Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателестроению и, в частности, к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор, датчик температуры охлаждающей жидкости, вентилятор обдува радиатора, содержащий привод и аккумулятор тепла, теплоаккумулирующее вещество и каналы для прохода охлаждающей жидкости, масла и отработавших газов, снабжена термоклапанами в системе охлаждения и системе смазки и насосами для прокачки жидкости и масла. Причем клапаны установлены на двигателе в месте отвода жидкости и масла - два для поддержания температуры в межсменное время +20^oС +2°С: один в системе охлаждения, другой в системе смазки, и два клапана для ускорения прогрева двигателя, включающиеся только при работающем двигателе, а при остановке двигателя они переходят в выключенное и закрытое состояние. Клапан для регулирования отвода тепла через охлаждающую жидкость в теплоаккумулятор и клапан, регулирующий подачу жидкости на охлаждение через радиатор, установлен в верхнем патрубке передней части двигателя, а насосы расположены в месте подвода охлаждающей жидкости и масла. Изобретение позволяет снизить затраты энергии и улучшить эксплуатационные характеристики. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателестроению и, в частности, к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания со средствами для предпускового подогрева охлаждающей жидкости и масла, а также аккумулирования тепла из отработавших газов в условиях низких температур при стабилизации оптимального теплового режима во всем диапазоне работы, а также поддержания минимально необходимой температуры в межсменный период эксплуатации. С целью обеспечения возможностей для продления периода пребывания двигателя в прогретом состоянии в межсменное время дополнительного прогрева перед запуском и в начальный период работы, а также поддержания оптимальной температуры при работе на малых нагрузках.

Известны системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания, эксплуатирующихся в холодное время года при низких температурах окружающей среды значительную часть времени на холостом ходу (авт.св. N 756056, кл. F 01 P 3/20, 1980), содержащая рубашку охлаждения двигателя, радиатор, две перепускных магистрали и теплоизолированный аккумулирующий тепло бак, а также (авт. св. N 1048143 A, кл. F 01 P 3/20, 1983) включающая первый контур охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящий из рубашки охлаждения двигателя внутреннего сгорания, радиатора, циркуляционного насоса, и второй контур, состоящий из теплообменника, циркуляционного насоса и теплового аккумулятора.

Недостатком указанных устройств является то, что аккумулирование тепла в теплоаккумуляторе предусматривается путем отбора тепла из охлаждающей жидкости двигателя, что в условиях низких окружающих температур и продолжительной работы на неполной нагрузке является весьма проблематичным, а также не предусматривается устройства для эффективного поддержания заданной температуры в системе охлаждения и смазки в межсменный период с целью экономии ограниченных запасов тепла, способствующего продлению продолжительности пребывания двигателя в прогретом состоянии до очередного запуска.

Известны система охлаждения двигателей внутреннего сгорания (авт.св. N 1380354 A, кл. F 01 P 3/20, F 02 N 17/06, 1985), содержащая два параллельных контура циркуляции теплоносителя: первый - "горячий", содержит рубашку охлаждения цилиндров двигателя, радиатор, циркуляционный насос; второй - "холодный", содержит водомасляный теплообменник, охладитель наддувочного воздуха, масляный теплообменник, охладитель наддувочного воздуха, радиатор, насос и перепускной трубопровод с управляемым клапаном, и система (авт.св. N 1453069 A1, кл. F 01 P 3/20, F 02 N 17/4, 1989), содержащая соединенные между собой два контура циркуляции охлаждающей жидкости, подогреватель охлаждающей жидкости и вспомогательный насос.

Недостатком указанных устройств является отсутствие механизмов для эффективного регулирования заданной температуры в системе охлаждения и системе смазки в межсменный период с целью экономного расходования ограниченных запасов тепла в теплоаккумуляторе, способствующего продлению сроков пребывания двигателя в прогретом состоянии до очередного запуска, дополнительного подогрева перед запуском, в начальный период и в процессе основной работы на малых нагрузках.

