ВОЗДУШНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
AIR COOLER OF SUPERCHARGING AIR 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 система охлаждения наддувочного воздуха, содержащая агрегаты наддува, каждый из которых включает центробежный компрессор с направляющим аппаратом, с полыми лопатками и улиткой, охладитель наддувочного воздуха, совмещенный с агрегатом наддува и выполненный в виде рубашки, которой снабжены улитка и направляющий агрегат, и зарубашечное пространство, которое соединено с внутренними полостями лопаток направляющего агрегата, отличающаяся тем, что в улитке центробежного компрессора дополнительно установлены теплообменные элементы, внутренние каналы которых соединены с зарубашечным пространством [см. Патент RU 2006603 С1, 30.01.1994 г.]. Это однозначно усложняет устройство как компрессора, так и самого охладителя.
Также известен охладитель наддувочного воздуха с применением горячей и холодной полостей и контура циркуляции охлаждающего агента с включенным в работу компрессором тормозной системы техническое решение, представляющее собой объединенную систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха предлагаемой к реализации в силовых установках с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемым на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах. Контур циркуляции охлаждающего агента включает последовательно установленные испаритель, расширитель и холодильник. Компрессор тормозной системы выполнен с приводом от двигателя и снабжен входным патрубком, на котором установлен воздушный фильтр [см. Патент RU 2169848 С1, 27.06.2001 г.]. Работа такого охладителя требует ввода дополнительных сложных элементов и расхода дополнительной энергии на привод компрессора.
Наиболее близким по технической сущности можно назвать техническое решение, представляющее собой объединенную систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания и его наддувочного воздуха. В предлагаемом решении воздушная система охлаждения наддувочного воздуха снабжена рекуперативным воздушным охладителем, вентилятором с приводом для просасывания через рекуперативный воздушный охладитель охлаждающего атмосферного воздуха, включенным водяными каналами в горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости, а воздушными каналами в воздушную систему охлаждения наддувочного воздуха от турбокомпрессора. В этом случае также имеет место дополнительный подогрев наддувочного воздуха во впускном коллекторе двигателя [см. Патент RU 2169848 С1, 27.06.2001 г.].
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.
Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении 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.
Технический результат обеспечивается применением воздушного охладителя наддувочного воздуха в двигателях внутреннего сгорания, содержащего теплообменник, вентилятор, подводящий и отводящий трубопроводы, впускной и выпускной коллекторы, при этом на корпусе впускного коллектора и подводящих трубопроводах выполнены ребра охлаждения, а сам впускной коллектор и его подводящие трубопроводы помещены в кожухе, выполненном в виде полости с выпускным раструбом и впускным соплом, посредством которого, полость кожуха связывают с подводящим напорным конусом, в основании которого монтируют теплообменник, а с противоположной его стороны диффузор с нагнетательным вентилятором с электрическим приводом с электронным блоком управления оборотами его двигателя.
При этом температура наддувочного воздуха контролируется датчиком температуры, сигнал с которого поступает в электронный блок управления, управляющий производительностью вентилятора за счет изменения частоты вращения приводного электродвигателя.
Может также быть, что привод нагнетательного вентилятора осуществляется посредством ременной, цепной или шестеренчатой передачи.
На фиг. 1 представлена структурная схема охладителя.
Воздушный охладитель наддувочного воздуха 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 теплообменника 5. Выход теплообменника 5 соединен с впускным коллектором 3, вокруг которого выполнен кожух 6 в виде двух разъемных половинок, герметично уплотняющихся между собой посредством прокладки, с выпускным раструбом 10 и впускным соплом 12 для подвода и отвода охлаждающего воздуха. При этом в кожухе 6, на линии разъема, выполнены окна с уплотнительными манжетами для выхода подводящих трубопроводов 11 впускного коллектора, соединяемых с впускными окнами головки блока цилиндров. Воздушный охладитель наддувочного воздуха в двигателях внутреннего сгорания 1, связан с выпускным 2 и впускным 3 коллекторами подводящим 11 и отводящим 13 трубопроводами.
Рабочим телом для теплообменника 5 и полости кожуха 6 служит поток воздуха, создаваемый вентилятором 7 установленным в обечайке диффузора 8 смонтированным перед теплообменником 5 который, в свою очередь, установлен и закреплен в основании напорного конуса 9. При этом выход подводящего напорного конуса 9 через впускное сопло 12 связан с кожухом 6.
Температура наддувочного воздуха контролируется датчиком температуры, сигнал с которого поступает в электронный блок управления, пропорционально величине, которого электронный блок управления формирует величину напряжения питания электродвигателя привода вентилятора, изменяя его производительность.
Воздушный 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 теплообменник 5, поступает во впускной коллектор 3 и далее, по подводящим трубопроводам 11 во впускные окна головки блока. При механическом приводе вентилятора 7 он вступает в работу с началом запуска двигателя внутреннего сгорания 1 и поток воздуха, через диффузор 8, теплообменник 5, подводящий напорный конус 9, через впускное сопло 12 поступает в полость кожуха 6, обдувая при этом оребрение впускного коллектора 3 и через выпускной раструб 10 выходит в атмосферу или используется для подогрева, например, дизельного топлива в зимнее время.
При электрическом приводе вентилятора 7 он включается в работу по команде электронного блока управления в зависимости от температуры наддувочного воздуха, контролируемой датчиком температуры.