Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН Р 9/04 СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТОРСК итут текстильости лочкова ов, Е,В .П.Яник (088.8) ьство ССС /04, 1986 торское свидет 81, кл. Е 01 Р ние насоса проис т-ры жидкости до значения, Появля я возможность ог Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(54) СИСТЕМА ОХЛАЩПЕНИЯ ПВИГАТЕЛЯВНУТРГННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение позволяет снизитьэксплуатационные расходы системы охлаждения. Привод системы выполнен ввиде носка коленчатого нала двигателя, а ведущие полумуАты 9 и 10 жестко закреплены на нем, Кинематическаясвязь циркуляционного насоса 6 с ведомой полумуфтой 12 выполнена в виде клиноременной передачи 15, Такая система охлаждения обеспечивает оптимальные условия смазки наиболее ответственных трущихся пар двигателя. Принудительная циркуляция жипкости по контуру охлаждения с номинальной по расчету кратностью исключает рост давления в контуре сверх значения давления, задаваемого при наладке датчика давления 16 за счет удержания паросодержания жидкости в заданных пределах, Отбор энергии от двигателя на вращение насоса начинается только после исчергания всех ресурсов естественной конвекции, Включеходит при подъемеверхнего граничного раничения производительности и мощности насоса минимальным значением.с носком коленчатого вала двигателячерез электромагнитные муФты, Каждая 20муФта выполнена из ведущих 9 и 10 иведомых 11 и 12 полумуФт и снабженаобмотками 13 и 14, включенными вцепь питания, Причем кинематическаясвязь циркуляционного насоса 6 с ведомой полумуФтой 12 выполнена в видеклиноременной передачи 15, ВедущиеполумуФты 9 и 10 жестко установленына полке коленчатого вала. В верхнембачке 3 установлен датчик 1 давления, который подключен к обмотке ведущей муФты 10 циркуляционного насоса 6, На рубашке 1 охлаждения цилиндров установлен в верхней мертвой точке термодатчик 17, который подключенк обмотке ведущей муФты 9 вентилятора 5. Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроенин, в частности к системам охлаждения двигателей,5Цель изобретения - снижение эксплуатационных расходов.На чертеже приведена схема системы охлаждения двигателя.Система содержит рубашку 1 охлаж дения цилиндров, радиатор 2 с верхним 3 и нижним 4 бачками, вентилятор 5 и циркуляционный насос 6, Верхний бачок 3 радиатора 1 герметично закрыт пробкой 7 с клапанами, сообщающими радиатор 1 с расширительным бачком Я. Вентилятор 5 и циркуляционный насос 6 кинематически связаны Система работает следующим образом.40С выключением двигателя снижение температуры жидкости, заполняющей контур охлаждения, обуславливаетуменьшение ее объема и снижение давления в контуре, При снижении давления ниже атмосФерного на 0,01 - 0,1 кг/см впускной клапан пробки 7 открывается, перепуская часть жидкости из расширительного бачка 8 в радиатор 2 и поднимая в нем давление до атмосФерного. Поэтому вне зависи 50 мости от температуры наружного воздуха давление в контуре при пуске холодного двигателя равно атмосФерному. Температура жидкости в любой точке контура охлаждения равна температуре 55 окружающего воздуха.С пуском двигателя температура жидкости начинает расти прежде всего в слоях, непосредственно прилегающих к охлаждаемым поверхностям двигателя, и прежде всего в наиболее теплонапряженных зонах рубашки охлаждения. В силу температурного объемного расширения давление жидкости, по мере ее нагрева в условиях замкнутого объема, также растет, так как впускной и выпускной клапаны пробки 7 закрыты. По мере уменьшения плотности жидкости в непосредственно прилегающих к поверхностям двигателя слоях нагревшаяся в них жидкость вытесняется и замещается более холодной, Интенсивность такого процесса целиком зависит от разницы межцу местной температурой, обращенной к жидкости поверхности двигателя, и температурой в ядре потока жидкости и выравнивание температур по объему жидкости в различных районах рубашки охлаждение происходит с различной скоростью, определяемой возникновением местных циркуляционных токов и вихрей. Процесс выравнивания температур по толще жидкости подчинен эФФекту саморегулирования, поэтомуна рассматриваемой