Система охлаждения - RU2727824C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе охлаждения двигателя и касается, в частности (но не только) системы охлаждения, выполненной с возможностью работы с уменьшенным расходом хладагента.

Уровень техники

Системы охлаждения для двигателей транспортных средств типа автомобилей содержат, как правило, насос, обеспечивающий закачку хладагента для двигателя в каналы, выполненные в корпусах таких узлов двигателя, как блок цилиндров и головка блока цилиндров. Для достижения достаточного охлаждения во всех зонах корпусов узлов двигателя может потребоваться значительный расход хладагента через указанные каналы. Поэтому в системах охлаждения часто применяют механический насос с приводом от двигателя. Такие механические насосы часто оказываются довольно громоздкими и тяжелыми и могут в процессе работы отбирать у двигателя значительную мощность.

Сущность изобретения

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, предложена система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, причем система охлаждения содержит: канал охлаждения, выполненный в корпусе двигателя, причем канал охлаждения выполнен с возможностью переноса объемного потока хладагента для охлаждения корпуса двигателя; и один или более дополнительных каналов охлаждения, выполненных в корпусе двигателя, причем дополнительный канал охлаждения или каждый из дополнительных каналов охлаждения выполнен с возможностью введения потока хладагента в середину потока хладагента, циркулирующего в канале охлаждения; при этом в корпусе двигателя имеются одна или более высокотемпературных областей, имеющих более высокую температуру, чем одна или более низкотемпературных областей корпуса двигателя; причем дополнительные каналы охлаждения выполнены с возможностью направлять вводимый поток хладагента в сторону одной или более высокотемпературных областей.

Объемный поток хладагента может обеспечиваться насосом. В соответствии с другим решением, объемный поток хладагента может обеспечиваться посредством конвекции, например, без применения насоса для создания объемного потока хладагента.

Система охлаждения может дополнительно включать в себя один или более насосов для перекачки по дополнительным каналам охлаждения, рассчитанных таким образом, чтобы перекачивать хладагент в дополнительных каналах охлаждения. Дополнительный канал охлаждения или каждый из дополнительных каналов охлаждения может быть снабжен связанным с ним дополнительным насосом для перекачки хладагента, либо один дополнительный насос для перекачки хладагента может работать на ряд дополнительных каналов охлаждения. В качестве дополнительных насосов для перекачки хладагента могут использоваться специально выделенные для этой цели насосы, например, рассчитанные на перекачку только хладагента, циркулирующего по одному или более дополнительных каналов охлаждения. Дополнительные насосы для перекачки хладагента могут быть выполнены с возможностью перекачивать часть хладагента, циркулирующего по дополнительным каналам охлаждения. Иначе говоря, дополнительные насосы для перекачки хладагента могут не обеспечивать прямую перекачку всего объемного потока хладагента.

Система охлаждения может содержать трубопровод охлаждения, обеспечивающий подачу хладагент в канал охлаждения, например, из радиатора системы охлаждения.

Система охлаждения может содержать один или более дополнительных трубопроводов охлаждения. Дополнительные трубопроводы охлаждения могут быть выполнены с возможностью подавать хладагент в дополнительные каналы охлаждения. Так, например, по дополнительным трубопроводам охлаждения может циркулировать хладагент из радиатора системы охлаждения в дополнительные каналы охлаждения. Дополнительные трубопроводы охлаждения могут ответвляться от трубопровода охлаждения, например, за радиатором или в месте расположения этого радиатора. Дополнительные насосы для перекачки хладагента могут быть предусмотрены на траектории потока в дополнительных трубопроводах охлаждения.

В соответствии с другим аспектом изобретения, предложена система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, причем система охлаждения содержит: канал охлаждения, выполненный в корпусе двигателя, причем канал охлаждения выполнен с возможностью переноса объемного потока хладагента для охлаждения корпуса двигателя; и один или более дополнительных каналов охлаждения, выполненных в корпусе двигателя, каждый из которых выполнен с возможностью введения потока хладагента в канал охлаждения; при этом в корпусе двигателя имеются одна или более высокотемпературных областей, имеющих более высокую температуру, чем одна или более низкотемпературных областей корпуса двигателя; причем дополнительные каналы охлаждения выполнены с возможностью направлять вводимый поток хладагента в сторону одной или более высокотемпературных областей.

Дополнительные каналы охлаждения могут проходить через стенку канала охлаждения. Каждый из дополнительных каналов охлаждения может быть снабжен форсункой, выполненной с возможностью создания струи хладагента, направленной в сторону одной или более высокотемпературных областей корпуса двигателя. Форсунка может, по меньшей мере, частично заходить в канал охлаждения. Диаметр форсунки может быть меньше 5 мм и составлять, например, 3 мм. Хладагент из дополнительных каналов охлаждения может сначала смешиваться с хладагентом в канале охлаждения перед высокотемпературной областью, например непосредственно перед ней, или рядом с высокотемпературной областью.

