Система охлаждения двигателя автомобиля: особенности. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания Википедия

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90°C. Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

6-цилиндровый двигатель с естественным охлаждением на мотоцикле (Honda CBX1000, 105лс) Авиамодельный двигатель O.S. (1,7см3). Pratt and Whitney R-4360 - 28-цилиндровый авиационный двигатель с естественным воздушным охлаждением (3500лс).

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным. Естественное воздушное охлаждение является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов - более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных - назад и т.п. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. С систематическим ростом форсировки моторов мотоциклов на наиболее совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. По причине малой массы естественное воздушное охлаждение широко применялось и на поршневых авиационных двигателях, где близкие к цилиндрическим и имевшие малую окружную скорость комли лопастей винта практически не работали как вентилятор, но скорость набегающего на самолёт потока была сама по себе очень высока.

Универсальный "стационарный" двигатель воздушного охлаждения, установленный на газонокосилке.

Стационарные или плотно закапотированные двигатели оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе, большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува. На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. В основном это небольшие машины типа Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV; особняком стоит представительская Tatra 613. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда - тяжёлые, например Т-330; чаще - малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. В настоящее время (2015-е) принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (Briggs & Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение морских судов открытого типа

Системы охлаждения классифицируются в соответствии со способом использования теплоносителя в системе.

Замкнутые — в таких системах жидкость-теплоноситель циркулирует по герметичному контуру, нагреваясь от источника тепла (нагревателя) и остывая в охлаждающем контуре (охладителе). В зависимости от устройства системы, теплоноситель может закипать или полностью испаряться, вновь конденсируясь в охладителе. Незамкнутые — в незамкнутых(проточных) системах теплоноситель подается извне, нагревается у источника тепла и направляется во внешнюю среду. В этом случае она играет роль охладителя, предоставляя необходимые объем теплоносителя нужной температуры на входе и принимая нагретый на выходе. Открытые — системы, в которых нагреватель помещен в некоторый объем теплоносителя, а тот заключен в охладителе, если таковой предусмотрен конструкцией. Например, открытая система с маслом в качестве теплоносителя используются для охлаждения мощных электротрансформаторов.

К «чисто жидкостным» системам охлаждения можно отнести лишь открытые системы охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. В некоторых стационарных двигателях начала XX века мог отсутствовать радиатор, вместо этого имелся расширительный бак большого объёма — отчасти тепло рассеивалось за счёт испарения воды, отчасти — через стенки бака, а отчасти за счёт большого объёма воды, который не успевал достаточно прогреться за время работы двигателя.

Замкнутая система (Гибридный тип)

Тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего она, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

• внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра
• наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

Система охлаждения состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от неё тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки - принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя)[источник не указан 209 дней]. При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

Основные части жидкостной системы охлаждения

В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей наземного и воздушного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора.

Основные части жидкостной системы охлаждения:

• Рубашка охлаждения (1) представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
• Насос охлаждающей жидкости, или помпа (5) — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
• Термостат (2) — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
• Радиатор (3) имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
• Вентилятор (4) создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
• Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Автомобили начала-середины XX века часто не имели расширительных бачков. В них запас охлаждающей жидкости находился в верхнем бачке радиатора. Это было вполне допустимо, так как в основном в системе охлаждения использовалась вода, и её расширение при нагреве было небольшим. С распространением антифризов на основе этиленгликоля использование расширительного бака стало обязательным. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.

В поршневой авиации также применяются двигатели, в которых цилиндры охлаждаются непосредственно набегающим воздухом, а головки цилиндров — с использованием жидкостной системы охлаждения. Такое решение позволяет снизить массу двигателя и одновременно более эффективно охлаждать головки цилиндров, которые являются наиболее теплонагруженными частями двигателя.

Охлаждение масла

В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках и тепловозах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.[1] Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л.с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

См. также

Примечания

Ссылки

wikiredia.ru

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области транспортных средств, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением. В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащей замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий в себя циркуляционный насос, рубашку охлаждения двигателя, охладитель надувочного воздуха, водомасляный охладитель, водо-водяной охладитель, компрессор, термостат регулирования температуры теплоносителя, расширительный бак, к которому подключена всасывающая магистраль от компрессора, расширительный бак выполнен герметичным, а воздушная магистраль содержит редукционный клапан, регулирующий давление воздуха, поступающего от компрессора, и подключенный к выходу дополнительного блока управления, к входам которого подключены датчик давления наддува, датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя, датчик давления в системе охлаждения и оптический датчик присутствия в охлаждающей жидкости паровой фазы, а в качестве привода компрессора она содержит турбину, использующую энергию отработавших газов, отводимую от поршневой части двигателя, при этом в качестве привода компрессора она содержит автономный электродвигатель, включение и выключение которого осуществляется по сигналу от блока управления. Изобретение обеспечивает регулирование теплового состояния двигателя в условиях максимальных перегрузок и повышение надежности его работы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области транспортных средств, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением.

Известна система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с турбонаддувом для транспортного средства, содержащая циркуляционный насос со всасывающим и напорным патрубками, основной контур циркуляции, включающий рубашку охлаждения двигателя и первую секцию водяного радиатора, и дополнительный контур, включающий вторую секцию водяного радиатора, жидкостный охладитель надувочного воздуха, связанный с магистралью высокого давления и расположенный выше других агрегатов системы охлаждения, при этом он связан со сливным бачком, имеющим подвижную перегородку, разделяющую на первую полость, соединенную с жидкостным охладителем надувочного воздуха, и вторую, подключенную к магистрали высокого давления (см. МПК F01P 5/10 описание изобретения к патенту №2027871 Российской Федерации, опубл. 27.01.1995 г.).

Как известно, в существующих системах охлаждения ДВС в основе процесса лежит автоматическое поддержание заданной температуры теплоносителя на выходе из двигателя без учета температуры охлаждения поверхностей и характера теплообмена.

В известном устройстве теплопередающая способность жидкостного охладителя надувочного воздуха находится в прямой зависимости от уровня жидкости сливного бачка и работы его перегородки, что достаточно ненадежно, требует возможно частого останова двигателя для опорожнения жидкостного охладителя надувочного воздуха.

Следовательно, к недостаткам известного устройства можно отнести невысокую надежность как системы охлаждения, так и двигателя в целом.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающих жидкостей, контур охлаждения масла, расширительный бак с подпиточными трубами и выпорами соответственно горячего и холодного контуров, снабженный перегородкой, разделяющей его на две полости соответственно для горячего и холодного контуров с подсоединенными к ним подпиточными трубками и выпорами, не менее одного вентилятора, систему управления и регулирования температур теплоносителя двигателя, горячий контур, включающий в себя полости охлаждения двигателя, первый циркуляционный насос и первый радиатор, холодный контур, включающий охладители масла и надувочного воздуха, второй циркуляционный насос и второй радиатор, при этом горячий и холодный контуры циркуляции соединены между собой двумя межконтурными магистралями, в первую из которых включен регулятор для регулирования расхода жидкости из горячего контура в холодный, и система охлаждения содержит третью межконтурную магистраль с термостатом, подключенную одним концом к горячему контуру между двигателем и первым радиатором и другим - к всасывающему патрубку второго циркуляционного насоса (см. МПК F01P 5/10, описание изобретения к патенту №2282043 Российской Федерации, опубл. 20.08.2006 г.) - ближайший аналог.

Недостатком известной системы охлаждения является сложность ее конструктивного исполнения и невысокая надежность регулирования температур его теплоносителей, обусловленная высокой зависимостью от надежности работы как вентиляторов в горячем контуре, так и регулятора в межконтурной магистрали.

В современных форсированных двигателях теплоотдача осуществляется в воду и, как правило, в режиме пузырькового кипения недогретой жидкости. С энергетической точки зрения теплообмен в условиях пузырькового кипения является наиболее выгодным, так как благодаря высокому коэффициенту теплоотдачи обеспечивается интенсивный теплообмен с охлаждаемых поверхностей при малых расходах теплоносителей.

