СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE COOLING SYSTEM

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано при построении эффективных и простых систем охлаждения преимущественно ДВС автотранспортной и автотракторной техники, работающей в сложных климатических условиях с низкими зимними температурами.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая заполненные охлаждающей жидкостью каналы в теле деталей двигателя, жидкостный насос, заполненный охлаждающей жидкостью радиатор, имеющий нижний и верхний бачки, соединенные трубчатой решеткой (см., например, Ю.И. Боровских, Ю.Н. Буралев, К.А. Морозов, В.М. Никифоров, А.И. Фещенко. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей. М.: Высшая школа; Издательский центр «Академия», 1997. - 528 с, стр. 39-47, рис. 4.1, 4.2, 4.4, 4.6).
Известна также система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая заполненные охлаждающей жидкостью каналы в теле деталей двигателя, жидкостный насос, заполненный охлаждающей жидкостью радиатор, имеющий нижний и верхний бачки, соединенные трубчатой решеткой, причем верхний бачок имеет крышку, снабженную прямым переливным клапан с замыкающим органом и пружиной и обратным клапаном с замыкающим органом, а верхний бачок разделен горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полость, имеющей отверстие, соединяющее эти полости (см., например, АС № 853129, «Радиатор системы охлаждения», МПК F01P 11/02 по заявке №2738778 от 19.03.1979, опубл. 07.08.1981).
Недостатком известных конструкций является неудобство обслуживания (трудно даже оценить уровень жидкости в радиаторе), низкая надежность при работе в условиях резко меняющихся температур, что вызывает разгерметизацию соединения «радиатор-трубопровод - расширительный бачок» в связи с обязательным наличием расширительного бачка, а также быстрое остывание радиатора при низкой температуре, т.к. при остывании в радиатор попадает холодная жидкость из расширительного бачка, что впоследствии требует дополнительного времени на прогрев ДВС. Кроме того, расширительный бачок занимает определенное место в подкапотном пространстве, что приводит к уплотнению размещения агрегатов ДВС и затруднению его обслуживания и ремонта при эксплуатации.
Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик системы охлаждения ДВС и самого ДВС.
Указанная задача решается за счет того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащей заполненные охлаждающей жидкостью каналы в теле деталей двигателя, жидкостный насос, заполненный охлаждающей жидкостью радиатор, имеющий нижний и верхний бачки, соединенные трубчатой решеткой, причем верхний бачок имеет крышку, снабженную прямым переливным клапаном с замыкающим органом и пружиной и обратным клапаном с замыкающим органом, и разделен горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полость, имеющей отверстие, соединяющее эти полости, согласно изобретению перегородка, разделяющая верхний бачок радиатора на верхнюю и нижнюю полости, имеет седло, контактирующее с замыкающим органом прямого переливного клапана, причем пружина этого клапана прикреплена к крышке, которая установлена соосно с седлом и расположена в верхней полости. Верхняя полость верхнего бачка может быть снабжена устройством для визуального и мануального контроля уровня охлаждающей жидкости, и это устройство может быть установлено в крышке верхней полости.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена полностью простейшая двухконтурная система охлаждения ДВС.
На фиг. 2 схематично изображена верхняя часть радиатора.
На фиг. 3 - схема установки устройства визуального и мануального контроля в крышке радиатора.
Система жидкостного охлаждения ДВС (фиг. 1) состоит из малого круга (малого контура) 1 и большого круга (контура) 2 и содержит заполненные охлаждающей жидкостью каналы 3 в теле деталей двигателя 4, жидкостный насос 5, заполненный охлаждающей жидкостью радиатор 6, имеющий нижний 7 и верхний 8 бачки, соединенные трубчатой решеткой. Термостат 9 служит для переключения работы системы охлаждения с малого 1 на большой 2 контур при прогреве двигателя, а кран 10 - для подачи прогретой жидкости к печке 11 отопителя салона.
