RU2013582C1

RU2013582C1 - Liquid cooling system for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2013582C1
Authority: RU
Inventors: В.Р. Бурячко; Г.С. Десяев
Original assignee: Бурячко Владимир Романович; Десяев Геннадий Сергеевич
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: engine cooling system has bypass valve 10 fitted in bypass pipe line 9. Innovation is in kinematic linkage of the liquid valve with control device in order to ensure stable circulation of the cooling liquid at considerable increase of the rotational speed of the engine. Control device is provided with free intermediate diaphragm 13 with pusher 14 and spring-loaded main diaphragm 15 with accumulating volume 16 in between them. Accumulating volume 16 is in communication with pump inlet branch pipe 14 by at least two throttling holes of small diameter; side of main diaphragm 15 which is opposite to the accumulating volume is in communication with atmosphere. EFFECT: enhanced reliability through stable circulation of cooling liquid at considerable increase of the engine rotational speed. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to engine building, in particular to liquid cooling systems of internal combustion engines.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), является основным источником механической энергии базовых машин, используемых для установки вооружения и военной техники, работоспособность ее в характерных тяжелых условиях эксплуатации во многом зависят от надежности работы системы охлаждения ДВС, которая определяется надежностью циркуляции теплоносителя в жидкостном контуре на всех, в том числе и переходных, режимах работы двигателя. An internal combustion engine (ICE) is the main source of mechanical energy for the base machines used to install weapons and military equipment, its operability in typical harsh operating conditions largely depends on the reliability of the ICE cooling system, which is determined by the reliability of the coolant circulation in the liquid circuit at all , including transient, engine operating modes.

Полный круг циркуляции жидкости в системах охлаждения современных двигателей осуществляется в течение 6-10 с. При резком увеличении частоты вращения двигателя и жестко связанного с ним жидкостного насоса происходит отставание расхода теплоносителя на входе в насос. Это приводит к падению давления во впускном патрубке и является причиной возникновения кавитационных явлений, вызывающих как резкое снижение производительности насоса, так и кавитационное разрушение его деталей. A full circle of fluid circulation in the cooling systems of modern engines is carried out for 6-10 s. With a sharp increase in the engine speed and the rigidly connected liquid pump, the flow rate of the coolant at the inlet to the pump lags. This leads to a drop in pressure in the inlet pipe and is the cause of cavitation phenomena that cause both a sharp decrease in pump performance and cavitation destruction of its parts.

Известны системы охлаждения, содержащие рубашку охлаждения, радиатор, насос, термостат, компенсационный бачок, перепускной и воздушный клапаны. Причем перепускной клапан, ограничивающий максимальное давление в системе, подсоединяется между рубашкой охлаждения и верхним бачком радиатора, а воздушный клапан, предотвращающий возникновение разрежения в системе, присоединяется к трубопроводу, соединяющему термостат с всасывающей полостью насоса. Known cooling systems comprising a cooling jacket, radiator, pump, thermostat, compensation tank, bypass and air valves. Moreover, the bypass valve, limiting the maximum pressure in the system, is connected between the cooling jacket and the upper tank of the radiator, and the air valve, which prevents the occurrence of vacuum in the system, is connected to the pipeline connecting the thermostat to the pump suction cavity.

Поскольку в данной системе воздушный клапан регулируется на срабатывание при возникновении определенного разрежения на входе в насос, то она не обеспечивает надежного предотвращения кавитации в закрытых системах, работающих при повышенном давлении. В таких системах особенно при высоких температурах жидкости срыв циркуляции может поступать не только при возникновении разрежения, но и при положительном давлении на входе в насос в случае значительного перепада давлений между напорной и всасывающей линиями, что характерно для переменных режимов. Кроме того, в рассматриваемой системе не исключается проникновение воздуха из компенсационного бачка с последующей аэрацией системы. Since in this system the air valve is regulated to operate when a certain vacuum occurs at the pump inlet, it does not provide reliable prevention of cavitation in closed systems operating at high pressure. In such systems, especially at high liquid temperatures, a circulation breakdown can occur not only when a vacuum occurs, but also at a positive pressure at the pump inlet in the event of a significant pressure difference between the pressure and suction lines, which is typical for variable modes. In addition, in the system under consideration, air penetration from the compensation tank with subsequent aeration of the system is not excluded.