Однако при эксплуатации ДВС с перегрузкой, а также в условиях повышенной температуры наружного воздуха переход от пузырькового к пленочному кипению происходит с резким уменьшением коэффициента теплоотдачи.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение регулирования теплового состояния двигателя в условиях максимальных перегрузок и повышение надежности его работы.

Сущность технического решения заключается в том, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащей замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий в себя циркуляционный насос, рубашку охлаждения двигателя, охладитель надувочного воздуха, водомасляный охладитель, водо-водяной охладитель, компрессор, термостат регулирования температуры теплоносителя, расширительный бак, к которому подключена всасывающая магистраль от компрессора, расширительный бак выполнен герметичным, а воздушная магистраль содержит редукционный клапан, регулирующий давление воздуха, поступающего от компрессора, и подключенный к выходу дополнительного блока управления, к входам которого подключены датчик давления наддува, датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя, датчик давления в системе охлаждения и оптический датчик присутствия в охлаждающей жидкости паровой фазы, а в качестве привода компрессора она содержит турбину, использующую энергию отработавших газов, отводимую от поршневой части двигателя, при этом в качестве привода компрессора она содержит автономный электродвигатель, включение и выключение которого осуществляется по сигналу от блока управления.

В традиционных системах охлаждения расширительный бак служит для хранения запаса охлаждающей жидкости и обеспечивает возможность теплового расширения жидкости при повышении ее температуры.

Благодаря выполнению расширительного бака герметичным появляется возможность создания повышенного давления в баке с помощью редукционного клапана, через который в бак подается воздух, сжатый в компрессоре.

Введение блока управления с системой датчиков обеспечивает регулирование величины повышения давления как в расширительном баке, так и в системе охлаждения в целом. При этом компрессор может обеспечить повышение давления в системе охлаждения до 0,2…0,3 МПА, в результате чего происходит увеличение температуры воды до 120…130°С, устраивающее возможность появления пленочного кипения в полостях охлаждения двигателя.

Заявляемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - система охлаждения с автономным электродвигателем.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит замкнутый контур 1 циркуляции охлаждающей жидкости, включающий в себя циркуляционный насос 2, рубашку 3 охлаждения поршневой части двигателя, охладитель 4 надувочного воздуха, водомасляный охладитель 5, водо-водяной охладитель 6, термостат 7 регулирования температуры теплоносителя, расширительный бак 8, к которому подключена воздушная магистраль 9 от компрессора 10. Расширительный бак 8 выполнен герметичным, а воздушная магистраль 9 содержит редукционный клапан 11, регулирующий давление воздуха, поступающего от компрессора 10, и подключенный к выходу дополнительного блока 12 управления, к входам которого подключены датчик 13 давления наддува, датчик 14 температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя, датчик 15 давления в системе охлаждения и оптический датчик 16 присутствия в охлаждающей жидкости паровой фазы, а в качестве привода компрессора она содержит турбину 17, использующую энергию отработавших газов, отводимую от поршневой части двигателя.

В качестве привода компрессора 10 система содержит автономный электродвигатель 18 (см. фиг.2), включение и выключение которого осуществляется по сигналу от блока 12 управления.

Система охлаждения работает следующим образом. При запуске двигателя и в период его прогрева температурный уровень обеспечивается термостатом 8. После прогрева двигателя и его работы на режимах, близких к максимальной мощности, температура охлаждающей жидкости приближается к температуре кипения, о чем на блок 12 управления поступает сигнал от датчика 14. При появлении в полостях охлаждения пристеночного пузырькового кипения на блок 12 управления поступает сигнал от оптического датчика 16 присутствия паровой фазы. На основании полученной информации блок 12 управления вырабатывает управляющий сигнал, подаваемый на редукционный клапан 11. В результате открытия клапана сжатый воздух от компрессора 10 поступает в герметичный расширительный бак 8, что обеспечивает повышение давления в системе охлаждения и исключает возможность перехода пузырькового кипения в пленочное. При выработке управляющего сигнала блок 12 управления учитывает также информацию о давлении, создаваемом компрессором 10, которая поступает от датчика 13, и о давлении, которое уже имеется в системе охлаждения от датчика 15.

В качестве блока управления можно использовать программируемый процессор, например, ATMega8 или PIC16F1823, что позволит регулировать давление в системе охлаждения в зависимости от режима работы двигателя по заложенной в блок управления программе.

По сравнению с известными системами охлаждения предлагаемая система позволяет улучшить регулирование теплового состояния двигателя, не исключить выход пузырькового кипения в режиме пленочного кипения, что обеспечивает высокую надежность работы двигателя при максимальных нагрузках и в условиях повышенных температур наружного воздуха и забортной воды за счет исключения перегрева деталей цилиндропоршневой группы и образования трещин на втулках и крышках цилиндров.

1. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий в себя циркуляционный насос, рубашку охлаждения двигателя, охладитель надувочного воздуха, водомасляный охладитель, водо-водяной охладитель, компрессор, термостат регулирования температур теплоносителя, расширительный бак, к которому подключена всасывающая магистраль от компрессора, отличающаяся тем, что расширительный бак выполнен герметичным, а воздушная магистраль содержит редукционный клапан, регулирующий давление воздуха, поступающего от компрессора, и подключенный к выходу дополнительного блока управления, к входам которого подключены датчик давления наддува, датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя, датчик давления в системе охлаждения и оптический датчик присутствия в охлаждающей жидкости паровой фазы.

2. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве привода компрессора она содержит турбину, использующую энергию отработавших газов, отводимую от поршневой части двигателя, автономный электродвигатель, включение и выключение которого осуществляется по сигналу от дополнительного блока управления.

3. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве привода компрессора она содержит автономный электродвигатель, включение и выключение которого осуществляется по сигналу от дополнительного блока управления.

www.findpatent.ru

Система охлаждения для охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к системе охлаждения для охлаждения двигателя (1) внутреннего сгорания. Система содержит управляющую линию (12), которая имеет впуск (12a), чтобы принимать хладагент из линии (3) системы охлаждения, и термостат (6), содержащий датчик (6b), выполненный с возможностью отслеживания температуры хладагента в управляющей линии (12), и клапан (6a). Система охлаждения содержит тепловое устройство (13, 26, 31) в контакте с хладагентом в управляющей линии (12) в местоположении выше по потоку датчика (6b) и блок (15) управления, выполненный с возможностью оценивания, когда уместно изменять рабочую температуру хладагента в системе охлаждения, и, в таких случаях, приведения в действие теплового устройства (13, 26, 31), чтобы оно нагревало или охлаждало хладагент в управляющей линии (12). Изобретение обеспечивает повышение надежности управления рабочей температурой хладагента. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область и уровень техники

Настоящее изобретение относится к системе охлаждения для охлаждения двигателя внутреннего сгорания согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Системы охлаждения для охлаждения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств обычно содержат термостат, который регулирует температуру хладагента в системе охлаждения. Термостат содержит датчик и клапан. Датчик может содержать восковое вещество, которое меняет фазу при регулирующей температуре термостата. Датчик вынуждает клапан направлять хладагент к двигателю без охлаждения, когда хладагент имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата. Когда хладагент имеет более высокую температуру, чем регулирующая температура термостата, датчик вынуждает клапан направлять хладагент в радиатор для охлаждения. Такие термостаты являются недорогими и функционально надежными.

Термостаты поддерживают существенно постоянную рабочую температуру хладагента в системе охлаждения. Однако не всегда желательно поддерживать постоянную рабочую температуру хладагента в системе охлаждения. Известным способом изменения рабочей температуры хладагента является обеспечение датчика электрическим нагревательным элементом. Такой нагревательный элемент может использоваться, чтобы вынудить восковое вещество в датчике нагреться и изменить фазу, когда хладагент имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата. Рабочая температура хладагента в системе охлаждения может меняться посредством изменения степени нагревания воскового вещества.

