УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ЗАМЕНЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
DEVICE AND METHOD FOR COOLANT REPLACEMENT

Изобретение относится к области систем охлаждения автомобильных двигателей, а именно к устройствам, позволяющим заменять охлаждающую жидкость в системах охлаждения.
Известна система охлаждения двигателя [1], содержащая насос, термостат, перепускную трубу и радиатор с соединительными трубами, входной и выходной контуры, водяную рубашку, образующие замкнутые малое и большое кольца охлаждения, причем термостат размещен на одном из каналов, она снабжена дополнительным термостатом, размещенным между радиатором и малым замкнутым кольцом охлаждения и установленным на другом канале. Известна система охлаждения для автомобильного двигателя [2], имеющая первый контур, выполненный между выпускным отверстием водяной рубашки двигателя и впускным отверстием радиатора, второй контур, выполненный между впускным отверстием радиатора и впускным отверстием водяной рубашки, и перепускной канал, выполненный между первым и вторым каналом, термостат в корпусе, предназначенный для управления охлаждающей жидкостью, проходящей по первому и второму каналам, и снабжена фланцем для поддержания термостата в корпусе и для закрывания второго канала.
Общим в системах-аналогах является наличие радиатора, насоса, термостата, первого и второго контуров для прохождения охлаждающей жидкости (ОЖ). На фиг.1 представлена схема системы охлаждения двигателя, представляющей собой двухконтурную систему. При недостаточно прогретом двигателе циркуляция жидкости в системе охлаждения осуществляется по малому, внутреннему контуру. При достижении определенной температуры, специальный регулятор - термостат - начинает открывать для циркуляции внешний контур, а внутренний прикрывает. Во внешнем контуре находится радиатор охлаждения. Во время движения по внешнему контуру охлаждающая жидкость существенно охлаждается и возвращается в двигатель. За счет работы термостата удается стабилизировать температуру охлаждающей жидкости, циркулирующей в двигателе.
Недостатком известных систем охлаждения является то, что ОЖ в двигателях внутреннего сгорания со временем теряет свои защитные свойства и требует замены. Однако при замене ОЖ сливается из радиатора и присоединенных патрубков, а из блока двигателя не сливается, так как этому препятствует термостат.
Для устранения этого недостатка используются устройства, позволяющие производить замену ОЖ. Эти устройства подключаются к верхнему (как самому доступному) патрубку между радиатором и двигателем (фиг.2). В «разрыв» этого патрубка устанавливаются специальные адаптеры, коммутацией к которым достаточно оперативно можно «восстановить» движение жидкости по кольцу, а также можно разделить движение жидкости на два потока. Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее первый и второй соединители, подключенные к системе охлаждения, первый и второй клапаны, сливной шланг, заборный шланг, индикатор потока, насос давления, датчик давления, фильтр. Охлаждающая жидкость, идущая от двигателя, направляется на слив, а по другому патрубку, под определенным давлением, поступает новая, чистая жидкость [3].
Недостатком устройства-прототипа является увеличенный расход ОЖ, а также значительное время, необходимое для работы установки.
Наиболее близким к предлагаемому способу замены охлаждающей жидкости является способ, использующий устройство [3] по замене ОЖ. Работа этого устройства осуществляется при заведенном двигателе. Для полноценной замены необходим объем новой жидкости, в 1.5-2 раза превышающий объем системы охлаждения. Преимущество данного способа заключается в том, что можно качественно и достаточно удобно обслуживать практически любые автомобили. Скорость замены ОЖ при работе с установками зависит от конструкции системы охлаждения конкретной модели автомобиля и может варьироваться от 4 до 0.5 литров в минуту. Во время замены охлаждающей жидкости старая и горячая жидкость сливается в емкость для использованной ОЖ, и в последствии, утилизируется. Одновременно под давлением по другому патрубку в систему охлаждения подается новая (холодная) жидкость, она, достигая термостата, охлаждает его, и термостат перекрывает внешнее кольцо системы охлаждения, по которому и производится замена. Если усилие пружины термостата больше, чем усилие от давления насоса установки, скорость замены резко падает и замена ОЖ происходит небольшими порциями. Возможно повысить скорость замены: увеличить давление поступающей новой ОЖ и увеличить теплотворную способность двигателя автомобиля, подняв значение оборотов вращения. Но бесконечно увеличивать значение давления нельзя, не повредив радиатор и патрубки автомобиля. На установке-прототипе значение давления ограничено в пределах 1.4-1.7 бар, которое можно считать относительно безопасным для большинства автомобилей. Увеличение значения оборотов холостого хода двигателя во время замены позволяет немного увеличить скорость замены, но при этом ухудшается качество замены, так как возрастает перемешивание во внутреннем контуре за счет работы автомобильной помпы.