Верхний бачок 8 (фиг. 2) имеет крышку 12, снабженную прямым переливным клапаном 13 с замыкающим органом 14 и пружиной 15, и обратным клапаном с замыкающим органом 16, и разделен горизонтальной перегородкой 17 на верхнюю 18 и нижнюю 19 полость, имеющей отверстие 20, соединяющее эти полости. Перегородка 17, разделяющая верхний бачок 8 радиатора 6 на верхнюю 18 и нижнюю 19 полости, имеет седло 21, контактирующее с замыкающим органом 14 прямого переливного клапана 13, причем пружина 15 этого клапана прикреплена к крышке 12, которая установлена соосно с седлом 21 и расположена в верхней полости 18 бачка 8. Нижняя полость 19 перекрывает трубчатую решетку 22 радиатора 6. В данной конструкции верхняя полость 18 выполняет функцию расширительного бачка, а перегородка 17 - функцию крышки радиатора. Пластины 23 и 24 служат для крепления пружины 15 к крышке 12 и к клапану 13. Таким образом, крышка 12 с пружиной 15, запорным органом 13 и запорным органом 16 представляют собой единый конструкционный узел, установленный соосно с седлом 21. Крышка 12 установлена на горловине 25, припаянной к кожуху 26 полости 18 верхнего бачка 8.
Верхняя полость 18 верхнего бачка 8 снабжена устройством для визуального и мануального контроля уровня охлаждающей жидкости 27 и содержит трубку 28 с отверстиями 29. В трубку 28 вставлен поплавок 30 крестообразного сечения, количество отверстий 29 меньше или больше на один количества выступов тела поплавка 30 (например, если выступов четыре, то отверстий 29 - три или пять). На верхнем конце поплавка 30 установлена чашеобразная крышка 31, перекрывающая трубку 28.
При установке устройства для визуального и мануального контроля уровня охлаждающей жидкости 27 в крышке 12 (фиг. 3) поддержка положения поплавка 30 (центрирование) осуществляется выступами 32 самой крышки 12. Горловина 25 установлена на кожухе 26 полости 18 через теплоизолирующую прокладку 33. Использование прокладки 33 желательно и в конструкции, показанной на фиг. 2.
Система охлаждения работает следующим образом (фиг. 1).
При включении двигателя, когда температура жидкости низкая, насос 5 проталкивает жидкость по малому кругу 1, и она последовательно проходит через каналы 3 деталей двигателя 4 (через блок цилиндров и головку блока), радиатор 11, кран 10 и возвращается на всасывание насоса 5. Такой маршрут движения жидкости обусловлен тем, что термостат 9 при низкой температуре жидкости закрыт. Это обеспечивает быстрый прогрев блока цилиндров и головки блока, так как их теплопередающая поверхность мала и интенсивного отвода теплоты в окружающую среду не происходит.
При достижении жидкостью определенной температуры термостат 9 открывается и жидкость начинает двигаться в пределах большого круга 2 - поток делится на две части, и одна часть продолжает движение по малому кругу 1, а другая часть - через радиатор 6, в котором она интенсивно передает теплоту окружающей среде, благодаря большой поверхности трубной решетки 22 (фиг. 2). Оба потока встречаются в насосе 5 и интенсивно в нем перемешиваются. Замыкающий орган 14 в это время закрыт под давлением предварительно натянутой пружины 15, а замыкающий орган 16 открыт под действием силы собственного веса.
При нагреве жидкость расширяется и увеличивается в объеме, ее давление в связи с тем, что она находится в ограниченном объеме, повышается, появляется давление со стороны полости 19 на запорный орган 16, и он закрывается. При дальнейшем нагреве жидкости ее давление достигает некоторой наперед заданной величины (обычно около 0,05 МПа), что приводит к открытию обратного клапана 13, сжимающего пружину 18. При этом появляется поток жидкости в зазоре между замыкающим органом 14 и седлом 21 из полости 19 в полость 18, давление жидкости в системе сразу падает до величины, определенной силой пружины 15 и площадью отверстия 20 седла 21.
При поступлении нагретой жидкости из полости 19 в полость 18 уровень находящейся там жидкости 27 повышается, а избыток воздуха эвакуируется через отверстия 29 (фиг. 2) и далее через свободное пространство поплавка 30 в атмосферу - через зазор между крышкой 31 и трубкой 28, а в конструкции, изображенной на фиг. 3, - сразу в свободный канал поплавка 30 и через зазор между крышкой 31 и выступом 32 крышки 12 - в атмосферу. Движение вытесняемого воздуха показано стрелками.
