Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным насосом

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫМ НАСОСОМ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Тарасенко Виктор Евгеньевич Лесов Нурхан Султанович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным насосом,содержащая радиатор, заслонку радиатора, вентилятор, электропривод вентилятора, термостат, жидкостный насос с электроприводом, масляный радиатор, электронный блок управления, отличающаяся тем, что заслонка радиатора выполнена в виде активных жалюзи с изменяющимся проходным сечением и электроприводом, установлена перед радиатором в вертикальных направляющих с возможностью реверсивного вращения жалюзи и перемещения от крайнего нижнего положения к верхнему, электроприводной насос установлен на торцевой поверхности двигателя внутреннего сгорания, осуществляет подачу охлаждающей жидкости первоначально в головку блока цилиндров и имеет возможность привода от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания посредством электромагнитной муфты, управление которой осуществляет блок управления на основании сигналов датчиков оборотов коленчатого вала, частоты вращения вентилятора, положения активных жалюзей и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения, при этом в качестве охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания используют глицерин.(56) 1. Конструкция тракторов и автомобилей пособие / Сост. И.Н. Шило и др. - Минск БГАТУ, 2012. - 816 с. 2. Патент 1284344 2, МПК 701 7/04, 2003. 3.2007/124812 1, МПК 01 5/10,01 7/16,01 3/18, 2007. 4. Алиев А.Я., Фаталиев Н.Г. Система охлаждения ДВС, оснащенная электроприводным насосом // Автомобильная промышленность. - 2008. -7. - С. 14 (прототип). Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, в частности к выполнению системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, и может быть использована на мобильных транспортных средствах, имеющих двигатели внутреннего сгорания. Широко известна система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой центробежный насос нагнетает охлаждающую жидкость в рубашку охлаждения блок-картера и головки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания,откуда нагретая жидкость вытесняется в радиатор, охлаждается и по патрубку возвращается к насосу 1. Интенсивность циркуляции охлаждающей жидкости зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Недостатком данной системы охлаждения является жесткая связь центробежного насоса с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и, как следствие, зависимость производительности насоса от частоты вращения коленчатого вала, обусловленной режимом работы двигателя внутреннего сгорания. Отсутствие возможности автоматического регулирования производительности насоса приводит к недостаточной циркуляции охлаждающей жидкости при необходимости максимальной теплоотдачи от деталей двигателя, а также к необоснованным затратам мощности при отсутствии потребности отвода теплоты от двигателя. Постоянный привод центробежного насоса увеличивает продолжительность прогрева двигателя внутреннего сгорания до оптимальной температуры, достижение которой позволяет двигателю работать с наилучшими мощностно-экономическими показателями, а также приводит к ускоренному износу его рабочих элементов. Известен электронный блок управления вентилятором 2, где последний приводится в движение ременной передачей от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, а его частота вращения задается управляющим блоком на основании сигналов ряда датчиков. Существенным недостатком указанного механизма привода вентилятора является использование мощности двигателя на привод вентилятора, что снижает эффективный КПД двигателя. Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с двумя теплообменниками и насосом для охлаждающей жидкости с двумя впускными и двумя выпускными патрубками 3. Камера насоса имеет круглое поперечное сечение, в ней установлен вращаемый маховик. Охлаждающая жидкость входит по двум впускным патрубкам теплообменника, проходит по теплообменнику и выходит через оба выпускных патрубка. Существенным недостатком данного технического решения является необходимость обеспечения повышенной производительности насоса для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости по двум теплообменникам. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототип) является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, оснащенная электроприводным насосом 4, содержащая радиатор, заслонку радиатора, вентилятор,электропривод вентилятора, термостат, жидкостный насос с электроприводом, масляный радиатор, электронный блок управления. Недостатком известной системы охлаждения является отсутствие возможности привода жидкостного насоса в случае нарушения работо 2 97172013.12.30 способности приводного электродвигателя или перебоев с электроэнергией, что приводит к дестабилизации температурного режима по охлаждающей жидкости и маслу, повышенному износу деталей цилиндро-поршневой группы. Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение стабильного заданного температурного режима двигателя внутреннего сгорания и оптимизация режима его работы при переменном характере нагрузки, обеспечение рационального и энергоэффективного распределения мощности, затрачиваемой на привод жидкостного насоса и вентилятора. Задача решается за счет того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным насосом, содержащей радиатор, заслонку радиатора, вентилятор,электропривод вентилятора, термостат, жидкостный насос с электроприводом, масляный радиатор, электронный блок управления, заслонка радиатора выполнена в виде активных жалюзи с изменяющимся проходным сечением и электроприводом, установлена перед радиатором в вертикальных направляющих с возможностью реверсивного вращения жалюзи и перемещения от крайнего нижнего положения к верхнему, электроприводной насос установлен на торцевой поверхности двигателя внутреннего сгорания, осуществляет подачу охлаждающей жидкости первоначально в головку блока цилиндров и имеет возможность привода от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания посредством электромагнитной муфты, управление которой осуществляет блок управления на основании сигналов датчиков оборотов коленчатого вала, частоты вращения вентилятора, положения активных жалюзи и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения, при этом в качестве охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания используют глицерин. На фигуре представлена система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным насосом. Предлагаемая система охлаждения включает в себя рубашку охлаждения, выполненную в блок-картере 1 и головке блока цилиндров 2 двигателя внутреннего сгорания, жидкостный радиатор 3 трубчато-пластинчатого типа, заслонку 4 радиатора в виде активных жалюзи с электроприводом 5, крыльчатку осевого вентилятора 6 с электроприводом 7,клапан термостат 8, электронный блок управления 9, масляный радиатор 10, патрубок 11 подвода охлаждающей жидкости к радиатору 3 и патрубок 12 подвода охлаждающей жидкости к жидкостному насосу 14, электропривод 13 жидкостного насоса 14 и электромагнитную муфту 15 привода насоса от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Обороты коленчатого вала, частота вращения вентилятора, положение активных жалюзи и температура охлаждающей жидкости контролируются при помощи цифровых датчиков(на схеме не показаны). Указанная совокупность контрольно-измерительных элементов,функциональных электронных устройств осуществляет контроль соответствующих параметров и позволяет блоку управления 9 на основании полученных данных осуществлять управление работой электропривода 7 крыльчатки вентилятора 6, электропривода 13 жидкостного насоса 14, электропривода 5 заслонки 4, клапана термостата 8, а также электромагнитной муфты 15 двигателя внутреннего сгорания. Система охлаждения с электроприводным насосом работает следующим образом. При запуске двигателя внутреннего сгорания температура охлаждающей жидкости приближена к температуре окружающего воздуха и потребность в ее циркуляции по рубашке охлаждения, выполненной в блок-картере 1 и головке блока цилиндров 2, отсутствует. Это вызвано необходимостью скорейшего достижения оптимального температурного режима, при котором двигатель внутреннего сгорания развивает наилучшие мощностно-экономические показатели. Поэтому жидкостный насос 14 и крыльчатка осевого вентилятора 6 не вращаются, а клапан термостат 8 находится в закрытом положении и охлаждающая жидкость быстрыми темпами прогревается до более высоких температур. Заслонка 4 жидкостного радиатора 3 при этом опущена в крайнее нижнее положение для снижения вероятности загрязнения сердцевины жидкостного радиатора 3 различными мелкими растительными остатками и пылью. Датчики оборотов коленчатого вала, часто 3 97172013.12.30 ты вращения вентилятора, положения активных жалюзи и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения осуществляют непрерывное преобразование значений соответствующих параметров в величины электрического сигнала, а электронный блок управления 9 на основании полученных данных управляет работой электропривода 7 крыльчатки вентилятора 6, электропривода 13 жидкостного насоса 14, электропривода 5 заслонки 4 жидкостного радиатора 3, клапана термостата 8, а также электромагнитной