Недостатком способа-прототипа является увеличенный расход ОЖ, а также значительное время, необходимое для работы установки.
Задача изобретения - снижение расхода охлаждающей жидкости и увеличение скорости ее замены.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для замены охлаждающей жидкости (ОЖ), содержащее первый и второй соединители, подключенные к системе охлаждения, первый и второй клапаны, сливной шланг, заборный шланг, индикатор потока, насос давления, датчик давления, фильтр, согласно изобретению дополнительно введены датчик наличия жидкости, датчик температуры, демпфер и теплообменник, вход первой секции которого последовательно соединен с первым соединителем и параллельно с датчиком температуры, а выход последовательно соединен с индикатором потока, вторым клапаном и сливным шлангом и параллельно с первым клапаном, при этом вход второй секции теплообменника последовательно соединен с демпфером и со вторым соединителем, а выход второй секции последовательно соединен с заборным шлангом, датчиком наличия жидкости, фильтром, насосом давления и параллельно с первым клапаном, датчиком давления.
Поставленная задача достигается также тем, что в способе замены охлаждающей жидкости, осуществляющемся при работающем двигателе и заключающемся в том, что между радиатором и двигателем подключают устройство для замены охлаждающей жидкости, по одному потоку направляют отработанную охлаждающую жидкость на слив, а по другому потоку под пульсирующим давлением осуществляют поступление новой охлаждающей жидкости, согласно изобретению отработанную охлаждающую жидкость дополнительно направляют через первую секцию теплообменника, а новую охлаждающую жидкость с пульсациями давления дополнительно направляют через вторую секцию теплообменника, за счет чего новую охлаждающую жидкость нагревают, далее новую охлаждающую жидкость направляют через демпфер и подают в систему охлаждения.
Предлагаемое устройство для замены ОЖ представлено на фиг.3 и содержит первый 1 и второй 2 соединители, подключенные к системе охлаждения, первый 3 и второй 4 клапаны, сливной шланг 5, заборный шланг 6, индикатор потока 7, насос давления 8, датчик давления 9, фильтр 10, датчик наличия жидкости 11, датчик температуры 12 и теплообменник 13, вход первой секции которого последовательно соединен с первым соединителем 1 и параллельно с датчиком температуры 12, а выход последовательно соединен с индикатором потока 7, вторым клапаном 4 и сливным шлангом 5 и параллельно с первым клапаном 3, при этом вход второй секции теплообменника последовательно соединен с демпфером давления 14 и вторым соединителем 2, а выход второй секции последовательно соединен с заборным шлангом 6, датчиком наличия жидкости 11, фильтром 10, насосом давления 8 и параллельно с первым клапаном 3, датчиком давления 9.
Устройство работает следующим образом: подключается к системе охлаждения автомобиля гибкими шлангами с помощью первого 1 и второго 2 соединителей (фиг.3). Подключение производится таким образом, чтобы движение потока жидкости, создаваемое помпой двигателя, поступало в первый соединитель 1, а обратный поток из второго соединителя 2. В исходном состоянии первый клапан 3 открыт, обеспечивая циркуляцию ОЖ через установку, а второй клапан 4 закрыт. При закрытом клапане 3 циркуляция ОЖ также обеспечивается за счет встроенного в него обратного клапана.
Во время прогрева двигателя (фиг.4) ОЖ проходит через установку по контуру: поступает через первый соединитель 1 по гибкому присоединительному шлангу, проходит через первую секцию теплообменника 13, индикатор потока 7, открытый первый клапан 3, вторую секцию теплообменника 13, демпфер 14 и по второму присоединительному шлангу через второй соединитель 2 возвращается в систему охлаждения двигателя. Датчик 12 показывает значение температуры ОЖ, поступающей от двигателя. По индикатору потока 7 визуально можно определить процесс циркуляции ОЖ, ее цвет, прозрачность, а также правильность подключения присоединительных шлангов. Датчик 9 показывает значение давления в системе охлаждения.
При замене ОЖ (фиг.5) старая жидкость от двигателя поступает через первый соединитель 1 по гибкому присоединительному шлангу, проходит через первую секцию теплообменника 13, индикатор потока 7, открытый второй клапан 4 и сливной шланг 5 и сливается в емкость для утилизации. Новая жидкость забирается через шланг 6, датчик наличия жидкости 11, фильтр 10, проходит через насос 8. Насос 8 создает давление в системе охлаждения, которое индицируется датчиком давления 9. Новая жидкость, от насоса 8, проходя через секцию теплообменника 13, нагревается за счет горячей сливаемой жидкости. Насос 8 работает в «импульсном», старт-стопном режиме: при достижении требуемого значения давления отключается, а при определенном падении давления включается. При этом возникают пульсации давления, которые при жесткой гидравлической схеме могут вызвать повреждения в подключенной системе охлаждения. Для нормализации уровня пульсаций применен демпфер 14. Далее подогретая новая жидкость по второму присоединительному шлангу через второй соединитель 2 поступает через радиатор в систему охлаждения двигателя. Таким образом, за счет пульсирующего давления новой жидкости, создаваемого насосом 8, и подогрева за счет теплообменника 13 происходит интенсивное вытеснение старой жидкости из системы охлаждения.
Перед подключением адаптеров к двигателю для удаления жидкости из расширительного бачка и верхней части радиатора (фиг.6) заборный шланг 6 удлиняется дополнительной трубкой, удлинитель опускается в бачок или радиатор и по этой трубке жидкость откачивается насосом 8 через датчик наличия жидкости 11, фильтр 10, открытые первый 3 и второй 4 клапаны и по сливному шлангу 5 поступает в соответствующую емкость. При откачивании старой жидкости фильтр 10 обеспечивает ее очистку от механических загрязнений для защиты насоса 8. Для заполнения расширительного бачка и верхней части радиатора (фиг.6) после восстановления штатных соединений удлиняется сливной шланг 5, удлинитель опускается в бачок или радиатор. Новая жидкость забирается через шланг 6, проходит через датчик наличия жидкости 11, фильтр 10, прокачивается насосом 8, открытые клапаны 3 и 4 и по сливному шлангу 5 и удлинителю заполняет расширительный бачек или радиатор.
Отличительные особенности устройства заключаются в следующем.
Наличие датчика жидкости 11 позволяет своевременно останавливать процесс замены по окончании жидкости, без попадания воздуха в систему охлаждения и работы насоса вхолостую без жидкости. В прототипе окончание процесса замены осуществляется либо визуально по окончанию жидкости, либо автоматически по падению создаваемого насосом давления при окончании жидкости. В этом случае излишний воздух удаляется через автоматический спускник воздуха, но при этом вся магистраль от заборного шланга до спускника, в том числе насос, заполняется воздухом. Так как обычные жидкостные насосы не способны создавать давление воздухом в пределах, необходимых для преодоления давления в системе охлаждения (1-1,7 бар), то для продолжения процесса замены необходимо сбрасывать давление в системе охлаждения (клапан 4), заполнять входную магистраль жидкостью, а затем продолжать процесс замены с созданием нужного давления. При своевременном определении окончания жидкости с помощью датчика 11, попадание воздуха в насос минимально и продолжение замены после долива жидкости в емкость возможно без дополнительной процедуры сброса давления в системе охлаждения и заполнения входной магистрали.
Отличием также является наличие отдельного или встроенного в клапан 3 обратного клапана, обеспечивающего циркуляцию ОЖ при подключенном двигателе в случае выключения питания установки или сбоя электронного модуля. При этом можно использовать клапана с нормально закрытым состоянием, как наиболее массовые и доступные.
Источники информации
1. Патент РФ №2122127, F01P 7/16, 1993 г.
2. Патент РФ №2082890, F01P 7/16, 1998 г.
3. Патент США №6213175, В65В 1/04, 2001 г.