СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE COOLING SYSTEM

Изобретение относится к области транспортных средств, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением.
Известна система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с турбонаддувом для транспортного средства, содержащая циркуляционный насос со всасывающим и напорным патрубками, основной контур циркуляции, включающий рубашку охлаждения двигателя и первую секцию водяного радиатора, и дополнительный контур, включающий вторую секцию водяного радиатора, жидкостный охладитель надувочного воздуха, связанный с магистралью высокого давления и расположенный выше других агрегатов системы охлаждения, при этом он связан со сливным бачком, имеющим подвижную перегородку, разделяющую на первую полость, соединенную с жидкостным охладителем надувочного воздуха, и вторую, подключенную к магистрали высокого давления (см. МПК F01P 5/10 описание изобретения к патенту №2027871 Российской Федерации, опубл. 27.01.1995 г.).
Как известно, в существующих системах охлаждения ДВС в основе процесса лежит автоматическое поддержание заданной температуры теплоносителя на выходе из двигателя без учета температуры охлаждения поверхностей и характера теплообмена.
В известном устройстве теплопередающая способность жидкостного охладителя надувочного воздуха находится в прямой зависимости от уровня жидкости сливного бачка и работы его перегородки, что достаточно ненадежно, требует возможно частого останова двигателя для опорожнения жидкостного охладителя надувочного воздуха.
Следовательно, к недостаткам известного устройства можно отнести невысокую надежность как системы охлаждения, так и двигателя в целом.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей, контур охлаждения масла, расширительный бак с подпиточными трубами и выпорами соответственно горячего и холодного контуров, снабженный перегородкой, разделяющей его на две полости соответственно для горячего и холодного контуров с подсоединенными к ним подпиточными трубками и выпорами, не менее одного вентилятора, систему управления и регулирования температур теплоносителя двигателя, горячий контур, включающий в себя полости охлаждения двигателя, первый циркуляционный насос и первый радиатор, холодный контур, включающий охладители масла и надувочного воздуха, второй циркуляционный насос и второй радиатор, при этом горячий и холодный контуры циркуляции соединены между собой двумя межконтурными магистралями, в первую из которых включен регулятор для регулирования расхода жидкости из горячего контура в холодный, и система охлаждения содержит третью межконтурную магистраль с термостатом, подключенную одним концом к горячему контуру между двигателем и первым радиатором и другим - к всасывающему патрубку второго циркуляционного насоса (см. МПК F01P 5/10, описание изобретения к патенту №2282043 Российской Федерации, опубл. 20.08.2006 г.) - ближайший аналог.
Недостатком известной системы охлаждения является сложность ее конструктивного исполнения и невысокая надежность регулирования температур его теплоносителей, обусловленная высокой зависимостью от надежности работы как вентиляторов в горячем контуре, так и регулятора в межконтурной магистрали.
В современных форсированных двигателях теплоотдача осуществляется в воду и, как правило, в режиме пузырькового кипения недогретой жидкости. С энергетической точки зрения теплообмен в условиях пузырькового кипения является наиболее выгодным, так как благодаря высокому коэффициенту теплоотдачи обеспечивается интенсивный теплообмен с охлаждаемых поверхностей при малых расходах теплоносителей.
Однако при эксплуатации ДВС с перегрузкой, а также в условиях повышенной температуры наружного воздуха переход от пузырькового к пленочному кипению происходит с резким уменьшением коэффициента теплоотдачи.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение регулирования теплового состояния двигателя в условиях максимальных перегрузок и повышение надежности его работы.
Сущность технического решения заключается в том, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащей замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий в себя циркуляционный насос, рубашку охлаждения двигателя, охладитель надувочного воздуха, водомасляный охладитель, водо-водяной охладитель, компрессор, термостат регулирования температуры теплоносителя, расширительный бак, к которому подключена всасывающая магистраль от компрессора, расширительный бак выполнен герметичным, а воздушная магистраль содержит редукционный клапан, регулирующий давление воздуха, поступающего от компрессора, и подключенный к выходу дополнительного блока управления, к входам которого подключены датчик давления наддува, датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя, датчик давления в системе охлаждения и оптический датчик присутствия в охлаждающей жидкости паровой фазы, а в качестве привода компрессора она содержит турбину, использующую энергию отработавших газов, отводимую от поршневой части двигателя, при этом в качестве привода компрессора она содержит автономный электродвигатель, включение и выключение которого осуществляется по сигналу от блока управления.
