилятора в системе охлаждения.
Существенным недостатком существующих систем и устройств охлаж-дения ДВС, в частности, в прототипе [1] является то, что их элементы рас-считаны на диапазон регулирования от ~92° до 101°С и при превышении температуры охлаждающей жидкости указанного предела неизбежен пере-грев двигателя со всеми вытекающими их этого последствиями.
В целом ряде случаев автомобили с ДВС оказываются в ситуации, когда система охлаждения не обеспечивает охлаждение в требуемом диапазоне температур. Это может привести к неоптимальному режиму работы или даже к перегреву ДВС и поломкам - при движении в городских условиях («в пробках»), в котлованах при добыче ископаемых, где практически нет дви-жения воздуха, а также при работах значительно выше уровня моря, при вы-ходе из строя элекродвигателя, вентилятора, датчика температуры.
С целью устранения недостатков систем охлаждения, эксплуатируемых в том числе в отмеченных ситуациях, предлагается незначительная доработка системы охлаждения.
Доработка состоит в том, что в систему охлаждения дополнительно вве-дены емкость со сжиженным углекислым газом и связанные с ней трубопро-водом форсунки, устанавливаемые перед радиатором со стороны движения. При этом трубопровод снабжен электроклапаном с датчиком температуры в рубашке охлаждения двигателя.
Цель достигается тем, что при превышении температуры выше допус-тимого предела (примем 101°С) от сигнала датчика температуры в блоке дви-гателя в процесс охлаждения включается дополнительное устройство - ра-диатор орошается сжиженным углекислым газом, обеспечивая снижение температуры теплоносителя до штатного уровня.
При этом можно полагать, что температура охлаждающей жидкости (те-плоносителя) во всех элементах контура охлаждения при установившемся режиме равны и показания датчиков в радиаторе и в корпусе двигателя тем-ператур с достаточной точностью одинакова.
2
Авторами в качестве теплоносителя в дополнительном устройстве вы-брана сжиженная двуокись углерода - СО, в том числе из-за ее нейтрально-сти по отношению к элементам конструкции радиатора, вентилятора, резно-технических изделий, приемлемой теплоемкости (Ср=0,85-0,87 КДж/кг град) и температуры испарения на выходе из форсунок С02=-78,5°С при избыточ-ном давлении подачи.
Для реализации предлагаемого решения дополнительно введены ем-кость со сжиженным углекислым газом и гидравлически связанные с ней трубопроводом форсунки, установленные перед радиатором со стороны на-правления движения автомобиля.
Емкость в месте соединения с трубопроводом снабжена электроклапа-ном, который, в принципе, может устанавливаться и в любом месте трубо-провода), электрически связанным через электронный блок с датчиком тем-пературы в рубашке охлаждения двигателя.
1
Предлагаемое устройство для дополнительного охлаждения двигателя внутреннего сгорания представлено на рис. 1 и 2 и состоит из емкости  со сжиженным углекислым газом, электроклапана - 2, трубопровода 3 с не-сколькими ответвлениями, форсунок 4 на концах ответвлений трубопровода, электронный блок 5, электрически связанный с датчиком температуры 6 в блоке (рубашке охлаждения) двигателя и электроклапаном, хомут крепления емкости 7, хомут 8 крепления трубопровода 3.
-
-
Схема задействования (электронный блок) датчика температуры (Д) для срабатывания электроклапана подачи сжиженной углекислоты (или иного охладителя) может быть выполнена в виде схемы (рис.2): усилитель посто-янного тока (УПТ) потенциометр (Я) - усилитель мощности (УМ) реле электроклапана (Р).
При этом размыкание контактов электроклапана регулируется на темпе-ратуру 99±2°С, а замыкание на температуру 94±2°С (или на иные температу-ры в зависимости от постановки задачи).
Устройство работает следующим образом: при превышении температу-ры охлаждающей жидкости предельного значения по показаниям датчика 6 сигнал после преобразования в блоке 5 электрический сигнал поступает на реле 7, открывается клапан 2 и сжиженный углекислый газ по трубопроводу 3 распыляется через форсунки 4 на радиатор.
По достижению температуры допустимого значения система приводится в исходное состояние - электроклапан по показанию датчиков перекрывает подачу сжиженного углекислого газа.
Предлагаемая система планировалась и апробировалась на ДВС автомо-биля, показала хорошие результаты, но, в принципе, предлагаемое решение может быть использовано и в других случаях. Например, для стационарных систем, когда недостаточно штатной системы охлаждения, в интересах уменьшения уровня излучения объектов в интересах снижения видимости объектов в инфракрасном диапазоне длин волн и в целом ряде других случа-ев.
Для реализации предлагаемого решения в ДВС проведены оценочные расчеты. Так для воды в качестве теплоносителя в системе охлаждения дви-гателя приняты:
масса теплоносителя (т)                      10кг;
теплоемкость воды                    Срж=0,041 кгДж/кг К;
предельно допустимая температура            101 °С;
теплоемкость сжиженного углекислого газа    (Срг)0,86 кДж/кг град;
температура испаренного на выходе углекислого газа (при избыточном давлении подачи)                -78,5°С;
скорость движения автомобиля               V=0. При воздействии парами сжиженного углекислого газа температура ра-диатора (теплоносителя массой 10 кг) должна быть понижена на At2=5°C. При этом расход сжиженного углекислого газа оценивается по формуле
*********
где ***=101°-(-78,5°)=179,5°С.
1
При движении автомобиля со скоростью V=Vi расход теплоносителя уменьшится на величину пропорциональную теплосъему Q с радиатора за счет движения.
******** где   a - коэффициент теплопередачи исчисляется из числа Рейнольдса
(Re) пропорциональному скорости движения **********
S - поверхность радиатора;
At - разность температур радиатора и потока воздуха.
Осуществление полезной модели, как следует из описания и рисунка устройства, может быть выполнено в производстве любой размерности при наличии металла, сварочного оборудования, приспособления для опресовки емкости и трубопровода, форсунки на ответвлениях трубопровода могут вы-полняться в различном виде, в том числе простой доработкой оконечной час-ти трубопроводов - например, сплющиванием с сохранением отверстий для вывода углекислоты.
Не представляет технических проблем электрическое подсоединение дополнительного устройства к существующей схеме и крепление элементов устройства.
Выбор толщины стенок емкости и трубопровода выполняется с исполь-зованием известных зависимостей.
Литература
1. Устройство автомобилей серии ВАЗ 2110. Тольятти, 2003.
2. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Заявка РФ на изобретение № 2000129495/06, 7 F 01 P 7/16, 2000.
2. Патент Япония № 63-80011, F 01 P 5/06, 1989.
3. Патент Япония № 63-29085, F 01 P 5/06, 1988.