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 охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая внутренний контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий полости охлаждения двигателя, трехходовой кран с приводом вращения пробки, жидкостно-жидкостный теплообменник, выполненный в виде электротермоохладителя с теплообменниками горячих и холодных спаев и циркуляционный насос, внешний контур циркуляции охлаждающего теплоносителя, подсоединенный к внутреннему контуру через жидкостно-жидкостный теплообменник, блок регулирования температуры, к которому подсоединен электрический трехходовой кран, а датчик температуры подключен к электротермоохладителю через блок регулирования температуры (см. МПК F01P 3/20, описание изобретения к патенту №2085753 Российской Федерации, опубл. 27.07.1997 г.).
Процесс эксплуатации жидкостных систем охлаждения сопровождается такими негативными процессами, как коррозионные и эрозионно-кавитационные разрушения элементов системы охлаждения, образование накипи на охлаждаемых поверхностях. Для предотвращения или ингибирования указанных процессов в состав охлаждающих жидкостей входят присадки - химические композиции, изменяющие физико-химические свойства жидкостей.
При эксплуатации двигателей охлаждающие жидкости подвергаются механическим и температурным воздействиям, которые приводят к деструкции присадок, старению охлаждающих жидкостей (аналогичные процессы протекают в моторном масле). Для восстановления требуемых эксплуатационных свойств охлаждающих жидкостей необходимо корректирующее воздействие, заключающееся во введении дополнительной порции присадки в охлаждающую жидкость. В существующих системах охлаждения двигателей отсутствуют устройства для контроля качества охлаждающей жидкости. Ухудшения качества жидкости приводит к интенсификации кавитационных и коррозионных разрушений, активному накипеобразованию, что нарушает тепловой режим двигателя, снижает его экономические и ресурсные показатели. Оценка качества охлаждающей жидкости производится на основании анализов периодически отбираемых проб в специализированных лабораториях. Это требует дополнительных операций по обслуживанию двигателей, а корректирующее воздействие на охлаждающую жидкость оказывается запаздывающим.
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 наддувочного 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.
Недостатками известной системы охлаждения являются сложность ее конструктивного исполнения и невысокая надежность защиты элементов системы охлаждения от кавитационно-коррозионных разрушений, а также невозможность предотвращения накипеобразования на теплоотдающих поверхностях.
Предлагаемая система охлаждения с автоматическим контролем и коррекцией физико-химических свойств охлаждающих жидкостей позволяет устранить указанные недостатки.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение надежности работы двигателя внутреннего сгорания за счет обеспечения качества теплоносителя замкнутого контура системы охлаждения.
Сущность технического решения заключается в том, что система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая замкнутый горячий и разомкнутый холодный контуры циркуляции охлаждающей жидкости, при этом замкнутый горячий контур циркуляции охлаждающей жидкости включает в себя циркуляционный насос, рубашку охлаждения двигателя, охладитель наддувочного воздуха, водомасляный охладитель, водо-водяной охладитель, термостат и подключен расширительный бак, подсоединенный к всасывающей магистрали, дополнительно содержит анализатор химических свойств охлаждающей жидкости, а расширительный бак снабжен емкостью с концентратом присадки к охлаждающей жидкости и игольчатым клапаном, регулирующим поступление присадки в расширительный бак и подключенным к выходу блока управления, к входам которого подключены соответственно к первому и третьему датчики температуры, к второму и четвертому датчики давления, а к пятому анализатор химических свойств охлаждающей жидкости, который установлен на трубопроводе, отводящем охлаждающую жидкость от двигателя, при этом в расширительном баке установлена мешалка с электроприводом, включающаяся по сигналу от блока управления при подаче концентрата присадки в бак для лучшего перемешивания.
Снабжение расширительного бака емкостью с концентратом присадки к охлаждающей жидкости и игольчатым клапаном, регулирующим поступление присадки в расширительный бак, подключенным к выходу блока управления, обеспечивает автоматическое поддержание требуемых свойств охлаждающей жидкости.
Подключение к входам блока управления соответственно к первому и третьему датчиков температуры, ко второму и четвертому - датчиков давления, а к пятому - анализатора химических свойств охлаждающей жидкости, который установлен на трубопроводе, отводящем охлаждающую жидкость от двигателя, обеспечивает в процессе эксплуатации определение физико-химических свойств охлаждающей жидкости, что повышает надежность работы двигателя.
Установка в расширительном баке мешалки с электроприводом, включающимся по сигналу от блока управления при подаче концентрата присадки в бак, обеспечивает более интенсивное перемешивание охлаждающей жидкости и быстрое растворение присадки.
Заявляемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - с мешалкой с электроприводом.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит замкнутый горячий 1 и контур 2 разомкнутый холодный с водо-водяным охладителем 3 циркуляции охлаждающей жидкости, при этом замкнутый горячий контур 1 циркуляции охлаждающей жидкости включает в себя циркуляционный насос 4, рубашку 5 охлаждения двигателя, охладитель 6 наддувочного воздуха, водомасляный охладитель 7, термостат 8 регулирования температуры теплоносителя, расширительный бак 9, подсоединенный к всасывающей магистрали 10 и дополнительно снабженный емкостью 11 с концентратом присадки к охлаждающей жидкости и игольчатым клапаном 12, регулирующим поступление присадки в расширительный бак, подключенным к выходу блока 13 управления, к первому входу которого подключен датчик температуры 14 на входе в рубашку 5, ко второму входу - датчик давления 15, к третьему входу - датчик температуры 16 на выходе из рубашки 5, к четвертому входу - датчик давления 17, а к пятому входу - анализатор 18 химических свойств охлаждающей жидкости, который установлен на трубопроводе 19, отводящем охлаждающую жидкость от двигателя.
В расширительном баке 9 установлена мешалка 20 (см. фиг.2) с электроприводом 21, включающаяся по сигналу от блока управления при подаче концентрата присадки в бак для лучшего перемешивания.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Охлаждающая жидкость отводится от рубашки 5 охлаждения поршневой части двигателя по трубопроводу 19. Термостат 8, представляющий собой автоматический трехходовой клапан, направляет жидкость либо по трубопроводу на всасывание циркуляционного насоса 4 (при непрогретом двигателе), либо в водо-водяной охладитель 3 (при прогретом двигателе). Охлаждающая жидкость, подаваемая циркуляционным насосом 4, проходит через охладитель 6 наддувочного воздуха и водомасляный охладитель 7, затем по трубопроводу 1 возвращается в рубашку 5 охлаждения поршневой части. Всасывающая магистраль 10 насоса 4 соединена с расширительным баком 9, который предназначен для хранения запаса охлаждающей жидкости и создания гидростатического напора перед насосом 4. К расширительному баку 9 присоединена емкость 11, заполненная концентратом присадки к охлаждающей жидкости. Подача присадки в контур 1 охлаждения осуществляется через игольчатый клапан 12, который открывается и закрывается по сигналу, поступающему от блока 13 управления. Управляющее воздействие вырабатывается блоком управления на основании информации, получаемой от анализатора 18 химических свойств теплоносителя, и перепада давлений на входе в двигатель и выходе из него, определяемого датчиками 15 и 17, при этом учитывается температура охлаждающей жидкости, на входе в двигатель и выходе из него, определяемая датчиками 14 и 16. В анализаторе 18 химических свойств определяются такие свойства жидкости, характеризующие ее химическую агрессивность и склонность к накипеобразованию, как водородный показатель, жесткость, кислородо- и солесодержание. Перепад давления в рубашке охлаждения позволяет оценить степень деструкции макромолекул водорастворимых полимеров и мицеллярных образований поверхностно-активных веществ, входящих в состав присадок.
Управляющее воздействие на дозирующий игольчатый клапан 12 вырабатывается в результате сравнения информации, поступившей в блок 13 управления от датчиков, и заложенных в его память требуемых значений показателей качества охлаждающей жидкости.
Возможны два способа управления дозирующим клапаном:
- Дискретное (релейное) управление, при котором клапан находится в одном из двух положений - «открыто» или «закрыто». Открытие (закрытие) клапана происходит при выходе регулируемых параметров за допустимые пределы.
- Аналоговое управление, при котором степень открытия дозирующего клапана зависит от значений показателей качества охлаждающей жидкости.
Растворение присадки, поступающей в систему охлаждения, может осуществляться либо непосредственно в процессе циркуляции жидкости по контуру охлаждения, либо под действием мешалки 20 с электроприводом 21, установленной в расширительном бачке 9 (см. фиг.2).
Таким образом, в предлагаемой системе охлаждения обеспечивается непрерывный и оперативный контроль качества охлаждающей жидкости и при необходимости автоматическое восстановление ее эксплуатационных свойств. По сравнению с существующими системами охлаждения предлагаемая система облегчает обслуживание двигателей внутреннего сгорания и повышает их надежность.
Восстановление свойств низкотемпературных охлаждающих жидкостей, содержащих этиленгликоль, позволяет продлить срок их службы, что значительно снижает экологические риски, связанные с утилизацией этиленгликолевых жидкостей.
В качестве анализатора химических свойств охлаждающей жидкости можно использовать приборы «Мультитест ИПЛ-513» или «Мультитест КСЛ-101», позволяющие определять водородный показатель (pH) жидкости, жесткость, общее солесодержание.
В качестве блока управления можно использовать программируемый микропроцессор, например ATMega8 или PIC16F1823, что позволит регулировать поступление присадки в систему охлаждения в зависимости от физико-химических свойств охлаждающей жидкости.