Система охлаждения-подогрева двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является стабилизация температуры охлаждающей жидкости на всех режимах работы двигателя при изменении температуры окружающей среды. Сущность изобретения заключается в том, что система содержит внутренний контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий полости охлаждения двигателя, трехходовой кран с приводом вращения пробки, жидкостно-жидкостной теплообменник и циркуляционный насос, а также внешний контур циркуляции охлаждающего теплоносителя, подсоединенный к внутреннему контуру через жидкостно-жидкостной теплообменник. Во внутреннем контуре циркуляции охлаждающей жидкости между полостями охлаждения двигателя и трехходовым краном установлен датчик температуры охлаждающей жидкости, подключенный через электронный блок регулирования температуры к приводу вращения пробки трехходового крана, причем на выхлопной трубе двигателя установлен утилизационный котел, а внутренний контур содержит дополнительный теплообменник, расположенный между трехходовым краном и через циркуляционный насос соединенный с утилизационным котлом. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам охлаждения-подогрева двигателей внутреннего сгорания, и может быть использован на транспортных установках, преимущественно судах, тепловозах, оборудованных дизелями, эксплуатирующихся в холодное время года и в северных районах, для стабилизации температуры охлаждающей жидкости во всем диапазоне режимов работы двигателя.

Известны системы охлаждения, обеспечивающие стабилизацию температуры охлаждающей жидкости во всем диапазоне режимов работы двигателя в условиях низких температур. Такие системы, как правило, содержат внутренний контур и внешний "теплый" контур [1].

"Теплый контур" содержит тепловой аккумулятор и снабжен теплонагревательными элементами. Недостатками этой системы является ее большая инерционность и неэффективность работы теплового аккумулятора - нагревательные элементы потребляют значительную электроэнергию.

Известно также устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором, имеющим газовыхлопной патрубок [2]. Однако в этом устройстве подогрев охлаждающей жидкости не предусмотрен.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания" [3]. Система охлаждения содержит внутренний и внешний контуры, соединенные между собой жидкостно-жидкостным теплообменником. В теплообменнике установлен термоэлектрический охладитель-нагреватель. Кроме того во внутреннем контуре установлены электрический датчик температуры, электронный блок регулирования температуры и трехходовой кран с электрическим приводом. Недостатком данного прототипа является дороговизна термоэлектрического охладителя-нагревателя и потребление значительной электроэнергии.

Заявляемое изобретение решает задачу создания системы охлаждения-подогрева двигателя при изменении температуры окружающей среды на всех режимах его работы. Техническим результатом, достигаемым при этом, является стабилизация температуры охлаждающей жидкости на холостом ходу, при понижении или повышении температуры окружающей среды.

Этот технический результат достигается тем, что в предлагаемой системе охлаждения-подогрева двигателя, содержащей внутренний, внешний контуры, внутренний контур соединен через трехходовой кран, связанный с электродвигателем с дополнительным теплообменником, подключенным к утилизационному котлу двигателя.

На чертеже представлена схема системы охлаждения-подогрева двигателя. Система содержит внутренний контур А охлаждения двигателя, состоящий из полостей охлаждения двигателя 1, циркуляционного насоса 2, жидкостно-жидкостного теплообменника 3, терморегулятора 4, электрического датчика температуры 5, трехходового крана 6, соединенного при помощи механической связи 7 с электродвигателем 8 вращения пробки. Трехходовой кран 6 соединен с датчиком температуры 5 при помощи канала 9, а с терморегулятором 4 - канала 10. Система может содержать также терморегулятор 4, подключенный к каналу 11, соединенному с полостями охлаждения двигателя 1 и к каналу 12, подсоединенному к теплообменнику 3. Терморегулятор 4 прямого действия выполнен так, что в зависимости от температуры охлаждающей жидкости пропускает ее по каналу 11 (при заданной температуре жидкости) или через теплообменник 3 (в случае необходимости понижения температуры) в разном количестве. Например, он может быть выполнен в виде трехходового крана, работающего с использованием легкокипящей жидкости.

Внутренний контур А содержит дополнительный теплообменник 13, подсоединенный при помощи каналов 14, 15 к невозвратному клапану 16. Теплообменник 13 связан с утилизационным котлом 17, установленным на выхлопной трубе (не показана) двигателя 1 при помощи каналов 18, 19 через насос 20. Датчик температуры 5 внутреннего контура А подключен к электронному блоку регулирования температуры 21, задающему оптимальную температуру, например 75^oC, который соединен с электродвигателем 8. Необходимость поддержания оптимальной температуры T_охл.ж.=75^oC на всех режимах работы дизеля связана с увеличением экономичности работы двигателя, так для дизеля ПД1М на холостом ходу увеличение температуры охлаждающей жидкости от 50^oC до 80^oC ведет к уменьшению расхода топлива в среднем на 15% [4, стр. 8].

К теплообменнику 3 подключен внешний контур Б, состоящий из кингстона 22, циркуляционного насоса 23 и системы трубопроводов.

Трехходовой кран 6 с помощью электродвигателя 8 может осуществлять три режима: Режим N 1. Весь поток охлаждающей жидкости проходит из канала 9 в канал 14.

Режим N 2. Часть потока охлаждающей жидкости из полости 9 проходит в канал 10, остальная часть - в канал 14. При этом количество охлаждающей жидкости, проходящей по каналам 10, 14, регулируется в релейно-импульсном режиме в зависимости от температуры охлаждающей жидкости внутреннего контура А [2].

Режим N 3. Весь поток охлаждающей жидкости проходит из канала 9 в канал 10.

