Система жидкостного охлаждения поршневого двигателя с замкнутым контуром циркуляции
RECIPROCATING ENGINE CLOSED-CIRCUIT LIQUID COOLING SYSTEM

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в системах охлаждения поршневых двигателей с замкнутым контуром циркуляции, в частности, в двигателях летательных аппаратов с акробатическим применением.
Известна система жидкостного охлаждения силовой установки с замкнутым контуром циркуляции, содержащая расширительный бак с герметичным корпусом и перегородкой, установленной в герметичном корпусе с образованием жидкостной и газовой полостей, радиатор с термостатом, выходом подключенный к полостям охлаждения силовой установки, циркуляционный насос, входом подключенный к жидкостной полости расходного бака, а выходом - ко входу радиатора, и устройство для деаэрации охлаждающей жидкости с трубопроводом отвода газовой фазы, установленное в замкнутом контуре циркуляции (патент США №8966917, 2015 г.).
В известной системе устройство для деаэрации размещено непосредственно в расширительном баке, а перегородка, установленная в герметичном корпусе, имеет отверстие для сообщения полостей между собой. При этом, выход насоса подключен к радиатору через полости охлаждения силовой установки. При таком выполнении системы жидкостного охлаждения деаэрация охлаждающей жидкости осуществляется естественным путем, т.е. за счет гравитационного выделения газовой фазы из жидкости и перемещения ее в газовую полость расширительного бака, расположенную в верхней его части.
Недостатком такого выполнения является недостаточная эффективность процесса отделения газовой фазы от охлаждающей жидкости. При этом, такая система практически не применима для двигателей транспортных средств, предназначенных для работы в условиях крена или переворота, т.к. при перемешивании газовой и жидкой фазы в расширительном баке газовая фаза будет растворятся в охлаждающей жидкости.
Известна система жидкостного охлаждения поршневого двигателя с замкнутым контуром циркуляции, содержащая расширительный бак с герметичным корпусом в котором образованы жидкостная и газовая полости, радиатор с термостатом, входом подключенный к полостям охлаждения поршневого двигателя, циркуляционный насос, входом подключенный к жидкостной полости расходного бака, а выходом - к полостям охлаждения поршневого двигателя, и устройство для деаэрации охлаждающей жидкости с трубопроводом отвода газовой фазы, (патент ЕР №2577914, 1996 г.).
В известной системе устройство для деаэрации охлаждающей жидкости выполнено центробежного типа и установлено непосредственно в расширительном баке. Поэтому при глубоких кренах и дифферентах транспортного средства, а особенно при его переворачивании, работа устройства для деаэрации охлаждающей жидкости практически прекращается и охлаждающая жидкость насыщается газовой фазой, что существенно снижает эффективность теплоотвода от теплонапряженных деталей поршневого двигателя.
Наиболее близким аналогом изобретения является система жидкостного охлаждения поршневого двигателя с замкнутым контуром циркуляции, содержащая расширительный бак с герметичным корпусом и перегородкой, установленной в герметичном корпусе с образованием жидкостной и газовой полостей, радиатор с термостатом, выходом подключенный через термостат к полостям охлаждения поршневого двигателя, циркуляционный насос, входом подключенный к жидкостной полости расходного бака, а выходом - ко входу радиатора, и устройство для деаэрации охлаждающей жидкости с трубопроводом отвода газовой фазы, установленное в замкнутом контуре циркуляции (Заявка WO №80/00863, 1980 г.).
В известной системе устройство для деаэрации охлаждающей жидкости установлено в жидкостной полости расширительного бачка и выполнено в виде вертикального трубопровода, проходящего через перегородку и сообщающего верхнюю часть жидкостной полости с газовой полостью расширительного бака. При этом, выход циркуляционного насоса подключен к радиатору через полости охлаждения поршневого двигателя и расширительный бак.
При таком выполнении системы жидкостного охлаждения деаэрация охлаждающей жидкости осуществляется естественным путем, т.е. за счет гравитационного выделения газовой фазы из жидкости и перемещения ее в газовую полость расширительного бака через вертикальный трубопровод, проходящий через перегородку расширительного бака.
Недостатком такого выполнения является недостаточная эффективность процесса отделения газовой фазы от охлаждающей жидкости. При этом, использование этой системы охлаждения поршневого двигателя на летательном аппарате, совершающем фигуры высшего пилотажа, может привести к перегреву теплонапряженных деталей двигателя в связи с тем, что в опрокинутом и перевернутом состоянии расширительного бака охлаждающая жидкость насыщается газовой фазой, попадающей в жидкостную полость через вертикальный трубопровод устройства для деаэрации охлаждающей жидкости.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является обеспечение надежной и стабильной работы поршневого двигателя в условиях его эксплуатации в качестве силовой установки летательного аппарата акробатического применения.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения теплонапряженных деталей поршневого двигателя на всех режимах его работы путем обеспечения непрерывного процесса деаэрации охлаждающей жидкости при различных эволюциях транспортного средства.