Известна также конструкция системы жидкостного охлаждения ДВС, содержащая рубашку охлаждения, радиатор, соединяющую их линию высокого давления, жидкостной насос, входной патрубок которого сообщен с расширительным бачком с установленным в нем предохранительным и воздушным клапанами, байпасный трубопровод с перепускным клапаном, соединяющий линию высокого давления с входным патрубком насоса. Also known is the design of the internal combustion engine liquid cooling system, comprising a cooling jacket, a radiator connecting their high pressure line, a liquid pump, the inlet of which is in communication with an expansion tank with safety and air valves installed in it, a bypass pipe with a bypass valve connecting the high pressure line to pump inlet.

Недостатком этой схемы является то, что в ней при повышении интенсивности циркуляции жидкости, сопровождающейся увеличением перепада давлений в радиаторе выше 0,02. . . 0,06 МПа, перепускной клапан открывается и перепускает жидкость мимо радиатора, снижая отвод теплоты из системы охлаждения в окружающую среду. При этом такое явление может происходить не только в динамическом, но и в длительном статическом режиме, а также при накипеобразовании в радиаторе, что вызывает перегрев двигателя. The disadvantage of this scheme is that in it, with an increase in the intensity of fluid circulation, accompanied by an increase in the pressure drop in the radiator above 0.02. . . 0.06 MPa, the bypass valve opens and passes the fluid past the radiator, reducing heat removal from the cooling system to the environment. Moreover, this phenomenon can occur not only in dynamic, but also in long-term static mode, as well as during scale formation in the radiator, which causes the engine to overheat.

Целью изобретения является повышение надежности работы системы охлаждения путем обеспечения устойчивой циркуляции охлаждающей жидкости при резком увеличении частоты вращения двигателя. The aim of the invention is to increase the reliability of the cooling system by providing a stable circulation of coolant with a sharp increase in engine speed.

Цель достигается тем, что нормально закрытый перепускной клапан, установленный в байпасном трубопроводе, кинематически связан с управляющим устройством, содержащим свободную промежуточную мембрану с толкателем и подпружиненную основную мембрану, между которыми образован аккумулирующий объем, сообщающийся с входным патрубком насоса по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями малого диаметра, а сторона основной мембраны, противоположная аккумулирующему объему, сообщена с атмосферой. При этом байпасный трубопровод соединен с линией высокого давления на выходе из рубашки охлаждения двигателя. Дросселирующие отверстия, сообщающие аккумулирующий объем с входным патрубком насоса выполнены в верхней и нижней точках аккумулирующего объема. The goal is achieved by the fact that a normally closed bypass valve installed in the bypass pipe is kinematically connected to a control device containing a free intermediate membrane with a pusher and a spring-loaded main membrane, between which a storage volume is formed, communicating with the pump inlet at least two throttling holes of a small diameter, and the side of the main membrane, opposite the storage volume, is in communication with the atmosphere. In this case, the bypass pipeline is connected to the high pressure line at the outlet of the engine cooling jacket. Throttling holes communicating the storage volume with the pump inlet are made at the upper and lower points of the storage volume.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система жидкостного охлаждения ДВС отличается тем, что перепускной клапан кинематически связан с управляющим устройством, содержащим свободную промежуточную мембрану с толкателем и подпружиненную основную мембрану, между которыми образован аккумулирующий объем, сообщающийся с входным патрубком насоса по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями малого диаметра, а сторона основной мембраны, противоположная аккумулирующему объему, сообщена с атмосферой. Comparative analysis with the prototype shows that the inventive internal combustion engine liquid cooling system is characterized in that the bypass valve is kinematically connected to a control device containing a free intermediate membrane with a pusher and a spring-loaded main membrane, between which an accumulation volume is formed, communicating with at least two pump inlets throttling holes of small diameter, and the side of the main membrane, opposite the storage volume, is in communication with the atmosphere.

Байпасный трубопровод подсоединен к линии высокого давления на выходе из рубашки охлаждения двигателя, и дросселирующие отверстия, сообщающие аккумулирующий объем с входным патрубком насоса, выполненным в верхней и нижней точках аккумулирующего объема. The bypass pipeline is connected to the high pressure line at the outlet of the engine cooling jacket, and throttling holes communicating the accumulating volume with the pump inlet port made at the upper and lower points of the accumulating volume.