Система охлаждения может дополнительно включать в себя один или более насосов для перекачки по дополнительным каналам охлаждения, рассчитанных таким образом, чтобы перекачивать хладагент в дополнительных каналах охлаждения. Так, например, можно предусмотреть по одному дополнительному насосу для перекачки хладагента, обеспечивающему перекачку хладагента в каждом из дополнительных каналов охлаждения. В соответствии с другим вариантом, можно предусмотреть два или более дополнительных насосов для перекачки хладагента, каждый из которых будет выполнен с возможностью перекачивать хладагент в одном или более дополнительных каналах охлаждения. В соответствии с некоторыми вариантами, можно предусмотреть по одному дополнительному насосу для перекачки хладагента для каждого из дополнительных каналов охлаждения, при этом перекачка хладагента в каждом из дополнительных каналов охлаждения будет осуществляться по отдельности. В качестве дополнительных насосов для перекачки хладагента можно использовать насосы с электроприводом.

Поток хладагента в канале охлаждения может создаваться посредством конвекции, например, путем термосифонной циркуляции. Другими словами, перекачка хладагента в канале охлаждения, например объемного потока этого хладагента, может осуществляться не с помощью насоса. Хладагент может циркулировать в канале охлаждения с некоторой первой скоростью. Дополнительные насосы для перекачки хладагента могут обеспечивать перекачку хладагента в дополнительных каналах охлаждения с некоторой второй скоростью, которая может быть больше первой скорости. Хладагент из дополнительных каналов охлаждения может поступать в канал охлаждения с некоторой высокой скоростью потока. Так, например, хладагент из дополнительных каналов охлаждения может поступать в канал охлаждения со скоростью потока более 5 метров в секунду, например, 10 м/сек.

Хладагент, поступающий в канал охлаждения из дополнительных каналов охлаждения, может иметь более низкую температуру, чем хладагент в канале охлаждения перед дополнительным каналом охлаждения, и в частности, непосредственно перед ним.

Система охлаждения может дополнительно содержать один или более температурных датчиков, выполненных с возможностью измерения температур корпуса двигателя. В порядке дополнения или альтернативы можно предусмотреть, чтобы температурные датчики обеспечивали измерение температуры хладагента в канале охлаждения, например, в высокотемпературных областях или рядом с ними. Эти температурные датчики можно поместить на корпусе двигателя в высокотемпературных областях или рядом с ними. В порядке дополнения или альтернативы можно поместить один или более температурных датчиков на форсунках.

Система охлаждения может дополнительно содержать контроллер, выполненный с возможностью определения температур в одной или более высокотемпературных областей. Определение температур может производиться на основе показаний одного или более температурных датчиков, находящихся на корпусе двигателя или на форсунке. В порядке дополнения или альтернативы можно предусмотреть, чтобы в качестве температуры выступала некоторая расчетная температура, например, определяемая на основе модели данных или таблицы соответствия контроллера.

Расход хладагента в дополнительных каналах охлаждения может регулироваться в соответствии с температурами в одной или более высокотемпературных областях. Каждый из одного или более дополнительных каналов охлаждения может быть выполнен с возможностью направлять хладагент в сторону соответствующей высокотемпературной области корпуса двигателя. Расход хладагента в каждом из дополнительных каналов охлаждения может регулироваться в соответствии с температурой соответствующей высокотемпературной области. Так, например, когда температура соответствующей высокотемпературной области превысит некоторое пороговое значение, расход хладагента в дополнительном канале охлаждения может быть увеличен - например, может быть осуществлена закачка хладагента.

Канал охлаждения может быть, по меньшей мере, частично выполнен во втором корпусе двигателя и выполнен с возможностью охлаждения второго корпуса двигателя. Один или более дополнительных каналов охлаждения могут быть, по меньшей мере, частично выполнены во втором корпусе двигателя. Один или более дополнительных каналов охлаждения могут быть выполнены с возможностью направлять хладагент в сторону одной или более высокотемпературных областей второго корпуса двигателя, которые могут иметь более высокие температуры, чем одна или более низкотемпературных областей второго корпуса двигателя.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предложен двигатель внутреннего сгорания или транспортное средство, содержащие систему охлаждения в соответствии с ранее упомянутым аспектом изобретения.

В соответствии со следующим аспектом изобретения, предложен способ охлаждения корпуса двигателя, в соответствии с которым корпус двигателя имеет одну или более высокотемпературных областей, которые имеют более высокую температуру, чем одна или более низкотемпературных областей корпуса двигателя, причем способ включает в себя следующие этапы: выполняют в корпусе двигателя канал охлаждения, причем канал охлаждения выполнен с возможностью переноса объемного потока хладагента через корпус двигателя; выполняют в корпусе двигателя один или более дополнительных каналов охлаждения, каждый из которых выполнен с возможностью вводить поток хладагента в канал охлаждения и направлять его в сторону одной или более высокотемпературных областей корпуса двигателя; и создают поток хладагента через один или более дополнительных каналов охлаждения.