Этот технический результат достигается тем, что система жидкостного охлаждения поршневого двигателя с замкнутым контуром циркуляции, содержит расширительный бак с герметичным корпусом и перегородкой, установленной в герметичном корпусе с образованием жидкостной и газовой полостей, радиатор с термостатом, выходом подключенный через термостат к полостям охлаждения поршневого двигателя, циркуляционный насос, входом подключенный к жидкостной полости расходного бака, а выходом - ко входу радиатора, и устройство для деаэрации охлаждающей жидкости с трубопроводом отвода газовой фазы, установленное в замкнутом контуре циркуляции. Система снабжена деаэрационным бачком с замкнутой полостью, частично заполненной охлаждающей жидкостью и подключенной к трубопроводу отвода газовой фазы устройства для деаэрации охлаждающей жидкости, выполненного в виде проточного трубопровода с продольными спиралеобразными прорезями, подключенного между выходом циркуляционного насоса и входом радиатора, и охватывающего проточный трубопровод полого корпуса, состоящего из двух конусообразных поверхностей, сопряженных между собой цилиндрической поверхностью, и сообщенного своей внутренней полостью с трубопроводом отвода газовой фазы через управляемый нормально закрытый клапан, а перегородка расширительного бака выполнена в виде мембраны, закрепленной периферийной кромкой на стенке герметичного корпуса расширительного бака, причем газовые полости расширительного бака и деаэрационного бачка снабжены предохранительными клапанами, а газовая полость расширительного бака подключена к источнику давления газа.
Существенность отличительных признаков установки подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, позволяет обеспечить достижение технического результата изобретения - повышение эффективности охлаждения теплонапряженных деталей поршневого двигателя на всех режимах его работы путем обеспечения непрерывного процесса деаэрации охлаждающей жидкости при различных эволюциях транспортного средства.
Существо изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана общая схема системы охлаждения с замкнутым контуром циркуляции;
на фиг. 2 изображен общий вид устройства для деаэрации охлаждающей жидкости.
Система жидкостного охлаждения поршневого двигателя с замкнутым контуром циркуляции содержит расширительный бак 1 с герметичным корпусом 2 и перегородкой 3 (фиг. 1), установленной в герметичном корпусе 2 с образованием жидкостной полости 4 и газовой полости 5, радиатор 6 с термостатом 7, выходом подключенный через термостат 7 к полостям 8 охлаждения поршневого двигателя, и циркуляционный насос 9, входом подключенный к жидкостной полости 4 расширительного бака 1, а выходом - ко входу радиатора 6.
В замкнутом контуре циркуляции системы жидкостного охлаждения установлено устройство 10 для деаэрации охлаждающей жидкости с трубопроводом 11 отвода газовой фазы, выполненное в виде проточного трубопровода 12 (фиг. 2) с продольными спиралеобразными прорезями 13, подключенного между выходом циркуляционного насоса 9 и входом радиатора 6, и охватывающего проточный трубопровод 12 полого корпуса 14, состоящего из двух конусообразных поверхностей 15, сопряженных между собой цилиндрической поверхностью 16, и сообщенного своей внутренней полостью 17 с трубопроводом 11 отвода газовой фазы через управляемый нормально закрытый клапан 18.
Система охлаждения снабжена деаэрационным бачком 19 с замкнутой полостью 20, частично заполненной охлаждающей жидкостью и подключенной к трубопроводу 11 отвода газовой фазы, а перегородка 3 расширительного бака 1 выполнена в виде мембраны, закрепленной периферийной кромкой 21 на стенке герметичного корпуса 2 расширительного бака 1, причем газовая полость 5 расширительного бака 1 и газовая полость 22 деаэрационного бачка 19 снабжены предохранительными клапанами 23, а газовая полость 5 расширительного бака 1 подключена к источнику давления газа 24 через нагнетательный клапан 25.
Перед запуском поршневого двигателя система охлаждения заполняется охлаждающей жидкостью, в качестве которой могут быть использованы антифриз, смесь воды и этиленгликоля, деионизированная вода. Охлаждающая жидкость может включать другие композиции, включая определенные высокомолекулярные углеводороды, силиконовые масла и натуральные и синтетические сложные эфиры. В газовую полость 5 расширительного бака 1 через нагнетательный клапан 25 подают газ от источника давления газа 24, создавая избыточное давление в жидкостной полости 4 расширительного бака 1 и соответственно, в замкнутом контуре циркуляции системы жидкостного охлаждения.
Система жидкостного охлаждения поршневого двигателя работает следующим образом.
В процессе работы поршневого двигателя охлаждающая жидкость из расширительного бака 1 подается циркуляционным насосом 9 в проточный трубопровод 12 устройства 10 для деаэрации охлаждающей жидкости. Деаэрация охлаждающей жидкости осуществляется при прохождении ее через участок проточного трубопровода 12 со спиралеобразными прорезями 13, через которые газовая фаза из охлаждающей жидкости отводится во внутреннюю полость 17 полого корпуса 14 и по трубопроводу 11 отвода газовой фазы через управляемый нормально закрытый клапан 18 попадает в деаэрационный бачок 19.
Деаэрированная охлаждающая жидкость поступает в радиатор 6 и через термостат 7 подается в полости 8 охлаждения поршневого двигателя, из которых возвращается в расширительный бак 1, замыкая контур циркуляции.
В случае увеличения давления в системе от нагрева охлаждающей жидкости перегородка 3, выполненная в виде мембраны, будет выгибаться в сторону газовой полости 5, повышая давление газа в ней до максимально возможного значения, при достижении которого срабатывает предохранительный клапан 23. В случае не критичных утечек охлаждающей жидкости из замкнутого контура циркуляции системы охлаждения компенсация осуществляется за счет подачи газа в газовую полость 5 от источника давления газа 24.
Система жидкостного охлаждения с замкнутым контуром циркуляции полностью изолирована от окружающей среды и имеет повышенное давление по всему контуру, поддерживаемое давлением газа в газовой полости 5 расширительного бака 1, что увеличивает температуру кипения охлаждающей жидкости, а также нивелирует гравитационное влияние на работу системы охлаждения, связанное с расположением ее в пространстве. В системе охлаждения обеспечена непрерывная деаэрация охлаждающей жидкости в процессе выполнения летательным аппаратом элементов акробатики, что исключает возможность возникновения локальных перегревов теплонапряженных деталей поршневого двигателя.