Система охлаждения-подогрева двигателя работает следующим образом. После запуска двигателя во внутреннем контуре А под действием циркуляционного насоса 2 охлаждающая жидкость поступает в полости охлаждения двигателя 1, где происходит теплообмен, при этом поддерживается оптимальная температура двигателя, включается циркуляционный насос 23 внешнего контура Б, забортная вода из кингстона 22 поступает в теплообменник 3, где происходит теплообмен между охлаждающей жидкостью внутреннего контура А и охлаждающей жидкостью внешнего контура Б. Одновременно начинает работать утилизационный котел 17, установленный на выхлопной трубе, тепло которого в виде горячей воды (или насыщенного пара) поступает по каналу 18 в теплообменник 13, подогревает охлаждающую жидкость внутреннего контура А до номинального значения (75^oC) и в виде конденсата по каналу 19 через насос 20 возвращается обратно в утилизационный котел 17. Датчик температуры 5 электрически связан с электронным блоком управления 21, который подключен к электродвигателю 8.

В зависимости от нагрузки двигателя происходит автоматическое регулирование температуры охлаждающей жидкости внутреннего контура А следующим образом.

Датчик температуры 5 подает сигнал в электронный блок регулирования температуры 21, который управляет работой электродвигателя 8: 1. Если, например, T_охл.ж. 75^oC, то электродвигатель 8 поворачивает трехходовой кран 6 до положения "Режим N 1", тогда охлаждающая жидкость внутреннего контура А из двигателя 1 через канал 9, трехходовой кран 6, канал 14 поступает в теплообменник 13, подогревается до оптимального значения и через канал 15, невозвратный клапан 16 насосом 2 направляется в полости двигателя 1.

2. Если, например, T_охл.ж. 75^oC, то электродвигатель 8 поворачивает трехходовой кран до положения "Режим N 2", тогда часть потока охлаждающей жидкости из канала 9 через трехходовой кран 6 проходит в канал 10, остальная часть - в канал 14. При этом количество проходящей охлаждающей жидкости по каналам 10,14 регулируется в релейно-импульсном режиме в зависимости от температуры охлаждающей жидкости внутреннего контура А. Начинает работать терморегулятор 4, который поток охлаждающей жидкости, проходящей через канал 10, направляет по каналу 11 в насос 2. Остальная часть охлаждающей жидкости подогревается в теплообменнике 13 и по каналу 15 поступает в насос 2, где перемешивается с потоком, выходящим из канала 11 и подогретый до оптимального значения поток охлаждающей жидкости внутреннего контура А подается в полости охлаждения двигателя 1.

3. Если, например, T_охл.ж. 80^oC, то срабатывает "Режим N 3", и весь поток охлаждающей жидкости внутреннего контура А проходит из канала 9 через трехходовой кран 4 в канал 10. Терморегулятор 4 часть потока жидкости направляет по каналу 11 на перепуск в насос 2, а часть потока жидкости направляется по каналу 12 в теплообменник 3, где охлаждающая жидкость внутреннего контура А охлаждается забортной водой внешнего контура Б и направляется в насос 2, где два потока перемешиваются и охлаждающая жидкость внутреннего контура А с оптимальной температурой подается в полости охлаждения двигателя 1.

При сбросе нагрузки или уменьшении температуры окружающей среды система охлаждения-подогрева двигателя работает в обратном порядке и в системе поддерживается оптимальная температура охлаждающей жидкости внутреннего контура А на всех режимах работы двигателя и при любой температуре окружающей среды, например, 75 - 80^oC.

Таким образом, предлагаемая система охлаждения-подогрева двигателя позволяет поддерживать оптимальную температуру охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя на всех режимах работы двигателя и при понижении температуры окружающей среды, что приводит к повышению технико-экономических показателей двигателя.

Источники информации 1. А. С. N 1048143 СССР, F 01 P 3/20. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания /B. C. Грищенко, Е. И. Ломакин, B.C. Бугуцкий и др. (СССР). - 3439384/25-06; заявлено 17.05.82; опубл. 15.10.83. Бюл. N 38. - 2 с.: ил.

2. Патент N 2031216 на изобретение "Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором, имеющим газовыхлопной патрубок". Патентообладатель В.Н. Тимофеев /В. Н. Тимофеев, Е.А. Киселев, Е.В. Кротов и др. - 4942614/06.

3. Патент N 2085753 на изобретение "Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания". Патентообладатель Чув. гос. ун-т /В.Н. Тимофеев, В.Л. Лаврентьев. - 462073/06; заявлено 15.12.88; опубл. 27.07.97. Бюл. 21. - 4 с.: ил.

4. Луков Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателей: Учеб. пособие для студентов высших учебных заведений. - М.: Машиностроение, 1995. - 271 с.

Формула изобретения

1. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая внутренний контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий полости охлаждения двигателя, трехходовой кран с приводом вращения пробки, жидкостно-жидкостной теплообменник и циркуляционный насос, внешний контур циркуляции охлаждающего теплоносителя, подсоединенный к внутреннему контуру через жидкостно-жидкостной теплообменник, и датчик температуры охлаждающей жидкости, установленный во внутреннем контуре циркуляции охлаждающей жидкости между полостями охлаждения двигателя и трехходовым краном, подключенный через электронный блок регулирования температуры к приводу вращения пробки трехходового крана, отличающийся тем, что внутренний контур содержит дополнительный теплообменник, установленный между трехходовым краном и через циркуляционный насос соединенный с утилизационным котлом, установленным на выхлопной трубе двигателя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит терморегулятор, установленный во внутреннем контуре охлаждающей жидкости между трехходовым краном и циркуляционным насосом, выполненный с возможностью перепуска в зависимости от температуры охлаждающей жидкости через жидкостно-жидкостной теплообменник.

РИСУНКИ

Рисунок 1