Способ может дополнительно включать в себя этап определения одной или более температур в одной или более высокотемпературных областей. Определение одной или более температур может осуществляться на основе результатов измерений с помощью одного или более температурных датчиков, установленных на корпусе двигателя и/или на форсунках. В порядке дополнения или альтернативы можно предусмотреть, чтобы одна или более температур определялись на основе модели данных или таблицы соответствия температур. Определение одной или более температур может осуществляться на основе вырабатываемой двигателем мощности. Способ может дополнительно включать в себя этап регулирования расхода хладагента в одном или более дополнительных каналах охлаждения в соответствии с одной или более температур.

В соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения, предложен контроллер, содержащий один или более модулей, обеспечивающих реализацию способа в соответствии с ранее упомянутым аспектом изобретения.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения, предложена программа, с помощью которой выполняющее ее вычислительное устройство реализует способ в соответствии с ранее упомянутым аспектом изобретения.

Во избежание утомительных и ненужных повторов в тексте описания некоторые признаки описываются ниже только в связи с одним или несколькими аспектами или вариантами осуществления изобретения. Однако следует понимать, что в тех случаях, когда это технически осуществимо, признаки, описываемые применительно к какому-либо аспекту или варианту осуществления изобретения, могут быть также использованы при рассмотрении любого другого аспекта или варианта осуществления.

Краткое описание чертежей

Для облегчения понимания сущности настоящего изобретения и для более четкой иллюстрации путей его осуществления описание ведется ниже со ссылками на рассматриваемые в качестве примера приложенные чертежи, где:

на фиг. 1 приведен схематический вид в аксонометрии, иллюстрирующий поперечные разрезы через систему охлаждения, известную из предшествующего уровня техники;

на фиг. 2 приведен схематический вид в аксонометрии, иллюстрирующий поперечные разрезы через систему охлаждения согласно изобретению;

на фиг. 3 приведен вид в разрезе головки блока цилиндров согласно изобретению;

на фиг. 4 приведен вид в разрезе головки блока цилиндров согласно изобретению с обводами, иллюстрирующими температуру этой головки.

Детальное описание

Как видно на фиг. 1, двигатель 1 типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) имеет один или более корпусов. Так, например, как показано на фиг. 1, двигатель 1 имеет головку 2 блока цилиндров и блок цилиндров 4. Блок цилиндров 4 включает в себя один или более цилиндров 6, а головка 2 блока цилиндров включает в себя одно или более отверстий 8а для впуска воздуха и одно или более выпускных отверстий 8b. Каждый из цилиндров 6 может иметь жидкостное сообщение с одним, двумя или более отверстиями для впуска воздуха и выпускными отверстиями 8а, 8b. Так, в частности, в конструкции по фиг. 1 каждый из цилиндров 6 имеет жидкостное сообщение с двумя отверстиями 8а для впуска воздуха и с двумя выпускными отверстиями 8b.

Можно предусмотреть в каждом из отверстий 8а для впуска воздуха по одному клапану (не показаны), которые выполняются с возможностью открытия и закрытия с избирательным обеспечением поступления всасываемого воздуха через отверстия 8а для впуска воздуха и далее в соответствующие цилиндры 6. Подобным же образом, можно предусмотреть в каждом из выпускных отверстий 8b по одному клапану (не показаны), которые выполняются с возможностью открытия и закрытия с избирательным обеспечением выпуска отработавших газов из цилиндров 6.

Предусмотрена возможность смешивания топлива с всасываемым воздухом в цилиндрах 6 или перед ними и последующего сжигания этой смеси. Газы, вырабатываемые в ходе реакции горения, могут приводить в действие находящиеся в цилиндрах поршни (не показаны), которые приводят во вращение коленчатый вал двигателя (не показан).

Помимо функции выработки продуктов сгорания, приводящих во вращение двигатель, сжигание топлива в цилиндрах 6 еще генерирует тепло, поглощаемое головкой 2 блока цилиндров и блоком цилиндров 4, в результате чего повышается температура корпусов двигателя.

Как видно на фиг. 1, для снижения температуры корпусов двигателя в состав двигателя 1 может быть включена система охлаждения 10, известная из предшествующего уровня техники. Эта система охлаждения 10 содержит один или более каналов охлаждения 14а, 14b, выполненных в корпусах двигателя. В соответствии с некоторыми конструктивными решениями, каналы охлаждения 14а, 14b могут быть образованы корпусами 2, 4 двигателя. Система охлаждения дополнительно содержит насос 12 для перекачки хладагента, обеспечивающий перекачку потока хладагента по системе охлаждения 10, например, по каналам охлаждения 14а, 14b. В качестве насоса 12 для перекачки хладагента можно использовать механический насос, который может приводиться в действие двигателем 1.

