ЖИДКОСТНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
LIQUID SYSTEM FOR COOLING OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением.
Известна жидкостная система охлаждения, поддерживающая нормальное тепловое состояние ДВС путем организованного массотеплообмена между уровнями ДВС, расположенными на разных расстояниях от оси вращения коленчатого вала (патент №2108469).
Достоинствами данной системой охлаждения двигателя является возможность постоянного поддерживания его нормального теплового состояния и устранение опасности замерзания воды в радиаторе при низких температурах окружающего воздуха, недостатками - наличие дополнительного насоса и некоторая вероятность замерзания воды в радиаторе при сильных морозах.
Цель изобретения - улучшение конструкции системы охлаждения: а) устранение дополнительного насоса, б) уменьшение вероятности замерзания воды в радиаторе при сильных морозах, в) устранение вероятности закипания воды в радиаторе при высоких температурах окружающего воздуха, г) улучшение контроля за уровнем теплового состояния двигателя.
Поставленные цели достигаются тем, что система охлаждения снабжается дополнительными термостатом и термометром, а для поддерживания нормального теплового состояния двигателя и устранения замерзания воды используется тепловая энергия его отработавших газов, причем для устранения закипания воды в системе ее подогрев газами может быть прекращен.
На фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 представлена предлагаемая система охлаждения.
Она содержит: 1 - рубашку охлаждения блока цилиндров, 2 - рубашку охлаждения головки блока цилиндров, 3 - условная граница между зонами принудительной и термосифонной циркуляции теплоносителя (вода, антифриз, тосол и др.), 4 - термостат (основной), 5 - радиатор, 6 - гидравлический насос, 7 - дополнительный термостат, 8 - трубопровод между полостью термостата 7 и нижним уровнем рубашки 1 охлаждения блока цилиндров, 9 - термометр (основной) для регистрации температуры теплоносителя в рубашке 2 охлаждения головки блока цилиндров, 10 - термометр (дополнительный) для регистрации температуры теплоносителя в нижнем уровне рубашки 1 охлаждения блока цилиндров, 11 - теплообменник для нагрева воды теплом отработавших газов, 12 - трубопровод между теплообменником 11 и нижним уровнем рубашки 1 охлаждения блока цилиндров, 13 - устройство для отключения подачи отработавших газов в теплообменник 11 с переключателем 18 (фиг.4 и фиг.5), 14 - устройство для отключения подачи воды в гидравлические элементы теплообменника 11 с переключателем 19 (фиг.6 и фиг.7).
Предлагаемая система охлаждения работает следующим образом. При температуре 85°С и выше (фиг.1) теплоноситель циркулирует по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения головки блока цилиндров - термостат 4 - радиатор 5 - гидравлический насос 6 - термостат 7 - рубашка 1 охлаждения блока цилиндров выше условной границы 3 в области верхней мертвой точки поршней (зона принудительной циркуляции теплоносителя - стрелка 15).
В рубашке 1 охлаждения блока цилиндров ниже условной границы 3 осуществляется малоинтенсивная термосифонная циркуляция (зона термосифонной циркуляции).
Массотеплообмен между этими зонами незначительный, он соответствует режиму работы двигателя и требованиям эксплуатации.
Показания термометра 9 отражают тепловое состояние зон двигателя выше условной границы 3, термометра 10 - в области нижнего уровня рубашки 1 охлаждения блока цилиндров.
При нормальном тепловом состоянии двигателя (температура теплоносителя и масла, давление в системе смазывания, его мощность, частота вращения коленчатого вала, топливные показатели и др. соответствуют требованиям технической эксплуатации) разность показателей термометров 9 и 10 будет минимальной.
При температуре 69°С ниже срабатывают термостаты 4 и 7, обеспечивая тем самым движение всего теплоносителя по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения головки блока - термостат 4 - гидравлический насос 6 - термостат 7 - трубопровод 8 - нижний уровень рубашки 1 охлаждения блока цилиндров (стрелка 16).
При этом теплоноситель, нагретый от омываемых внутренних поверхностей блока цилиндров в области верхней мертвой точки поршней и головки блока цилиндров, переносит тепло в нижний уровень рубашки 1 охлаждения блока цилиндров. Интенсивность циркуляции в рубашке 1 охлаждения блока цилиндров в основном определяется производительностью насоса 6, температура стенок цилиндра от переносимого теплоносителем тепла повышается в направлении к верхней мертвой точке поршней, тепловое состояние двигателя улучшается.
Термометр 9 при этом регистрирует температуру с учетом уровня теплового состояния блока цилиндров, термометр 10 - только тепловое состояние двигателя в нижнем уровне рубашки 1 охлаждения блока цилиндров.
В интервале температур от 65°С до 85°С термостат 4 частично перепускает теплоноситель в радиатор 5, а термостат 7 - в зону принудительной циркуляции. Количество теплоносителя, протекающего по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения - термостат 4 - насос 6 - термостат 7 - трубопровод 8 - рубашка 1 охлаждения блока цилиндров, обусловлено его (теплоносителя) температурой.