В публикации SE 532354 раскрыт термостат для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Термостат содержит клапан, расположенный в линии, которая принимает теплый хладагент из двигателя, и датчик, расположенный в управляющей линии в системе охлаждения, где он отслеживает температуру хладагента, который подается к двигателю. В данном случае температура хладагента, который подается в двигатель, служит в качестве рабочей температуры. Эта температура во многих случаях является более важным параметром управления, чем температура теплого хладагента, покидающего двигатель.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание охлаждающей системы с циркулирующим хладагентом для охлаждения двигателя внутреннего сгорания, посредством которого можно управлять рабочей температурой хладагента простым и надежным образом.

Эта задача решается с помощью системы охлаждения типа, упомянутого во введении, которая отличается признаками, обозначенными в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Посредством управляющей линии можно подавать хладагент к датчику термостата по существу из любой области системы охлаждения. Рабочая температура системы охлаждения в этой области системы охлаждения, таким образом, служит в качестве параметра управления для термостата. Система охлаждения содержит тепловое устройство, которое может нагревать или охлаждать хладагент в управляющей линии в местоположении выше по потоку датчика в управляющей линии. Когда тепловое устройство не приведено в действие, датчик отслеживает рабочую температуру хладагента рядом со впуском управляющей линии. В этом случае термостат поддерживает постоянную рабочую температуру хладагента, которая соответствует регулирующей температуре термостата.

Когда тепловое устройство приводится в действие и нагревает хладагент в управляющей линии, хладагент принимает рядом с датчиком температуру, соответствующую рабочей температуре хладагента плюс повышение температуры, которое тепловое устройство придает охлаждающему средству в устройстве управляющей линии. Хладагент рядом с датчиком в управляющей линии, таким образом, принимает изначально более высокую температуру, чем регулирующая температура. Термостат открывается, тем самым направляя по существу весь хладагент в радиатор для охлаждения. Это охлаждение приводит к падению рабочей температуры хладагента. Рабочая температура хладагента падает до значения, которое в соединении с повышением температуры тепловым устройством приводит к тому, что хладагент в управляющей линии принимает температуру, соответствующую регулирующей температуре термостата. В этом случае хладагент в системе охлаждения, таким образом, принимает более низкую рабочую температуру. Когда тепловое устройство приводится в действие и охлаждает хладагент в управляющей линии, хладагент принимает рядом с датчиком температуру, соответствующую рабочей температуре хладагента минус снижение температуры, которое тепловое устройство придает охлаждающему средству в управляющей линии. Когда это происходит, датчик обнаруживает, что хладагент в управляющей линии имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура. Термостат, следовательно, направляет по существу весь хладагент к двигателю без охлаждения. Рабочая температура хладагента повышается до значения, которое в соединении с повышением температуры тепловым устройством приводит к тому, что хладагент в управляющей линии принимает температуру, соответствующую рабочей температуре термостата. В этом случае хладагент в системе охлаждения, таким образом, принимает более высокую рабочую температуру. Нагревание или охлаждение хладагента в управляющей линии позволяет рабочей температуре хладагента в системе охлаждения подвергаться соответствующему температурному изменению, хотя и в противоположном направлении.

Согласно варианту осуществления изобретения тепловое устройство содержит электрическое нагревательное устройство, которое в активном состоянии выполнено с возможностью нагревания хладагента в управляющей линии с тем, чтобы он принимал более высокую температуру, чем на впуске управляющей линии. Электрическое нагревательное устройство может иметь относительно простую конфигурацию в форме электрического нагревательного проводника. С помощью электрического нагревательного устройства также просто поднять температуру в управляющей линии с хорошей точностью. В этом случае используется термостат, который имеет регулирующую температуру, соответствующую максимальной рабочей температуре хладагента. Когда электрическое нагревательное устройство приводится в действие, хладагент в управляющей линии нагревается на число градусов, схожее с тем числом градусов, на которое понижается рабочая температура в системе охлаждения.

Согласно альтернативному варианту осуществления тепловое устройство содержит в управляющей линии теплообменник, который в активном состоянии выполнен с возможностью прохождения через него среды, которая имеет более высокую или более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата. Среда, которая имеет более высокую температуру, чем регулирующая температура термостата, может являться выхлопными газами, моторным маслом, маслом замедлителя или какой-либо другой теплой средой, присутствующей в транспортном средстве. Среда с более низкой температурой, чем регулирующая температура термостата, может являться воздухом, который с преимуществом имеет температуру, соответствующую температуре окружения.

Согласно дополнительному альтернативному варианту осуществления тепловое устройство содержит линию хладагента, которая в активном состоянии выполнена с возможностью подачи хладагента, который имеет более высокую или более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата, в управляющую линию в местоположении выше по потоку относительно датчика. Теплый хладагент с преимуществом забирается из области системы охлаждения, в которой хладагент имеет самую высокую температуру. Хладагент имеет самую высокую температуру после того, как он охладил двигатель и, если это применимо, какой-либо дополнительный компонент системы охлаждения. Холодное хладагент с преимуществом забирается из области системы охлаждения, в которой хладагент имеет самую низкую температуру. Хладагент имеет самую низкую температуру в системе охлаждения после того, как оно было охлаждено в радиаторе.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью управления приведением в действие теплового устройства на основании информации от температурного датчика, который отслеживает температуру хладагента в местоположении ниже по потоку теплового устройства в управляющей линии. Посредством такого датчика узел управления принимает прямую информацию о том, на сколько градусов тепловое устройство нагревает или охлаждает хладагент в управляющей линии. На основании этой информации и регулирующей температуры термостата рабочая температура хладагента может управляться с хорошей точностью.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью приема информации о нагрузке на двигатель и приведения в действие теплового устройства с целью придания охлаждающему средству в системе охлаждения рабочей температуры, которая изменяется с изменениями нагрузки двигателя. Обычно уместно придавать охлаждающему средству в системе охлаждения высокую рабочую температуру, когда нагрузка двигателя низкая, и низкую рабочую температуру, когда нагрузка двигателя высокая. Постепенная или пошаговая регулировка температуры хладагента может применяться согласно нагрузке двигателя. Хладагент в системе охлаждения может быть предназначен, чтобы охлаждать по меньшей мере один дополнительный компонент, отличный от двигателя, и блок управления может быть выполнен с возможностью приема информации, которая заранее указывает, когда упомянутый компонент нуждается в охлаждении посредством системы охлаждения, и, когда случай именно такой, приведения в действие теплового устройства с тем, чтобы рабочая температура хладагента падала до того, как начинается охлаждение упомянутого компонента. Некоторые компоненты, такие как гидравлический замедлитель, требуют большую охлаждающую способность, когда они приводятся в действие. Индикатор позиционирования, такой как GPS (глобальная система позиционирования), может использоваться, чтобы определять местоположение двигателя, и, следовательно, приближается ли транспортное средство к спуску, на котором замедлитель вероятнее всего будет приведен в действие.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения впуск управляющей линии расположен в линии, которая подает хладагент к двигателю. В этом случае, таким образом, в управляющую линию подается хладагент, который будет иметь ту же температуру, как и хладагент, который подается в двигатель. Температура входа хладагента в двигатель является очень хорошим параметром управления для термостата.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления упомянутый датчик содержит оболочку, содержащую вещество, которое приспособлено для изменения фазы и, следовательно, объема при регулирующей температуре термостата. Такое вещество с преимуществом является восковым веществом, которое меняет фазу из твердого состояния в жидкое состояние при регулирующей температуре термостата. Термостат может содержать механизм передачи движения, выполненный с возможностью передачи движения от датчика к клапану с тем, чтобы последний перемещался между первым положением и вторым положением, когда упомянутое вещество меняет фазу. Механизм передачи движения может содержать стержень или подобное. Стержень может тянутся через по меньшей мере одну стенку, которая разделяет управляющую линию, где расположен датчик, от линии системы охлаждения, в которой расположен клапан.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже посредством примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - система охлаждения двигателя внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - система охлаждения двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - система охлаждения двигателя внутреннего сгорания согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг. 1 изображает систему охлаждения для охлаждения двигателя 1 внутреннего сгорания, который приводит в движение транспортное средство. Насос 2 хладагента осуществляет циркуляцию хладагента в системе охлаждения. Насос 2 хладагента расположен в линии 3 впуска в двигатель 1. После циркуляции через двигатель хладагент подается в масляный радиатор 4, чтобы охладить масло, которое используется в гидравлическом замедлителе. Затем охладитель подается через линию 5 к термостату 6. Термостат 6 направляет хладагент в линии 5 к двигателю через обратную линию 7 и линию 3 впуска, когда хладагент имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата. Когда хладагент имеет более высокую температуру, чем регулирующая температура термостата, по меньшей мере часть его подается через линию 8 в радиатор 9, который может быть расположен в передней части транспортного средства. Вентилятор 10 радиатора пропускает поток охлаждающего воздуха через радиатор 9 с тем, чтобы охладитель подвергался эффективному охлаждению в радиаторе 9. После того, как охладитель был охлажден в радиаторе 9, он подается назад к двигателю 1 через обратную линию 11 и линию 3 впуска.

