СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно к системе охлаждения автомобильного двигателя внутреннего сгорания.
Известны системы охлаждения автомобильных двигателей ВАЗ с термостатами типа ТС 103-1306010 и 2109-1306010 (см. инструкцию по монтажу, пуску, регулированию и обкатке ТКСИ.423117.041 ИМ, ЗАО «ОРЛЭКС», г.Орел), имеющие два контура системы охлаждения для циркуляции охлаждающей жидкости, основными элементами которых являются: двигатель с «рубашкой охлаждения», «водяной» насос охлаждающей жидкости, радиатор охлаждения, радиатор отопителя, термостат, снабженный термосиловым датчиком, кинематически связанным с основным и дополнительным перепускным клапанами. В момент запуска автомобильного двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 82°С, основной клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость циркулирует по малому контуру системы охлаждения - из двигателя, минуя радиатор охлаждения, через дополнительный перепускной клапан термостата, «водяной» насос в «рубашку охлаждения» двигателя. При повышении температуры охлаждающей жидкости выше 82°С твердый наполнитель термосилового датчика термостата плавится, расширяется и воздействует на шток и связанный с ним основной и дополнительный клапаны термостата. В результате этого основной клапан термостата открывается, направляя поток нагретой охлаждающей жидкости по большому контуру системы охлаждения - из двигателя через радиатор охлаждения, термостат и «водяной» насос в «рубашку охлаждения» двигателя, а дополнительный клапан термостата закрывается, перекрывая поток охлаждающей жидкости по малому кругу.
Известна система охлаждения двигателя по патенту РФ на изобретение №2183753 (приоритет от 19.07.2000 г.), отличительной особенностью которой является то, что дополнительный перепускной клапан термостата для увеличения гидравлического сопротивления выполнен в виде конуса со стороны термосилового датчика переходящего с противоположной стороны в цилиндр с возможностью его перемещения. В нижней части дополнительного клапана имеется дроссельное отверстие, обеспечивающее нужную величину гидравлического сопротивления и направляя основной поток охлаждающей жидкости по малому контуру системы охлаждения в радиатор отопителя, а не по параллельному большому контуру.
Одними из наиболее близких технических решений к предлагаемой системе охлаждения двигателя являются системы охлаждения двигателей по патенту GB №2312739 А, (приоритет от 30.01.1997 г.) и патенту РФ на изобретение №2165028 (приоритет от 14.12.1999 г.).
Система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания по патенту GB №2312739 А содержит термостат, имеющий главный и вспомогательный клапаны, которые приводятся в действие термосиловым датчиком, заполненным термореактивным твердым наполнителем (например, термовоском) и снабженным электрическим резистором в качестве нагревательного элемента. Резистор установлен внутри кожуха термосилового датчика в непосредственной близости от его штока. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения термореактивный наполнитель датчика меняет свой объем и через шток изменяет положение клапанов, направляя и регулируя поток охлаждающей жидкости по малому контуру системы охлаждения или большому - через радиатор. Нагревательный элемент при необходимости ускоряет процесс объемного расширения термореактивного наполнителя и смещает температуры начала открытия основного клапана.
Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ на изобретение №2165028 содержит корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя и отвода на перепуск и холодильник, два клапана, закрепленные на штоке, установленном в полости датчика температуры с термореактивным твердым наполнителем. На внешней поверхности датчика закреплен термоэлектрический охладитель-нагреватель (термоэлектрический модуль). Горячие (холодные) спаи термоэлектрического модуля за счет теплообмена подогревают твердый наполнитель датчика температуры, а холодные (горячие) спаи охлаждаются (нагреваются) в охлаждающей жидкости, то есть в единой окружающей среде. Кроме того, в корпусе устройства дополнительно установлен электрический датчик температуры.
Недостатком рассмотренных систем охлаждения автомобильных двигателей является: низкая надежность, обусловленная возможностью перегрева двигателя в случае неисправности термостата; высокая инерционность системы охлаждения двигателя за счет применения термосилового датчика с твердым наполнителем, что не позволяет поддерживать оптимальные режимы работы двигателя, а следовательно, снижает его экономический и экологический эффекты (повышенный расход топлива и значительный выброс в атмосферу вредных отработанных газов СО и НС); большие массогабаритные характеристики термосилового датчика и термостата в целом из-за расположения нагревательного элемента внутри кожуха термосилового датчика или закрепления термоэлектрического модуля на его внешней поверхности; тепловое "короткое" замыкание между горячими и холодными спаями термоэлектрического модуля через охлаждающую жидкость.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение инерционности системы охлаждения автомобильного двигателя, повышение его надежности, экономичности и экологической эффективности.