Следовательно, термостат 7 и трубопровод 8 обеспечивают организованный массотеплообмен между уровнями двигателя, имеющими различное тепловое состояние и расположенными на разных расстояниях от оси вращения коленчатого вала.
Термометр 10 позволяет более объективно оценивать тепловое состояние двигателя. Необходимость дополнительного насоса (см. ссылку на аналог) отпадает, а это - затраты энергии на его привод, уплотнения, трущиеся поверхности и т.п.
Снабжение системы охлаждения теплообменником 11 (фиг.2) (Груздев Ю.И. - Улучшение топливно-экономических показателей сельскохозяйственных тракторов // Ю.И.Груздев; ред. А.А.Лопарев, рец. В.В.Соколов; Удмуртия - Ижевск, 1988 - 112 с; ил. табл. с.61 рис.23а, с.65 рис.24, с.71. рис.26а и б, с.81 рис.29а и б) дает возможность использовать в ней воду при продолжительной эксплуатации ДВС в условиях низких температур окружающего воздуха.
При температуре воды ниже 65°С (показания термометра 9) термостат 4 направляет воду по гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения - термостат 4 - насос 6 - термостат 7 - теплообменник 11 - трубопровод 12 - нижний уровень рубашки 1 охлаждения (стрелка 16). Вода нагревается в теплообменнике 11 теплом отработавших газов (стрелка 17) и отдает его омываемым поверхностям рубашки 1 охлаждения блока цилиндров. Происходит интенсивное повышение теплового состояния двигателя в направлении от нижнего уровня рубашки 1 к зоне принудительной циркуляции.
При температуре 85°С и выше термостат направляет всю воду из зоны принудительной циркуляции в радиатор 5, из которого она поступает к насосу 6, в полость термостата 7 и в зону принудительной циркуляции.
В интервале температур от 65°С до 85°С термостат 4 частично перепускает воду в радиатор 5, а термостат 7 - в рубашку 2 охлаждения блока цилиндров выше границы 3. Объемы этой воды обусловлены ее температурой.
Количество тепловой энергии отработавших газов (25…55°С от величины химической энергии топлива, израсходованного двигателем. Ховах М.С., Маслов Г.С. Автомобильные двигатели // М.С.Ховах, Г.С.Маслов, изд. второе, переработанное и дополненное. Машиностроение - М.: 1971, с.169, табл.9), отданное воде, исключает опасность замерзания воды в радиаторе 5.
Показания термостатов 9 и 10 позволяют иметь объективное представление о тепловом состоянии двигателя.
Снабдив систему охлаждения устройством 13 (фиг.3, фиг.4 и фиг.5), можно с помощью переключателя 18 (фиг.5) отключить подачу отработавших газов в теплообменник 11. По гидравлическому контуру: рубашка 2 охлаждения - термостат 4 - насос 6 - термостат 7 - теплообменник 11, в который прекращена устройством 13 подача отработавших газов, - трубопровод 12 - нижний уровень рубашки 1 охлаждения, тепло водой из зоны, расположенной выше границы 3, переносится в нижний уровень рубашки 2 охлаждения блока цилиндров при температуре ниже 69°С.
Нагрев воды в теплообменнике 11 можно исключить с помощью устройства 14 (фиг.3, 6 и 7), установив переключатель 19 в соответствующее положение (фиг.7) и направив ее (воду) при температуре ниже 69°С по трубопроводу 8 в нижний уровень рубашки 1 охлаждения блока цилиндров (фиг.3, стрелка 20).
Устройства 13 и 14 позволяют избегать закипания воды в системе охлаждения, снабженной теплообменником 11, при эксплуатации двигателя в условиях положительных температур окружающего воздуха.
Такое исполнение системы охлаждения позволяет, используя энергию отработавших газов, исключить опасность замерзания воды в радиаторе 5 при сильных морозах и ее закипания в теплые периоды времени года.
Управляются устройства 13 и 14 (фиг.4, 5, 6 и 7) вручную или автоматически в зависимости от температуры окружающего воздуха.
Основные достоинства предлагаемой системы охлаждения:
- она становиться системой поддержания нормального теплового состояния двигателя внутреннего сгорания;
- для ее использования на современных ДВС не требуется капитальных затрат, так как рубашка 1 охлаждения блока цилиндров и рубашка 2 охлаждения головки блока цилиндров не требуют абсолютно никаких изменений;
- стабильное поддержание нормального теплового состояния двигателя уменьшит износ его цилиндрово-поршневой группы, расход топлива, загрязнение окружающей среды вредными компонентами отработавших газов, эксплуатационные затраты средств и труда;
- появляется возможность стабильного поддержания температурного режима в кабинах и салонах машин посредством отбора тепла от теплоносителя;
- показания термометров 9 и 10 дают возможность объективной оценки теплового состояния двигателя;
- ею можно снабжать двигатели даже при их капитальном ремонте.