Система охлаждения содержит управляющую линию 12, которая принимает через впуск 12a небольшую часть потока хладагента в линии 3 впуска. Управляющая линия 12 подает охладитель к термостату 6. Хладагент в управляющей линии 12 подается назад в обратную линию 7 через выпуск 12b. Хладагент, подаваемый в управляющую линию 12, таким образом, будет иметь ту же температуру, как и хладагент, который охлаждает двигатель. Температура хладагента, который подается в двигатель, здесь указывается ссылкой как рабочая температура системы охлаждения. Эта температура во многих случаях является лучшим параметром управления, чем самая высокая температура, которую принимает хладагент в системе в линии 5 после того, как он охладил двигатель и масло замедлителя в масляном радиаторе 4. Управляющая линия 12 содержит тепловое устройство, которое может нагревать и/или охлаждать хладагент в управляющей линии перед тем, как он достигнет термостата 6. Тепловым устройством в варианте осуществления на фиг. 1 является схематически изображенное электрическое нагревательное устройство 13. Датчик 14 отслеживает температуру хладагента в местоположении ниже по потоку относительно электрического нагревательного устройства 13. Блок 15 управления выполнен с возможностью управления приведением в действие электрического нагревательного устройства 13 на основании информации от датчика 14, информации 16, которая относится к нагрузке на двигатель, и информации от индикатора 17 положения, возможно GPS, который отслеживает местоположение транспортного средства.

Во время функционирования двигателя 1 внутреннего сгорания насос 2 хладагента осуществляет циркуляцию хладагента через систему охлаждения. Для оптимального охлаждения двигателя хладагент должен иметь подходящую рабочую температуру. Небольшая часть потока хладагента в линии 3 впуска, таким образом, подается не к двигателю, но в управляющую линию 12. Термостат 6 отслеживает температуру хладагента в управляющей линии 12 ниже по потоку относительно электрического нагревательного устройства 13. Если он обнаруживает, что хладагент в управляющей линии 12 имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура, термостат направляет хладагент в линию 5 к двигателю без охлаждения. Если он обнаруживает, что хладагент в управляющей линии имеет более высокую температуру, чем регулирующая температура, термостат направляет хладагент из линии 5 в радиатор 9 для охлаждения. Традиционный термостат 6 будет пытаться придать охлаждающему средству постоянную рабочую температуру, соответствующую регулирующей температуре. Однако поддержание постоянной рабочей температуры хладагента не является желательным во всех рабочих ситуациях. Например, когда двигатель находится под высокой нагрузкой, желательно, чтобы хладагент имел более низкую рабочую температуру, чем когда имеется небольшая нагрузка на двигатель. Для транспортных средств, оборудованных компонентом, который временами налагает высокую нагрузку на систему охлаждения, может быть уместным понизить рабочую температуру хладагента перед приведением компонента в действие. Такой компонент может являться гидравлическим замедлителем.

Блок 15 управления по существу непрерывно принимает информацию 16 о нагрузке на двигатель. Он также по существу непрерывно принимает информацию от индикатора 17 положения о местоположении двигателя. Блок 15 управления может иметь сохраненную информацию, такую как карты или подобное, которую он может использовать в соединении с текущим местоположением транспортного средства, чтобы предсказывать, приближается ли транспортное средство к спуску, на котором гидравлический замедлитель вероятнее всего будет приведен в действие. Так как грузовые транспортные средства часто следуют по предопределенным маршрутам, блок 15 управления может, в качестве альтернативы, или в комбинации, иметь сохраненную информацию, которая предсказывает точки, в которых гидравлический замедлитель будет активирован.

В этом случае используется термостат 6, который имеет регулирующую температуру, соответствующую подходящей рабочей температуре хладагента, когда имеется небольшая нагрузка на двигатель, и/или когда гидравлический замедлитель не приведен в действие. Когда он принимает информацию о том, что двигатель находится под высокой нагрузкой, или что транспортное средство приближается к спуску, блок 15 управления приводит в действие электрическое нагревательное устройство 13, которое вслед за этим нагревает хладагент в управляющей линии 12. Хладагент, таким образом, принимает в управляющей линии более высокую температуру, чем его рабочая температура в линии 3 впуска. Нагретый хладагент в управляющей линии 12, таким образом, принимает изначально более высокую температуру, чем регулирующая температура. Термостат 6, следовательно, переводится в открытое положение, за счет чего весь хладагент в линии 5 направляется в радиатор 9. Результат состоит в том, что рабочая температура охладителя снижается, и, следовательно, также температура, которую имеет хладагент, когда он подается во впуск 12a управляющей линии. Когда рабочая температура упала на то же количество градусов, на которое электрическое нагревательное устройство 13 нагревает хладагент в управляющей линии 12, хладагент в управляющей линии вновь принимает температуру, соответствующую регулирующей температуре термостата. Пока электрическое нагревательное устройство 13 приведено в действие, хладагент, таким образом, будет иметь более низкую рабочую температуру, чем регулирующая температура. Чем больше количество градусов, на которое электрическое нагревательное устройство 13 нагревает хладагент в управляющей линии, тем сильнее может быть снижена рабочая температура, приводя к более эффективному охлаждению двигателя и масла замедлителя в масляном радиаторе 4. Когда блок 15 управления выключает электрическое нагревательное устройство 13, хладагент в управляющей линии изначально принимает рабочую температуру хладагента. Термостат 6, следовательно, переводится в закрытое положение, за счет чего он направляет по существу весь хладагент в линии 5 в линию 7 и двигатель без охлаждения в радиаторе 9. Результат состоит в том, что рабочая температура хладагента поднимается, пока не достигнет регулирующей температуры термостата.

Фиг. 2 более подробно показывает, как может быть сконфигурирован термостат 6. Термостат расположен в оболочке, которая имеет соединения с четырьмя линиями 5, 7, 8 и 12. Термостат содержит клапан 6a, прикрепленный к стержню 19, который имеет часть верхнего конца, прикрепленную внутри датчика 6b. Датчик расположен в подходящем местоположении в управляющей линии 12 с тем, чтобы хладагент имел хороший контакт с датчиком. Датчик имеет оболочку 18, изготовленную из тонкостенного жесткого материала, который с преимуществом является металлическим материалом с хорошими свойствами тепловой проводимости. Оболочка имеет внутреннее пространство, окружающее восковое вещество, которое имеет свойство изменения фазы из твердого состояния в жидкое состояние при регулирующей температуре термостата. Когда восковое вещество находится в жидком состоянии, его объем больше, чем в твердом состоянии.