Технический результат достигается за счет того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания применены два электромагнитных клапана, электрически связанных с блоком управления. При этом один клапан является нормально закрытым и соединяет «рубашку охлаждения» двигателя через внутреннюю полость термостата с подводящим патрубком радиатора, а второй клапан является нормально открытым и установлен на отводящем патрубке радиатора.
На чертеже изображена схема системы охлаждения двигателя.
т
н
с
Система охлаждения двигателя состоит из «рубашки охлаждения» двигателя 1, «водяного» насоса 2, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя, радиатора охлаждения жидкости 3, термостата 4 с термосиловым датчиком 5, кинематически связанным с основным 6 и дополнительным 7 клапанами, радиатора отопителя салона 8, расширительного бачка 9, корпуса с дроссельной заслонкой 10, электромагнитных клапанов 11 и 12, электронного блока управления (ЭБУ), контролирующего работу системы охлаждения при помощи датчиков температуры - охлаждающей жидкости Д, нагрузки Д и скорости Д.
Система охлаждения двигателя работает следующим образом.
В момент запуска холодного двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 85°С, основной клапан 6 термостата 4 закрыт, дополнительный клапан 7 термостата 4 открыт, электромагнитный клапан 11, соединяющий «рубашку охлаждения» двигателя через внутреннюю полость термостата 4 с подводящим патрубком радиатора, закрыт, а электромагнитный клапан 12, установленный на отводящем патрубке радиатора, открыт. Таким образом, поток охлаждающей жидкости, поступая из двигателя 1 в термостат 4, распределяется по трем направлениям. Основной поток охлаждающей жидкости через открытый дополнительный клапан 7 термостата 4 поступает к «водяному» насосу 2, обеспечивающему бесперебойную циркуляцию охлаждающей жидкости по малому контуру системы охлаждения, обеспечивая быстрый прогрев двигателя. Остальные потоки охлаждающей жидкости распределяются для подогрева горючей смеси охлаждающей жидкости в корпусе с дроссельной заслонкой 10 и в радиатор отопителя салона автомобиля 8.
По мере прогрева двигателя, с ростом температуры охлаждающей жидкости выше 85°С, термосиловой датчик 5 термостата 4 начинает перемещение в направлении закрытия дополнительного клапана 7 и открытия основного клапана 6, перераспределяя основной поток охлаждающей жидкости с малого контура системы охлаждения на большой -
через радиатор охлаждения 3 и открытый электромагнитный клапан 12 к «водяному» насосу.
В пределах температур от 85 до 102°С охлаждающая жидкость циркулирует как по большому контуру системы охлаждения, так и по малому. Основной клапан 6 и дополнительный клапан 7 термостата 4 находятся в промежуточных положениях.
т
н
с
При форсированном движении (быстром разгоне) автомобиля или на труднопроходимом участке пути нагрузка на двигатель значительно возрастает, вызывая резкое повышение температуры охлаждающей жидкости. В этом случае дополнительный клапан 7 термостата 4 полностью закрыт. Циркуляция охлаждающей жидкости происходит только по большому контуру системы охлаждения. Сигналы с датчиков температуры Д, нагрузки Д, скорости Д поступают на электронный блок управления (ЭБУ) системой охлаждения двигателя, в котором формируется заданный оптимальный алгоритм управления температурой охлаждающей жидкости и ЭБУ выдает команду на открытие электромагнитного клапана 11. Дополнительный поток охлаждающей жидкости из «рубашки охлаждения» двигателя 1, проходя через внутреннюю полость термостата 4 и электромагнитный клапан 11, поступает в радиатор охлаждения 3 для дополнительного снижения температуры охлаждающей жидкости, исключая таким образом перегрев двигателя, что повышает его надежность.
Кроме того, наличие электромагнитного клапана 11 в линии, соединяющей «рубашку охлаждения» двигателя 1 с подводящим патрубком радиатора охлаждения 3, позволяет исключить перегрев двигателя при аварийной ситуации (отказ термостата), что так же значительно повышает надежность системы охлаждения двигателя.
При резком снижении нагрузки на двигатель (переход с форсированного режима на оптимальный режим работы двигателя) термосиловой датчик 5 термостата 4 вследствие большой инерционности не успевает переключить циркулирующий поток охлаждающей жидкости с большого контура системы охлаждения - на малый. В этом случае электронный блок управления (ЭБУ) формирует команду на закрытие электромагнитных клапанов 11 и 12, направляя поток охлаждающей жидкости от радиатора охлаждения 3 через расширительный бачок 9 к «водяному» насосу 2, что обеспечивает защиту двигателя от быстрого охлаждения, вызывающего деформацию деталей и узлов двигателя, и обеспечивает полное сгорание горючей смеси в камерах сгорания двигателя, повышая экономичность его работы и снижая выброс токсичных отработанных газов в окружающею среду.
Предлагаемая система охлаждения двигателя отличается высокой надежностью и малой инерционностью, что повышает ее энергоэкономические и экологические показатели.