Система охлаждения для автомобильного двигателя - RU2055993C1
Код документа: RU2055993C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к системам охлаждения автомобильного двигателя, имеющим термостат, в частности к системам охлаждения для регулирования циркуляции хладагента при нахождении автомобильного двигателя в охлажденном состоянии.
Известна обычная система охлаждения для автомобильного двигателя, содержащая первый канал для хладагента, расположенный между верхним выпускным отверстием 5 водяной рубашки 4 и верхним впускным отверстием радиатора, второй канал для хладагента между нижним выпускным отверстием радиатора и нижним впускным отверстием водяной рубашки, включающий крышку термостата, корпус термостата и водяной насос. Перепускной канал между соединением у первого канала и корпусом термостата сообщает первый канал со вторым каналом без прохождения радиатора. Термостат прикрепляет к корпусу крышкой термостата. Термостат имеет главный клапан и перепускной.
В процессе резогревания двигателя главный клапан термостата закрыт, в то время как перепускной клапан, выполненный за одно целое с главным клапаном, является полностью открытым. Таким образом, хладагент, всасываемый из выпускного отверстия водяной рубашки, не проходит через радиатор. Хладагент циркулирует посредством водяного насоса 9 через соединение у первого канала, перепускной канал, корпус и впускное отверстие водяной рубашки. Таким образом, температура хладагента в корпусе быстро повышается (см.фиг.7).
Однако, так как хладагент в процессе циркуляции не проходит в радиатор и крышку термостата, скорость повышения температуры хладагента в них является низкой.
Так как теплочувствительность термостата является низкой, термостат срабатывает с некоторой задержкой относительно изменения температуры хладагента. Поэтому главный клапан открывается после того, как температура становится выше заданной температуры открывания. Аналогично главный клапан закрывается после того, как температура хладагента становится значительно ниже заданной температуры закрытия клапана. Существует значительное отклонение по теплу от установленного значения в процессе регулирования температуры хладагента, что вызывает повторное открывание и закрывание главного клапана. При закрывании главного клапана имеет место волна повышения давления в месте выше по течению от главного клапана. Эти изменения температуры и давления повторяются и постепенно уменьшаются и исчезают с увеличением хода главного клапана. Такое изменение температуры четко показано на фиг.8.
Отклонение по теплу от установленного значения вызывает растрескивание блока цилиндров и головки цилиндров, а волна повышения давления вызывает разрушение термостата и радиатора. Колебание гидравлического давления вызывает перегрузки на водяной насос, что приводит к сокращению срока службы насоса. Кроме того, чрезмерно низкая температура хладагента при открывании главного клапана влияет на состояние сгорания в цилиндрах, что вызывает ухудшение контроля за выхлопными газами и увеличивает потребление топлива двигателем.
Это вызвано большой разницей в температуре хладагента в точках A' и В'. Для устранения этого необходимо снизить разность температур.
Целью изобретения является разработка системы охлаждения для автомобильного двигателя, в которой вышеописанные недостатки могут быть устранены на ранней стадии открытия главного клапана термостата.
В предлагаемой системе охлаждения второй канал для хладагента подсоединяется к первому перепускному каналу, посредством второго перепускного канала, так что часть хладагента течет, проходя через радиатор и второй перепускной канал в процессе закрывания главного клапана, когда перепускной клапан в первом перепускном канале открыт. А именно часть хладагента в первом канале для хладагента, всасываемого из водяной рубашки, циркулирует через первый перепускной канал, образуя первый контур циркуляции, а остальной хладагент проходит через радиатор, второй канал для хладагента и второй перепускной канал, образуя второй контур циркуляции. Хладагент из второго перепускного канала смешивается с хладагентом в первом перепускном канале.
Особенностью изобретения является то, что обеспечивается первое соединение в части второго канал выше по течению от крышки термостата. Кроме того, первое соединение обеспечивается на крышке термостата.
На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая предлагаемую систему охлаждения для автомобильного двигателя; на фиг. 2 записанные кривые зависимости температуры и скорости потока хладагента от времени; на фиг. 3 схема системы, вариант 2; на фиг. 4 записанные кривые для варианта 2; на фиг. 5 записанные кривые для модификации варианта 2; на фиг. 6 система, вариант 3; на фиг. 7 схема обычной системы охлаждения для автомобильного двигателя; на фиг. 8 записанные кривые для обычной системы охлаждения.
На фиг. 1 показана предлагаемая система охлаждения, элементы которой, аналогичные элементам обычной (известной) системы охлаждения, представленной на фиг. 7, имеют те же самые цифровые обозначения.
Между первым соединением у-1 второго канала 14 выше по течению от главного клапана 3 и вторым соединением у-2 первого перепускного канала 7 обеспечивается второй перепускной канал 15. Второй перепускной канал 15 присоединен к второму каналу 14 рядом с впускным отверстием крышки термостата 16. Однако второй перепускной канал 15 может присоединяться к любому месту второго канала 14 между главным клапаном 3 и выпускным отверстием 13 радиатора 11. В процессе закрывания главного клапана 3 поток хладагента, имеющий высокую температуру, всасываемый из водяной рубашки 4, разделяется в соединении у первого канала 6. Часть хладагента проходит к первому перепускному каналу 7, а остальной хладагент циркулирует, проходя через радиатор 11, второй канал 14, второй перепускной канал 15 и первый перепускной канал 7. Хладагент во втором перепускном канале 15 смешивается с хладагентом в первом перепускном канале 7. Труба, используемая для первого и второго каналов для хладагента 6 и 14, имеет диаметр 24 мм, а труба, используемая для первого и второго перепускных каналов 7 и 15, имеет диаметр 10 мм. В процессе закрывания главного клапана 3 скорость потока хладагента в точке С, проходящего через радиатор 11, составляет 13 л/мин. Как показано на фиг.2, разница между температурами А и В составляет 9оС.
