Мобильная колесная машина с вентилируемым капотом

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МОБИЛЬНАЯ КОЛЕСНАЯ МАШИНА С ВЕНТИЛИРУЕМЫМ КАПОТОМ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Тарасенко Виктор Евгеньевич Якубович Анатолий Иванович Бобровник Александр Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Мобильная колесная машина с вентилируемым капотом, содержащая радиатор, корпус капота, капот, переднюю решетку, боковые решетки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит боковые, симметрично расположенные относительно двигателя внутреннего сгорания вертикальные, боковые горизонтальные и верхнее поперечное вентилируемые продувочные окна, в которых установлены регулирующие заслонки с электроприводом с возможностью вращения относительно центральных осей, при этом в боковых вертикальных и верхнем поперечном продувочных окнах регулирующие заслонки установлены на единых центральных осях, а в боковых горизонтальных окнах каждая регулирующая заслонка имеет свою центральную ось, управление регулирующими заслонками осуществляет электронный блок управления на основании сигналов датчиков давления и температуры охлаждающего воздуха в области схода его с крыльчатки вентилятора и расположения элементов выхлопного коллектора, частоты вращения вентилятора, положения регулирующих заслонок, давления и температуры во впускном коллекторе и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения, в качестве которой используют глицерин. 100712014.04.30 2. Мобильная колесная машина по п. 1, отличающаяся тем, что капот выполнен из шумопоглощающих листовых панелей.(56) 1. Якубович А.И., Кухаренок Г.М., Тарасенко В.Е. Системы охлаждения двигателей тракторов и автомобилей. Конструкция, теория, проектирование монография. - Минск БНТУ, 2011. - С. 146-151. 2. Якубович А.И., Тарасенко В.Е. Влияние конструкции капота на показатели моторной установки. Механизация и электрификация сельского хозяйства межведомственный тематический сборник. - Минск РУП НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2008. - Вып. 42. - С. 19-29. 3. Патент 10016435 1, МПК 701 7/04,01 5/04, 2001. 4. Патент 2004106707 1, МПК 701 11/10,01 5/06,60 11/04,02 9/00,2004. 5. Патент 2850327 1, МПК 60 11/04,01 3/00,62 25/12, 2004 (прототип). Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к тракторостроению, в частности к выполнению элементов капотирования двигателя внутреннего сгорания мобильной колесной или гусеничной машины. Известно, что от конструкции капота зависит эффективность отвода теплоты от теплопередающих устройств системы охлаждения и обеспечения теплового состояния двигателя 1. Капот ограждает двигатель, обслуживающие его агрегаты и узлы, устройства системы охлаждения от атмосферных осадков и пыли, способствует уменьшению внешнего шума от двигателя при работе и снижению шума на рабочем месте оператора. Капоты не имеют строго установившихся геометрических форм, состоят из листовых панелей и передней маски, устанавливаются над двигателем на рамные опоры. При исполнении капота без боковин поток нагретого воздуха от радиатора имеет свободный выход из моторного отделения по боковым сторонам. Отвод теплоты от боковых поверхностей двигателя обеспечивается естественным конвективным теплообменом за счет свободного обмена нагретого и холодного потоков воздуха. Однако естественный теплообмен не может оказать значимого влияния на тепловое состояние двигателя. При полном капотировании (установке боковин капота) поступление в моторное отделение холодного воздуха из окружающей среды ограничено. При этом без организации выхода воздуха из-под капота и герметичного разделения предрадиаторной зоны от моторного отсека в подкапотном пространстве имеют место беспорядочность движения воздушного потока, рециркуляция части воздуха из моторного отсека в предрадиаторную зону. Давление в подкапотном пространстве моторного отсека повышает расход мощности на привод вентилятора, снижает эффективность системы охлаждения, что в совокупности не позволяет обеспечить заданный температурный режим двигателя мобильной колесной или гусеничной машины. Известны результаты экспериментального исследования влияния конструкции капота на показатели моторной установки