Блок радиаторов

Решение относится к охлаждению двигателя внутреннего сгорания, в частности к устройствам и креплению теплообменников »жидкость-воздух». Расположение остовов 3 и 10 каждого из теплообменников 1 и 2 внутри другого в блоке радиаторов, содержащем опорные пластины 15 и 18 остовов 3 и 10, а также 2, позволит создать компактную и эффективную конструкцию блока радиаторов, из-за рационального выполнения, размещения и стыковкой его элементов

Решение относится к теплообмену, элементам теплообменных устройств, в частности трубчатым, и может быть эффективно использовано при охлаждении машин, прежде всего двигателей, в частности, к жидкостному их охлаждению, и прежде всего, к устройствам для охлаждения наддувочного воздуха.

В двигателе внутреннего сгорания примерно треть энергии топлива превращается в полезную работу. Эффективность такого преобразования во многом зависит от охлаждения рабочего тела, поступающего в цилиндры двигателя. Оно осуществляется двояко: непосредственным охлаждением воздуха и косвенно охлаждением жидкостью. При оснащении двигателя системой наддува эффективность зависит от температуры наддувочного воздуха, величина которой зависит от упомянутых факторов. К настоящему времени разработаны теоретические основы конструирования радиаторов (см., например, Р.Бюссиен Автомобильный справочник, т.2, Машгиз, М., 1959 г., стр.156-163), которые могут быть использованы при расчете устройств охлаждения наддувочного воздуха, при этом рационально использовать известные типы и конструкции радиаторов (см. 163-166).

Отвод тепла радиатором находится в степенной зависимости от объема, продуваемого через него воздуха. В большинстве случаев вентилятор устанавливают в непосредственной близости от радиатора водяного охлаждения. Что касается радиатора наддувочного воздуха, то его расположение относительно двигателя и вентилятора весьма произвольно. Известна система охлаждения турбопоршневого двигателя транспортного средства, состоящая из вентилятора, агрегата наддува с охладителем воздуха, водяного радиатора (см. книгу Двигатели внутреннего сгорания под общей редакцией А.С.Орлина, М.Г.Круглова - М., Машиностроение, 1985 г., стр.456). Из-за безвозвратных тепловых потерь в атмосферу эффективность двигателя невысока.

Широко известны системы охлаждения рабочего тела двигателей внутреннего горения, содержащие агрегаты охлаждения жидкостей и теплообменник наддувочного воздуха (Куликов Ю.А. Система охлаждения силовых установок тепловозов М, 1988, стр.7-13). Для повышения эффективности работы двигателя в этих системах регулируют температуру теплоносителей и изменяют поток воздуха на обдув радиаторов.

В системах питания двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом предусмотрены охладители (см., например, US 2388350, 2540916, 2474203, 2477668, 2464548, 2491372, 2433326, 2518660, 2474018, 2487049, 2627370, 2703560, 2877622, 2952958, 3102381, 3103780, 3096615, 3173242, 3143849, 3232042, 3303348 и 3355877; DE 953129, 1003505 и 1220199). Ни в одном из приведенных случаев нет описания конструкции охладителя, что важно, несмотря на то, что рассмотренные случаи, в которых регулирующий орган реагирует на несколько параметров рабочей среды или работы двигателя, в частности, на параметр газообразной рабочей среды двигателя. Следует отметить, что при описании способа турбонаддува по US 3336911 приведена индикаторная диаграмма двигателя и раскрыто влияние охладителя, также как в системе по US 3257797.

В системах наддува по US 2195082, 2306277, 2359615, 2356370, 2355759, 2362493, 2443717, 2428708, 2372467, 2417363 и 3091228 охладитель размещен так, что на него не поступает охлаждающий воздух от вентилятора. Эффективность охлаждения в дефлекторах по DE 1476402, а также UK 1326328 и 1334816 во многом зависит от размещения вентилятора. В двигателях по US 2195082, 2306277 и 2518062 предусмотрено охлаждение наддувочного воздуха оребренным радиатором.

Устройство для охлаждения наддувочного воздуха по SU 297787 содержит выполненный в корпусе вентилятора теплообменник с развитой поверхностью охлаждения. Устройство для охлаждения дизеля по SU 498915 содержит теплообменники, при этом точность регулирования температуры наддувочного воздуха обеспечена установкой термостата и дросселя. Эффективность работы как системы охлаждения по SU 714030, так и устройства охлаждения по SU 798335 зависит от выбора параметров вентилятора, смесительной камеры и каналов. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с наддувом по SU 1333796 снабжена дополнительным вентилятором. В двигателе внутреннего сгорания по SU 1483069 и в дизельной установке по SU 1815360 предусмотрен блок управления системы воздухоснабжения, а в двигателе внутреннего сгорания по SU 1539353 - дополнительный теплообменник. Секции охладителя объединены общим сборным коллектором и имеют раздельные раздающие коллекторы у V-образного турбонаддувного двигателя по RU 2083855.

