RU2022130C1

RU2022130C1 - Cooling system for transport facility engine

Info

Publication number: RU2022130C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Викторович Жлобич; Иосиф Станиславович Мацкевич; Виталий Федорович Медведев; Евгений Савельевич Санкович
Original assignee: Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: cooling system is provided with bypass pipe line with flow rate thermoregulator fitted in circulating loop including bumper made in form of finned box with partitions and semiclosed chamber. Circulating loop is formed by successive connection of inlet or outlet manifold of radiator, bumper, bypass pipe line and suction branch pipe of liquid pump; thermal accumulator is located in at least one chamber formed by means of partitions in bumper chamber. Partitions are made in form of tubular elements and thermal accumulator is made of discretely distributed heat accumulating spherical bodies of negative and positive buoyancy. EFFECT: cooling system is characterized by enhanced heat accumulating and heat dispersing properties; system intensifies warming-up of engine from external heat source, enhances distribution of cooling liquid in hot and cold loops at modular construction of radiator and reduces hydraulic resistance due to circulating loop. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к автомобилестроению, преимущественно к карьерным самосвалам, работающим с кратковременными перегрузками в районах с жарким климатом. The invention relates to the automotive industry, mainly to mining trucks working with short-term overloads in areas with a hot climate.

Широко известна система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая радиатор или блок радиаторов с принудительным обдувом, по меньшей мере одним вентилятором, имеющим привод с автоматической муфтой включения от вала двигателя. The liquid cooling system of an internal combustion engine is widely known, comprising a radiator or a block of radiators with forced air blowing by at least one fan having a drive with an automatic engagement clutch from the engine shaft.

Известна система охлаждения с радиатором, рассчитанным на средние нагрузки двигателя и снабженным отсеками с теплоаккумулирующим веществом, которое плавится и стабилизирует температуру жидкости при пиковых нагрузках. A known cooling system with a radiator designed for medium engine loads and equipped with compartments with a heat-accumulating substance that melts and stabilizes the temperature of the liquid at peak loads.

В качестве прототипа изобретения принята система охлаждения двигателя для автосамосвала, выполненная с тепловым аккумулятором в днище грузовой платформы, причем в двойных стенках платформы образованы участки транспорта и конденсации паров с отводом теплоты от рабочего вещества. As a prototype of the invention, an engine cooling system for a dump truck, made with a heat accumulator at the bottom of the cargo platform, was adopted, and in the double walls of the platform, transport and vapor condensation sections were formed with heat removed from the working substance.

Существенным недостатком этой системы является потребность в промежуточном контуре, развитом по длине, содержащем циркуляционный маслянный насос, змеевик теплового аккумулятора и теплообменник, размещенный в выходном коллекторе радиатора. A significant drawback of this system is the need for an intermediate circuit, developed along the length, containing a circulation oil pump, a heat accumulator coil and a heat exchanger located in the radiator outlet manifold.

Цель изобретения - повышение эффективности системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства при переменных режимах работы. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the cooling system of an internal combustion engine of a vehicle under variable operating conditions.

Предлагаемая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства по сравнению с прототипом отличается удобством компоновки, придает бамперу как дополнительному элементу системы охлаждения новые функции теплоаккумулирующего, теплорассеивающего и распределительного устройства. The proposed cooling system of the internal combustion engine of a vehicle, in comparison with the prototype, is distinguished by the convenience of layout, gives the bumper as an additional element of the cooling system new functions of the heat storage, heat dissipation and distribution device.

Наличие в системе охлаждения обводной линии с включением в нее бампера позволяет производить разогрев системы охлаждения от внешнего источника тепла. The presence of a bypass line in the cooling system with the inclusion of a bumper in it allows heating the cooling system from an external heat source.

