СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ САЛОНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения-и может быть использована в жидкостных системах охлаждения двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС) и отопления салона на транспортных средствах всех категорий и исполнений.
Общеизвестно, что температурный режим двигателя совместно с конструкцией основных его деталей и узлов, применяемых топлив и масел влияет на его мощностные, экономические и экологические показатели, надежность и долговечность, а так же на эффективность работы системы отопления. Требования к обеспечению надлежащего температурного режима двигателей возрастают в связи с современными тенденциями к их форсированию. Вместе с тем, основные принципы конструирования систем охлаждения ДВС в мировом автомобилестроении довольно консервативны и не претерпели существенных изменений в последнее время, несмотря на значительное увеличение их литровой мощности.
Известна система охлаждения ДВС и связанное с ней гидравлическим трактом отопление салона автомобиля (Анохин В.А. Отечественные автомобили. М.: Машиностроение. 1968 г., с.129-156, 737-774). Система состоит из рубашки охлаждения двигателя, клапана-термостата, радиатора двигателя, вентилятора с механическим приводом, жидкостного насоса с приводом от коленчатого вала, радиатора - отопителя салона с электровентилятором.
Такая система не может аккумулировать тепло двигателя, обеспечивать теплом салон автомобиля при неработающем двигателе и поддерживать заданный оптимальный температурный режим работающего ДВС.
Известна комбинированная система автоматического управления и регулирования теплового режима двигателя внутреннего сгорания, включающая блок и головку цилиндров с рубашкой охлаждения, вентилятор с регулирующей муфтой, жидкостной насос с механическим приводом, двухклапанный термостат, соединяющий полости охлаждения двигателя или с радиатором (основной контур система охлаждения) или с обводным каналом (бай-пасный контур). Система дополнительно оснащена газожидкостным утилизатором тепла отработавших газов, двухсекционным жидкостным теплообменником, охлаждающей секцией теплообменника и жидкостной секцией утилизации тепла отработавших газов с образованием дополнительного круга циркуляции охлаждающей жидкости, в которой установлен жидкостной насос с электрическим приводом (патент РФ№2109148, F01P 7/16, 20.04.1998).
Применяемый в этой системе электронасос выполняет только вспомогательную функцию, так как он включен в малый (байпасный) круг циркуляции и не может обеспечить надлежащий тепловой режим двигателя в экстремальных дорожных условиях.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является одноконтурный вариант системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства (RU 78733 U1, 10.12.2008). Система содержит рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегат, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, устройство для перекрытия и распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, радиатор отопителя, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, датчики температуры охлаждающей жидкости, соединительные трубопроводы. В качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос, а устройство для распределения потоков охлаждающей жидкости выполнено в виде шарового крана с приводом от электродвигателя и с управлением от термодатчиков, расположенных в наиболее теплонапряженных зонах головки блока двигателя.
Известное техническое решение имеет следующие недостатки:
- степень закрытия запорного вентиля отопителя значительно влияет на гидравлическое сопротивление байпасной магистрали. На транспортных средствах необорудованных жидкостно-масляными теплообменниками для охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, теплообменником подогрева смеси или воздуха и рубашкой охлаждения воздушного компрессора, жидкостно-масляным теплообменником охлаждения масла в двигателе степень закрытия запорного вентиля отопителя еще более критична с точки зрения гидравлического сопротивления байпасной магистрали вплоть до ее фактического перекрытия;
- схема подключения жидкостно-масляного теплообменника не обеспечивает достаточную циркуляцию охлаждающей жидкости через него;
- функции устройства для перекрытия и распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам могут быть реализованы присутствующим в системе электромеханическим регулятором потока жидкости через радиатор, таким образом происходит дублирование функций в двух элементах системы.
Вышеперечисленные недостатки:
- сужают возможную область применения полезной модели и, при определенных условиях, вследствие возникновения большой неравномерности температур деталей головки и блока цилиндров ДВС могут вызвать преждевременное открытие большого контура системы охлаждения и локальный перегрев, что негативно скажется на топливной экономичности двигателя, вызовет повышенные термические деформации деталей двигателя, приводящие к увеличению их износа;
- приводят к недостаточной эффективности охлаждения масла в двигателе;
- приводят к усложнению и удорожанию системы за счет необоснованного применения элементов с дублирующимися функциями.
Задачей заявляемой полезной модели является создание многофункциональной всепогодной адаптивной системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства.
Техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности работы двигателя, эффективности отопления на всех режимах работы двигателя, снижения суммарного выброса вредных веществ при предпусковом подогреве двигателя и поддержании его теплового состояния на стоянке.
Технический результат достигается путем применения следующей системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства.
Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства содержит рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегат, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения независимо от режимов работы двигателя, электромеханический регулятор потока жидкости через радиатор, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, отопитель салона, распределительный вентиль отопителя, обводной патрубок отопите-ля, жидкостно-масляный теплообменник охлаждения масла в двигателе, независимый подогреватель, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, соединительные трубопроводы. В качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос.Постоянный байпасный контур системы образован компенсационно-расширительным бачком, теплообменником подогрева смеси или воздуха, рубашкой охлаждения воздушного компрессора, жидкостно-масляным теплообменником охлаждения масла в двигателе, отопителем салона и связывающими их трубопроводами. Корпус обратного клапана снабжен патрубком, соединенным с компенсационно-расширительным бачком, а выхлопной патрубок независимого подогревателя, выполненный в виде щелевого раструба, соединен с фалыпподдоном корпуса аккумуляторной батареи. Сущность полезной модели заключается в следующем. Использование распределительного вентиля отопителя позволяет, в процессе регулировки расхода охлаждающей жидкости через отопитель салона, направлять часть или весь поток, минуя теплообменник, через обводной патрубок, что позволит существенно снизить тепловые потери и время прогрева двигателя.
