Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства (варианты)

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. 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. По первому варианту 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, радиатор 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, а устройство для распределения потоков охлаждающей жидкости выполнено в виде шарового крана с приводом от электродвигателя и с управлением от термодатчиков, расположенных в наиболее теплонапряженных зонах головки блока двигателя. Система снабжена дополнительным расширительным бачком, при этом постоянный байпасный контур системы образован компенсационно-расширительным бачком, теплообменником подогрева смеси или воздуха, рубашкой охлаждения воздушного компрессора, радиатора отопителя и связывающих их трубопроводов. Корпус обратного клапана снабжен патрубком, соединенным с компенсационно-расширительным бачком, а выхлопной патрубок независимого подогревателя-отопителя, выполненный в виде щелевого раструба, соединен с фальшподдоном корпуса аккумуляторной батареи. Применение дополнительных жидкостного электронасоса и электромеханического регулятора потока жидкости по варианту 2 обеспечивает работу двух независимых контуров системы охлаждения - контура охлаждения блока цилиндров и контура охлаждения головки блока, что устраняет газо-жидкостной стык между ними и способствует повышению эксплуатационной надежности и долговечности работы двигателя.

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 эффективную работу системы отопления. Важность обеспечения надлежащего температурного режима двигателей возрастает в связи с современными тенденциями их форсирования. 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 (патент РФ №2109148, F01P 7/16).

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 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 гидромуфтой привода вентилятора, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, радиатор отопителя, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель-отопитель, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, датчики температуры охлаждающей жидкости, соединительные трубопроводы (Автомобили КамАЗ, инструкция по эксплуатации, под общей редакцией Л.Р.Пергамента, М.: Машиностроение, 1983, с.72-76, 94-97).

Известное техническое решение имеет следующие недостатки:

- перегрев двигателя при высоких температурах окружающего воздуха на режимах движения в пробках и в тяжелых дорожных условиях;

- переохлаждение двигателя при низких отрицательных температурах, особенно при применении на АТС дизельных двигателей;

- недостаточная эффективность отопления на стоянке и при движении с малыми скоростями;

- значительная инерционность процессов термостатирования системы при изменении режимов работы двигателя, приводящая к большой неравномерности температур деталей головки и блока цилиндров ДВС.

Вышеперечисленные недостатки ухудшают топливную экономичность двигателя, вызывают повышенные термические деформации деталей двигателя, приводящие к увеличению их износа, а в ряде случаев и к поломке.

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 в двух вариантах системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства.

Вариант 1.

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, радиатор 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, а устройство для распределения потоков охлаждающей жидкости выполнено в виде шарового крана с приводом от электродвигателя и с управлением от термодатчиков, расположенных в наиболее теплонапряженных зонах головки блока двигателя. Система снабжена дополнительным расширительным бачком, при этом постоянный байпасный контур системы образован компенсационно-расширительным бачком, теплообменником подогрева смеси или воздуха, рубашкой охлаждения воздушного компрессора, радиатора отопителя и связывающих их трубопроводов. Корпус обратного клапана снабжен патрубком, соединенным с компенсационно-расширительным бачком, а выхлопной патрубок независимого подогревателя-отопителя, выполненный в виде щелевого раструба, соединен с фалышподдоном корпуса аккумуляторной батареи.

Вариант 2.

Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства содержит рубашки охлаждения блока цилиндров и головки блока двигателя, агрегаты, обеспечивающие циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения независимо от

режимов работы двигателя, устройства для распределения охлаждающей жидкости по основному и байпасному контурам, радиаторно-вентиляторный блок с электровентиляторами, компенсационно-расширительный бачок, байпасную магистраль, радиатор 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, применены два автономных, безсальниковых и безколлекторных жидкостных электронасоса, а устройство для распределения потоков охлаждающей жидкости выполнено в виде двух шаровых кранов с приводом от электродвигателя и с управлением от термодатчиков, расположенных в наиболее теплонапряженных зонах головки блока двигателя.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Использование безколлекторного безсальникового жидкостного насоса вместо насоса с постоянным механическим приводом от коленчатого вала двигателя позволяет повысить эффективность охлаждения двигателя и отопления салона, обеспечить надежность и долговечность работы двигателя и снизить выбросы вредных веществ вне зависимости от скоростных и нагрузочных режимов двигателя.

Использование электромеханического регулятора потока жидкости через радиатор вместо термостата позволяет устранить значительное гидравлическое

сопротивление, составляющее до 40% всего сопротивления системы, повысить надежность и снизить инерционность регулирования.

Снабжение системы дополнительным расширительным бачком позволяет обеспечить компенсацию объема жидкости в системе охлаждения при ее перегреве и последующем охлаждении и устранить выбросы жидкости в атмосферу.

Байпасный контур системы, образованный компенсационно-расширительным бачком, теплообменником подогрева смеси или воздуха, рубашкой охлаждения воздушного компрессора, радиатора отопителя и связывающих их трубопроводов, сокращает время прогрева холодного двигателя.

Применение обратного клапана с патрубком, соединенным с компенсационно-расширительным бачком, позволяет эффективно удалять паро-воздушную смесь из задней части двигателя и из контура независимого подогревателя-отопителя.

Выхлопной патрубок независимого подогревателя-отопителя, выполненный в виде щелевого раструба, соединенного с фальшподдоном ящика аккумуляторной батареи, обеспечивает работоспособность аккумуляторной батареи при тепловой подготовке двигателя перед пуском и во время движения автомобиля при низких отрицательных температурах.

Применение дополнительных жидкостного электронасоса и электромеханического регулятора потока жидкости по варианту 2 обеспечивает работу двух независимых контуров системы охлаждения - контура охлаждения

блока цилиндров и контура охлаждения головки блока, что устраняет газожидкостной стык между ними и способствует повышению эксплуатационной надежности и долговечности работы двигателя.