Для достижения поставленной цели в системе охлаждения двигателя транспортного средства, содержащей радиатор с входным и выходным коллекторами, установленный на раме перед бампером, вентилятор, расположенный после радиатора, жидкостный насос, связанный всасывающим патрубком с выходным коллектором, и контур циркуляции с тепловым аккумулятором, согласно изобретению установлен обводной трубопровод с терморегулятором расхода, бампер выполнен в виде оребренного короба с перегородками и полузамкнутой полостью, связанной входом с одним из коллекторов, а выходом с всасывающим патрубком жидкостного насоса, контур циркуляции образован последовательным соединением бампера, обводного трубопровода и всасывающего патрубка жидкостного насоса, а перегородки, образующие оребрение короба бампера, разделяют его полость на камеры, и тепловой аккумулятор размещен по меньшей мере в одной из камер. To achieve the goal in a vehicle engine cooling system comprising a radiator with input and output manifolds mounted on a frame in front of the bumper, a fan located after the radiator, a liquid pump connected by a suction pipe to the output manifold, and a circulation circuit with a heat accumulator according to the invention a bypass pipeline with a flow temperature regulator is installed, the bumper is made in the form of a finned box with partitions and a semi-closed cavity connected by an entrance to one of collectors, and the outlet with the suction pipe of the liquid pump, the circulation circuit is formed by the serial connection of the bumper, the bypass pipe and the suction pipe of the liquid pump, and the partitions forming the rib of the bumper box divide its cavity into chambers, and the heat accumulator is placed in at least one of the chambers .

Перегородки выполнены в виде трубчатых элементов, соединяющих вертикальные стенки короба, а тепловой аккумулятор выполнен в виде дискретно распределенных теплоаккумулирующих сферических тел отрицательной и положительной плавучестей. Partitions are made in the form of tubular elements connecting the vertical walls of the box, and the heat accumulator is made in the form of discrete distributed heat-accumulating spherical bodies of negative and positive buoyancy.

Существенное отличие предлагаемой разработки заключается в том, что бамперу транспортного средства приданы новые функции теплоаккумулирующего, теплорассеивающего и распределительного устройства как дополнительного компонента системы охлаждения, улучшающего ее компактность по сравнению с прототипом. A significant difference of the proposed development lies in the fact that the bumper of the vehicle is given new functions of the heat storage, heat dissipation and distribution device as an additional component of the cooling system that improves its compactness compared to the prototype.

Теплоаккумулирующая способность бампера обеспечивается нагревом его собственной массы, массы жидкости в полости бампера, а также нагревом и плавлением теплоаккумулирующего вещества (парафина, нафталина, солей металлов или их гидратов). Теплорассеивающая способность бампера увеличена внешним оребрением стенок и поддерживается конвекцией воздуха во время движения транспортного средства, усиливается при наличии ветра, а также создается тепловым излучением с поверхности стенок. Составляющая теплового излучения бампера заметно возрастает при движении под нагрузкой и тем более в случае применения высокотемпературного охлаждения двигателя внутреннего сгорания. The heat storage capacity of the bumper is provided by heating its own mass, the mass of liquid in the cavity of the bumper, as well as by heating and melting the heat storage substance (paraffin, naphthalene, metal salts or their hydrates). The heat dissipation capacity of the bumper is increased by the external ribbing of the walls and is supported by convection of air during the movement of the vehicle, is enhanced in the presence of wind, and is also created by thermal radiation from the surface of the walls. The component of thermal radiation of the bumper increases noticeably when moving under load, and even more so when high-temperature cooling of an internal combustion engine is used.

В зимнее время бампер теплоизолируется рубашкой (капотом) и служит только в качестве теплового аккумулятора, облегчающего пуск двигателя при частых остановках. In winter, the bumper is thermally insulated with a shirt (hood) and serves only as a heat accumulator, making it easy to start the engine at frequent stops.