Как показано на фиг. 1, в блоке цилиндров 4 могут быть выполнены один или более каналов охлаждения 14а. Хладагент может поступать в каналы охлаждения 14а, выполненные в блоке цилиндров 4, из насоса 12 для перекачки хладагента. Выполненные в блоке цилиндров 4 каналы охлаждения 14а могут быть выполнены с возможностью обеспечивать циркуляцию хладагента вокруг блока цилиндров 4 с целью его охлаждения. Как видно на чертеже, хладагент может циркулировать в каналах охлаждения 14а через участок блока цилиндров 4, показанный на фиг. 1, например, в сторону головки 2 блока цилиндров. Кроме того, хладагент может циркулировать в каналах охлаждения 14а вокруг цилиндров 6, например, в пределах участка блока цилиндров 4.

Хладагент, прошедший по каналам охлаждения 14а в блоке цилиндров 4, может поступать в один или более каналов охлаждения 14b, выполненных в головке 2 блока цилиндров. Выполненные в головке 2 блока цилиндров каналы охлаждения 14b рассчитаны таким образом, чтобы обеспечивалась циркуляция хладагента вокруг головки 2 блока цилиндров с целью ее охлаждения. Как показано на фиг. 1, каналы охлаждения 14b могут обеспечивать возможность циркуляции хладагента вокруг изображенного здесь участка блока цилиндров 4, например, вокруг отверстий 8а, 8b впускного и выпускного клапанов.

После того как хладагент прошел по каналам охлаждения 14b в головке 2 блока цилиндров, он может, выйдя из каналов 14а, 14b, поступать по трубопроводу охлаждения 16 в радиатор 18 системы охлаждения 10. Этот радиатор 18 может обеспечивать отвод тепла из хладагента. Радиатор может быть выполнен, например, с большой площадью поверхности и размещен на пути воздушного потока, так чтобы обеспечивалось беспрепятственное рассеяние тепла этим радиатором.

Один или более корпусов 2, 4 двигателя могут иметь одну или более высокотемпературных областей 20а, 20b. В процессе работы двигателя высокотемпературные области 20а, 20b корпусов двигателя могут нагреваться благодаря сгоранию топлива и/или горячим отработавшим газам в большей степени, чем одна или более низкотемпературных областей 22 корпуса. Как видно на фиг. 1, головка 2 блока цилиндров может иметь высокотемпературную область 20а в месте расположения одного или более выпускных отверстий 8b либо между ними, тогда как блок цилиндров 4 может иметь высокотемпературную область 20b между цилиндрами каждой пары соседних цилиндров 6.

Для обеспечения достаточного охлаждения высокотемпературных областей 20а, 20b может понадобиться, чтобы хладагент закачивался по каналам охлаждения 14а, 14b, которые находится вблизи от высокотемпературных областей 20 или примыкают к ним, с большой скоростью потока. Эта большая скорость потока может превышать скорость потока, которая могла бы потребоваться для достаточного охлаждения низкотемпературных областей 22.

Как говорилось выше, поток, циркулирующий в каждом из каналов охлаждения 14а, 14b, может приводиться в движение насосом 12. Кроме того, многие из каналов охлаждения 14а, 14b могут иметь, по существу, одинаковое сечение потока. Следовательно, скорость потока в каждом из каналов охлаждения 14а, 14b может оказаться практически одинаковой, вне зависимости от того, обеспечивают ли каналы 14а, 14b охлаждение высокотемпературной области 20 или же низкотемпературной области 22. Таким образом, может потребоваться такое управление работой насоса 12, при котором скорость потока хладагента в каждом из каналов охлаждения 14а, 14b будет высокой. Соответственно, для получения требуемого функционирования насоса 12 ему может потребоваться значительная мощность от двигателя 1.

Для уменьшения мощности, требуемой для перекачки хладагента по каналам охлаждения 14а, 14b с целью достаточного охлаждения всех зон двигателя 1, в состав двигателя 1 может быть введена система охлаждения 100 согласно настоящему изобретению.

Ниже приводится описание системы охлаждения 100 согласно изобретению на примере схемы по фиг. 2. Характеристики двигателя 1, описанного при рассмотрении фиг. 1, могут распространяться и на конструкцию, иллюстрируемую на фиг. 2.

Как показано на фиг. 2, в системе охлаждения 100 имеется ряд каналов охлаждения 114а, 114b, выполненных в корпусах двигателя, например, в головке 2 блока цилиндров и в блоке цилиндров 4. Каналы охлаждения 114а, 114b могут быть такими же, как каналы охлаждения 14а, 14b, описанные выше при рассмотрении фиг. 1.

Система охлаждения 100 может дополнительно включать в себя трубопровод охлаждения 116, в который поступает хладагент их каналов охлаждения 114b, например каналов охлаждения, выполненных в головке 2 блока цилиндров, и по которому хладагент поступает в радиатор 118.