Таким образом, предложенная система жидкостного охлаждения ДВС соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the proposed liquid cooling system of the internal combustion engine meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показана общая схема системы охлаждения; на фиг. 2 - перепускной клапан с мембранным управляющим устройством. In FIG. 1 shows a general diagram of a cooling system; in FIG. 2 - bypass valve with a diaphragm control device.

Система жидкостного ДВС содержит рубашку 1 охлаждения, радиатор 2, линию высокого давления 3, соединяющую рубашку с радиатором, жидкостной насос 4, расширительный насос 5 с установленным в нем предохранительным 6 и воздушным 7 клапанами. Расширительный бачок сообщен трубопроводом 8 с входом в жидкостной насос. В систему включен байпасный трубопровод 9 с установленным в нем перепускным клапаном 10, соединяющим линию высокого давления 3 с входом в насос. Перепускной клапан 10 удерживается в закрытом состоянии пружиной 11. Управляющее устройство 12 содержит свободную промежуточную мембрану 13 с толкателем 14 и подпружиненную основную мембрану 15, между которыми образован аккумулирующий объем 16, сообщающийся с входным патрубком насоса дросселирующими отверстиями 17. Полость с внешней стороны основной мембраны, в которой размещена пружина 18, сообщается с атмосферой через отверстие 19. The liquid ICE system comprises a cooling jacket 1, a radiator 2, a high pressure line 3 connecting the jacket to the radiator, a liquid pump 4, an expansion pump 5 with a safety 6 and air 7 valves installed therein. The expansion tank is connected by a pipe 8 with the entrance to the liquid pump. The system includes a bypass pipe 9 with a bypass valve 10 installed in it, connecting the high pressure line 3 to the pump inlet. The bypass valve 10 is held closed by the spring 11. The control device 12 includes a free intermediate membrane 13 with a pusher 14 and a spring-loaded main membrane 15, between which a storage volume 16 is formed, communicating with the inlet pipe of the pump by throttling holes 17. A cavity on the outside of the main membrane, in which the spring 18 is placed, communicates with the atmosphere through the hole 19.

Система охлаждения работает следующим образом. The cooling system operates as follows.

На стационарном (установившемся) режиме во всасывающей линии насоса 4 устанавливается избыточное давление, максимальное значение которого равно давлению срабатывания предохранительного клапана 6. Перепускной клапан 10 при этом закрыт и весь расход жидкости осуществляется через радиатор 2. Охлаждающая жидкость через дросселирующее отверстие 17 заполняет аккумулирующую полость 16 и, воздействуя на основную мембрану 15, сжимает пружину 18. Давление в аккумулирующей камере и в патрубке 8 выравнивается и свободная мембрана 13 остается в прежнем положении. In a stationary (steady state) mode, an overpressure is established in the suction line of the pump 4, the maximum value of which is equal to the pressure of the safety valve 6. The bypass valve 10 is closed and the entire liquid flow through the radiator 2. Coolant through the throttling hole 17 fills the storage cavity 16 and, acting on the main membrane 15, compresses the spring 18. The pressure in the accumulating chamber and in the pipe 8 is equalized and the free membrane 13 remains unchanged position.

При резком увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя и насоса 4 вследствие задержки прохода жидкости через радиатор 2 давление на входе в насос 4 и патрубок 8 резко падает. Равновесие сил, действующих на свободную мембрану 13, нарушается и она под действием усилия пружины 18, передаваемого через жидкость, содержащуюся в аккумулирующей камере 16, перемещается и толкателем 14 открывает перепускной клапан 10. Жидкость из линии высокого давления проходит в патрубок 8 и, поступая на вход насоса 4, компенсирует недостаток подачи жидкости со стороны радиатора. Этим предотвращается существенное падение давления на входе в насос и исключается возникновение кавитационного режима. With a sharp increase in the rotational speed of the crankshaft of the engine and pump 4 due to a delay in the passage of fluid through the radiator 2, the pressure at the inlet to pump 4 and pipe 8 drops sharply. The balance of forces acting on the free membrane 13 is violated and it is under the action of the force of the spring 18 transmitted through the fluid contained in the accumulating chamber 16, moves and pusher 14 opens the bypass valve 10. The fluid from the high pressure line passes into the pipe 8 and, arriving at pump inlet 4 compensates for the lack of fluid supply from the radiator side. This prevents a significant pressure drop at the inlet to the pump and eliminates the occurrence of cavitation.