Существенно также, что полость бампера сообщается обводной линией с любым из коллекторов, входным или выходным, при вертикальном или горизонтальном расположении радиатора, с установкой на обводной линии терморегулятора расхода. В связи с расширением диапазона регулирования в полости бампера может создаваться поток с низкой скоростью движения, но с турбулизацией вследствие колебаний и вибраций транспортного средства, а также свободного перемещения сферических тел теплового аккумулятора. Такой поток жидкости со значительным снижением температуры полезно направлять, например, в охладитель наддувочного воздуха. It is also significant that the bumper cavity communicates with a bypass line with any of the collectors, inlet or outlet, with a vertical or horizontal arrangement of the radiator, with a flow temperature regulator installed on the bypass line. Due to the expansion of the control range in the bumper cavity, a flow with a low speed of movement can be created, but with turbulence due to vehicle vibrations and vibrations, as well as free movement of the spherical bodies of the heat accumulator. Such a fluid flow with a significant reduction in temperature is useful to direct, for example, in the charge air cooler.

Существенна и такая особенность устройства, как возможность создания отсеков в полости бампера, например, для горячего и холодного контуров системы охлаждения. В развитой комбинированной системе охлаждения с наличием блока радиаторов (модулей), а также кожухотрубных тепло- обменников может быть образовано несколько отсеков преимущественно для сбора и распределения теплоносителей: охлаждающей жидкости и масла двигателя, масла трансмиссии и др. A significant feature of the device, such as the ability to create compartments in the cavity of the bumper, for example, for hot and cold circuits of the cooling system. In the developed combined cooling system with the presence of a block of radiators (modules), as well as shell-and-tube heat exchangers, several compartments can be formed mainly for collecting and distributing coolants: coolant and engine oil, transmission oil, etc.

На фиг. 1 показан общий вид системы охлаждения двигателя транспортного средства; на фиг. 2 - вариант бампера с тепловым аккумулятором из сферическуих тел; на фиг. 3 - система с радиатором, установленным горизонтально; на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 3. In FIG. 1 shows a general view of a vehicle engine cooling system; in FIG. 2 - variant of a bumper with a heat accumulator from spherical bodies; in FIG. 3 - system with a radiator mounted horizontally; in FIG. 4 is a view along arrow A in FIG. 3.

Система охлаждения двигателя транспортного средства является замкнутой и состоит из радиатора 1 (фиг. 1) с входным коллектором 2, сердцевиной 3, выходным коллектором 4, а также включает осевой вентилятор 5 с приводом через автоматическую муфту 6. Радиатор 1 установлен вертикально на поперечине 7 рамы 8 транспортного средства с бампером 9, закрепленным на лонжеронах рамы с помощью кронштейнов 10, а перед сердцевиной 3 радиатора помещены решетка 11 облицовки и дефлектор 12. The vehicle engine cooling system is closed and consists of a radiator 1 (Fig. 1) with an input manifold 2, a core 3, an output manifold 4, and also includes an axial fan 5 driven through an automatic clutch 6. The radiator 1 is mounted vertically on the cross member 7 of the frame 8 of the vehicle with a bumper 9 mounted on the frame side members using brackets 10, and in front of the radiator core 3 there is a grille 11 facing and a deflector 12.

Бампер 9 выполнен в виде короба с оребрением, в его полости установлены тонкие продольные перегородки и образованы камеры: верхняя 13 и нижняя 14, сообщающиеся между собой, и средняя с твердым теплоаккумулирующим веществом 15. Камеры 13 и 14 соединены трубопроводом 16 с выходным коллектором 4, трубопроводом 17 со всасывающим патрубком 18 жидкостного насоса (не показан) и образуют обводную линию, содержащую терморегулятор 19 расхода жидкости. The bumper 9 is made in the form of a box with fins, thin longitudinal partitions are installed in its cavity and chambers are formed: the upper 13 and lower 14, which communicate with each other, and the middle with a solid heat-accumulating substance 15. The chambers 13 and 14 are connected by a pipe 16 to the output manifold 4, a pipe 17 with a suction pipe 18 of a liquid pump (not shown) and form a bypass line containing a temperature control 19 of the fluid flow.

