СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области транспортных средств, в частности к охлаждающим устройствам двигателей внутреннего сгорания тепловозов и других транспортных машин.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с водяной системой охлаждения теплоносителей, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции теплоносителей с жидкостным [1] или электрическим [2] подогревателями.
Недостатком известной системы является то, что жидкостной или электрический подогреватели должны обеспечивать компенсацию тепловых потерь не только двигателя и трубопровода, но и водо-воздушных радиаторов, тепловые потери которых могут достигать более 50% всех потерь [3] и которые трудно устранить с помощью теплоизоляционных материалов. При этом, во-первых, неоправданно завышается мощность источника тепла и расход энергоносителя и, во-вторых, в случае применения электрического подогревателя увеличиваются габариты системы охлаждения и габариты коммутационной аппаратуры, что, в свою очередь, приводит к компоновочным трудностям, а также к существенному неудобству обслуживания при подключении и отключении подогревателя.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с водяной системой охлаждения теплоносителей, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции теплоносителей, жидкостной или электрический подогреватели и систему опорожнения радиаторов [4].
Недостатком известной системы является то, что при опорожнении радиаторов в холодное время года, с последующим заполнением их теплой водой, наблюдаются такие негативные явления, как тепловые удары, повышенная коррозия черного металла радиаторов и участков трубопровода, а также увеличивается время выхода системы на рабочий режим в связи с необходимостью удаления воздуха из гидросистемы.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции в которых в качестве хладагента используются низкозамерзающие жидкости [3].
Недостатками известной системы охлаждения является то, что:
- низкозамерзающие жидкости, изготовленные на основе этиленглико-ля, которые в настоящее время нашли широкое применение в качестве охлаждающих жидкостей в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, имеют повышенную проницаемость, что создает существенные трудности при обеспечении герметичности некоторых двигателей и, в частности, тепловозных дизелей большой мощности типа Д49;
- стоимость таких жидкостей относительно высока и заправка ими сложных, разветвленных систем охлаждения сопряжена с существенными экономическими затратами. Так, например, для заправки системы охлаждения дизеля Д49 тепловоза 2ТЭ116 требуется более 2000 литров [5] низко-замерзающей жидкости;
- при ремонтных работах, связанных с вероятными отказами двигателя, вынужденно опорожняется вся система охлаждения с последующей заправкой, что неизбежно приводит к потерям низкозамерзающей жидкости и увеличивает вероятность попадания посторонних включений в жидкость, что, в свою очередь, может привести к загрязнению системы и радиаторов, в частности;
- при замене охлаждающей двигатель жидкости с воды на тосол или антифриз температуры охлаждаемых элементов двигателя увеличиваются [6].
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения, принятая за прототип, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей, контур охлаждения масла, охладитель наддувочного воздуха, вентиляторы не менее одного, аппаратуру управления и регулирования охлаждением двигателя, горячий контур, включающий в себя первый циркуляционный насос, полости охлаждения двигателя и первый охладитель циркулирующей жидкости, холодный контур, включающий в себя второй циркуляционный насос и второй охладитель циркулирующей жидкости в виде жидкостно-воздушного радиатора, контур охлаждения масла, включающий в себя масляный насос, масляные каналы двигателя, охладитель масла, первый охладитель циркулирующей жидкости в горячем контуре выполнен в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в горячий контур циркуляции, а другой стороной включенного в холодный контур циркуляции охлаждающей жидкости, в качестве охлаждающей жидкости горячего контура использована вода, а в качестве охлаждающей жидкости холодного контура использована низкозамерзающая жидкость [7]. Кроме того, в горячий или в холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей могут быть включены холодными сторонами охладитель масла и охладитель наддувочного воздуха, а также в холодный контур циркуляции охлаждающей жидкости может быть включен отопитель кабины машиниста, а в горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости - подогреватель жидкости и вспомогательный циркуляционный насос.
Недостатком известной системы охлаждения является то, что в горячий или в холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей включены холодными сторонами охладитель масла и охладитель наддувочного воздуха, что может приводить к недостаточной глубине охлаждения наддувочного воздуха, так как в горячем контуре или холодном контуре одновременно охлаждаются и масло и наддувочный воздух.