Оболочка 18 имеет жесткие стенки, которые окружают восковое вещество во всех направлениях кроме одного, которое в данном случае является направлением вниз. Когда восковое вещество тает и увеличивается в объеме, оно может, следовательно, расширяться только вниз внутри оболочки. Когда восковое вещество увеличивается в объеме, стержень 19 перемещается вниз. Преобразование изменения объема воскового вещества внутри оболочки 18 в линейное движение стержня 19 является традиционным предшествующим уровнем техники и может быть выполнено множеством различных способов. Клапан 6a содержит возвратную пружину 20, выполненную с возможностью перемещения стержня 19 и клапана 6a вверх, когда восковое вещество затвердевает и вслед за этим занимает меньший объем внутри оболочки 18. Возвратная пружина 20 прикладывает к стержню 19 упругую силу, недостаточно сильную, чтобы препятствовать движению вниз стержня 19 и клапана 6a, когда восковое вещество тает и расширяется внутри оболочки 18. Клапан 6a содержит первую тарелку 21 клапана, выполненную с возможностью закрывания отверстия 22 между линией 5 и линией 8, когда клапан 6a находится в своем верхнем первом положении, как на фиг. 2. Клапан 6a также содержит вторую тарелку 23 клапана, выполненную с возможностью закрывания отверстия 24 между линией 5 и обратной линией 7, когда клапан 6a находится в нижнем втором положении. Вторая тарелка 23 клапана растягивается относительно стержня 19 посредством пружины 25.

В данном случае управляющая линия 12 оборудована тепловым устройством в форме теплообменника 26. Теплообменник 26 содержит петлеобразную трубу, соединенную с первым источником 27 среды, содержащим среду при более низкой температуре, чем регулирующая температура термостата, и вторым источником 28 среды, содержащем среду при более высокой температуре, чем регулирующая температура термостата. Первая среда может являться воздухом при температуре окружения, а вторая среда может являться теплыми выхлопными газами из двигателя. Блок 15 управления в этом случае может направлять воздух из первого источника 27 среды к теплообменнику 26 посредством открывания клапана 29 и теплые выхлопные газы из второго источника 28 среды к теплообменнику 26 посредством открывания клапана 30. Блок 15 управления здесь также принимает информацию 16, связанную с нагрузкой на двигатель, и информацию от индикатора положения 17, например GPS, о местоположении транспортного средства.

Во время функционирования двигателя насос 2 хладагента осуществляет циркуляцию хладагента через систему охлаждения. Небольшая часть потока хладагента в линии 3 впуска, таким образом, подается не к двигателю, но в управляющую линию 12. Хладагент, подаваемый в управляющую линию, будет иметь ту же температуру, как и хладагент, который подается в двигатель. Хладагент в управляющей линии 12, таким образом, течет в контакте с датчиком 6b термостата. Когда хладагент в управляющей линии 12 имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата, восковое вещество внутри оболочки 18 будет в твердом состоянии и, следовательно, будет занимать минимальный объем внутри оболочки. Возвратная пружина 20, следовательно, будет удерживать стержень 19 и клапан 6a в верхнем положении. В этой ситуации первая тарелка 21 клапана закрывает отверстие 22, в то время как вторая тарелка 23 клапана освобождает отверстие 24. Хладагент из двигателя и линии 5 в этом случае подается в обратную линию 7. После этого оно подается в линию 3 впуска и двигатель. В этом случае хладагент, таким образом, не подвергается охлаждению в радиаторе 9.

Когда хладагент подается к двигателю без охлаждения в радиаторе 9, его температура в системе охлаждения возрастает. Когда температура хладагента в управляющей линии 12 поднимается выше регулирующей температуры, восковое вещество начинает таять. Когда восковое вещество тает, его объем возрастает. Восковое вещество расширяется вниз в оболочке 18, в результате чего стержень 19 и клапан 6a перемещаются вниз. Когда по существу все восковое вещество растаяло, клапан 6a достигает самого низкого положения, в котором вторая тарелка 23 клапана закрывает отверстие 24. Когда клапан достигнет этого положения, первая тарелка 21 клапана освободит отверстие 22. Пружина 25 допускает некоторое непрерывное расширение стержня 19 вниз относительно клапана 6a. Хладагент, выходящий из двигателя и линии 5, в этом случае подается в обратную линию 8, которая направляет его в радиатор 9. Хладагент охлаждается в радиаторе 9 посредством окружающего воздуха перед подачей через линию 11 в линию 3 впуска и двигатель 1.

Во время работы блок 15 управления по существу непрерывно принимает информацию 16 о нагрузке на двигатель и информацию от индикатора положения 17 о местоположении транспортного средства. В этом случае используется термостат 6, который имеет регулирующую температуру, соответствующую подходящей рабочей температуре хладагента, когда нагрузка на двигатель обычная. Когда блок 15 управления принимает информацию о том, что нагрузка на транспортное средство больше обычной, или что транспортное средство приближается к спуску, он открывает клапан 30 с тем, чтобы теплые выхлопные газы из источника 28 выхлопных газов протекали через теплообменник 26. Теплые выхлопные газы в теплообменнике 26 нагревают хладагент в управляющей линии 12 с тем, чтобы он принимал повышенную температуру, когда он достигает датчика 6b. Восковое вещество начинает таять в датчике 6b, и охлаждающее вещество в линии 5 направляется в линию 8 посредством клапана 6a и, таким образом, в радиатор 9, чтобы охлаждаться. Возросшее охлаждение хладагента снижает его рабочую температуру. Блок 15 управления принимает от датчика 14 информацию о температуре хладагента после того, как он было нагрето посредством выхлопных газов в теплообменнике 26. Блок 15 управления может использовать клапан 30, чтобы регулировать поток теплых выхлопных в теплообменник с тем, чтобы рабочая температура хладагента понизилась до подходящего значения. Хладагент, подаваемый в двигатель, таким образом, обеспечивает эффективное охлаждение двигателя и масла замедлителя в масляном радиаторе 4.

Если, напротив, он принимает информацию о том, что нагрузка на транспортное средство меньше обычной, блок 15 управления открывает клапан 29 с тем, чтобы холодный воздух из источника 27 воздуха протекал к теплообменнику 26. Холодный воздух в теплообменнике охлаждает хладагент в управляющей линии 12 с тем, чтобы он принимал более низкую температуру, когда он достигает датчика 6b. Восковое вещество в датчике переходит в твердую фазу, и термостат направляет охлаждающее вещество из линии 5 в линию 7. Это означает, хладагент не подвергается охлаждению в радиаторе 9, и его рабочая температура возрастает. Хладагент, таким образом, принимает более высокую рабочую температуру, чем регулирующая температура термостата. Разница между рабочей температурой хладагента и регулирующей температурой термостата соответствует охлаждению, которому подверглось хладагент в управляющей линии 12. Высокая рабочая температура хладагента, таким образом, желательна, когда нагрузка на двигатель низкая.

Фиг. 3 изображает дополнительную альтернативную конфигурацию. В этом случае управляющая линия 12 обеспечивается тепловым устройством в форме линии 31 хладагента, соединенной с управляющей линией в местоположении выше по потоку относительно датчика 6b термостата. Линия 31 выполнена с возможностью соединения с первым источником 32 среды в форме холодного хладагента, который может быть взят из линии 11 системы охлаждения, и со вторым источником 33 среды в форме теплого хладагента, который может быть взят из линии 5 системы охлаждения. Линия хладагента содержит насос 34 для транспортировки хладагента в управляющую линию из любого из упомянутых источников 32, 33 среды. Насос 34 приводится в действие блоком 15 управления. Когда холодное хладагент должен подаваться в управляющую линию, насос 34 приводится в действие, в то время как блок 15 управления открывает клапан 35, соединенный с первым источником 32 среды. Когда теплый хладагент должен подаваться в управляющую линию 12, насос 34 приводится в действие, в то время как блок 15 управления открывает клапан 36, соединенный со вторым источником 33 среды.

Опять-таки, блок 15 управления по существу непрерывно принимает информацию 16 о нагрузке на двигатель и информацию от индикатора положения 17 о местоположении транспортного средства. Термостат 6 имеет регулирующую температуру, соответствующую подходящей рабочей температуре хладагента, когда нагрузка на двигатель обычная. Когда блок 15 управления принимает информацию о том, что нагрузка на транспортное средство больше обычной, или что транспортное средство приближается к спуску, он приводит в действие насос 34, в то же время открывая клапан 36, с тем, чтобы теплый хладагент из источника 33 среды направлялся через линию 31 хладагента и в управляющую линию 12. Эта подача теплого хладагента вынуждает хладагент достигать датчика 6b в управляющей линии, чтобы изначально принять повышенную температуру. Термостат 6, следовательно, направляет по существу весь хладагент в линию 5 в радиатор 9. Рабочая температура хладагента, следовательно, падает ниже регулирующей температуры. Хладагент, подаваемый в двигатель, таким образом, обеспечивает эффективное охлаждение двигателя и/или масла в масляном радиаторе 4. Блок 15 управления может определять, насколько рабочая температура должна быть ниже, чем регулирующая температура, посредством регулировки количества теплого хладагента, направляемого в управляющую линию 12 посредством клапана 36.