Внешнее оребрение 20 бампера, а также внутреннее и внешнее оребрения 21 в виде трубчатых элементов увеличивают поверхность теплообмена и повышают прочность конструкции. В свою очередь, задняя стенка бампера 9 с наличием зазора а между этой стенкой и теплоаккумулирующим веществом 15 придает конструкции подат- ливость. The external fins 20 of the bumper, as well as the internal and external fins 21 in the form of tubular elements increase the heat transfer surface and increase the strength of the structure. In turn, the rear wall of the bumper 9 with the presence of a gap a between this wall and the heat-accumulating substance 15 makes the structure supple.

В системе охлаждения двигателя возможен вариант исполнения бампера 9 (фиг. 2), в полости которого размещена продольная перегородка 22 с зазором б относительно задней или передней стенки, образующая верхнюю 13 и нижнюю 14 камеры, частично заполненные сферическими телами 23 и 24 с отрицательной и положительной плавучестями. Каждое сферическое тело содержит теплоаккумулирующее вещество 15 в тонкой металлической или пластмассовой оболочке, причем толщина стенок и степень заполнения оболочек у тел 23 и 24 разные. In the engine cooling system, a variant of the bumper 9 is possible (Fig. 2), in the cavity of which there is a longitudinal partition 22 with a gap b relative to the rear or front wall, forming the upper 13 and lower 14 chambers, partially filled with spherical bodies 23 and 24 with negative and positive buoyancy. Each spherical body contains a heat-accumulating substance 15 in a thin metal or plastic shell, the wall thickness and the degree of filling of the shells of bodies 23 and 24 are different.

В системе охлаждения двигателя с горизонтальной установкой радиатора 1 (фиг. 3 и 4) контур циркуляции образован соединением входного участка трубопровода 16 с входным коллектором 2 радиатора 1 и отличается тем, что на трубопроводе 16 установлен терморегулятор 19, пропускающий поток жидкости в полость бампера 9 параллельно сердцевине 3 радиатора. In the engine cooling system with horizontal installation of the radiator 1 (Fig. 3 and 4), the circulation circuit is formed by connecting the inlet section of the pipe 16 to the input manifold 2 of the radiator 1 and differs in that the temperature regulator 19 is installed on the pipe 16, which passes the fluid flow into the bumper cavity 9 in parallel 3 radiator core.

Бампер 9 в каждом варианте исполнения снабжен перепускным клапаном 25 и пробкой 26 для слива жидкости. The bumper 9 in each embodiment is equipped with an overflow valve 25 and a plug 26 for draining the liquid.

Система охлаждения двигателя транспортного средства работает следующим образом. The engine cooling system of a vehicle operates as follows.

По мере увеличения нагрузки двигателя и повышения температуры охлаждающей жидкости включается осевой вентилятор 5 с помощью автоматической муфты 6 и поток воздуха движется через решетку 11 на охлаждение сердцевины 3 радиатора 1. Охлаждающая жидкость из двигателя поступает во входной коллектор 2 радиатора, движется по трубкам сердцевины 3 в выходной коллектор 4, из которого направляется во всасывающий патрубок 18 жидкостного насоса, при этом терморегулятор 19 закрыт и обводная линия циркуляции не действует. As the engine load increases and the coolant temperature rises, the axial fan 5 is turned on by means of an automatic clutch 6 and the air flow moves through the grill 11 to cool the core 3 of the radiator 1. Coolant from the engine enters the intake manifold 2 of the radiator, moves through the tubes of the core 3 into the output manifold 4, from which it is sent to the suction pipe 18 of the liquid pump, while the thermostat 19 is closed and the bypass circulation line does not work.