Наиболее близким к заявляемому решению является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания строительного механизма (авт.св. N 1430568 A1, кл. F 01 P 3/20, F 02 N 17/02, 1988), содержащая последовательно соединенные рубашку охлаждения двигателя, датчик температуры охлаждающей жидкости, циркуляционный насос с приводом, радиатор и аккумулятор тепла, снабженный каналами для прохода охлаждающей жидкости и отработавших газов.

Недостатком указанной системы является отсутствие устройства для эффективного поддержания заданной температуры в системе охлаждения и системе смазки в межсменный период с целью экономного расходования ограниченных запасов тепла в теплоаккумуляторе, способствующего продлению сроков пребывания двигателя в прогретом состоянии до очередного запуска, дополнительного подогрева перед запуском, в начальный период и в процессе основной работы на малых нагрузках.

Для устранения указанных выше недостатков настоящее изобретение обеспечивает эффективное автоматическое поддержание заданной температуры в системе охлаждения и смазки двигателя в межсменный период до очередного запуска, дополнительного подогрева в период запуска, также в начальный период после запуска и в процессе основной работы на неполных нагрузках.

Это достигается тем, что система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающей рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор, датчик температуры охлаждающей жидкости, вентилятор обдува радиатора, содержащий привод и аккумулятор тепла, содержащий теплоаккумулирующее вещество и каналы для прохода охлаждающей жидкости, масла и отработавших газов, снабжена термоклапанами в системе охлаждения и системе смазки и насосами для прокачки жидкости и масла, причем клапаны установлены на двигателе в месте отвода жидкости и масла: два для поддержания температуры в межсменное время +20^oC +2^oC, один из них в системе охлаждения, другой в системе смазки, и два для ускорения прогрева двигателя, включающиеся только при работающем двигателе, а при остановке двигателя они переходят в выключенное и закрытое состояние, клапан для регулирования отвода тепла через охлаждающую жидкость в теплоаккумулятор и канал, регулирующий подачу жидкости на охлаждение через радиатор, установлен в месте подвода охлаждающей жидкости и масла.

На чертеже изображен общий вид системы поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания.

Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя 1, циркуляционный насос 4 с приводом 5, радиатор 9 и датчик 12 температуры охлаждающей жидкости, установленный на выходе из системы охлаждения двигателя, вентилятор 10 обдува радиатора с приводом 11, аналоговый блок 6, аккумулятор тепла 26, снабженный теплоаккумулирующим веществом и каналами 24 и 25 соответственно для прохода масла из системы смазки двигателя, охлаждающей жидкости и отработавших газов.

Каналы 24 для прохода охлаждающей жидкости сообщены при помощи первого трубопровода 6, в котором установлен обратный клапан 8 и циркуляционный насос 4 с приводом 5, радиатором и с рубашкой охлаждения двигателя 1, в двух местах: через термоклапан 13 и насос 4, а при помощи второго трубопровода 18, в котором установлены три термоклапана 15, 16 и 17, соответственно закрывающиеся при температурах 70, 24 и 85^oC, сообщены с рубашкой охлаждения двигателя 1.

Каналы 25 для прохода отработавших газов сообщены с выпускной магистралью 14 двигателя 1 через газовый распределитель 22. Приводы 5 и 11 соответственно циркуляционного насоса 4 и вентилятора 10 выполнены управляемыми и подключены через аналоговый блок 6 к датчику 12 температуры охлаждающей жидкости. Теплоаккумулятор 26 снабжен теплообменником 23, соединенным с двигателем с одной стороны через два термоклапана 20 и 21 и трубопровод 19, а с другой стороны через насос 3 с приводом 2, включающимися в момент открытия одного из двух клапанов для поддержания номинальной температуры в межсменный период и оптимальной - в прогреве после запуска и в процессе работы на минимальной нагрузке. При этом термоклапаны 20 и 15 функционируют только при работающем двигателе, а на период стоянки отключаются.

Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. При запуске двигателя 1 с номинальной температурой 20^oC - 25^oC после межсменной стоянки включаются в работу термоклапаны 20 и 15, одновременно автоматически включая приводы 2 и 5 насосов 3 и 4 соответственно для ускорения процесса прогрева системы охлаждения и смазки до номинальной температуры с последующим поддержанием ее на этом уровне в процессе работы на пониженных нагрузках теплом из теплоаккумулятора. Основным источником тепла для теплоаккумулятора являются выхлопные газы.

При нагреве охлаждающей жидкости до +70^oC термоклапан 15 закрывается и двигатель начинает работать на подъем своей температуры до +85^oC. При нагреве на +85^oC термоклапан 17 открывается, включая при этом привод 5 насоса 4, охлаждающая жидкость прокачивается по контуру циркуляции и в каналах 24 отдает тепло аккумулятору тепла 26, за счет чего сама охлаждается. При этом термоклапан 13 закрыт и привод 11 вентилятора 10 выключен. Благодаря значительной теплоемкости аккумулятора тепла 26, двигатель 1 может работать несколько часов с выключенным вентилятором 10.

По мере зарядки аккумулятора 26 тепла и расплавления всего теплоаккумулирующего вещества температура охлаждающей жидкости в двигателе увеличивается до +90^oC. При этом термоклапан 13 открывается и по сигналу датчика 12 включается привод 11 вентилятора 10, вследствие чего температура охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор 9, снижается до +80^oC и соответственно термоклапан 13 закрывается, а вентилятор 10 выключается. При остановке двигателя 1 автоматически отключаются клапаны 15 и 20 и тепло, накопленное в теплоаккумуляторе 26 путем срабатывания термоклапана 16 при одновременном замыкании контактов включения привода 5 насоса 4, поддерживает температуру двигателя 1 в пределах 20^oC - 25^oC в течение межсменного времени и обеспечивает при этом эффективный запуск его после межсменного простоя. Поступление тепла в радиатор 9 в этом случае предотвращает обратный клапан.

Более полное использование тепла, отводимого от двигателя 1, обеспечивается путем направления отработавших газов в каналы 25 с помощью газового распределителя 22, вследствие чего ускоряется зарядка и постоянное пополнение теплом теплоаккумулятора 26. Накопленное тепло аналогичным образом используется и для поддержания температуры масла в системе смазки двигателя в оптимальных пределах +70^oC в процессе его работы с помощью термоклапана 20 и насоса 3 в комплекте с приводом 2, а в межсменный период - на минимальном уровне +20^oC с помощью термоклапана 21 и насоса 3 путем его прокачивания через теплообменник 24.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет снизить затраты энергии, продлить период пребывания двигателя в прогретом состоянии в межсменный период, а также ускорить процесс прогрева перед и после запуска с последующим поддержанием оптимальной температуры при работе на неполной нагрузке путем более эффективного регулирования температуры в системе охлаждения и смазки с помощью термоклапанов совместно с насосами для прокачки жидкости через соответствующие теплообменники.

Формула изобретения

Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор и датчик температуры охлаждающей жидкости, установленный на выходе из рубашки, вентилятор обдува радиатора, снабженный приводом, и аккумулятор тепла, снабженный резервуаром с теплоаккумулирующим веществом и каналами для прохода охлаждающей жидкости и отработавших газов, причем каналы для прохода охлаждающей жидкости аккумулятора тепла сообщены при помощи по меньшей мере двух трубопроводов, отличающаяся тем, что она снабжена термоклапанами в системе охлаждения и системе смазки и насосами для прокачки жидкости и масла, причем клапаны установлены на двигателе в месте отвода жидкости и масла - два для поддержания температуры в межсменное время +20^oC +2^oC: один в системе охлаждения, другой в системе смазки, и два клапана для ускорения прогрева двигателя, включающиеся только при работающем двигателе, а при остановке двигателя они переходят в выключенное и закрытое состояние, клапан для регулирования отвода тепла через охлаждающую жидкость в теплоаккумулятор и клапан, регулирующий подачу жидкости на охлаждение через радиатор, установлен в верхнем патрубке передней части двигателя, а насосы расположены в месте подвода охлаждающей жидкости и масла.

РИСУНКИ

Рисунок 1