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), имеющая 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, имеющими форму дисков. 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 клапана 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 таким образом основной поток охлаждающей жидкости по малому контуру системы охлаждения в радиатор отопителя, а не по параллельному большому контуру.
Известна система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания по патенту GB №2312739 А, (приоритет от 30.01.1997 г.) содержащая 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.
Одним из наиболее близких технических решений к предлагаемой системе охлаждения двигателя является изобретение "Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания" по патенту РФ №2165028 (приоритет от 14.12.1999 г.). Устройство 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.
Общим недостатком рассмотренных систем охлаждения автомобильных двигателей, включающих термостаты, содержащие
клапаны для изменения направления потока охлаждающей жидкости (по малому или большому контуру) и термосиловой датчик с твердым термореактивным наполнителем, являются большие массогабаритные характеристики систем охлаждения, значительное число комплектующих изделий, и, как следствие, низкая надежность и большая инерционность, что снижает экономический и экологический эффект - повышенный расход топлива и значительный выброс в атмосферу вредных отработанных газов (СО и НС), а так же тепловое "короткое" замыкание между горячим и холодным спаями термоэлектрического модуля через охлаждающую жидкость.
Известен «Холодильный термоэлектрический блок» по патенту РФ на изобретение №2092753 (приоритет от 13.06.96 г.). Холодильный блок содержит два или более термомодулей, на горячих и холодных спаях которых установлены радиаторы с размещенным между ними слоем теплоизоляционного материала, и вентиляторы для обдува радиаторов. Радиатор горячих спаев выполнен в виде автономных секций, каждая из которых закреплена только на одном термомодуле, а для обдува выбран вентилятор с диаметром крыльчатки, превышающей высоту радиатора, при этом вентилятор и радиатор размещены в направляющем кожухе с отверстиями для входа и выхода воздуха, и имеющем форму диффузора с сужением в сторону радиатора для создания потока воздуха с повышенной скоростью при обдуве последнего. Холодильный термоэлектрический блок по патенту №2092753 не может быть использован в системе охлаждения автомобильных двигателей, так как он предназначен для воздушного охлаждения объекта и конструктивно не может быть применен в жидкостной системе охлаждения двигателя, так как имеет электродвигатель для обдува радиаторов горячих спаев и выполнение радиаторов горячих спаев в виде отдельных плоских автономных секций, герметично не связанных между собой.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение инерционности, повышение надежности и экономичности системы охлаждения двигателя в целом и упрощение ее конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания применен электротермостат, регулирующий температуру охлаждающей жидкости (принудительный нагрев и охлаждение происходит непосредственно в корпусе электротермостата), при этом корпус электротермостата представляет собой герметичный радиатор, на внешней боковой поверхности которого симметрично относительно
центральной оси электротермостата, с целью повышения холодильного коэффициента, расположены термоэлектрические модули, работающие на основе эффекта Пельтье, а внутренняя полость радиатора разделена перегородками на отдельные ячейки для быстрого регулирования за счет теплообмена температуры потока охлаждающей жидкости от рубашки охлаждения двигателя к «водяному» насосу.
На фиг.1 изображена схема системы охлаждения двигателя с электротермостатом, а на фиг.2 - электротермостат в поперечном разрезе.
Система охлаждения двигателя состоит из следующих основных узлов: двигателя 1, «водяного» насоса 2, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости по замкнутому контуру системы охлаждения, радиатора отопителя салона 3, расширительного бачка 4, электротермостата 5, внутренняя полость которого разделена перегородками на отдельные ячейки 6, обеспечивающие быстрый теплообмен между корпусом 7 электротермостата 5 и потоком охлаждающей жидкости. На внешней боковой поверхности корпуса 7, симметрично относительно центральной оси электротермостата 5, расположены термоэлектрические модули 8 (например, типа ТОМ или ТОБ), связанные с электронным блоком управления (ЭБУ), контролирующем работу системы охлаждения. Каждый из термоэлектрических модулей 8 снабжен своим воздушным радиатором 9, имеющим ребристую поверхность и изготовленным из материала, обладающим большой теплопроводностью. Пространство между корпусом 7 и радиаторами 9 заполнено теплоизоляционным веществом 10 малой теплопроводности.
Система охлаждения двигателя работает следующим образом.
В момент запуска двигателя сигналы с датчиков ЭБУ (температуры охлаждающей жидкости на входе и выходе двигателя, температуры окружающей среды, скорости, нагрузки двигателя и т.д.) поступают на электронный блок управления (ЭБУ) системой охлаждения двигателя, в котором формируется заданный оптимальный алгоритм управления температурой охлаждающей жидкости. Если температура охлаждающей жидкости ниже заданного значения (82°С), то ЭБУ выдает команду на включение термоэлектрических модулей 8 на нагрев охлаждающей жидкости. Спаи термоэлектрических модулей 8, взаимодействующие с внешней
поверхностью корпуса 7 электротермостата 5, нагреваются и, благодаря высокой теплопроводности материала, из которого изготовлен корпус 7, нагревают проходящую по его ячейкам 6 охлаждающую жидкость, обеспечивая быстрый прогрев двигателя 1. Спаи термоэлектрических модулей 8, взаимодействующие с радиаторами 9, охлаждаются. «Водяной» насос 2 обеспечивает бесперебойную циркуляцию охлаждающей жидкости по замкнутому контуру системы охлаждения.
Если в процессе работы двигателя температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения превысила заданное значение (82°С), то ЭБУ включает термоэлектрические модули 8 на охлаждение путем реверсирования направления тока в термоэлектрических модулях 8 (эффект Пельтье). Спаи термоэлектрических модулей 8, расположенные со стороны корпуса 7 электротермостата 5 охлаждаются, осуществляя охлаждение охлаждающей жидкости, а спаи термоэлектрических модулей 8 расположенные со стороны радиатора 9 нагреваются, отдавая тепло в окружающую среду.
Таким образом, система охлаждения двигателя, имеющая в своем составе электротермостат 5, оснащенный термоэлектрическими модулями 8, осуществляет постоянное комбинированное регулирование температуры охлаждающей жидкости двигателя 1 в зависимости от ее температуры на входе и выходе двигателя 1 и температуры окружающей среды с учетом текущего значения скорости и нагрузки двигателя 1 в режиме реального времени. Электронный блок управления, изменяя направление электрического тока и его силу в термоэлектрических модулях 8 электротермостата 5, дает команду либо на нагрев, либо на охлаждение охлаждающей жидкости проходящей через электротермостат 5. Такое регулирование температуры охлаждающей жидкости обеспечивает наиболее оптимальный благоприятный температурный режим запуска и работы автомобильного двигателя, а так же оптимизирует расход топлива и снижает содержание вредных веществ в выхлопном газе.
Предлагаемая система охлаждения двигателя имеет высокую надежность, компактна и малую инерционность, что существенно повышает энергоэкономические и экологические показатели автомобильных двигателей внутреннего сгорания в целом.