Подключение жидкостно-масляного теплообменника в постоянный байпасный контур увеличит его эффективность, что позволит обеспечить надлежащий температурный режим масла при меньших массогабаритных характеристиках теплообменника.
Реализация функций устройства для перекрытия и распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам электромеханическим регулятором потока жидкости через радиатор приводит к упрощению и удешевлению системы без потери функциональности.
На фиг.1 представлена гидравлическая схема предлагаемой системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства, на фиг.2 приведена принципиальная диаграмма обеспечения поддержания температурного состояния системы в автоматическом режиме в зависимости от заданных требований по предельно допустимым температурам окружающего воздуха и охлаждающей жидкости.
Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства (фиг.1) содержит компенсационный бачок 1, жидкостно-воздушный теплообменник (радиатор) 2, электровентилятор обдува радиатора 3, электромеханический регулятор потока жидкости через радиатор 4, компенсационно-расширительный бачок с двухклапанной пробкой 5, независимый электрический безколлекторный бессальниковый жидкостной насос 6, жидкостно-масляные теплообменники для охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, полости впускного коллектора для подогрева топливо-воздушной смеси или воздуха (в случае применения этих компонентов системы охлаждения) 7, двигатель 8, полости охлаждения воздушного компрессора (для грузовых автомобилей) 9, жидкостно-масляный теплообменник для охлаждения масла двигателя 10, обратный клапан 11, обводной патрубок отопителя 12, электронасос жидкостного подогревателя 13, распределительный вентиль отопителя 14, жидкостной подогреватель автоматического действия 15, отопитель салона 16, фальшподдон отсека аккумуляторной батареи 17, соединительные провода и шланги.
Удаление паро-воздушной смеси осуществляется посредством шлангов из передней и задней частей головки блока, из компенсационно-расширительного бачка и из контура подогревателя. Если из радиатора и передней части блока воздух и пар отводятся непосредственно в компенсационно-расширительный бачок, то из других частей системы паро-воздушная смесь поступает сначала в полость обратного клапана контура подогревателя, а затем в компенсационно-расширительный бачок.
Малый круг циркуляции (байпасный контур) составляют рубашки охлаждения блока и головки двигателя, обратный клапан контура подогревателя 11, отопитель салона 16 и обводной патрубок отопителя 12 (вместе или раздельно в зависимости от положения распределительного вентиля 14), жидкостно-масляные теплообменники охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, полости впускного коллектора для подогрева топливо-воздушной смеси или воздуха f- (при наличии), независимый электрический жидкостной насос 6, компенсационно-расширительный бачок 5, жидкостно-масляный теплообменник 10. Такая схема байпасного контура обеспечивает быстрый прогрев двигателя и обогрев кабины. С другой стороны данная схема байпасного контура повышает равномерность охлаждения деталей двигателя независимо от положения распределительного вентиля отопителя, в том числе и в схемах, не предусматривающих наличие жидкостно-масляных теплообменников для охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, теплообменника подогрева смеси или воздуха и рубашкой охлаждения воздушного компрессора, жидкостно-масляного теплообменника охлаждения масла в двигателе, за счет обеспечения постоянства гидравлического сопротивления магистрали, осуществляющей отвод охлаждающей жидкости из задней, «тупиковой» полости рубашки охлаждения головки блока цилиндров.
Для обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи в условиях крайне низких температур, когда необходим предпусковой подогрев двигателя, отработанные газы подогревателя 15 направляются в фалышюддон аккумуляторной батареи 17 и подогревают ее, сохраняя таким образом ее вольт-амперную характеристику, необходимую для успешного пуска двигателя.
Управление работой системы осуществляется посредством датчиков температур, установленных в головке или в самом блоке двигателя и в радиаторе системы охлаждения. В случае аварийной ситуации обеспечивается функционирование системы при заполнении ее водой.
Заявляемая система в зависимости от ее температурного состояния функционирует следующим образом:
1. При применении независимого подогревателя без участия водителя обеспечивается тепловая подготовка двигателя и кабины к моменту выезда до температуры охлаждающей жидкости 50-70°С. Начало движения транспортного средства возможно после пуска двигателя.
2. Перед пуском «холодного» двигателя включается электронасос 6 на частичный режим, при этом электромеханический регулятор 4 закрыт, а электровентиляторы обдува радиатора 3 выключены. Распределительный вентиль отопителя 14, в целях ускорения прогрева двигателя, рекомендуется перевести в положение «минуя отопитель». Начало движения автомобиля определяется согласно техническим условиям или инструкцией по эксплуатации.
3. При достижении температуры жидкости в двигателе 87°С или заданной температуры по ТУ температурные датчики, установленные в головке или в блоке, включают электронасос 6 на полный режим, а электромеханический регулятор 4 открывается на величину, соответствующую температуре согласно фиг.2. Электровентиляторы блока радиатора 3 выключены. Этот режим работы системы обеспечивает температуру охлаждающей жидкости в системе охлаждения в пределах 82-87°С. При снижении температуры в двигателе ниже 82°С система регулирования переходит в режим работы по п.2.
4. При достижении температуры жидкости в подводящем бачке радиатора выше 87°С включаются электровентиляторы радиаторного блока 3 на частичный режим. Этот режим обеспечивает температуру жидкости на входе в радиатор в пределах 87-82°С. При понижении температуры ниже 82°С электровентиляторы 3 выключаются и система переходит в режим работы по п.3.
5. При достижении температуры жидкости в подводящем бачке радиатора выше 92°С включаются электровентиляторы радиаторного блока 3 на полный режим. Этот режим обеспечивает температуру жидкости на входе в радиатор в пределах 92-87°С. При понижении температуры ниже 87°С система регулирования переходит в режим работы по п.4.