В системе охлаждения 100 выполнены также один или более дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b. Эти дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b могут быть выполнены в корпусах 2, 4 двигателя. В соответствии с некоторыми вариантами, дополнительные каналы охлаждения могут быть, по меньшей мере, частично образованы корпусами 2, 4 двигателя. В конструкции по фиг. 2 дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b выполнены, соответственно, в блоке цилиндров 4 и в головке 2 блока цилиндров. Однако при использовании других конструкций дополнительные каналы охлаждения могут быть выполнены только в каком-нибудь одном из узлов - либо в головке 2 блока цилиндров, либо в блоке цилиндров 4. Необходимость выполнения дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b в каждом из корпусов двигателя может определяться потребностью двигателя в охлаждении, и в частности, местами расположения высокотемпературных областей 120.

Хладагент может поступать в дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b из радиатора 118 по одному или более дополнительным трубопроводам охлаждения 126а, 126b. Хладагент может поступать в каждый из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b из соответствующего одного из разных дополнительных трубопроводов охлаждения 126а, 126b. В соответствии с другим решением, хладагент может поступать в один или более дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b из одного и того же дополнительного трубопровода охлаждения. Так, например, как показано на фиг. 2, в каждый из дополнительных каналов охлаждения 124а, выполненных в блоке цилиндров 4, хладагент может поступать из первого дополнительного трубопровода охлаждения 126а, а в каждый из дополнительных каналов охлаждения 124b, выполненных в головке 2 блока цилиндров, он может поступать из второго дополнительного трубопровода охлаждения 126b. Из этой же фиг. 2 видно, что дополнительные трубопроводы охлаждения 126а, 126b могут разветвляться в зоне радиатора 118. Говоря иначе, трубопровод охлаждения 116, с одной стороны, и дополнительные трубопроводы охлаждения 126а, 126b, с другой стороны, присоединяются к радиатору 118 по отдельности. В соответствии с другими конструктивными вариантами, дополнительные трубопроводы охлаждения 126а, 126b могут ответвляться от трубопровода охлаждения 116, например, за радиатором 118.

Как видно на фиг. 3, дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b рассчитаны таким образом, чтобы хладагент вводился в каналы охлаждения 114а, 114b. Хладагент, поступающий из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b, может вводиться в середину потока хладагента, циркулирующего в каналах охлаждения 114а, 114b. Каждый из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b может проходить через стенку каналов охлаждения 114. Как было разъяснено выше, каналы охлаждения 114а, 114b могут быть образованы корпусами 2, 4 двигателя, и, следовательно, дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b могут проходить через участок корпуса двигателя, образующий собой стенку канала охлаждения 114.

Как показано на фиг. 3, в каждом из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b может быть при необходимости предусмотрено по одной форсунке 128. Эта форсунка 128 может обеспечивать подачу струи хладагента в канал охлаждения 114. Форсунка 128 может, по меньшей мере, частично заходить в канал охлаждения 114. Так, например, форсунка 128 может заходить в канал охлаждения 114а, 114b с обеспечением при этом возможности ввода струи хладагента в нужное место и/или ее направления в сторону этого места. При использовании некоторых вариантов конструкции можно обойтись без форсунки 128, при этом хладагент, выходящий из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b, сможет циркулировать через отверстие в стенке канала охлаждения 114.

Может понадобиться, чтобы струя хладагента вводилась в канал охлаждения 114а, 114b с высокой скоростью. Так, например, может понадобиться, чтобы хладагент, вводимый с помощью форсунки 128 (или отверстия), имел скорость более 5 метров в секунду, например, 10 метров в секунду. Для достижения высокой скорости потока можно выполнить выпуск из форсунки 128 (или отверстия) с небольшим диаметром. Так, диаметр выпуска форсунки может быть менее 5 мм и составлять, например, 3 мм.

Как было сказано выше при рассмотрении фиг. 1, в процессе работы двигателя одна или более высокотемпературных областей 120а, 120b корпусов 2, 4 двигателя могут нагреваться двигателем в большей степени, нежели одна или более низкотемпературных областей 122. Дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b и/или форсунки 128 (или отверстия) могут быть рассчитаны на предпочтительное охлаждение высокотемпературных областей 120а, 120b корпусов 2, 4 двигателя. Так, например, как показано на фиг. 2 и 3, форсунка 128 может быть выполнена с возможностью направлять струю хладагента в сторону одной или более высокотемпературных областей 120.

Хладагент, вводимый по дополнительным каналам охлаждения 124а, 124b, может иметь меньшую температуру, чем хладагент в каналах охлаждения 114. Следовательно, может потребоваться ограничить смешивание хладагента, поступающего из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b, с хладагентом, циркулирующим в каналах охлаждения 114а, 114b, до того, как хладагент, имеющий низкую температуру, дойдет до высокотемпературных областей 120. Таким образом, дополнительные каналы охлаждения и/или форсунки 128 можно рассчитать таким образом, чтобы хладагент вводился непосредственно выше по потоку или рядом с высокотемпературными областями 120, с тем чтобы хладагент, поступающий из дополнительных каналов охлаждения, сначала смешивался с хладагентом, циркулирующим в каналах охлаждения, именно в этом месте.

Как видно на фиг. 4, благодаря введению хладагента из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b в канал охлаждения 114а, 114b и его направлению в сторону высокотемпературной области удается снизить температуру высокотемпературных областей 120а, 120b.