Системы наддува по US 2508311, 4258550, 4317439, 470207, 5408843 и 5544486; DE 2343300, 3200682; UK 1592089; SU 1038507, 1054557, 1153091, 1183697 и 1250678; JP 58-40006, 2-18243, 60-93117, 60-93118, 60-189022; FR 2511080; - ЕР 2J9718, WO 88/282 и 88/6679; RU 2083855, 2136912, 13061 и 14605; более эффективны чем рассмотренные выше. В системах по US 2045816, 2362493, 2417363; 2773348, 2983265 и 3091228 охладители выполнены с развитой площадью охлаждения. Трубчатыми выполнены охладители в устройствах по US 2375006, 2579643 и 2452300; DE 953201. Перекрестное движение охлаждающей и рабочей сред предусмотрено в устройствах по US 2491380, 2544852, 2562890, 2702482, 2918787 и 3142957.

Известны системы охлаждения для двигателей внутреннего сгорания по SU 240157, в которых выходной патрубок турбокомпрессора связан через промежуточный воздухо-воздушный холодильник с впускным коллектором двигателя, а вентилятор холодильника кинематически связан с газовой турбиной. Система охлаждения внутреннего сгорания по US 3854459 содержит вентилятор и жалюзи, регулирующие поступление воздуха, при этом, по крайней мере, часть канала от жалюзи к вентилятору ограничена кожухом, имеющим щель. Такие системы сложны и дороги в изготовлении. Несколько проще система охлаждения по FR 2260690, но управление температурой наддувочного воздуха затруднено. Повышена эффективность работы систем охлаждения по SU 603759 и 732567, а также в устройстве для регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания по SU 1726810.

В транспортных средствах (US 1979191, 2242494, 2058228, 2092040, 2789647 и 4706461; JP 60-156370, 60-254372; SU 1770162 и 1800069) система охлаждения выполнена с учетом их компоновки. Системы охлаждения по US 2117040, 2228345; DE 755632; JP 6029811; SU 1236130, 1761968; RU 17064, 23085 и 23673 имеют два радиатора, размещенные с учетом компоновки транспортного средства. Охлаждающий модуль по DE 19731999 оперт на две стойки, закрепленные на транспортном средстве. Узел радиатора системы охлаждения ДВС по RU 21624 снабжен демпфирующими прокладками, а каждая опорная пластина имеет второе средство крепления. В магистральном грузовом автомобиле по US 4736727 единый кожух вентилятора окружает полость между вентилятором и теплообменниками и направляет воздух, засосанный через оба теплообменника к вентилятору.

В двигателях по US 1958156, 2118484, 2086441, 2084940, 2136605, 2327491, 2498001, 2741234 и 3255740; DE 754272, 908678, 970300, 1089212, 1140018 и 1270885; FR 1258807; SU 1211429, 1280147, 1495464, 1553744, 1657687, 1740717, 1710795, 1772368 и 1826606; RU 2064596 и 49581 есть варианты выполнения радиатора из двух секций. Двигатель внутреннего сгорания по US 1958156 оснащен традиционной системой жидкостного охлаждения и содержит многочисленные патрубки. Система охлаждения двигателя по US 1980811 еще сложнее, а система по US 2498001 выполнена многосекционной, как и охладители по SU 1571282, 1546683, а также RU 2094243. Охладитель цилиндрической формы установлен соосно турбонагнетателю и оснащен спирально размещенными пластинами (см., например US 3257069). Такое выполнение охладителя сложно, а размещение чаще всего невозможно. Рационально размещен охладитель в двигателе по US 3027706, при этом он представляет собой трубчатую конструкцию с пластинами. Охладитель наддувочного воздуха, содержащий пластины остова, к которым прикреплены трубки и ленты, а также бачки с выходами, и средство крепления (см., например US 2451132). Корпус охладителя имеет фланцевое крепление к картеру двигателя. Бачки охладителя выполнены в литом корпусе с многократным креплением болтами к остову и соединены с охлаждающей системой, при этом один из остовов имеет отдельное крепление к переходнику. Конструкция же сложна, при этом большие затраты неизбежны при эксплуатации охладителя. По существу исключено не только использование охладителя применительно к другому двигателю, но также изменение взаимного расположения охладителя и двигателя. Следует отметить, что в этих охладителях использовано жидкая среда, что не всегда рационально.

Блок радиаторов двигателя внутреннего сгорания по RU 36451 содержит радиатор и закрепленный на нем фронтально, либо с тыльной стороны вспомогательный радиатор. В данном случае последовательное размещение радиаторов снижает, по крайней мере, эффективность работы одного из них. Блок радиаторов по RU 45817 включает секции, коллекторные камеры с торцовыми крышками и продольными полками, а также боковины, скрепленные с полками, при этом к бортам крышек с фронтальной и тыльной сторон на полки установлены накладки, а под ними - уголки, скрепленные с полками и между собой, к краям боковин с фронтальной и тыльной сторон присоединены планки, размещенные под уголками и скрепленные с уголками, с полками и с накладками. При таком выполнении блока его секции соседствуют боковинами, а такое их расположение может быть неэффективно для одной из секций.