Когда температура А хладагента становится 85оС, главный клапан 3 термостата 1 начинает открываться и, наоборот, перепускной клапан 2 начинает закрывать перепускное отверстие 18 с задержкой. Когда перепускной клапан 2 полностью закрывает перепускное отверстие 18, течение хладагента в первом и втором перепускных каналах 7 и 15 прекращается одновременно. Затем хладагент, всасываемый из выпускного отверстия 5 водяной рубашки 4, циркулирует с помощью водяного насоса 9, проходя через радиатор 11, второй канал 14, крышку термостата 16, корпус 8, впускное отверстие водяной рубашки 4. Таким образом, скорость потока хладагента быстро возрастает до 60 л/мин.
Как показано на фиг. 2, исходное значение температуры А на записанной кривой 75оС. Промежуток времени до полного закрывания перепускным клапаном 2 перепускного отверстия 18, показанный на фиг.2, короче на 2 мин 12 с, чем промежуток времени, показанный на фиг.8. Хотя в первом варианте изобретения корпус термостата 8 расположен в нижнем положении, он мог бы быть расположен в верхнем положении или сбоку. Так как хладагент принудительно пропускается при циркуляции через радиатор, один и тот же эффект достигается при любом положении корпуса термостата.
Первое соединение 1 (см.фиг.3) образуется на крышке термостата 16 в виде отверстия 16а. Второй перепускной канал 15а обеспечивается между перепускным отверстием 16а и вторым соединением 2 первого перепускного канала. Аналогично первому варианту каждая из труб, используемых для каналов для хладагента 6 и 14, имеет диаметр 24 мм и каждый из перепускных каналов 7 и 15 имеет диаметр 10 мм. Как показано на фиг.4, в процессе закрывания главного клапана 3 разница между температурами А и В составляет 1оС.
В частности, температуры А и В увеличиваются с постоянной скоростью от температуры около 75оС до температуры прогревания, не изменяясь при открывании главного клапана. На записанном графике не отмечен момент открывания главного клапана. Тот факт, что температуры А и В увеличиваются с постоянной скоростью, имеет большое значение для системы охлаждения. В данном случае отсутствуют отклонение по теплу от установленного значения и колебание давления. Таким образом, предотвращается отрицательное воздействие на устройства, входящие в состав системы охлаждения. В системе скорость потока хладагента, проходящего через радиатор и точку С, составляет 11,5 л/мин до закрытия перепускного клапана.
При закрывании перепускным клапаном 2 перепускного отверстия 18 прохождение циркулируемого хладагента через первый и второй перепускные каналы 7 и 15а прекращается одновременно. Затем хладагент под действием водяного насоса начинает циркулировать, проходя через радиатор 11, второй канал 14, крышку термостата 16, корпус 8 и впускное отверстие водяной рубашки 4. Таким образом, скорость потока хладагента быстро возрастает до 60 л/мин. Промежуток времени, на который перепускной клапан 2 закрывает перепускное отверстие 18, показанный на фиг.4, примерно такой же, как для обычной системы охлаждения, записанные кривые для которой представлены на фиг.8. Разница в 1оС между температурами А и В во втором варианте изобретения может быть легко доведена до 0.
Если диаметр трубы, используемой для второго перепускного канала 15а увеличить до 11 мм для снижения жидкостного сопротивления, разница между температурами А и В может быть равной нулю (см. фиг.5).
Первый канал 6 соединяет выпускное отверстие 5 водяной рубашки с нижним впускным отверстием 12а радиатора 11 (см.фиг.6). Второй канал 14 соединяет верхнее выпускное отверстие 13а радиатора 11 с крышкой термостата 16, т.е. система охлаждения имеет Х-образное пересечение. Второй перепускной канал 15а обеспечивается между крышкой термостата 16 и первым перепускным каналом 7. Хотя в системе охлаждения хладагент не течет в радиатор 11 в процессе подогревания двигателя, высокотемпературный хладагент из водяной рубашки 4 непосредственно вводится в нижнее впускное отверстие 12а. Поэтому тепло хладагента в первом канале 6 передается хладагенту в радиаторе 11 за счет проводимости и конвекции. Таким образом КПД этой системы охлаждения улучшается по сравнению с вышеописанными воплощениями.
В соответствии с изобретением в процессе прогрева двигателя, когда перепускной клапан открыт, разница между температурами (А и В) в корпусе термостата и втором канале для хладагента является очень малой. Таким образом предотвращаются растрескивания в блоке цилиндров и головке цилиндров и продлевается срок службы термостата, радиатора и водяного насоса. Предлагаемая система охлаждения является эффективной для обеспечения полного сгорания в двигателе, тем самым уменьшая выделения автомобиля в окружающий воздух и потребления топлива.
Реферат
Сущность изобретения: первый канал между выпускным отверстием водяной рубашки двигателя и впускным отверстием радиатора, второй канал между выпускным отверстием радиатора и впускным отверстием водяной рубашки и первый перепускной канал между первым каналом и вторым каналом. Между вторым каналом выше по течению от термостата и первым перепускным каналом обеспечивается второй перепускной канал, так что часть хладагента течет в системе охлаждения, проходя через радиатор, второй перепускной канал и первый перепускной канал при закрывании главного клапана термостата. 4 з. п. ф-лы, 8 ил.