стадии работы системы в последующий после пуска холодного двигателя период вентилятор 5и насос 6 не Функционируют, посколькуполумуФты 11 и 12 разобщены от вращающихся вместе с коленчатым валомдвигателя ведущих полумуФт 9 и 10,так как цепь питания обмоток 13 и 14разорвана контактами соответственнодатчика 16 давления и термодатчика18, Неподвижная крыльчатка насоса б,представляя собой заметное гидравлическое сопротивление протоку жидкости, затрудняет циркуляцию жидкости через радиатор. Вялый обмен жидкостью между радиаторами рубашкой охлаждения двигателя, препятствуя появлению заметной границы между температурой жидкости в радиаторе и температурой наружного воздуха, обусловливает низкие значения средней температурной разности и коэФФипиента теплоотдачи от жидкости к стенкам радиатора. С другой стороны, отсутствие принудительного обдува трубок радиатора наружным воздухом обуславливает низкие значения коэФФициента теплоотдачи от стенок радиатора к воздуху, Обусловленная совместным действием указанных Факторов низкая интенсивность теглопередачи от жидкости к воздуху позволяет вследствиежидкости начинается после того,как температура поверхности ее нагрева , становится выше температуры кипения. При достаточно высоких 35 значениях теплового потока через эту поверхность ее температура с может 4 Ост превыситьи тогда, когда ядро потока жидкости еще не догрето до этой температуры, В этом случае возникают кипящий граничный слой, прилегающий к поверхности нагрева с 45 температурой 1 , и относительно нхолодное 1 ядро. При этом парр выходящий из кипящего граничного слоя, частично или полностью конденсируется при попадании в это ядро. По мере50 прогрева жидкости давление в контуре постепенно возрастает. При этом оно особенно растет с момента начала парообразовяния, поскольку при атмосферном давлении удельный объем пара намного на 2-3 порядка) выше удель 55 ного объема жидкости (для воды в 1720 раз), Соответственно росту давления в объеме контура охлаждения низких тепловых потерь в радиаторе сократить время разогрева двигателя до минимального. С возрастанием разницы между средней температурой жид 5 кости, заключенной в двигателе, и средней температурой жидкости в радиаторе возрастает и напор, заставляющий жидкость циркулировать не только в пределах объема рубашки охлаждения, но и по всему контуру двигатель-радиатор. Постепенно увеличиваясь, величина этого напора становится достаточной для преодоления гидравлического сопротивления различных элементов тракта циркуляции. При этом возможно вращение крыльчатки насоса в режиме гипротурбины, уменьшающее сопротивление для протока жидкости, поскольку при этом 20 не требуется преодолевать инерционный момент относительно тяжелого роторя электродвигателя ввиду его отсутствия,Вращение крыльчатки насоса способствует подготовке к его включению в работу вследствие уменьшения страгивающего момента в момент сообщения ведомой полумуЛты 12 с ведущей 10 при подаче тока в обмотку 14, Верхней границей подъема температуры жидкости в двигателе явлжется температура кипения 1: ее при данном давлении в объеме контура охлаждения. Кипение увеличивается и температура , . Поэтому в конце процесса разогрева двигателя, когда, с одной стороны, температура ядра потока жидкости, омывающей наиболее теплонапряженные зоны двигателя в месте установки термодятчикя, приближается к температуре т, на которую настроен термодатчик из расчета обеспечения оптимальных условий смазки наиболее ответственных трущихся пар двигателя, а с другой стороны, жидкость в граничных слоях близка к кипению и переходу в пар, обуславливающему резкий рост давления в контуре, в зависимости от того, какое из этих явлений наступает раньше, происходит включение или вентилятора вследствие замыкания контактов цепи питания обмотки 13 сработавшим термодатчиком 17, или насоса вследствие замыкания контактов цепи питания обмотки 14 сработавшим датчиком 16 деления, или их обоих.