Патент на изобретение №2328606

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для облегчения пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в условиях низких температур окружающей среды и повышения их экономичности при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода и в процессе пуска.

Известна система облегчения пуска ДВС, содержащая элементы системы охлаждения и смазочной системы ДВС, тепловой аккумулятор, соединенный с рубашкой охлаждения ДВС, гидротеплоаккумулятор, установленный рядом с ДВС и соединенный с его смазочной системой. При этом входные и выходные патрубки теплового аккумулятора и гидротеплоаккумулятора снабжены электромагнитными клапанами, а система выполнена с блоком управления, связанным с вышеуказанными электромагнитными клапанами [патент RU № 2200872, F02N 17/00, F01M 5/02].

Недостатком данной системы является сложность конструкции, а также ненадежность управления электромагнитными клапанами в условиях низких температур.

Известно устройство для предпускового разогрева и регулирования температуры ДВС, которое снабжено силовой турбиной с редуктором, электромагнитным клапаном, подсоединенным к питающему патрубку, вентилятором с приводом от силовой турбины, приводимой в работу отработавшими газами ДВС, управление которой осуществляется электромагнитным клапаном, соединенным с датчиком температуры [патент RU № 2217608, F01P 7/14, F01M 5/02].

Недостатком устройства является значительная продолжительность времени предпускового разогрева.

Известно устройство автоматического регулирования работы вентилятора системы охлаждения ДВС, содержащее вентилятор, гидромуфту переменного наполнения, турбинное лопаточное колесо которой связано с рабочим колесом вентилятора, а насосное лопаточное колесо с коленчатым валом двигателя и регулятора, подключенного к трубопроводу, подающему рабочую жидкость в гидромуфту. При этом лопатки турбинного колеса выполнены с тангенциальным наклоном в сторону, противоположную вращению колеса, лопатки насосного колеса с тангенциальным наклоном в сторону вращения колеса, а регулятор имеет байпасное отверстие для постоянной подачи минимального количества рабочей жидкости в гидромуфту [патент RU №2037058, F01P 7/04].

Недостатком данного устройства является сложность конструкции.

Известна система регулирования теплового состояния дизеля Д-37Е, содержащая узел вентилятора, объединенного с гидромуфтой переменного наполнения, датчик температуры головки цилиндра и соединяющие их маслопроводы [Поспелов Д.Р. Конструкция двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. М.: Машиностроение, 1973. Стр.186-188].

Недостатком данной системы является то, что не удается полностью опорожнить гидромуфту от масла. Вследствие этого, а также вследствие сил аэродинамического трения, действующих на газы, заполняющие рабочее пространство гидромуфты, турбинное колесо даже при малых частотах вращения коленчатого вала (например, холостой ход двигателя) и при отсутствии нагрузки находится во вращении, приводя в движение вентилятор. Это обуславливает излишний теплосъем и мешает поддержанию нормального теплового состояния дизеля.

В качестве прототипа выбрана система охлаждения дизеля 8ДВТ-330, содержащая вентилятор с двумя рабочими колесами, гидромуфту, регулятор температуры и стабилизатор давления масла [Дизель 8ДВТ-330. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 44-11ТО. /Под ред. Меньшенина Г.Г. – М.: Машиностроение, 1986. Стр.29-35].

Недостатком данной системы является то, что не удается полностью опорожнить гидромуфту от масла и исключить силы аэродинамического трения. Это приводит к тому, что на режимах малых нагрузок и холостого хода, а также в процессе пуска двигателя из-за наличия в гидромуфте небольшого количества масла (при полностью опорожненной муфте – из-за сил аэродинамического сопротивления газовоздушной среды, заполняющей внутренний объем гидромуфты) в ней возникают упомянутые вязкостные явления, вследствие которых турбинное колесо гидромуфты, а следовательно, и колесо вентилятора вращаются. Это приводит к нецелесообразному охлаждению ДВС, росту механических потерь, а следовательно, к снижению экономичности. Названное обстоятельство также осложняет запуск холодного дизеля.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении теплового состояния ДВС при работе на режимах малых нагрузок, холостого хода и облегчении пуска путем регулирования работы вентилятора.

Указанная задача решается тем, что в системе регулирования теплового состояния ДВС, содержащей вентилятор, гидромуфту привода рабочих колес вентилятора, регулятор температуры и стабилизатор давления, подаваемого в гидромуфту масла, согласно изобретению на ступице одного из рабочих колес вентилятора закреплена металлическая вставка с возможностью взаимодействия с электромагнитом, закрепленным на корпусе вентилятора и соединенным через электромагнитное реле с биметаллическим тепловым реле, установленным на головке цилиндра.