При номинальной мощности двигателя, а также перегрузке во время движения транспортного средства на подъем, когда температура охлаждающей жидкости достигает предельной величины, открывается терморегулятор 19 и поток охлаждающей жидкости частично направляется по трубопроводу 16 в верхнюю камеру 13 бампера 9, из нее перетекает в нижнюю камеры 14, а затем по трубопроводу 17 отводится во всасывающий патрубок 18, где оба потока перемешиваются. Корпус бампера 9 постепенно нагревается с приближением температуры стенок к температуре охлаждающей жидкости, причем росту теплоотдачи способствуют развитые поверхности его стенок, вибрации от двигателя и колебания рамы 8, передаваемые бамперу 9 во время движения транспортного средства. Дальнейшее снижение температуры охлаждающей жидкости происходит благодаря нагреву и плавлению теплоаккумулирующего вещества 15. At the rated engine power, as well as overload during the vehicle’s rise, when the temperature of the coolant reaches the limit value, the temperature controller 19 opens and the coolant flow is partially directed through the pipe 16 to the upper chamber 13 of the bumper 9, flows from it to the lower chamber 14 and then through the pipe 17 is discharged into the suction pipe 18, where both flows are mixed. The body of the bumper 9 gradually heats up as the wall temperature approaches the temperature of the coolant, and the developed surface of its walls, vibration from the engine and vibrations of the frame 8 transmitted to the bumper 9 while the vehicle is moving contribute to the increase in heat transfer. A further decrease in the temperature of the coolant occurs due to the heating and melting of the heat storage substance 15.

Теплоотвод снаружи бампера 9 совершается конвекцией на поверхности его стенок, а также оребрения 20 и 21, и лучеиспусканием. Дефлектор 12 экранирует бампер 9 от прямого солнечного излучения и направляет поток нагретого воздуха с верхней стенки бампера 9 в обход сердцевины 3 радиатора. The heat sink outside the bumper 9 is carried out by convection on the surface of its walls, as well as fins 20 and 21, and radiation. The deflector 12 shields the bumper 9 from direct sunlight and directs the flow of heated air from the upper wall of the bumper 9 bypassing the core 3 of the radiator.

При движении транспортного средства на спуске или порожняком теплоотвод конвекцией усиливается и бампер 9 интенсивно охлаждается с отвердением термоаккумулирующего вещества 15 при закрытом терморегуляторе 19. When the vehicle is moving downhill or empty, the heat sink is enhanced by convection and the bumper 9 is intensively cooled with the hardening of the thermal storage substance 15 with the temperature regulator 19 closed.

Система охлаждения двигателя транспортного средства может иметь другую регулировку, а именно, когда первоначально открывается терморегулятор 19 и действует контур циркуляции, а затем по мере дальнейшего повышения нагрузки двигателя и температуры жидкости включается вентилятор 5. В системе с указанной последовательностью регулирования снижается затрата энергии на привод вентилятора, особенно если понижена температура окружающей среды. В зимний период с весьма низкой температурой бампер 9 утепляется капотом и при снятом терморегуляторе 19 служит тепловым аккумулятором, способствующим разогреву и пуску двигателя в случае частых остановок. The vehicle engine cooling system may have other adjustments, namely, when the temperature controller 19 is initially opened and the circulation circuit is active, and then fan 5 is turned on as the engine load and liquid temperature increase further. In a system with the indicated control sequence, the energy consumption for the fan drive is reduced , especially if the ambient temperature is low. In the winter period with a very low temperature, the bumper 9 is insulated with a hood and, when the thermostat 19 is removed, serves as a heat accumulator, which helps to warm up and start the engine in case of frequent stops.