По мере стабилизации и повышения давления в патрубке 8, и также вследствие медленной утечки жидкости из аккумулирующего объема 16 усилие на свободную мембрану 13 возрастает и она, перемещаясь в обратном направлении, освобождает перепускной клапан 10. Клапан 10 закрывается и система работает в стационарном режиме. За счет постоянного сообщения всасывающей линии насоса 4 с аккумулирующим объемом 16 в нем всегда будет давление, равное статическому давлению на входе в насос. В этом случае система управления реагирует не на абсолютный перепад давлений между камерной и всасывающей линией, а на уменьшение давления на входе в насос 4 и снижает этот отрицательный эффект. Для большего быстродействия забор жидкости для подпитки входа в насос 4 осуществляется за счет подсоединения байпасного трубопровода 9 к линии высокого давления 3 на выходе из рубашек охлаждения двигателя, где давление имеет достаточно высокие значения, что обеспечивает наиболее быструю подпитку всасывающей линии. Кратковременность перепуска уменьшает его отрицательное влияние на теплорассеивающие возможности системы охлаждения. Для того, чтобы обеспечить заполнение аккумулирующего объема 18 жидкостью, последний сообщается с полостью перепускного клапана по меньшей мере двумя дросселирующими отверстиями 17, причем одно выполнено в верхней, а другое - в нижней точке аккумулирующего объема. Выбором проходного сечения дросселирующих отверстий 17 можно регулировать быстродействие управляющего устройством. As the pressure stabilizes and increases in the nozzle 8, and also due to the slow leakage of liquid from the accumulating volume 16, the force on the free membrane 13 increases and, moving in the opposite direction, releases the bypass valve 10. The valve 10 closes and the system operates in a stationary mode. Due to the constant communication of the suction line of the pump 4 with a storage volume of 16, there will always be a pressure equal to the static pressure at the pump inlet. In this case, the control system does not respond to the absolute pressure difference between the chamber and the suction line, but to a decrease in pressure at the inlet to the pump 4 and reduces this negative effect. For greater speed, the intake of liquid for feeding the inlet to the pump 4 is carried out by connecting the bypass pipe 9 to the high pressure line 3 at the outlet of the engine cooling jackets, where the pressure is sufficiently high, which ensures the fastest recharge of the suction line. The short duration of the bypass reduces its negative impact on the heat dissipation capabilities of the cooling system. In order to ensure that the storage volume 18 is filled with liquid, the latter communicates with the bypass valve cavity with at least two throttling holes 17, one made at the top and the other at the lower point of the storage volume. By selecting the flow area of the throttling holes 17, the speed of the control device can be controlled.

Таким образом, использование предложенной системы жидкостного охлаждения позволяет повысить надежность циркуляции жидкости при резком увеличении частоты вращения двигателя путем исключения кавитационных режимов не только при возникновении разрежения на входе в насос 4, но и при временном уменьшении избыточного давления. В то же время в предлагаемой схеме не происходит длительного байпасирования радиатора и уменьшения теплорассеивающей возможности, что повышает надежность системы охлаждения. Thus, the use of the proposed liquid cooling system allows to increase the reliability of the fluid circulation with a sharp increase in the engine speed by eliminating cavitation modes not only when a vacuum occurs at the inlet to the pump 4, but also with a temporary decrease in overpressure. At the same time, in the proposed scheme, there is no prolonged bypassing of the radiator and a decrease in heat dissipation, which increases the reliability of the cooling system.

Claims

1. LIQUID COOLING SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a cooling jacket, a radiator connecting their high pressure line, a liquid pump, the inlet of which is in communication with an expansion tank with safety and air valves installed therein, a bypass pipe with a high pressure bypass line with a pump inlet, characterized in that, in order to increase the reliability of the cooling system by ensuring a stable circulation of coolant with a sharp increase in the engine speed, it is equipped with a control device and a bypass valve kinematically connected to the control device containing a free intermediate membrane with a pusher and a spring-loaded main membrane, between which a storage volume is formed, communicating with the pump inlet at least two small throttling holes diameter, and the side of the main membrane, opposite the storage volume, is in communication with the atmosphere.

2. The system according to claim 1, characterized in that the bypass pipe is connected to a high pressure line at the outlet of the engine cooling jacket.

3. The system according to claim 1, characterized in that the throttling holes communicating the storage volume with the pump inlet are made at the upper and lower points of the storage volume.