Техническим результатом полезной модели является более глубокое охлаждение наддувочного воздуха, что обеспечит более высокую мощность дизеля за счет увеличения весового количества воздуха, поступающего в цилиндры дизеля при повышенной плотности более холодного воздуха. Указанный технический результат достигается тем, что система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, включающая горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости, содержащий первый циркуляционный насос, водяные полости охлаждения двигателя, аппаратуру управления и регулирования охлаждением двигателя, первый охладитель циркулирующей жидкости выполненный в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в горячий контур циркуляции, использующий в качестве охлаждающей жидкости воду, а другой стороной включенного в холодный контур циркуляции, использующего в качестве охлаждающей низкозамерзающую жидкость, подогреватель охлаждающей жидкости, вспомогательный циркуляционный насос и холодный контур циркуляции охлаждающей жидкости, содержащий второй циркуляционный насос, воздухо-жидкостный охладитель циркулирующей жидкости, не менее одного вентилятора, аппаратуру управления и регулирования охлаждением двигателя, отопитель кабины машиниста и первый охладитель циркулирующей жидкости, а также контур охлаждения масла, содержащий масляный насос, масляные каналы двигателя, аппаратуру управления и регулирования охлаждением двигателя водомасляный теплообменник, включенный в горячий или холодный контур циркуляции охлаждающей жидкости, снабжена дополнительным независимым контуром охлаждения наддувочного воздуха, состоящим из прокачивающего насоса, охладителя наддувочного воздуха, аппаратуры управления и регулирования охлаждением двигателя, второго охладителя циркулирующей жидкости, выполненного в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в дополнительный независимый контур охлаждения наддувочного воздуха, использующего в качестве охлаждающей жидкости воду, а другой стороной включенного в холодный контур циркуляции охлаждающей жидкости, использующего в качестве охлаждающей низкозамерзающую жидкость, причем второй охладитель циркулирующей жидкости контура охлаждения наддувочного воздуха включен первым по ходу охлаждающей жидкости после воздухо-жидкостного охладителя, с целью обеспечениия более глубокого охлаждения наддувочного воздуха.
На чертеже приведена принципиальная схема системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания включает горячий контур 1 циркуляции охлаждающей жидкости, содержащий первый циркуляционный насос 2, водяные полости 3 охлаждения двигателя, аппаратуру 4 управления и регулирования охлаждением двигателя, первый охладитель 5 циркулирующей жидкости, выполненый в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в горячий контур 1 циркуляции, использующий в качестве охлаждающей жидкости воду, а другой стороной включенного в холодный контур 8 циркуляции, использующего в качестве охлаждающей низкозамерзающую жидкость, подогреватель 6 охлаждающей жидкости, вспомогательный циркуляционный насос 7 и холодный контур 8 циркуляции охлаждающей жидкости, содержащий второй циркуляционный насос 9, воздухо-жидкостный охладитель 10 циркулирующей жидкости, не менее одного вентилятора 11, аппаратуру 4 управления и регулирования охлаждением двигателя, отопитель 12 кабины машиниста и первый охладитель 5 циркулирующей жидкости, первый охладитель 5 циркулирующей жидкости, а также контур 13 охлаждения масла, содержащий масляный насос 14, масляные каналы 15 двигателя, водомасляный теплообменник 16, включенный в горячий 1 или холодный 8 контуры циркуляции охлаждающей жидкости. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания снабжена дополнительным независимым контуром 17 охлаждения наддувочного воздуха, состоящим из прокачивающего насоса 18, охладителя 19 наддувочного воздуха, аппаратуры 4 управления и регулирования охлаждением двигателя, второго охладителя 20 циркулирующей жидкости, выполненного в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в дополнительный независимый контур 17 охлаждения наддувочного воздуха, использующего в качестве охлаждающей жидкости воду, а другой стороной включенного в холодный контур 8 циркуляции охлаждающей жидкости, использующего в качестве охлаждающей низкозамерзающую жидкость, причем второй охладитель 20 циркулирующей жидкости контура 17 охлаждения наддувочного воздуха включен первым по ходу охлаждающей жидкости после воздухо-жидкостного охладителя 10, с целью обеспечениия более глубокого охлаждения наддувочного воздуха.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