Техническим результатом предложенного изобретения является полная блокировка вентилятора при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода, а также в процессе пуска.

Технический результат достигается тем, что в систему охлаждения включена система регулирования теплового состояния ДВС с автоматической блокировкой вентилятора в условиях работы на режимах малых нагрузок и холостого хода, а также в процессе пуска.

Данное техническое решение позволяет улучшить тепловое состояние ДВС при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода и значительно сократить время разогрева холодного ДВС в процессе пуска в условиях низких температур окружающей среды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где дана схема регулирования теплового состояния ДВС.

Предлагаемая система содержит вентилятор 1, гидромуфту 2 привода рабочих колес 3 и 4 вентилятора 1, регулятор температуры 5 и стабилизатор давления 6 подаваемого в гидромуфту 2 масла. На ступице одного из рабочих колес 3 вентилятора 1 закреплена металлическая вставка 7 с возможностью взаимодействия с электромагнитом 8, закрепленным на корпусе 9 вентилятора 1 и соединенным через электромагнитное реле 10 с биметаллическим тепловым реле 11, установленным на головке цилиндра 12.

Система содержит также маслопровод 13 от регулятора температуры 5 к гидромуфте 2.

Система регулирования теплового состояния ДВС работает следующим образом. При работе ДВС вхолостую и на малых нагрузках, когда детали и масло имеют относительно невысокую температуру, доступ масла к гидромуфте 2 закрыт. Насосное колесо гидромуфты 2 вращается. Вследствие сил аэродинамического трения приходит во вращение и турбинное колесо. Аналогичная картина имеет место и при пуске ДВС, так как идеального опорожнения гидромуфты 2 реализовать не удается. Это обстоятельство обуславливает рост механических потерь в ДВС, снижает его экономические показатели, не позволяет оптимизировать тепловое состояние ДВС. При недостаточно высокой температуре ДВС биметаллическое тепловое реле 11 включено. При этом электрическая цепь замкнута электромагнитным реле 10 и идет подача напряжения на электромагнит 8, который, в свою очередь, воздействуя на металлическую вставку 7, блокирует рабочие колеса 3 и 4 вентилятора 1. Детали ДВС, не обдуваемые воздухом, быстро прогреваются. При повышении температуры головки цилиндра 12 происходит отключение биметаллического теплового реле 11, а следовательно, и размыкание электрической цепи электромагнитным реле 10. Подача напряжения на электромагнит 8 прекращается, и он отключается, давая возможность рабочим колесам 3 и 4 вентилятора 1 свободно вращаться. При дальнейшем нагревании головки цилиндра 12 в месте установки регулятора температуры 5 до +(115±3)°С жидкость, расширяясь, передвигает клапан регулятора температуры 5, обеспечивая определенную подачу масла во внутреннюю полость гидромуфты 2. По мере заполнения гидромуфты 2 маслом насосное колесо, вращаясь, начинает увлекать за собой турбинное колесо, жестко связанное с рабочими колесами 3 и 4 вентилятора 1. Охлаждающий воздух поступает в подкапотное пространство.

По мере повышения температуры ДВС увеличивается подача масла через регулятор температуры 5 и степень заполнения гидромуфты 2, частота вращения рабочих колес 3 и 4 вентилятора 1 и количество воздуха, поступающего на охлаждение ДВС до тех пор, пока температура ДВС в месте установки регулятора температуры 5 не станет постоянной. При снижении нагрузки или скоростного режима температура головки ДВС снижается, и процесс регулирования количества подаваемого охлаждающего воздуха соответственно протекает в обратном направлении.

При снижении температуры ДВС до допустимого предела включается биметаллическое тепловое реле 11. При этом происходит замыкание электрической цепи электромагнитным реле 10 и осуществляется подача напряжения на электромагнит 8, который, в свою очередь, воздействуя на металлическую вставку 7, блокирует рабочие колеса 3 и 4 вентилятора 1. Это позволяет избежать нецелесообразного охлаждения ДВС, роста механических потерь и снижения экономичности при работе ДВС на режимах малых нагрузок и холостого хода.

Применение данной конструкции системы регулирования теплового состояния ДВС дает наибольший эффект на ДВС с воздушной системой охлаждения.

Формула изобретения

Система регулирования теплового состояния двигателя внутреннего сгорания, содержащая вентилятор, гидромуфту привода рабочих колес вентилятора, регулятор температуры и стабилизатор давления подаваемого в гидромуфту масла, отличающаяся тем, что на ступице одного из рабочих колес вентилятора закреплена металлическая вставка с возможностью взаимодействия с электромагнитом, закрепленным на корпусе вентилятора и соединенным через электромагнитное реле с биметаллическим тепловым реле, установленным на головке цилиндра.

РИСУНКИ