трактора БЕЛАРУС-80.1 2, в результате которого установлено, что полное капотирование и боковины капота моторных установок тракторов повышают температурный режим охлаждающей жидкости, снижают мощностные показатели дизелей. Это является следствием повышения аэродинамического сопротивления и исключения вентиляции под капотом, а также снижения расхода воздуха через воздушный тракт, повышения температуры топлива в топливном насосе и воздуха под капотом. Известно также вентиляционное устройство для сельскохозяйственного транспортного средства с двигателем и его системой охлаждения 3, включающее вентилятор с приводом и систему управления. Данное вентиляционное устройство позволяет сокращать расход энергии с учетом потребностей в воздухе и приводной мощности для вентилятора. 2 100712014.04.30 Общими недостатками указанных технических решений являются невозможность поддержания стабильного заданного температурного режима двигателя внутреннего сгорания по мере изменения нагрузки, а также сложность конструктивного исполнения. Известны двигательный отсек строительной машины и система охлаждения отсека 4. Двигательный отсек снабжен выпускным охлаждающим трубопроводом, прикрепленным к наружной поверхности стенки корпуса машины и закрывающим выпускное отверстие охлаждающего воздуха, сформированное в двигательном отсеке. Размеры и положение выпускного канала относительно осевого направления потока охлаждающего вентилятора заданы таким образом, что двигатель и шумоглушитель закрыты в осевом направлении. Шум, генерируемый двигателем и шумоглушителем, перекрывают двумя поверхностями стенки корпуса машины и поверхностью стенки трубопровода. Недостатком такого двигательного отсека является невозможность поддержания стабильного заданного температурного режима двигателя в широких диапазонах изменения нагрузки по той причине, что указанный выпускной трубопровод не может выполнять функцию регулятора воздушных потоков в подкапотном пространстве из-за наличия на двигателе зон различной теплонапряженности. Наличие последних вынуждает выполнять в элементах капотирования несколько выпускных каналов. Известен грузовой автомобиль с вентилируемым капотом 5, наиболее близкий по техническому устройству предлагаемому, который принят в качестве прототипа. В данном грузовом автомобиле, содержащем радиатор, капот, корпус капота, переднюю решетку, боковые решетки для подачи воздуха из окружающей среды под капот, регулирующую стойку, капот расположен в передней части автомобиля и закрывает радиатор, а регулирующая стойка управляет потоком воздуха, который подается под капот через решетки капота. Данное техническое решение позволяет достаточно эффективно формировать потоки воздуха, необходимые для обеспечения теплоотдачи от поверхности охлаждения радиатора. Однако оно не подразумевает столь же эффективный отвод нагретых потоков воздуха после взаимодействия с поверхностью охлаждения радиатора, а концентрация их в области расположения двигателя внутреннего сгорания неблагоприятно сказывается на температурном режиме двигателя в целом. Эти обстоятельства, в сочетании с отсутствием средств автоматического регулирования режима работы элементов капота, не позволяют обеспечить стабильный заданный температурный режим двигателя мобильной машины,увеличить теплоотдачу от поверхности охлаждения радиатора при необходимости, что является существенным недостатком данного технического решения. Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение стабильного заданного температурного режима двигателя внутреннего сгорания при переменном характере нагрузки, создание возможности регулирования теплоотдачи от поверхности охлаждения радиатора и иных теплообменников, размещенных в подкапотном пространстве мобильной машины. Задача решается за счет того, что мобильная колесная машина с вентилируемым капотом, содержащая радиатор, корпус капота, капот, переднюю решетку, боковые решетки,дополнительно содержит боковые, симметрично расположенные относительно двигателя внутреннего сгорания вертикальные, боковые горизонтальные и верхнее поперечное вентилируемые продувочные окна, в которых установлены регулирующие заслонки с электроприводом с возможностью вращения относительно центральных осей, при