Если, напротив, он принимает информацию о том, что нагрузка на транспортное средство меньше обычной, блок 15 управления приводит в действие насос 34, в то же время открывая клапан 35, с тем, чтобы холодное хладагент из первого источника 32 среды подавался в управляющую линию 12. Эта подача холодного хладагента в управляющую линию вынуждает хладагент достигать датчика 6b, чтобы изначально принять более низкую температуру, чем регулирующая температура. Термостат 6, следовательно, переводится в положение, в котором он направляет по существу весь хладагент к двигателю без охлаждения. Рабочая температура хладагента, таким образом, повышается до уровня, который превышает регулирующую температуру на значение, соответствующее охлаждению хладагента тепловым устройством в управляющей линии. Повышенная рабочая температура хладагента, таким образом, желательна, когда нагрузка на двигатель низкая.

Изобретение никоим образом не ограничено вариантом осуществления, на который ссылаются чертежи, но может свободно изменяться в пределах объема формулы изобретения. Варианты осуществления на фиг. 2 и 3 используют как теплую, так и холодную среду, чтобы изменять температуру хладагента в управляющей линии 12, и такого нагревания или охлаждения в управляющей линии достаточно, чтобы отрегулировать рабочую температуру хладагента относительно регулирующей температуры. В варианте осуществления на фиг. 2 по существу любая газообразная или жидкая среда может использоваться, чтобы нагревать или охлаждать хладагент в управляющей линии.

1. Система охлаждения для охлаждения двигателя (1) внутреннего сгорания, содержащая радиатор (9) для охлаждения хладагента, который циркулирует в системе охлаждения, управляющую линию (12), термостат (6), содержащий датчик (6b), выполненный с возможностью отслеживания температуры хладагента в управляющей линии (12), клапан (6а), выполненный с возможностью направления хладагента из линии (5) системы охлаждения в двигатель (1) без охлаждения в радиаторе (9), когда датчик (6b) определяет, что хладагент в управляющей линии (12) имеет более низкую температуру, чем регулирующая температура, и направления хладагента из линии (5) системы охлаждения в радиатор (9) для охлаждения перед тем, как он подается в двигатель (1), когда датчик (6b) определяет, что хладагент в управляющей линии (12) имеет более высокую температуру, чем регулирующая температура, и тепловое устройство (13, 26, 31) в контакте с хладагентом в управляющей линии (12) в местоположении выше по потоку датчика (6b), отличающаяся тем, что она содержит блок (15) управления, выполненный с возможностью оценивания, когда уместно изменять рабочую температуру хладагента в системе охлаждения, и, в таких случаях, приведения в действие теплового устройства (13, 26, 31) для того, чтобы оно нагревало или охлаждало хладагент в управляющей линии (12), причем управляющая линия (12) принимает через впуск (12а) небольшую часть потока хладагента в линии (3) впуска, которая подает хладагент к двигателю (1) внутреннего сгорания.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что тепловое устройство содержит электрическое нагревательное устройство (13), которое в активном состоянии выполнено с возможностью нагревания хладагента в управляющей линии (12) до более высокой температуры, чем на впуске (12а) управляющей линии.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что тепловое устройство содержит в управляющей линии (12) теплообменник (26), который в активном состоянии выполнен с возможностью прохождения через него среды, которая имеет более высокую или более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что тепловое устройство содержит линию (31) хладагента, которая в активном состоянии выполнена с возможностью подачи хладагента, который имеет более высокую или более низкую температуру, чем регулирующая температура термостата, в управляющую линию (12) в местоположении выше по потоку датчика (6b).

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок (15) управления выполнен с возможностью управления приведением в действие теплового устройства (13, 26, 31) на основании информации от температурного датчика (14), который отслеживает температуру хладагента в местоположении ниже по потоку теплового устройства (13, 26, 31) в управляющей линии (12).

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок (15) управления выполнен с возможностью приема информации (16) о нагрузке на двигатель и приведения в действие теплового устройства (13, 26, 31) с целью придания охлаждающему средству в системе охлаждения рабочей температуры, которая изменяется с нагрузкой на двигатель.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что хладагент в системе охлаждения предназначен для охлаждения по меньшей мере одного дополнительного компонента (4), отличного от двигателя (1), причем блок управления выполнен с возможностью приема информации, которая заранее указывает, когда компонент (4) нуждается в охлаждении посредством системы охлаждения, и, когда случай именно такой, приведения в действие теплового устройства (13, 26, 31) для того, чтобы рабочая температура хладагента падала перед тем, как компонент (4) нуждается в охлаждении посредством системы охлаждения.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что датчик (6b) содержит оболочку (18), содержащую вещество (18), которое изменяет фазу и, следовательно, объем при регулирующей температуре термостата.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что термостат (6) содержит механизм (19) передачи движения, выполненный с возможностью передачи движения от датчика (6b) к клапану (6а) для того, чтобы последний перемещался между первым положением и вторым положением, когда вещество меняет фазу.