При работе двигателя под нагрузкой тепло, выделяемое в водяных полостях 3 охлаждения двигателя в горячем контуре 1 циркуляции охлаждающей жидкости, содержащего первый циркуляционный насос 2 и аппаратуру 4 управления и регулирования охлаждением двигателя отводится в первом охладителе 5 циркулирующей жидкости, выполненном в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в горячий контур 1 циркуляции, использующий в качестве охлаждающей жидкости воду, а другой стороной включенного в холодный контур 8 циркуляции, использующего в качестве охлаждающей низкозамерзающую жидкость. В горячий контур 1 включены подогреватель охлаждающей жидкости 6 и вспомогательный циркуляционный насос 7 для прогрева охлаждающей жидкости при неработающем двигателе. Холодный контур 8 циркуляции охлаждающей жидкости содержит второй циркуляционный насос 9 и воздухо-жидкостный охладитель 10 циркулирующей жидкости, не менее одного вентилятора 11, аппаратуру 4 управления и регулирования охлаждением двигателя, отопитель 12 кабины машиниста. В воздухо-жидкостном охладителе 10 тепло отводится в атмосферу охлаждающим воздухом, продуваемом через него вентилятором 11. Тепло, выделяемое в масляных каналах 15 двигателя контура 13 охлаждения масла, содержащего масляный насос 14 и аппаратуру 4 управления и регулирования охлаждением двигателя, отводится в водомасляном теплообменнике 16, включенном в горячий контур 1 или холодный контур 8 циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждение наддувочного воздуха в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания происходит в дополнительном независимом контуре 17 охлаждения наддувочного воздуха, состоящим из прокачивающего насоса 18, охладителя наддувочного воздуха 19, аппаратуры 4 управления и регулирования охлаждением двигателя, второго охладителя 20 циркулирующей жидкости, выполненного в виде жидкостного теплообменника, включенного одной стороной в контур 17 охлаждения наддувочного воздуха, использующего в качестве охлаждающей жидкости воду, а другой стороной включенного в холодный контур 8 циркуляции охлаждающей жидкости, использующего в качестве охлаждающей низкозамерзающую жидкость. Второй охладитель 20 циркулирующей жидкости контура 17 охлаждения наддувочного воздуха включен первым по ходу охлаждающей жидкости после воздухо-жидкостного охладителя 10, с целью обеспечениия более глубокого охлаждения наддувочного воздуха.
Источники информации
1. Жидкостной подогреватель 14.8106, Инструкция по эксплуатации, г. Ржев, АТЭ-3, стр. 1..10;
2. Е.Б.Черток, О.Е. Смышляев и др. Электрическая система обогрева тепловоза 4ТЭ130 мощностью 1200 л.с. предназначенного для БАМа, Обзор «Транспортное машиностроение», Москва, ЦНИИТЭИтяжмаш, 5-80-10, 1980, стр. 1…5;
3. Е.Б. Черток, В.Е. Мартынов, О.Ф. Чепурина, Энергетические характеристики содержания тепловоза, заправленного низкозамерзающей жидкостью, в длительном отстое при низких отрицательных температурах окружающей среды, Труды ВНИТИ, вып. 59, Коломна, 1984, стр. 26…38;
4. С.Г. Грищенко, Обогревательные устройства тепловозов для эксплуатации в северных условиях, Обзор «Транспортное оборудование», Москва, ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1981, стр. 1…46;
5. Тепловоз 2ТЭ116, Москва, «Транспорт», 1985, стр. 12;
6. Под ред. Б.А. Взорова, Тракторные дизели, справочник, Москва, «Машиностроение», 1981, стр. 427…430;
7. Патент на изобретение Ru, №2 282 043 С1, МПК F01P 5/10, B60K 11/02, 2006 г.