При включении вентилятора принудительный обдув трубок радиатора потоком воздуха с большим расходом, скачкообразно интенсифицируя тепло- передачу от жидкости к воздуху, резко снижает температуру жидкости на выходе из радиатора по сравнению с температурой на входе. По мере увеличения разности между ними интенсивность однонаправленной циркуляции жидкости через рубашку охлаждения возрастает, еще более приближает картину распределения температур и скоростей жидкости по тракту ее движения к той, которая имеет место при работавшем насосе, и подготавливает двигатель к включению насоса. Процесс образования пара в граничных слоях с последующей конденсацией этого пара в ядре потока жидкости способствует усилению циркуляции жидкости в местных вихревых токах за счет подъемной силы пузырьков пара, обусловленных разницей в удельных объемах пара и жидкости.Поскольку момент срабатывания термодатчика назначен при его наладке из расчета обеспечения условия для эффективной смазки наиболее теплонапряженных трущихся деталей двигателя, то момент включения вентилятора в работу при достижении охлаждающей жидкости температуры Ст можно считать сигналом, разрешающим движение автомобиля, т.еработу двигателя под напосле исчерпания зсех ресурсов естественной конвекции, поскольку включение насоса происходит при подъеметемпературы жидкости до верхнего граничного значения, ограниченного близостью жидкости к переходу в состояние пара. Поскольку разность температур охлаждающей жидкости на входеи выходе рубашки охлаждения двигателя при этом достигает максимального,возможного по условиям обеспеченияэффективной смазки значения, то появляется возможность ограничения производительности и мощности насосаминимальным значением. Формула изобретения Составитель Н.ЛапушкинТехред А,Кравчук Коррек гор Н Корочь Редактор В,Гугренкова Заказ 1750/36 Тираж 492 .ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Жу Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 грузкой после окончания его прогрева, По мере увеличения скорости автомобиля возрастающий динамический напор потока воздуха, набегающего на движущийся вместе с автомобилем радиатор,в зависимости от его температуры и прочих условий, определяющих интенсивность охлаждения жидкости в ради, аторе (встречный ветер, наличие в 1 О ; нем влаги и т.п.), термодатчик может выключить или снова включить вентилятор, поддерживая на необходимом уровне температуру жидкости в ядре ее потока, омывающего наиболее теплонапряженные зоны рубашки двигателя,В условиях такого поддержания температуры жидкости давление в контуре будет зависеть от того, какой процесс протекает интенсивнее: процесс абра О зования пара в граничных слоях,обусловленный переменной по величине разностью (С, - ), или процесс конденсации этого пара в недогретом до кипения ядре потока жидкости и ра диаторе, куда частично выносятся с потоком жидкости взвешенные в ней пузырьки пара. В случае превалиро" вания первого процесса над вторым относительная доля жидкости внутри кон О тура, пребывающая в состоянии пара, будет расти, увеличивая паросодержание жидкости и давление в контуре, При роете давления сверх значения Р, , задаваемого при наладке датчика 16 давления, он замыкает контакты цепи питания обмотки 14, Принудительная циркуляция жидкости по контуру охлаждения с номинальной по расчету кратностью исключает дальнейший рост 49 давления в контуре за счет удержания паросодержания жидкости в заданных пределах. При этом существенното, что отбор энергии от двигателяна вращение насоса начинается только Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая рубашкуохлаждения цилиндров, радиатор сверхним и нижним бачками, вентилятори циркуляционный насос, кинематически связанные с приводом через электромагнитные фрикционные муфты,каждая из которых выполнена из ведущей и ведомой полумуфт и снабжена обмоткой, включенной в цепь питаниятермодатчик., установленный на рубашке охлаждения цилиндров в районе верхней мертвой точки и подключенный кобмоткам муфты вентилятора, и датчикдавления, установлейный в верхнембачке радиатора и подключенный к обмоткам муфты циркуляционного насоса,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью снижения эксплуатационных расходов, привод выполнен в виде носкаколенчатого вала двигателя, ведущиеполумуфты жестко закреплены на нем,а кинематическая связь циркуляционного насоса с ведомой полумуфтой выполнена в виде клиноременной передачи.