www.findpatent.ru

система охлаждения двигателя внутреннего сгорания - патент РФ 2036318

Сущность изобретения: система охлаждения двигателя внутреннего сгорания снабжена рубашкой охлаждения и разновеликими ребрами, большие из которых открыты в сторону рубашки охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 9 ил. Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания. Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату к изобретению является охлаждающее устройство, имеющее систему охлаждения, состоящую из кожухов с полостью внутри [1] Имеется также кожух циркуляционной системы охлаждения жидкости с водяным насосом, окружающим клапанный механизм. К наружной поверхности кожуха в области картера, крышки головки цилиндра выполнены охлаждающие ребра, обдуваемые потоком от вентилятора. Недостатком данной конструкции является сложность из-за наличия громоздкой системы кожухов, водяного насоса, привода к нему. Известен двигатель с водяным охлаждением, в котором охлаждающая жидкость протекает по каналу вокруг верхней части блока и головки цилиндра [2] Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и затрудненный доступ к крепежным элементам. Цель изобретения упрощение конструкции системы жидкостного охлаждения двигателя, уменьшение габаритов системы охлаждения. Эта цель достигается тем, что имеется рубашка охлаждения, наполненная охлаждающей жидкостью, с наружным оребрением из цельных и полых ребер, предназначенных для улучшения теплоотдачи в воздух, обдуваемых встречным воздушным потоком или потоком от вентилятора. Она подразделяется на рубашку охлаждения цилиндра, являющуюся внутренней полостью, образованной при литье цилиндра, и рубашку охлаждения головки цилиндра, ограниченную камерой сгорания и радиатором с компенсатором. Кроме того, применительно к двухтактному двигателю осуществлено охлаждение полой перемычки выхлопных окон, крепится камера сгорания к цилиндру одним из способов (на резьбе, завальцовкой, на прессовой посадке, байонетным способом, с помощью стопорного кольца), закрытая сверху радиатором. Между цилиндром и радиатором находится проставка. На фиг.1 изображена предлагаемая система охлаждения, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 система охлаждения двухтактного ДВС, общий вид; на фиг.5 разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.7 система охлаждения с литым радиатором цилиндрического типа; на фиг.8 система охлаждения с рубашкой облегченного типа с полыми тонкостенными ребрами, выполненными из металлической ленты; на фиг.9 разрез Д-Д на фиг.8. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания имеет рубашку охлаждения, состоящую из рубашек охлаждения цилиндра 1 и головки цилиндра 2 с компенсатором 3. Рубашка охлаждения цилиндра является внутренней полостью, образованной при литье цилиндра 4. Рубашка охлаждения головки цилиндра является полостью, соединенной с полостью рубашки охлаждения цилиндра протоками 5 и 6, ограниченной камерой сгорания 7 и радиатором 8. Крепление деталей 4, 5, 6 к картеру производится сквозными шпильками 9. Наружные поверхности цилиндра и радиатора имеют развитое оребрение из относительно невысоких цельных и высоких полых ребер, компенсатор служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении температуры. Крышка 10 компенсатора выполнена из прозрачного материала, служит для контроля за уровнем жидкости. Полость компенсатора сообщается с полостью рубашки охлаждения через отверстия 11 (при системе открытого типа), а с атмосферой через отверстие 12. Возможны также исполнения системы охлаждения как закрытого типа с паровоздушным клапаном, так и изолированной (герметичной). Заполнение системы охлаждения жидкостью осуществляется через заливное отверстие с пробкой 13, слив жидкости через отверстие 14, перекрываемое винтом 15. Жидкостью может быть вода, антифриз или более высококипящие жидкости, например глицерин. Кроме того, применительно к двухтактному двигателю (см. фиг.2) рубашка охлаждения является полостью, образованной цилиндром 4, проставкой 16, радиатором 8, камерой сгорания 7. Камера сгорания имеет форму тела вращения, технологична в изготовлении, может быть выполнена из меди для улучшения теплоотдачи от нагретых стенок к охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость проходит через полую перемычку 17 выхлопных окон цилиндра. При работе двигателя теплота от горячих стенок камеры сгорания цилиндра передается промежуточным теплоносителем жидкостью к оребренным наружным поверхностям. Оребрение поверхностей состоит из относительно невысоких цельных ребер и высоких полых. Конструкция обеспечивает организованное прохождение конвективных потоков через полые ребра, выполняющих лучшую теплоотдачу в воздух вследствие более равномерного, чем у цельных распределение температур по высоте ребра. За счет хорошей теплоотдачи происходит равномерное охлаждение цилиндра. Циркуляция жидкости в рубашке охлаждения происходит за счет разности плотностей горячей и холодной жидкости. Преимущественное направление циркуляции жидкости указано стрелками. Обдув ребер воздухом осуществляется встречным потоком или вертикальным конвективным потоком воздуха, или потоком от вентилятора.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая рубашку охлаждения цилиндра и головку цилиндра с наружной оребренной поверхностью, снабженной разновеликими ребрами, меньшими у основания цилиндра и большими в головке цилиндра, заполненную жидким теплоносителем, отличающаяся тем, что меньшие ребра выполнены цельными, а большие полыми и открытыми в сторону рубашки охлаждения. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что между цилиндром и головкой цилиндра установлена проставка. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что рубашка головки цилиндра выполнена из металлической ленты с полыми тонкостенными ребрами, продольными относительно оси цилиндра.

www.freepatent.ru

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — Википедия

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90°C. Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

6-цилиндровый двигатель с естественным охлаждением на мотоцикле (Honda CBX1000, 105лс) Авиамодельный двигатель O.S. (1,7см3). Pratt and Whitney R-4360 - 28-цилиндровый авиационный двигатель с естественным воздушным охлаждением (3500лс).

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным. Естественное воздушное охлаждение является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов - более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных - назад и т.п. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. С систематическим ростом форсировки моторов мотоциклов на наиболее совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. По причине малой массы естественное воздушное охлаждение широко применялось и на поршневых авиационных двигателях, где близкие к цилиндрическим и имевшие малую окружную скорость комли лопастей винта практически не работали как вентилятор, но скорость набегающего на самолёт потока была сама по себе очень высока.

Универсальный "стационарный" двигатель воздушного охлаждения, установленный на газонокосилке.

Стационарные или плотно закапотированные двигатели оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе, большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува. На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. В основном это небольшие машины типа Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV; особняком стоит представительская Tatra 613. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда - тяжёлые, например Т-330; чаще - малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. В настоящее время (2015-е) принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (Briggs & Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение морских судов открытого типа

Системы охлаждения классифицируются в соответствии со способом использования теплоносителя в системе.

Замкнутые — в таких системах жидкость-теплоноситель циркулирует по герметичному контуру, нагреваясь от источника тепла (нагревателя) и остывая в охлаждающем контуре (охладителе). В зависимости от устройства системы, теплоноситель может закипать или полностью испаряться, вновь конденсируясь в охладителе. Незамкнутые — в незамкнутых(проточных) системах теплоноситель подается извне, нагревается у источника тепла и направляется во внешнюю среду. В этом случае она играет роль охладителя, предоставляя необходимые объем теплоносителя нужной температуры на входе и принимая нагретый на выходе. Открытые — системы, в которых нагреватель помещен в некоторый объем теплоносителя, а тот заключен в охладителе, если таковой предусмотрен конструкцией. Например, открытая система с маслом в качестве теплоносителя используются для охлаждения мощных электротрансформаторов.

К «чисто жидкостным» системам охлаждения можно отнести лишь открытые системы охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. В некоторых стационарных двигателях начала XX века мог отсутствовать радиатор, вместо этого имелся расширительный бак большого объёма — отчасти тепло рассеивалось за счёт испарения воды, отчасти — через стенки бака, а отчасти за счёт большого объёма воды, который не успевал достаточно прогреться за время работы двигателя.

Замкнутая система (Гибридный тип)

Тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего она, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

• внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра
• наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

Система охлаждения состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от неё тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки - принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя)[источник не указан 209 дней]. При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

Основные части жидкостной системы охлаждения

В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей наземного и воздушного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора.

Основные части жидкостной системы охлаждения:

• Рубашка охлаждения (1) представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
• Насос охлаждающей жидкости, или помпа (5) — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
• Термостат (2) — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
• Радиатор (3) имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
• Вентилятор (4) создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
• Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Автомобили начала-середины XX века часто не имели расширительных бачков. В них запас охлаждающей жидкости находился в верхнем бачке радиатора. Это было вполне допустимо, так как в основном в системе охлаждения использовалась вода, и её расширение при нагреве было небольшим. С распространением антифризов на основе этиленгликоля использование расширительного бака стало обязательным. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.

В поршневой авиации также применяются двигатели, в которых цилиндры охлаждаются непосредственно набегающим воздухом, а головки цилиндров — с использованием жидкостной системы охлаждения. Такое решение позволяет снизить массу двигателя и одновременно более эффективно охлаждать головки цилиндров, которые являются наиболее теплонагруженными частями двигателя.

Охлаждение масла

В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках и тепловозах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.[1] Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л.с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

Видео по теме

См. также

Примечания

Ссылки

wikipedia.green

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — Википедия РУ

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

  6-цилиндровый двигатель с естественным охлаждением на мотоцикле (Honda CBX1000, 105лс)  Авиамодельный двигатель O.S. (1,7см3).  Pratt and Whitney R-4360 - 28-цилиндровый авиационный двигатель с естественным воздушным охлаждением (3500лс).

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным. Естественное воздушное охлаждение является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов - более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных - назад и т.п. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. С систематическим ростом форсировки моторов мотоциклов на наиболее совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. По причине малой массы естественное воздушное охлаждение широко применялось и на поршневых авиационных двигателях, где близкие к цилиндрическим и имевшие малую окружную скорость комли лопастей винта практически не работали как вентилятор, но скорость набегающего на самолёт потока была сама по себе очень высока.

  Универсальный "стационарный" двигатель воздушного охлаждения, установленный на газонокосилке.

Стационарные или плотно закапотированные двигатели оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе, большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува. На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. В основном это небольшие машины типа Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV; особняком стоит представительская Tatra 613. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда - тяжёлые, например Т-330; чаще - малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. В настоящее время (2015-е) принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (Briggs & Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость.

Жидкостное охлаждение

  Жидкостное охлаждение морских судов открытого типа

Системы охлаждения классифицируются в соответствии со способом использования теплоносителя в системе.

Замкнутые — в таких системах жидкость-теплоноситель циркулирует по герметичному контуру, нагреваясь от источника тепла (нагревателя) и остывая в охлаждающем контуре (охладителе). В зависимости от устройства системы, теплоноситель может закипать или полностью испаряться, вновь конденсируясь в охладителе. Незамкнутые — в незамкнутых(проточных) системах теплоноситель подается извне, нагревается у источника тепла и направляется во внешнюю среду. В этом случае она играет роль охладителя, предоставляя необходимые объем теплоносителя нужной температуры на входе и принимая нагретый на выходе. Открытые — системы, в которых нагреватель помещен в некоторый объем теплоносителя, а тот заключен в охладителе, если таковой предусмотрен конструкцией. Например, открытая система с маслом в качестве теплоносителя используются для охлаждения мощных электротрансформаторов.

К «чисто жидкостным» системам охлаждения можно отнести лишь открытые системы охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. В некоторых стационарных двигателях начала XX века мог отсутствовать радиатор, вместо этого имелся расширительный бак большого объёма — отчасти тепло рассеивалось за счёт испарения воды, отчасти — через стенки бака, а отчасти за счёт большого объёма воды, который не успевал достаточно прогреться за время работы двигателя.

Замкнутая система (Гибридный тип)

Тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего она, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

• внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра
• наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

Система охлаждения состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от неё тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки - принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя)[источник не указан 167 дней]. При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

Основные части жидкостной системы охлаждения

В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей наземного и воздушного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора.

Основные части жидкостной системы охлаждения:

• Рубашка охлаждения (1) представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
• Насос охлаждающей жидкости, или помпа (5) — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
• Термостат (2) — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
• Радиатор (3) имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
• Вентилятор (4) создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
• Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Автомобили начала-середины XX века часто не имели расширительных бачков. В них запас охлаждающей жидкости находился в верхнем бачке радиатора. Это было вполне допустимо, так как в основном в системе охлаждения использовалась вода, и её расширение при нагреве было небольшим. С распространением антифризов на основе этиленгликоля использование расширительного бака стало обязательным. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.

В поршневой авиации также применяются двигатели, в которых цилиндры охлаждаются непосредственно набегающим воздухом, а головки цилиндров — с использованием жидкостной системы охлаждения. Такое решение позволяет снизить массу двигателя и одновременно более эффективно охлаждать головки цилиндров, которые являются наиболее теплонагруженными частями двигателя.

Охлаждение масла

В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках и тепловозах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.[1] Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л.с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

http-wikipediya.ru

схема, устройство и типы систем охлаждения

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Что представляет собой схема системы охлаждения двигателя? В первую очередь, устройство системы охлаждения двигателя предусматривает нахождение в составе комплекта оборудования специальных устройств. Независимо от того, какой имеется принцип работы системы охлаждения двигателя, его главной задачей является подвод специально подготовленной среды к деталям двигателя, подверженным регулярному нагреву. Сейчас очень многих водителей интересует, для чего предназначена система охлаждения. Чтобы понять, как работает система охлаждения двигателя, важно проанализировать общий эффект, который оказывает оборудование на общую конструкцию двигателя.

Помимо этого качественная и надежная система охлаждения двигателя автомобиля позволит выполнять свою поставленную задачу фактически неограниченное количество времени, что также позволит поддерживать работу устройства даже при интенсивном нагреве оборудования. Когда анализируется воздушная система охлаждения двигателя, также даётся возможность работы в различных, особенных режимах работы, что относится к специальным преимуществам подобного оборудования.

Об особеностях двигателя автомобиля и его ремонте можно узнать здесь. А процесс кузовного ремонта и покраски автомобилей описан в этой статье.

Особенности работы двигателя и системы в целом

Рассмотрев, каким является назначение системы охлаждения двигателя, невозможно не выделить и то, с какими нагрузками и режимами работы будет функционировать система. А это ведь наиболее актуально, принимая во внимание, что в самом центре цилиндра возникает температура в пределах 2000 градусов, а порой даже более, что и предусматривает система дополнительного охлаждения двигателя. Для чего служит система охлаждения?

Факт: Двигатель воздушного охлаждения помогает стабильно поддерживать значение температуры в пределах до 90 градусов, что, следовательно, будет оценено по достоинству.

Схема системы охлаждения двс включает в себя ряд ключевых элементов оборудования, которые, взаимодействуя, гарантируют получение необходимого эффекта. В частности, оборудование включает в себя нагреватель системы охлаждения двигателя, удобный и практичный в эксплуатации. Принцип работы системы охлаждения двс основан на подводе жидкости к нагретой детали, что способствует быстрому остыванию элементов конструкции. Одним из элементов является рубашка системы охлаждения, которая может быть заменена при необходимости.

А это, конечно же, минимальный возможный риск выхода всего основного оборудования из строя в результате некорректной его работы и совсем не правильной настройке агрегатов в электродвигателе системы охлаждения. Основным элементом является непосредственно насос системы охлаждения двигателя, посредством которого можно заполучить в свое распоряжение совершенную, мощную и полностью функционирующую схему.

Исключает система охлаждения двигателя внутреннего сгорания также и образование такой неприятной неисправности, как заклинивание деталей, вызванное возникновением различной степени деформаций. Фактически, вне зависимости от того, какими были выбраны виды систем охлаждения двигателя, это позволит увеличить срок службы оборудования и таким образом снизить эксплуатационные затраты на транспортные средства владельцем. Помимо прочего, установленная жидкостная система охлаждения двигателя не вызовет такого некорректного признака неисправности, как существенное снижение общего параметра мощности агрегата, нежелательного воспламенения горючей смеси.

В противном случае последствия такого решения могут быть чрезвычайно опасными и, как правило, приведут лишь к выходу всей конструкции из строя, что исключает открытая система охлаждения двигателя. На ремонт оборудования потребуется в результате затратить огромное количество средств, материальных ресурсов, что вряд ли порадует владельца, в отличие от того, как действуют установленные типы системы охлаждения двигателя. Важно, чтобы водяное охлаждение двигателя оказывало не только требуемый специальный эффект, но и, в частности, и ликвидировало эффект нагрева и соприкосновения различных газов при высоких температурах с деталями. Насос для системы охлаждения автомобиля также относится к элементам оборудования.

Факт: Охлаждает двигатель система, таким образом, либо же непосредственно в атмосфере, либо как альтернатива, через специальное тело, установленное последовательно в общую схему оборудования.

Неравномерное охлаждение конструкции

Рассматривая, какие еще элементы системы охлаждения двигателя могут быть использованы, важно отметить использование воды, любой другой низкозамерзающей жидкости. Назначение и устройство системы охлаждения обязательно рассматривается на этапе обслуживания. Если же детали системы охлаждения двигателя слишком интенсивно выполнили поставленную перед ними задачу, потребуется разрешить проблему конденсата, скапливающегося на поверхностях цилиндров. Закрытая система охлаждения двигателя имеет еще одну особенность, жидкость же стекает, таким образом, в специально обустроенный картер двигателя и таким образом разжижает расположенное там моторное масло, приводя его в оптимальную концентрацию. Стоит отметить, система охлаждения двигателя состоит из надежных узлов и агрегатов.

В результате масляная система охлаждения двигателя поможет поднять на новый уровень мощностные характеристики автомобиля, стабилизировать работу отдельных узлов и агрегатов, если электродвигатель системы охлаждения работает с перебоями. Также она не оказывает на состав нужного эффекта, масло постепенно загустеет и вызовет столь нежеланный для каждого потенциального владельца автомобиля высокий расход топлива, все это рассматривает устройство и работа системы охлаждения.

К особенностям, которые выделяет принцип работы системы охлаждения автомобиля, относится уникальная возможность работы выбранной системы даже в экстремальных условиях, что и позволит получить высокий результат в любое время.

topauto24.ru

---

• 
  Виды кранов подъемных
• 
  Земляная насыпь
• 
  Какая должна быть температура нагрева тормозных устройств двухкамерный
• 
  Снижать скорость заблаговременно
• 
  Снижать скорость заблаговременно
• 
  Заз 965 двигатель
• 
  Проектирование деревянных конструкций
• 
  Прямая лопата экскаватора
• 
  Цилиндр силовой
• 
  Складирование материалов на строительной площадке сп
• 
  Свинцовые пластины