В конструкции, показанной на фиг. 2-4, высокотемпературные области 120а, 120b могу охлаждаться хладагентом, поступающим как из каналов охлаждения 114а, 114b, так и из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b. Таким образом, расход хладагента, требуемый для каналов охлаждения 114а, 114b, может быть уменьшен, например, по сравнению с расходом хладагента в системе охлаждения по фиг. 1.

В соответствии с некоторыми конструктивными вариантами, может потребоваться использование насоса для перекачки хладагента, выполненного с возможностью перекачки хладагента в каналах охлаждения 114а, 114b с целью достижения нужного расхода хладагента в каналах охлаждения 114. В таких конструкциях хладагент может циркулировать в каналах охлаждения 114а, 114b посредством конвекции, например, с использованием выталкивающих сил, действующих в хладагенте. Говоря иначе, хладагент, циркулирующий в каналах охлаждения 114а, 114b, может перекачиваться с использованием термосифонной циркуляции.

Хотя может и не требоваться использование насоса для перекачки хладагента в каналах охлаждения 114, может оказаться желательным предусмотреть один или более дополнительных насосов 130а, 130b для перекачки хладагента в дополнительных каналах охлаждения 124а, 124b. Так, например, в конструкции по фиг. 2 предусмотрены первый и второй дополнительные насосы 130а, 130b для перекачки хладагента, каждый из которых обеспечивает перекачку хладагента в соответствующих каналах из разных дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b. Как видно на фиг. 2, дополнительные насосы для перекачки хладагента могут быть установлены на пути потока в дополнительных трубопроводах охлаждения 126а, 126b.

В качестве дополнительных насосов 130а, 130b для перекачки хладагента можно использовать специально выделенные для этого насосы, обеспечивающие перекачку хладагента в дополнительных каналах охлаждения. Эти дополнительные насосы 130а, 130b для перекачки хладагента могут перекачивать лишь часть хладагента, проходящую по дополнительным каналам охлаждения. Другими словами, дополнительные насосы для перекачки хладагента могут не перекачивать объемный поток хладагента в дополнительных каналах охлаждения 114а, 114b.

Как уже говорилось выше, может потребоваться, чтобы скорость потока хладагента, выходящего из форсунки 138, была высокой. Следовательно, скорость потока хладагента в дополнительных каналах охлаждения 124а, 124b может быть выше скорости потока хладагента в каналах охлаждения 114а, 114b. Однако дополнительные каналы охлаждения 124а, 124b могут быть выполнены с возможностью охлаждать меньшую площадь корпусов 2, 4, чем та, которая охлаждается с одним из каналов охлаждения 14, показанных на фиг. 1. Кроме того, сечение потока в дополнительных каналах охлаждения 124а, 124b может быть меньше сечения потока в каналах охлаждения 14. Соответственно, расход хладагента в дополнительных каналах охлаждения 124а, 124b может быть меньше расхода хладагента в каналах охлаждения 14 системы по фиг. 1. Таким образом, для работы дополнительных насосов 130а, 130b для перекачки хладагента может требоваться меньшая мощность, чем для насоса 12 для перекачки хладагента. При использовании некоторых конструктивных вариантов в качестве дополнительных насосов 130а, 130b для перекачки хладагента можно использовать насосы с электроприводом.

При первом пуске двигателя высокотемпературные области 120а, 120b могут иметь, по существу, такую же температуру, как и низкотемпературные области 122. Следовательно, дополнительное охлаждение с помощью дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b может и не понадобиться. Благодаря охлаждению, обеспечиваемому каналами охлаждения 114, может стать возможной работа двигателя в течение некоторого времени до того, как в высокотемпературных областях 120а, 120b установится температура, достаточно высокая для того, чтобы возникла необходимость в дополнительном охлаждении с помощью дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b. Дополнительные насосы 130а, 130b для перекачки хладагента можно не включать до того момента, как возникнет потребность в дополнительном охлаждении.

В состав системы охлаждения 100 могут быть также включены один или более температурных датчиков 132а, 132b. Эти температурные датчики 132а, 132b могут быть помещены на корпусах 2, 4 двигателя. Так, например, как показано на фиг. 2, система охлаждения 100 может включать в себя первый температурный датчик 132а, установленный в блоке цилиндров 4, и второй температурный датчик 132b, установленный в головке 2 блока цилиндров. Температурные датчики 132а, 132b можно поместить в высокотемпературных областях 120 или рядом с ними. Эти температурные датчики могут быть выполнены с возможностью определять температуру материала корпусов 2, 4 двигателя в высокотемпературных областях 120 или рядом с ними. В порядке дополнения или альтернативы температурные датчики можно рассчитать таким образом, чтобы они определяли температуру хладагента, циркулирующего в каналах охлаждения 114а, 114b, в высокотемпературных областях 120 или рядом с ними.