Вариант исполнения бампера 9 (фиг. 2) отличается высокой интенсивностью теплообмена между жидкостью и сферическими телами 23 и 24, имеющими развитую суммарную поверхность теплообмена и создающими благодаря свободе перемещения повышенную турбулентность потока с выходом пара и газов в верхнюю зону камеры 13 и периодическим отводом смеси через перепускной клапан 25. The embodiment of the bumper 9 (Fig. 2) is characterized by a high heat transfer rate between the liquid and the spherical bodies 23 and 24, which have a developed total heat exchange surface and create, due to freedom of movement, increased turbulence of the flow with the release of steam and gases into the upper zone of the chamber 13 and periodic discharge of the mixture through bypass valve 25.

Благодаря зазорам а и б (фиг. 1 и 2), а также отчасти наличию парогазовой фазы в полости бампера 9 повышается его податливость при наезде на препятствие. Вместе с тем улучшается энергопоглощательная способность бампера, так как с помощью жидкости энергия деформации распределяется более равномерно по объему. Due to the gaps a and b (Fig. 1 and 2), as well as partly due to the presence of the vapor-gas phase in the cavity of the bumper 9, its compliance increases when hitting an obstacle. At the same time, the energy absorption capacity of the bumper is improved, since with the help of a liquid, the deformation energy is distributed more evenly throughout the volume.

В системе охлаждения двигателя с горизонтальным расположением радиатора 1 (фиг. 3 и 4) при открытом терморегуляторе 19 охлаждающая жидкость из входного коллектора 2 движется отдельным потоком в трубопровод 16 параллельно сердцевине 3, поступает в камеры 13 и 14 полости бампера 9, откуда направляется во всасывающий патрубок 18. Благодаря контуру циркуляции при открытом терморегуляторе 19 снижается гидравлическое сопротивление сердцевины 3 и она может быть выполнена многоходовой. Кроме того, поскольку отводимая из входного коллектора 2 охлаждающая жидкость имеет повышенную температуру, возрастает теплорассеивающая способность бампера 9. In the engine cooling system with the horizontal location of the radiator 1 (Fig. 3 and 4) with the temperature regulator 19 open, the cooling fluid from the inlet manifold 2 moves in a separate stream into the pipe 16 parallel to the core 3, enters the chambers 13 and 14 of the bumper cavity 9, from where it is sent to the suction pipe 18. Due to the circulation circuit when the temperature controller 19 is open, the hydraulic resistance of the core 3 is reduced and it can be multi-pass. In addition, since the coolant discharged from the inlet manifold 2 has an elevated temperature, the heat dissipation ability of the bumper 9 increases.

Предлагаемая система охлаждения действует с повышенной эффективностью при высокотемпературном способе охлаждения двигателя, особенно она эффективна для форсированных двигателей, применяемых на тяжелых транспортных средствах: карьерных автосамосвалах, тягачах, дорожно-строительных машинах, работающих на переменных нагрузочных режимах в условиях континентального климата. The proposed cooling system operates with increased efficiency with a high-temperature method of engine cooling, it is especially effective for forced engines used on heavy vehicles: mining dump trucks, tractors, road-building machines operating under variable load conditions in a continental climate.

Claims

1. VEHICLE ENGINE COOLING SYSTEM, comprising a radiator with inlet and outlet manifolds mounted on a frame in front of the bumper, a fan located after the radiator, a liquid pump connected by a suction pipe to the output manifold, and a circulation circuit with a heat accumulator, characterized in that, in order to increase efficiency, it is equipped with a bypass pipe with a flow temperature regulator, the bumper is made in the form of a finned box with partitions and a semi-closed cavity connected by an entrance to one from the collectors, and the outlet is with the suction pipe of the liquid pump, the circulation circuit is formed by the serial connection of the bumper, the bypass pipe and the suction pipe of the liquid pump, and the partitions forming the fins of the bumper box divide its cavity into chambers, and the heat accumulator is placed in at least one from the cameras.

2. The system according to claim 1, characterized in that the partitions are made in the form of tubular elements.

3. The system according to claim 1, characterized in that the heat accumulator is made in the form of discrete distributed heat-storage spherical bodies of negative and positive buoyancy.