этом в боковых вертикальных и верхнем поперечном продувочных окнах регулирующие заслонки установлены на единых центральных осях, а в боковых горизонтальных окнах каждая регулирующая заслонка имеет свою центральную ось, управление регулирующими заслонками осуществляет электронный блок управления на основании сигналов датчиков давления и температуры охлаждающего воздуха в области схода его с крыльчатки вентилятора и расположения элементов выхлопного коллектора, частоты вращения вентилятора, положения регулирующих заслонок, давления и температуры во впускном коллекторе и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения, в качестве которой используют глицерин, а капот выполнен из шумопоглощающих листовых панелей. 3 100712014.04.30 На фигуре изображена мобильная колесная машина с вентилируемым капотом. Предлагаемая мобильная колесная машина с вентилируемым капотом включает в себя расположенный на входе в воздушный тракт жидкостный радиатор 1, в который поступает нагретая охлаждающая жидкость (глицерин) от двигателя внутреннего сгорания 2. Воздушный тракт формирует капот 3, в нем имеются симметрично расположенные относительно двигателя внутреннего сгорания 2 боковые вертикальные, боковые горизонтальные и верхнее поперечное вентилируемые продувочные окна с регулирующими заслонками. В боковых вертикальных и верхнем поперечном вентилируемых продувочных окнах на единых центральных осях установлены соответственно регулирующие заслонки 5 с электроприводом 4 и регулирующие заслонки 9 с электроприводом 10. В боковых горизонтальных продувочных окнах каждая регулирующая заслонка 6 с электроприводом 7 имеет свою центральную ось. Управление всеми регулирующими заслонками осуществляет электронный блок управления 8. Он функционирует на основании сигналов датчиков давления и температуры охлаждающего воздуха в области схода его с крыльчатки вентилятора и расположения элементов выхлопного коллектора, частоты вращения вентилятора, положения регулирующих заслонок, давления и температуры во впускном коллекторе и температуры охлаждающей жидкости (глицерина) системы охлаждения (на фигуре датчики не показаны). Циркуляция воздушных масс в подкапотном пространстве осуществляется вплоть до плоскости кабины 11 мобильной машины под действием осевого вентилятора (на фигуре не показан). Мобильная колесная машина с вентилируемым капотом работает следующим образом. В целях скорейшего достижения оптимального температурного режима, при котором двигатель внутреннего сгорания 2 развивает наилучшие мощностно-экономические показатели, на начальном этапе его работы все регулирующие заслонки закрыты. Двигатель находится в капсуле, что значительно ускоряет время его прогрева. В условиях низких температур окружающего воздуха это имеет решающее значение, так как полное капсулирование может продолжаться весь период эксплуатации мобильной машины и может обеспечивать максимально возможный, приближенный к оптимальному, температурный режим. Интенсивность циркуляции воздушных масс в подкапотном пространстве при этом низкая, и они свободно вытекают из-под капота 3 в нижней его части. При вращении осевого вентилятора осуществляется циркуляция воздушных масс, нагнетаемых из окружающей среды, через радиатор 1 и далее по воздушному тракту вдоль наружных поверхностей двигателя внутреннего сгорания 2 и внутренней стороны капота 3. Интенсивность циркуляции воздушных масс зависит от производительности вентилятора и скорости набегающего потока воздуха. При этом воздух, пройдя через радиатор, существенно нагревается, но его температура остается ниже температуры поверхности двигателя внутреннего сгорания 2 на момент начального контакта. Поэтому движение воздушных масс вдоль наружных поверхностей двигателя целесообразно в целях лучшего его охлаждения. Датчики давления и температуры охлаждающего воздуха в области схода его с крыльчатки вентилятора и расположения элементов выхлопного коллектора, частоты вращения вентилятора, положения регулирующих заслонок, давления и температуры во впускном коллекторе и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения осуществляют непрерывное преобразование значений соответствующих параметров в величины электрического сигнала, а электронный блок управления 8 на основании полученных данных управляет работой регулирующих заслонок 5, 6 и 9 посредством электроприводов 4, 7 и 10. Так, при достижении температуры воздуха в области схода его с крыльчатки вентилятора 651 С по команде электронного блока управления 8 электропривод 4 открывает регулирующие заслонки 5, а электропривод 7 приоткрывает ближайшие к вентилятору регулирующие заслонки 6. Одновременно ведется мониторинг температуры охлаждающей жидкости (глицерина) двигателя внутреннего сгорания 2 для поддержания ее в оптимальных пределах (951 С). 