Работа термостата 8 и всей системы охлаждения позволяет добиться постоянной оптимальной температуры деталей ДВС в пределах 85-95°С независимо от температуры окружающей среды. При этом в каналах системы охлаждения поддерживается давление, необходимое для нормальной бескавитационнной работы насоса 5 центробежного типа.
За счет перепуска горячей жидкости через седло 21 в полость 18 и из-за теплопередачи теплоты от горячей жидкости полости 18 через стенку 17 жидкость в полости 18, выполняющей в данной конструкции одновременно функцию расширительного бачка, нагревается до некоторой средней температуры между температурой полости 19 (температуры жидкости системы охлаждения) и температуры окружающей среды. Пары жидкости 27 конденсируются на внутренней холодной верхней части кожуха 26 и на внутренней поверхности крышки 12, которая имеет еще более низкую температуру, особенно, если она отделена от кожуха 26 теплоизоляционной прокладкой 33 (фиг. 3).
При выключении двигателя подвод теплоты к охлаждающей жидкости в каналах 3 блока цилиндров и головки блока прекращается она остывает и ее объем уменьшается, в связи с чем во всей системе охлаждения давление жидкости падает. Как только это давление становится ниже атмосферного, открывается замыкающий орган 16 и теплая жидкость 27 из полости 18 начинает сливаться через него в нижнюю часть 19 верхнего бачка 8 радиатора 6, практически не снижая нормальную температуру в системе охлаждения.
В связи с этим двигатель остывает медленнее, чем при использовании известных систем охлаждения, и при его повторном пуске быстрее выходит на нормальный тепловой режим. При очень низких температурах окружающей среды более медленное остывание охлаждающей жидкости позволяет сохранить температуру двигателя 4 до температуры, позволяющей в принципе включить двигатель без постороннего подогрева, что существенно повышает его эксплуатационные свойства.
При нормальном уровне жидкости 27 в полости 18 поплавок 30 находится во «взвешенном» состоянии и между нижним торцом крышки 31 и кожухом 26 (фиг. 2) или между плоскостью крышки 12 и нижним торцом крышки 22 (фиг. 3) имеется некоторое расстояние А. Это можно наблюдать визуально, или проверить мануально, нажав пальцем на крышку 31, чтобы почувствовать наличие зазора А. Если зазора нет, то необходимо пополнить количество жидкости 27. Если уровень жидкости 27 слишком большой, то крышка 31 поднята высоко и можно визуально видеть тело поплавка 30. В этом случае нужно понизить уровень жидкости 27 путем ее отбора.
Поскольку в данной конструкции расширительный бачок, функцию которого выполняет полость 18, расположен непосредственно над полостью 19, включенной в объем жидкости системы охлаждения, и соединен с полостью 19 замыкающим органом 16, находящимся при остывшем двигателе в открытом состоянии, то по уровню жидкости 27, который легко контролируется поплавком 30, автомеханик или водитель всегда может знать о заполнении всей системы охлаждения жидкостью сразу, в то время как в известных системах он должен отдельно контролировать уровень жидкости в радиаторе (для этого нужно открыть крышку 12, чего в предложенной конструкции делать не надо) и отдельно в расширительном бачке, а также отдельно производить их пополнение или снижение уровня, что увеличивает время контроля и обслуживания, усложняет его проведение и ухудшает эксплуатационные свойства системы охлаждения.
Кроме того, в данной конструкции отсутствуют отдельные коммуникации, соединяющие верхний бачок радиатора с расширительным бачком, присущие известным конструкциям системы охлаждения, что дополнительно повышает компактность и надежность системы охлаждения в целом.
Таким образом, предложенная конструкция системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить его эксплуатационные свойства и эксплуатационные свойства самой системы охлаждения за счет более длительного удержания рабочей температуры жидкости в системе охлаждения после выключения двигателя, а также за счет повышения удобства и снижения времени обслуживания этой системы, что позволяет считать техническую задачу выполненной.