муфты 15 двигателя внутреннего сгорания. Так, при достижении температуры охлаждающей жидкости значения 751 С по команде электронного блока управления 9 начинает осуществляться привод жидкостного насоса 14 от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания через электромагнитную муфту 15, подача охлаждающей жидкости первоначально осуществляется в область головки блока цилиндров 2, детали которой подвержены наибольшему температурному воздействию. Одновременно приоткрывается клапан термостат 8 и охлаждающая жидкость поступает по патрубку 11 в трубчато-пластинчатый жидкостный радиатор 3, где охлаждается и по патрубку 12 направляется к жидкостному насосу 14. При этом крыльчатка вентилятора 6 не вращается, а электропривод 5 поворачивает элементы жалюзи заслонки 4 на некоторый угол для доступа набегающих потоков воздуха. Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется также через масляный радиатор 10, который встроен в блок-картер 1 двигателя внутреннего сгорания. Включение электронным блоком 9 электропривода 13 жидкостного насоса 14 и отключение привода от коленчатого вала происходят при достижении температуры охлаждающей жидкости значения 851 С, что позволяет довести вязкость охлаждающей жидкости (глицерина) до оптимальных значений, снизить затраты мощности на привод жидкостного насоса 14. Особенно актуально такое техническое решение в условиях низких температур окружающего воздуха. При этом жидкостный насос 14, приводимый в действие электроприводом 13, обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по системе охлаждения с некоторой усредненной производительностью. При дальнейшем росте температуры охлаждающей жидкости производительность жидкостного насоса 14 посредством электропривода 13 пропорционально возрастает, клапан термостат 8 полностью открывается, а электронный блок управления 9 включает электропривод 7 крыльчатки вентилятора 6. Обязательным условием работы системы охлаждения является обеспечение температуры охлаждающей жидкости (глицерина) в пределах 951 С. Для этого посредством электропривода 13 жидкостный насос 14 выводится на номинальную производительность,электропривод 5 поворачивает элементы жалюзи заслонки 4 на угол 90 для более полного доступа потоков воздуха. Интенсивность циркуляции воздушных потоков обеспечивается электроприводом 7 крыльчатки вентилятора 6. В случае роста температуры охлаждающей жидкости (глицерина) выше 951 С электропривод 5 осуществляет перемещение заслонки 4 по вертикальным направляющим в крайнее верхнее положение, а электропривод 7 обеспечивает максимальные обороты крыльчатки вентилятора 6 до момента достижения температуры охлаждающей жидкости заданного предела. В случае нарушения работоспособности электропривода 13 или перебоев с электроэнергией электронный блок управления 9 выдает команду на осуществление привода жидкостного насоса 14 от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания через электромагнитную муфту 15. Крутящий момент, передаваемый от коленчатого вала через электромагнитную муфту 15, пропорционален току возбуждения и изменяется блоком управления 9 бесступенчато от максимального проектируемого номинального значения до нуля. Скольжение между входным и выходным звеном муфты не является обязательным для передачи крутящего момента, и если момент нагрузки не превышает значения крутящего момента, для которого муфта была возбуждена, происходит синхронная сблокированная работа и наоборот,4 97172013.12.30 если крутящий момент нагрузки превышает уровень крутящего момента возбуждения,происходит абсолютно плавное скольжение при заранее указанном значении крутящего момента. Электромагнитная муфта 15 способна выдерживать непрерывное скольжение (в пределах эмпирически установленных номинальных тепловых величинах) при точно фиксированной и стабильной величине крутящего момента, который определяется уровнем возбуждения электромагнита. Блок управления 9 проводит опрос датчиков оборотов коленчатого вала, частоты вращения вентилятора, положения активных жалюзи и температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения и на основании полученных данных управляет работой электромагнитной муфты, при этом определяющим фактором является обеспечение температуры охлаждающей жидкости в пределах 951 С. Предлагаемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным насосом позволяет обеспечить стабильный заданный температурный режим двигателя внутреннего сгорания и оптимизировать режимы его работы при переменном характере нагрузки, обеспечить рациональное и энергоэффективное распределение мощности, затрачиваемой на привод жидкостного насоса и вентилятора. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5