4 100712014.04.30 При дальнейшей работе двигателя внутреннего сгорания 2 осуществляется принудительная циркуляция потоков воздуха в подкапотном пространстве мобильной машины,благодаря чему происходит теплопередача от нагретых деталей двигателя к потокам воздуха. При этом более полное открытие регулирующих заслонок 5, 6 и 9 происходит пропорционально росту температуры воздуха, что позволяет стабилизировать температурный режим двигателя внутреннего сгорания 2 при различных режимах нагружения, довести температуру охлаждающей жидкости (глицерина) до оптимальных значений. Особенно актуально такое техническое решение в условиях различной теплонапряженности частей двигателя внутреннего сгорания 2. Так, элементы выхлопного коллектора, расположенные на правой стороне двигателя по ходу мобильной машины, имеют более высокую температуру в сравнении с иными элементами двигателя, что сказывается на температуре воздушных потоков в этой части двигателя. В связи с этим электронный блок управления 8 на основании сигналов датчика температуры охлаждающего воздуха в области расположения элементов выхлопного коллектора посредством электропривода 7 правой стороны двигателя по ходу мобильной машины изменяет положение регулирующих заслонок 6 для более эффективной теплопередачи в данной части подкапотного пространства. При дальнейшем росте температуры воздуха в области расположения выхлопного коллектора электронный блок управления 8 посредством электропривода 7 пропорционально росту температуры открывает регулирующие заслонки 6 правой стороны капота 3 полностью. Обязательным условием работы двигателя внутреннего сгорания мобильной машины является обеспечение температуры охлаждающей жидкости (глицерина) в пределах 951 С. Для этого посредством электроприводов 4, 7 и 10 регулировочные заслонки 5, 6 и 9 занимают такие положения, при которых обеспечивается оптимальный температурный режим двигателя внутреннего сгорания 2. В случае роста температуры охлаждающей жидкости (глицерина) выше 951 С электроприводы 4, 7 и 10 полностью открывают заслонки 5, 6 и 9 для максимально свободного выхода нагретых воздушных масс. Датчики давления и температуры воздуха во впускном коллекторе обеспечивают мониторинг параметров впускного воздуха, их наличие обусловлено близостью расположения верхнего поперечного вентилируемого продувочного окна и впускного коллектора. Нагретые воздушные потоки, выходящие из поперечного вентилируемого продувочного окна, могут оказывать влияние на давление и температуру воздуха во впускном коллекторе, в этом случае электронный блок управления 8 посредством электропривода 10 прикрывает заслонки 9 и в то же время дополнительно приоткрывает крайние горизонтальные регулирующие заслонки 6. При частичном использовании мощности двигателя внутреннего сгорания 2 на режимах, когда нет необходимости в интенсивном отводе теплоты от радиатора 1, а воздушные массы, просасываемые через него, нагреваются незначительно, а также при низких температурах окружающей среды по команде электронного блока управления 8 посредством электроприводов 4, 7 и 10 регулирующие заслонки 5, 6 и 9 полностью закрывают боковые вертикальные, боковые горизонтальные и верхнее поперечное вентилируемые продувочные окна капота 3. Предлагаемая мобильная колесная машина с вентилируемым капотом позволяет обеспечить стабильный заданный температурный режим двигателя внутреннего сгорания при переменном характере нагрузки, создать возможность регулирования теплоотдачи от поверхности охлаждения радиатора и иных теплообменников, размещенных в подкапотном пространстве мобильной машины. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5