В традиционных системах охлаждения расширительный бак служит для хранения запаса охлаждающей жидкости и обеспечивает возможность теплового расширения жидкости при повышении ее температуры.
Благодаря выполнению расширительного бака герметичным появляется возможность создания повышенного давления в баке с помощью редукционного клапана, через который в бак подается воздух, сжатый в компрессоре.
Введение блока управления с системой датчиков обеспечивает регулирование величины повышения давления как в расширительном баке, так и в системе охлаждения в целом. При этом компрессор может обеспечить повышение давления в системе охлаждения до 0,2…0,3 МПА, в результате чего происходит увеличение температуры воды до 120…130°С, устраивающее возможность появления пленочного кипения в полостях охлаждения двигателя.
Заявляемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - система охлаждения с автономным электродвигателем.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит замкнутый контур 1 циркуляции охлаждающей жидкости, включающий в себя циркуляционный насос 2, рубашку 3 охлаждения поршневой части двигателя, охладитель 4 надувочного воздуха, водомасляный охладитель 5, водо-водяной охладитель 6, термостат 7 регулирования температуры теплоносителя, расширительный бак 8, к которому подключена воздушная магистраль 9 от компрессора 10. Расширительный бак 8 выполнен герметичным, а воздушная магистраль 9 содержит редукционный клапан 11, регулирующий давление воздуха, поступающего от компрессора 10, и подключенный к выходу дополнительного блока 12 управления, к входам которого подключены датчик 13 давления наддува, датчик 14 температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя, датчик 15 давления в системе охлаждения и оптический датчик 16 присутствия в охлаждающей жидкости паровой фазы, а в качестве привода компрессора она содержит турбину 17, использующую энергию отработавших газов, отводимую от поршневой части двигателя.
В качестве привода компрессора 10 система содержит автономный электродвигатель 18 (см. фиг.2), включение и выключение которого осуществляется по сигналу от блока 12 управления.
Система охлаждения работает следующим образом. При запуске двигателя и в период его прогрева температурный уровень обеспечивается термостатом 8. После прогрева двигателя и его работы на режимах, близких к максимальной мощности, температура охлаждающей жидкости приближается к температуре кипения, о чем на блок 12 управления поступает сигнал от датчика 14. При появлении в полостях охлаждения пристеночного пузырькового кипения на блок 12 управления поступает сигнал от оптического датчика 16 присутствия паровой фазы. На основании полученной информации блок 12 управления вырабатывает управляющий сигнал, подаваемый на редукционный клапан 11. В результате открытия клапана сжатый воздух от компрессора 10 поступает в герметичный расширительный бак 8, что обеспечивает повышение давления в системе охлаждения и исключает возможность перехода пузырькового кипения в пленочное. При выработке управляющего сигнала блок 12 управления учитывает также информацию о давлении, создаваемом компрессором 10, которая поступает от датчика 13, и о давлении, которое уже имеется в системе охлаждения от датчика 15.
В качестве блока управления можно использовать программируемый процессор, например, ATMega8 или PIC16F1823, что позволит регулировать давление в системе охлаждения в зависимости от режима работы двигателя по заложенной в блок управления программе.
По сравнению с известными системами охлаждения предлагаемая система позволяет улучшить регулирование теплового состояния двигателя, не исключить выход пузырькового кипения в режиме пленочного кипения, что обеспечивает высокую надежность работы двигателя при максимальных нагрузках и в условиях повышенных температур наружного воздуха и забортной воды за счет исключения перегрева деталей цилиндропоршневой группы и образования трещин на втулках и крышках цилиндров.