На фиг.1 представлена гидравлическая схема предлагаемой одноконтурной системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства (вариант 1), на фиг.2 - гидравлическая схема двухконтурной системы (вариант 2), на фиг.3 приведена принципиальная диаграмма обеспечения поддержания температурного состояния этих систем 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 по варианту 1 (фиг.1) содержит компенсационный бачок 1, жидкостно-воздушный теплообменник (радиатор) 2, электровентилятор обдува радиатора 3, электромеханический регулятор потока жидкости через радиатор 4, компенсационно-расширительный бачок с двухклапанной пробкой 5, независимый электрический безколлекторный безсальниковый жидкостной насос 6, распределительное устройство 7, жидкостно-масляные теплообменники 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) 8, двигатель 9, полости охлаждения воздушного компрессора (для грузовых автомобилей) 10, жидкостно-масляный

теплообменник для охлаждения масла двигателя 11, обратный клапан 12, электронасос жидкостного подогревателя 13, запорный вентиль отопителя 14, жидкостной подогреватель автоматического действия 15, отопитель салона 16, фальшподдон отсека аккумуляторной батареи 17, соединительные провода и шланги.

Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства по варианту 2 (фиг.2) содержит компенсационный бачок 1, жидкостно-воздушный теплообменник (радиатор) 2, электровентилятор обдува радиатора 3, электромеханический регулятор потока жидкости головки блока 4.Г, электромеханический регулятор потока жидкости блока цилиндров 4.Б, компенсационно-расширительный бачок с двухклапанной пробкой 5, электрический жидкостной насос контура охлаждения головки блока 6.Г, электрический жидкостной насос контура охлаждения блока цилиндров 6.Б, распределительное устройство контура охлаждения головки блока 7.Г, распределительное устройство контура охлаждения блока цилиндров 7.Б, жидкостно-масляные теплообменники 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) 8, двигатель 9, полости охлаждения воздушного компрессора (для грузовых автомобилей) 10, жидкостно-масляный теплообменник для охлаждения масла двигателя 11, обратный клапан 12, электронасос жидкостного подогревателя 13, запорный вентиль отопителя 14, жидкостной подогреватель автоматического действия

15, отопитель салона 16, фальшподдон отсека аккумуляторной батареи 17, соединительные провода и шланги.

Удаление паро-воздушной смеси осуществляется посредством шлангов из передней и задней частей головки блока, из подводящего бачка радиатора и из контура подогревателя-отопителя. 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 12, включенный радиатор отопителя 16, жидкостно-масляные теплообменники охлаждения масла гидромеханической коробки передач и гидроусилителя руля, полости впускного коллектора для подогрева топливо-воздушной смеси или воздуха 8, независимый электрический жидкостной насос 6, компенсационно-расширительный бачок 5. Такая схема байпасного контура обеспечивает быстрый прогрев двигателя при одновременном обогреве кабины и ускорении подогрева масла в контурах коробки передач и гидроусилителя руля.

Для обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи в условиях крайне низких температур, когда необходим предпусковой подогрев двигателя, отработанные газы подогревателя-отопителя 17 направляются в фальшподдон аккумуляторной батареи 19 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-отопителя без участия водителя обеспечивается тепловая подготовка двигателя и кабины к моменту выезда до температуры охлаждающей жидкости 50-70°С. Начало движения транспортного средства возможно после пуска двигателя.

2. Перед пуском «холодного» двигателя включается электронасос 6 на частичный режим, при этом электромеханический регулятор 4 закрыт, а электровентиляторы обдува радиатора 3 выключены. Начало движения автомобиля определяется согласно техническим условиям или инструкцией по эксплуатации.

3. При достижении температуры жидкости в двигателе 87°С или заданной температуры по ТУ температурные датчики, установленные в головке или в блоке, включают электронасос 6 на полный режим, а электромеханический регулятор 4 открывается на величину, соответствующую температуре согласно фиг.3. Электровентиляторы блока радиатора выключены. Этот режим работы системы обеспечивает температуру охлаждающей

жидкости в системе охлаждения в пределах 82-87°С. При снижении температуры в двигателе ниже 82°С система регулирования переходит в режим работы по п.2.

4. 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.3.

5. 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.4.

1. 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, радиатор отопителя, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель-отопитель, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, датчики температуры охлаждающей жидкости, соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что в качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применен автономный, безсальниковый и безколлекторный жидкостной электронасос, а устройство для распределения потоков охлаждающей жидкости выполнено в виде шарового крана с приводом от электродвигателя и с управлением от термодатчиков, расположенных в наиболее теплонапряженных зонах головки блока двигателя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным расширительным бачком, при этом байпасный контур системы образован компенсационно-расширительным бачком, теплообменниками автоматической коробки передач и гидроусилителя руля, рубашки охлаждения воздушного компрессора, радиатора отопителя и связывающих их трубопроводов.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус обратного клапана контура независимого подогревателя-отопителя снабжен патрубком, соединенным с компенсационно-расширительным бачком.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что выхлопной патрубок независимого подогревателя-отопителя, выполненный в виде щелевого раструба, соединен с фальшподдоном корпуса аккумуляторной батареи.

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, радиатор отопителя, жидкостно-масляный теплообменник, независимый подогреватель-отопитель, в жидкостной контур которого включен обратный клапан, датчики температуры охлаждающей жидкости, соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что в качестве агрегата, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, применены два автономных безсальниковых и безколлекторных жидкостных электронасосов, а устройство для распределения потоков охлаждающей жидкости выполнено в виде двух шаровых кранов с приводом от электродвигателя и с управлением от термодатчиков, расположенных в наиболее теплонапряженных зонах головки блока двигателя.