Каждый из температурных датчиков может быть помещен в соответствующей области из разных высокотемпературных областей 120 или рядом с ней. В соответствии с другим вариантом, один или более температурных датчиков 132 могут быть помещены рядом с двумя или более высокотемпературными областями.

В соответствии с еще одной альтернативной конструкцией (не иллюстрируется), температурные датчики 132а, 132b может устанавливаться на форсунках 128, например на дальнем конце форсунки, рядом с высокотемпературной областью 120а, 120b.

Как было сказано выше, каждый из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b может обеспечивать подачу хладагент непосредственно в сторону одной или более высокотемпературных областей 120. Следовательно, каждый из температурных датчиков 132а, 132b может соответствовать одному из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b, например, с использованием одного температурного датчика 132а, 132b на каждый дополнительный канал охлаждения 124а, 124b. Таким образом, может потребоваться регулирование потока охлаждения в каждом из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b в зависимости от температуры, измеренной соответствующим температурным датчиком 132а, 132b. Так, например, управление работой каждого из дополнительных насосов 130а, 130b для перекачки хладагента можно осуществлять таким образом, чтобы они закачивали хладагент по соответствующему дополнительному каналу охлаждения 124а, 124b, когда температура, измеренная температурным датчиком 132а, 132b, связанным с соответствующим дополнительным каналом охлаждения 124а, 124b, превышает некоторое пороговое значение. В порядке дополнения или альтернативы можно предусмотреть, чтобы расход хладагента в дополнительных каналах охлаждения 124а, 124b регулировался в зависимости от температуры, измеренной соответствующими температурными датчиками, например, в зависимости от температуры одной или более соответствующих высокотемпературных областей 120а, 120b.

В порядке дополнения или альтернативы использованию температурных датчиков 132а, 132b можно включить в состав системы охлаждения специальный контроллер, обеспечивающий определение, и в частности, прогнозирование температуры одной или более высокотемпературных областей корпусов двигателя. Так, например, контроллер может при прогнозировании температуры высокотемпературных областей 120а, 120b корпусов 2, 4 двигателя учитывать рабочую мощность и/или продолжительность работы двигателя. При определении, в частности прогнозировании, температуры высокотемпературных областей 120а, 120b контроллер может брать за основу модель данных или таблицу соответствия.

Спрогнозированные температуры высокотемпературных областей 120а, 120b корпусов двигателя могут быть приняты во внимание с целью определения необходимости или отсутствие необходимости во включении одного или более дополнительных насосов 130а, 130b для перекачки хладагента. Кроме того, определенные, в частности измеренные или спрогнозированные, температуры высокотемпературных областей 120а, 120b корпусов двигателя можно учесть при определении расхода хладагента, который необходимо создать в каждом из дополнительных каналов охлаждения 124а, 124b.

В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент Соединенного Королевства GB 1605189.8. Пункты формулы изобретения по указанной заявке включены сюда в качестве дополнительных утверждений изобретения, которые перечисляются ниже.

Утверждение 1. Система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, причем система охлаждения содержит:

канал охлаждения, выполненный в корпусе двигателя, причем канал охлаждения выполнен с возможностью переноса объемного потока хладагента для охлаждения корпуса двигателя; и

один или более дополнительных каналов охлаждения, выполненных в корпусе двигателя, причем дополнительный канал охлаждения или каждый из дополнительных каналов охлаждения выполнен с возможностью введения потока хладагента в середину потока хладагента, циркулирующего в канале охлаждения;

при этом в корпусе двигателя имеются одна или более высокотемпературных областей, имеющих более высокую температуру, чем одна или более низкотемпературных областей корпуса двигателя;

причем дополнительные каналы охлаждения выполнены с возможностью направлять вводимый поток хладагента в сторону одной или более высокотемпературных областей.

Утверждение 2. Система охлаждения согласно утверждению 1, в которой каждый из дополнительных каналов охлаждения снабжен форсункой, выполненной с возможностью создания струи хладагента, направленной в сторону одной или более высокотемпературных областей корпуса двигателя.

Утверждение 3. Система охлаждения согласно утверждению 2, в которой форсунка, по меньшей мере, частично заходит в канал охлаждения.

Утверждение 4. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой хладагент из дополнительных каналов охлаждения сначала смешивается с хладагентом в канале охлаждения непосредственно перед высокотемпературной областью или рядом с высокотемпературной областью.

Утверждение 5. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой дополнительные каналы охлаждения проходят через стенку канала охлаждения.

Утверждение 6. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, причем система охлаждения дополнительно содержит один или более насосов, выполненных с возможностью перекачки хладагента в дополнительных каналах охлаждения.

Утверждение 7. Система охлаждения согласно утверждению 6, в которой в качестве насосов использованы насосы с электроприводом.

Утверждение 8. Система охлаждения согласно утверждению 6 или 7, в которой поток хладагента циркулирует в канале охлаждения с некоторой первой скоростью; и

в которой насосы выполнены с возможностью перекачки хладагента в дополнительных каналах охлаждения с некоторой второй скоростью, которая больше первой скорости.