Хотя упомянутые конструкции охладителей, их узлов и деталей весьма разнообразны, но и их использование не позволит получить эффективно функционирующую конструкцию охладителя наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания.

Блок радиаторов, содержащий опорные пластины остова, трубки и ленты, а также бачки с патрубками, и средство крепления (см., например US 4916902) является наиболее близким аналогом. Пластины остовов секций размещены относительно друг друга со смещением, что усложняет их установку и крепление формы бачков секций сложно, а это приводит к дополнительным затратам в производстве как из-за различия их формы, так и из-за крепления к ним патрубков. Крепление блока конструктивно ненадежно, особенно из-за размещения и привода жалюзи, и это приводит к большим затратам при эксплуатации охладителя наддувочного воздуха. По существу исключено использование такого блока применительно к другому двигателю, а также изменение взаимного расположения его агрегатов.

Задача - упрощение изготовления, установки и эксплуатации блока радиаторов.

Достижение технического результата, а именно, упрощение изготовления, установки и эксплуатации блока радиаторов обеспечено рациональным выполнением размещения и соединением его элементов.

Для этого в блоке радиаторов, соcтоящем из охладителя наддува и радиатора, содержащем остовы с трубками и охлаждающими пластинами, бачки с патрубками, а также средства крепления, остовы каждого из теплообменников расположены между бачками другого.

Остов охладителя надувочного воздуха разделен на полуостовы между которыми размещена стяжка.

Отношение высот охлаждающей пластины и трубки радиатора составляет 2,6-3,7.

Охладитель надувочного воздуха и радиатор соединены болтом и гайкой.

Изображено на:

фиг.1 - блок;

фиг.2 - остов охладителя;

фиг.3 - вид на радиатор;

фиг.4 - полуостов;

фиг.5 - трубка;

фиг.6 - остов радиатора;

фиг.7 - размещение теплообменников;

фиг.8 - пластина и трубка радиатора;

Блок содержит охладитель наддува 1 и радиатор2 (фиг.1) Охладитель 1 содержит остов 3 (фиг.2) и бачки 4 (фиг.1). Остов 3 выполнен из полуостов 5 и стяжки 6. Охладитель 1 имеет патрубки 7, штыри 8 и кронштейн 9 (фиг.1). Радиатор 2 содержит остов 10 (фиг.3), патрубки 11 и кронштейны 12, бачки 13. Полуостов 5 содержит трубки 14, закрепленные к опорным пластинам 15 (фиг.4). Между трубками 14 размещены охлаждающие пластины 16 (фиг.4). В трубках 14 установлены охлаждающие пластины 17 (фиг.5). Остов 10 содержит опорные пластины 18, усилители, усилители 19, охлаждающие пластины 20 и трубки 21 (фиг.6). Тем самым блок радиаторов содержит остовы с трубками и охлаждающими пластинами, а также средства крепления. Остов 3 охладителя 1 размещен между бачками 13 радиатора 2 (фиг.7), а остов 10 радиатора 2 расположен между бачками 4 охладителя 1. Тем самым остовы теплообменников взаимно расположены между бачками друг друга.

Взаимное расположение остовов 3 и 10 теплообменников 1 и 2 между бачками друг друга позволит достичь технического результата, а именно упростить изготовление, установку и эксплуатацию блока радиатора.

Этому результату способствует разделение остова 3 на полуостовы 5 и их соединение стяжкой 6.

Высота охлаждающей пластины 20 hг (фиг.8) к высоте трубки 21 hт составляет 2,6-3,7, что обеспечивает наибольшую теплоотдачу при нижнем значении и оптимальное прохождение воздуха и жидкости при верхнем.

Охладитель 1 и радиатор 2 соединены болтом 22 и гайкой 23, что просто.

При работе двигателя надувочный воздух проходит через входной патрубок 7, затем поступает в бачок 4, что позволяет ему продолжить движение по трубкам 14 и проследовать к выходному патрубку.

Охлаждаемый теплоноситель (тосол) поступает в бачок 13, двигаясь по трубкам 21 выходит в систему охлаждения.

Из-за наличия многочисленных трубок 21 и охлаждающих пластин 20 происходит интенсивная теплоотдача тепла воздуху, подаваемого к элементам блока.

1. Блок радиаторов, состоящий из охладителя наддува и радиатора, содержащий остовы с трубками и охлаждающими пластинами, бачки с патрубками, а также средства крепления, отличающийся тем, что остовы каждого из теплообменников расположены между бачками другого.

2. Блок по п.1, отличающийся тем, что остов охладителя надувочного воздуха разделен на полуостовы, между которыми размещена стяжка.

3. Блок по п.1, отличающийся тем, что отношение высот охлаждающей пластины и трубки радиатора составляет 2,6-3,7.

4. Блок по п.1, отличающийся тем, что охладитель надувочного воздуха и радиатор соединены болтом и гайкой.