Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении, а именно в двигателестроении, в двигателях внутреннего сгорания магистральных тепловозов. Сущность изобретения: система содержит контуры охлаждения масла и воды двигателя, водовоздушный теплообменник охлаждения наддувочного воздуха. Система снабжена дополнительными трубопроводами с управляемыми запорными органами, один из трубопроводов подсоединен к водовоздушному теплообменнику для отвода пара в атмосферу, а другой - к контуру охлаждения воды двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) магистральных тепловозов.

Известна система охлаждения тепловозного двигателя, содержащая контур охлаждения воды двигателя, включающий воздуховодяной радиатор, вентилятор с приводом и водяной насос, контур охлаждения масла, теплообменник которого соединен с контуром охлаждения воды двигателя, и контур охлаждения наддувочного воздуха, включающий водовоздушный теплообменник, воздуховодяной радиатор, вентилятор с приводом и водяной насос [1] Недостатком этой системы охлаждения является большая металлоемкость воздуховодяных радиаторов.

Наиболее близкой к предлагаемой является система охлаждения ДВС, содержащая контур охлаждения воды двигателя, включающий воздуховодяной радиатор, вентилятор с приводом и водяной насос, контур охлаждения масла двигателя, включающий масляный насос, водомасляный теплообменник, водяной насос, воздуховодяной радиатор и вентилятор с приводом, и водовоздушный теплообменник охлаждения наддувочного воздуха, подключенный к контуру охлаждения масла двигателя [2] Недостатками этой системы охлаждения являются большая масса и габариты охлаждающего устройства, большой расход цветного металла на его изготовление, обусловленные тем, что радиатор, охлаждаемый атмосферным воздухом, проектируется на отвод теплоты от трех сред (воды, масла и наддувочного воздуха) при температуре окружающего воздуха 40^оС для реализации полной мощности двигателя.

На частичных режимах отвод теплоты от воды и масла двигателя примерно пропорционален мощности двигателя и не зависит от температуры окружающей среды. Отвод теплоты от наддувочного воздуха на частичных режимах снижается в большей степени, чем мощность двигателя, и значительно зависит от температуры окружающей среды. В итоге поверхность радиатора, рассчитанная на отвод теплоты от наддувочного воздуха, работает только при полной мощности двигателя и максимальной температуре окружающей среды. Основное же время работы двигателя (95-98%) эта поверхность радиатора работает с минимальной нагрузкой либо cовсем не работает, так как на частичных режимах при относительно невысокой температуре окружающей среды необходимость в охлаждении наддувочного воздуха отпадает.

Задачей изобретения является снижение массы и габаритов охлаждающего устройства, а также уменьшение расхода цветных металлов.

Задача решается в системе охлаждения, содержащей контур охлаждения воды двигателя, включающий последовательно соединенные насос и радиатор с вентилятором обдува воздухом, контур охлаждения масла двигателя, включающий насос и водомасляный теплообменник, соединенный с радиатором, снабженным вентилятором обдува, и водовоздушный теплообменник охлаждения наддувочного воздуха.

Согласно изобретению водовоздушный теплообменник выполнен в виде парогенератора, соединенного с атмосферой, и подключен к контуру охлаждения воды двигателя, а на трубопроводах подключения установлены управляемые запорные устройства.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты.

Уменьшается число секций радиатора, вследствие того, что водовоздушный теплообменник охлаждения наддувочного воздуха выполнен в виде парогенератора. Теплота охлаждения наддувочного воздуха в парогенераторе расходуется на производство пара, удаляемого в атмосферу. По этой причине секции радиатора, рассчитанные на отвод теплоты от воды, охлаждающей наддувочный воздух, аннулированы.

Уменьшается мощность, затрачиваемая на привод вентиляторов системы охлаждения, вследствие того, что водовоздушный теплообменник охлаждения наддувочного воздуха выполнен в виде парогенератора. Аннулирование секций радиатора для отвода теплоты от воды, охлаждающей наддувочный воздух, уменьшает количество атмосферного воздуха, необходимое для отвода теплоты в системе охлаждения, что снижает мощность вентиляторов.

Обеспечивается возможность длительной работы тепловоза без дозаправки водяного бака системы охлаждения ДВС вследствие того, что в виде соединенного с атмосферой парогенератора выполнен только теплообменник охлаждения наддувочного воздуха. ДВС магистрального тепловоза работает преимущественно на частичных режимах и температуре окружающей среды, меньшей расчетной. По этой причине отвод теплоты от наддувочного воздуха оказывается существенно меньше расчетного, что снижает расход воды на испарение в парогенераторе и позволяет осуществлять дозаправку водяного бака только в оборотных депо.

На чертеже изображена принципиальная схема системы охлаждения ДВС.

Система охлаждения двигателя 1 содержит контур 2 охлаждения масла двигателя, контур 3 охлаждения воды двигателя, водовоздушный теплообменник 4 охлаждения наддувочного воздуха.

Контур 2 охлаждения масла двигателя включает последовательно соединенные масляный насос 5 и водомасляный теплообменник 6, соединенный трубопроводом 7 через насос 8 с воздуховодяным радиатором 9, снабженным вентилятором 10 обдува воздухом.

Контур 3 охлаждения воды двигателя включает последовательно соединенные водяной насос 11 и воздуховодяной радиатор 12, снабженный вентилятором 13 обдува воздухом.

Водовоздушный теплообменник 4 охлаждения наддувочного воздуха выполнен в виде парогенератора и по воздушной стороне соединен с турбокомпрессором наддувочного воздуха (не показан) и трубопроводом 14 с двигателем 1. На входе воздуха в теплообменник 4 установлен датчик 15 температуры наддувочного воздуха.

Водовоздушный теплообменник 4 по водяной стороне соединен трубопроводом 16 с водяным баком 17 и трубопроводом 18 с атмосферой. Теплообменник 4 подключен трубопроводами 19 и 20 к контуру 3 охлаждения воды двигателя. На трубопроводах 16, 18, 19 и 20 установлены управляемые запорные клапаны 21, 22, 23 и 24. Водовоздушный теплообменник 4 снабжен датчиком 25 уровня воды.

Датчик 15 температуры наддувочного воздуха, управляемые запорные клапаны 21, 22, 23 и 24 и датчик 25 уровня воды подключены к автоматическому органу управления (АОУ) 26. Линии подключения указанных датчиков и управляемых клапанов к АОУ 26 не показаны.

Система охлаждения работает следующим образом.

Масло, циркулирующее в контуре 2, из двигателя 1 насосом 5 подается в водомасляный теплообменник 6, в котором теплота от масла передается охлаждающей воде. Охлажденное масло поступает в двигатель 1, а вода, нагретая в теплообменнике 6, по трубопроводу 7 насосом 8 направляется в воздуховодяной радиатор 9, где охлаждается воздухом, подаваемым вентилятором 10, и возвращается в теплообменник 6.

Вода, циркулирующая в контуре 3, из двигателя 1 насосом 11 подается в воздуховодяной радиатор 12, где охлаждается воздухом, поступающим от вентилятора 13, и возвращается в двигатель 1.

Наддувочный воздух, поступающий от турбокомпрессора в водовоздушный теплообменник 4 и далее по трубопроводу 14 в двигатель 1, омывает снаружи трубный пучок теплообменника 4, заполненный водой.

В зависимости от температуры наддувочного воздуха возможны три режима работы водовоздушного теплообменника 4.

При температуре наддувочного воздуха выше максимально допустимой наддувочный воздух охлаждают.

По сигналу датчика 15 температуры АОУ 26 закрывает запорные клапаны 23 и 24 на трубопроводах 19 и 20 и открывает запорный клапан 22 на трубопроводе 18. Водяная полость водовоздушного теплообменника 4 соединяется с атмосферой, и теплообменник 4 работает как парогенератор. Наддувочный воздух в водовоздушном теплообменнике 4 отдает теплоту воде, заполняющей трубный пучок, вода нагревается до температуры кипения и испаряется. Образовавшийся водяной пар по трубопроводу 18 выходит в атмосферу. Наддувочный воздух, отдавая теплоту воде, охлаждается до температуры 105-110^оС и поступает по трубопроводу 14 в двигатель 1.

Уровень воды в водовоздушном теплообменнике 4 поддерживают из водяного бака 17. При падении уровня воды датчик 25 уровня подает сигнал на АОУ 26, который открывает запорный клапан 21 на трубопроводе 16 и вода из бака 17 перетекает в водяную полость водовоздушного теплообменника 4 до установленного уровня.

При температуре наддувочного воздуха ниже максимально допустимой, но выше минимально допустимой охлаждение наддувочного воздуха не требуется.

По сигналу датчика 15 температуры наддувочного воздуха и датчика 25 уровня воды АОУ 26 закрывает запорные клапаны 22 и 21 на трубопроводах 18 и 16. Запорные клапаны 23 и 24 на трубопроводах 19 и 20 остаются закрытыми. Температура воды в водовоздушном теплообменнике 4 становится равной температуре наддувочного воздуха и воздух без охлаждения поступает в двигатель 1.

При температуре наддувочного воздуха ниже минимально допустимой наддувочный воздух подогревают.

По сигналу датчика 15 температуры наддувочного воздуха АОУ 26 открывает запорные клапаны 23 и 24 на трубопроводах 19 и 20. Запорные клапаны 21 и 22 на трубопроводах 16 и 18 остаются закрытыми.

Вода из двигателя 1, подаваемая насосом 11 в радиатор 12, частично по трубопроводу 20 поступает в водовоздушный теплообменник 4 и по трубопроводу 19 возвращается в двигатель. Температура воды, поступающей в теплообменник 4, выше температуры наддувочного воздуха.

Теплота от воды передается воздуху, и подогретый наддувочный воздух по трубопроводу 14 поступает в двигатель 1.

Формула изобретения

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая контур охлаждения воды двигателя, включающий последовательно соединенные насос и радиатор с вентилятором обдува воздухом, контур охлаждения масла двигателя, включающий насос и водомасляный теплообменник, соединенный при помощи трубопровода с радиатором, имеющим вентилятор обдува и водовоздушный теплообменник охлаждения наддувочного воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными трубопроводами с управляемыми запорными органами, причем один из трубопроводов подсоединен к водовоздушному теплообменнику для отвода пара в атмосферу, а другой к контуру охлаждения воды двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1