Утверждение 9. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой поток хладагента в канале охлаждения создается посредством конвекции.

Утверждение 10. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой хладагент из дополнительных каналов охлаждения поступает в канал охлаждения со скоростью потока более 5 метров с секунду.

Утверждение 11. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой хладагент, поступающий в канал охлаждения из дополнительных каналов охлаждения, имеет более низкую температуру, чем хладагент в канале охлаждения непосредственно перед дополнительным каналом охлаждения.

Утверждение 12. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, дополнительно содержащая один или более температурных датчиков, выполненных с возможностью измерения температур корпуса двигателя

Утверждение 13. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, дополнительно содержащая контроллер, выполненный с возможностью определения температур в одной или более высокотемпературных областей.

Утверждение 14. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой расход хладагента в дополнительных каналах охлаждения регулируется в соответствии с температурами в одной или более высокотемпературных областях.

Утверждение 15. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой каждый из одного или более дополнительных каналов охлаждения выполнен с возможностью направлять хладагент в сторону соответствующей высокотемпературной области корпуса двигателя; и

в которой расход хладагента в каждом из дополнительных каналов охлаждения регулируется в соответствии с температурой соответствующей высокотемпературной области дополнительного канала охлаждения.

Утверждение 16. Система охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений, в которой канал охлаждения, по меньшей мере, частично выполнен во втором корпусе двигателя и выполнен с возможностью охлаждения второго корпуса двигателя.

Утверждение 17. Система охлаждения согласно утверждению 16, в которой один или более дополнительных каналов охлаждения, по меньшей мере, частично выполнены во втором корпусе двигателя, причем один или более дополнительных каналов охлаждения выполнены с возможностью направлять хладагент в сторону одной или более высокотемпературных областей второго корпуса двигателя, которые имеют более высокие температуры, чем одна или более низкотемпературных областей второго корпуса двигателя.

Утверждение 18. Двигатель внутреннего сгорания или транспортное средство, содержащие систему охлаждения согласно любому из предшествующих утверждений.

Утверждение 19. Способ охлаждения корпуса двигателя, в соответствии с которым корпус двигателя имеет одну или более высокотемпературных областей, которые имеют более высокую температуру, чем одна или более низкотемпературных областей корпуса двигателя, причем способ включает в себя следующие этапы:

выполняют в корпусе двигателя канал охлаждения, причем канал охлаждения выполнен с возможностью переноса объемного потока хладагента через корпус двигателя;

выполняют в корпусе двигателя один или более дополнительных каналов охлаждения, каждый из которых выполнен с возможностью вводить поток хладагента в канал охлаждения и направлять его в сторону одной или более высокотемпературных областей корпуса двигателя; и

создают поток хладагента через один или более дополнительных каналов охлаждения.

Утверждение 20. Способ согласно утверждению 19, причем способ дополнительно включает в себя следующие этапы:

определяют одну или более температур в одной или более высокотемпературных областей; и

регулируют расход хладагента в одном или более дополнительных каналах охлаждения в соответствии с одной или более температур.

Утверждение 21. Способ согласно утверждению 20, в соответствии с которым одну или более температур определяют на основе модели данных или таблицы соответствия температур.

Утверждение 22. Способ согласно утверждению 20 или 21, в соответствии с которым одну или более температур определяют на основе вырабатываемой двигателем мощности.

Утверждение 23. Способ согласно любому из утверждений 20-22, в соответствии с которым одну или более температур определяют на основе результатов измерения с помощью одного или более температурных датчиков, установленных на корпусе двигателя.

Утверждение 24. Контроллер, содержащий один или более модулей, обеспечивающих реализацию способа согласно любому из утверждений 19-23.

Утверждение 25. Программа, с помощью которой выполняющее ее вычислительное устройство реализует способ согласно любому из утверждений 19-23.

Специалистам в данной области должно быть очевидно, что, хотя изобретение было описано выше в качестве примера со ссылками на один или более типовых вариантов, оно не ограничивается рассмотренными здесь вариантами, так что возможны альтернативные варианты при условии сохранения объема изобретения, заявлено в прилагаемых пунктах формулы.

Реферат

Изобретение относится к системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Система охлаждения содержит канал охлаждения, выполненный в корпусе двигателя, причем канал охлаждения выполнен с возможностью переноса объемного потока хладагента для охлаждения корпуса двигателя; и один или более дополнительных каналов охлаждения, выполненных в корпусе двигателя, каждый из которых выполнен с возможностью введения потока хладагента в канал охлаждения; при этом в корпусе двигателя имеются одна или более высокотемпературных областей, имеющих более высокую температуру, чем одна или более низкотемпературных областей корпуса двигателя; причем дополнительные каналы охлаждения выполнены с возможностью направлять вводимый поток хладагента в сторону одной или более высокотемпературных областей. Изобретение обеспечивает повышение эффективности охлаждения и уменьшение расхода хладагента. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула