Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства
Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в жидкостных системах охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона на транспортных средствах всех категорий и исполнений. Техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности работы двигателя, эффективности отопления на всех режимах работы двигателя, снижения суммарного выброса вредных веществ при предпусковом подогреве двигателя и поддержании его теплового состояния на стоянке. Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства содержит рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегат, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения независимо от режимов работы двигателя, устройство для распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, отопитель салона, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель автоматического действия, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, соединительные трубопроводы. В качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос, питаемый электронной системой управления, обеспечивающей изменение частоты вращения крыльчатки (производительности).
Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в жидкостных системах охлаждения двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС) и отопления салона на транспортных средствах всех категорий и исполнений.
Общеизвестно, что температурный режим двигателя совместно с конструкцией основных его деталей и узлов, применяемых топлив и масел влияет на его мощностные, экономические и экологические показатели, надежность и долговечность, а так же на эффективность работы системы отопления. Требования к обеспечению надлежащего температурного режима двигателей возрастают в связи с современными тенденциями к их форсированию. Вместе с тем, основные принципы конструирования систем охлаждения ДВС в мировом автомобилестроении довольно консервативны и не претерпели существенных изменений в последнее время, несмотря на значительное увеличение их литровой мощности.
Известна система охлаждения ДВС и связанное с ней гидравлическим трактом отопление салона автомобиля (Анохин В.А. Отечественные автомобили. М.: Машиностроение. 1968 г., с.129-156, 737-774). Система состоит из рубашки охлаждения двигателя, клапана-термостата, радиатора двигателя, вентилятора с механическим приводом, жидкостного насоса с приводом от коленчатого вала, радиатора - отопителя салона с электровентилятором.
Такая система не может аккумулировать тепло двигателя, обеспечивать теплом салон автомобиля при неработающем двигателе и поддерживать заданный оптимальный температурный режим работающего ДВС.
Известна комбинированная система автоматического управления и регулирования теплового режима двигателя внутреннего сгорания, включающая блок и головку цилиндров с рубашкой охлаждения, вентилятор с регулирующей муфтой, жидкостной насос с механическим приводом, двухклапанный термостат, соединяющий полости охлаждения двигателя или с радиатором (основной контур система охлаждения) или с обводным каналом (байпасный контур). Система дополнительно оснащена газожидкостным утилизатором тепла отработавших газов, двухсекционным жидкостным теплообменником, охлаждающей секцией теплообменника и жидкостной секцией утилизации тепла отработавших газов с образованием дополнительного круга циркуляции охлаждающей жидкости, в которой установлен жидкостной насос с электрическим приводом (RU 2109148, С 1, 20.04.1998).
Применяемый в этой системе электронасос выполняет только вспомогательную функцию, так как он включен в малый (байпасный) круг циркуляции и не может обеспечить надлежащий тепловой режим двигателя в экстремальных дорожных условиях.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является одноконтурный вариант системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства (RU 108489 U1, 20.09.2011), содержащей рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегат, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения независимо от режимов работы двигателя, электромеханический регулятор потока жидкости через радиатор, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, радиатор отопителя, распределительный вентиль отопителя, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель-отопитель, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, датчики температуры охлаждающей жидкости, соединительные трубопроводы. В качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос. Система дополнительно снабжена аварийным электромеханическим регулятором, перекрывающим поступление потока жидкости из двигателя в радиатор.
Известное техническое решение имеет следующие недостатки:
- необходимость применения, в целях регулирования расхода охлаждающей жидкости через радиатор системы охлаждения, дополнительного элемента управления - электромеханического регулятора потока жидкости через радиатор.
Вышеперечисленный недостаток приводит к усложнению системы и, как следствие, снижению технологичности и отказоустойчивости.
Задачей заявляемой полезной модели является создание многофункциональной всепогодной адаптивной системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства.
Техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности работы двигателя, эффективности отопления на всех режимах работы двигателя, снижения суммарного выброса вредных веществ при предпусковом подогреве двигателя и поддержании его теплового состояния на стоянке.
Технический результат достигается путем применения следующей системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства.
Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства содержит рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегат, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения независимо от режимов работы двигателя, устройство для распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, отопитель салона, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель автоматического действия, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, соединительные трубопроводы. В качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос, питаемый электронной системой управления, обеспечивающей изменение частоты вращения крыльчатки (производительности).
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Использование в качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, автономного жидкостного электронасоса с регулировкой производительности позволяет осуществлять изменение расхода охлаждающей жидкости через радиатор системы охлаждения в зависимости от температурного режима без применения дополнительных элементов в гидравлической магистрали.
На фиг.1 представлена гидравлическая схема предлагаемой системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства, на фиг.2 приведена принципиальная диаграмма обеспечения поддержания температурного состояния системы в автоматическом режиме в зависимости от заданных требований по предельно допустимым температурам окружающего воздуха и охлаждающей жидкости
Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства (фиг.1) содержит компенсационный бачок 1, жидкостно-воздушный теплообменник (радиатор) 2, электровентилятор обдува радиатора 3, компенсационно-расширительный бачок с двухклапанной пробкой 4, автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос 5, распределительное устройство 6, жидкостно-масляный теплообменник для охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, полости впускного коллектора для подогрева топливо-воздушной смеси или воздуха (в случае применения этих компонентов системы охлаждения) 7, двигатель внутреннего сгорания 8, полости охлаждения воздушного компрессора (для грузовых автомобилей) 9, жидкостно-масляный теплообменник для охлаждения масла двигателя 10, обратный клапан 11, электронасос независимого подогревателя 12, распределительный вентиль отопителя 13, независимый подогреватель автоматического действия 14, отопитель салона 15, т фальшподдон аккумуляторной батареи 16, соединительные провода и шланги.
Удаление паро-воздушной смеси осуществляется посредством шлангов из передней и задней частей головки блока, из компенсационно-расширительного бачка радиатора и из контура независимого подогревателя автоматического действия. Если из радиатора и передней части блока воздух и пар отводятся непосредственно в компенсационно-расширительный бачок, то из других частей системы паро-воздушная смесь поступает сначала в полость обратного клапана контура подогревателя, а затем в компенсационно-расширительный бачок.
Малый круг циркуляции (байпасный контур) составляют рубашки охлаждения блока и головки двигателя, обратный клапан контура подогревателя 11, отопитель салона 15 и обводной патрубок (вместе или раздельно в зависимости от положения распределительного вентиля), жидкостно-масляные теплообменники охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, полости впускного коллектора для подогрева топливо-воздушной смеси или воздуха 7 (при наличии), автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос 5, компенсационно-расширительный бачок 4, жидкостно-масляный теплообменник для охлаждения масла в двигателе 10. Такая схема байпасного контура обеспечивает быстрый прогрев двигателя и обогрев кабины. С другой стороны данная схема байпасного контура повышает равномерность охлаждения деталей двигателя независимо от положения распределительного вентиля отопителя, в том числе и в схемах, не предусматривающих наличие жидкостно-масляных теплообменников для охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, теплообменника подогрева смеси или воздуха и рубашкой охлаждения воздушного компрессора, жидкостно-масляного теплообменника охлаждения масла в двигателе, за счет обеспечения постоянства гидравлического сопротивления контура, осуществляющего отвод охлаждающей жидкости из задней, «тупиковой» полости рубашки охлаждения головки блока цилиндров.
Для обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи в условиях крайне низких температур, когда необходим предпусковой подогрев двигателя, отработанные газы независимого подогревателя автоматического действия 14 направляются в фальшподдон аккумуляторной батареи 16 и подогревают ее, сохраняя таким образом ее вольтамперную характеристику, необходимую для успешного пуска двигателя.
Управление работой системы осуществляется посредством датчиков температур, установленных в головке или в самом блоке двигателя и в радиаторе системы охлаждения. В случае аварийной ситуации обеспечивается функционирование системы при заполнении ее водой.
Заявляемая система в зависимости от ее температурного состояния функционирует следующим образом:
1. При применении независимого подогревателя 14 без участия водителя обеспечивается тепловая подготовка двигателя и кабины к моменту выезда до температуры охлаждающей жидкости 50-70°С. При этом распределительное устройство 6 перекрывает доступ охлаждающей жидкости в радиатор системы охлаждения. Начало движения транспортного средства возможно после пуска двигателя.
2. Перед пуском «холодного» двигателя включается электронасос 5 на частичный режим, распределительное устройство 6 перекрывает доступ охлаждающей жидкости в радиатор системы охлаждения, а электровентиляторы обдува радиатора 3 выключены. Распределительный вентиль отопителя 13, в целях ускорения прогрева двигателя, рекомендуется перевести в положение «минуя отопитель». Начало движения автомобиля определяется согласно техническим условиям или инструкцией по эксплуатации.
3. После пуска двигателя, до достижения температуры охлаждающей жидкости 87°С или заданной температуры по ТУ, регулировка производительности электронасоса производится блоком управления согласно диаграмме приведенной на фиг.2. Распределительное устройство 6 перекрывает доступ охлаждающей жидкости в радиатор системы охлаждения, а электровентиляторы обдува радиатора 3 выключены.
4. При достижении температуры жидкости в двигателе 87°С, или заданной температуры по ТУ, регулировка производительности электронасоса производится блоком управления согласно диаграмме приведенной на фиг.2. Распределительное устройство 7 открывает доступ охлаждающей жидкости в радиатор. Электровентиляторы блока радиатора выключены. Этот режим работы системы обеспечивает температуру охлаждающей жидкости в системе охлаждения в пределах 82-87 0С. При снижении температуры в двигателе ниже 82°С система регулирования переходит в режим работы по п.3.
5. При достижении температуры жидкости в подводящем бачке радиатора выше 87°С включаются электровентиляторы радиаторного блока на частичный режим. Этот режим обеспечивает температуру жидкости на входе в радиатор в пределах 87-82°С. При понижении температуры ниже 82°С электровентиляторы выключаются и система переходит в режим работы по п.4.
6. При достижении температуры жидкости в подводящем бачке радиатора выше 92°С включаются электровентиляторы радиаторного блока на полный режим. Этот режим обеспечивает температуру жидкости на входе в радиатор в пределах 92-87°С. При понижении температуры ниже 87°С система регулирования переходит в режим работы по п.5.
Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства, содержащая рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегат, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, устройство для распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, отопитель салона, жидкостно-масляный теплообменник охлаждения масла в двигателе, независимый подогреватель автоматического действия, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что в ней в качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос с электронной системой управления производительностью.
