RU2136912C1

RU2136912C1 - Liquid cooling system of turbocharged internal combustion engine

Info

Publication number: RU2136912C1
Application number: RU98111217A
Authority: RU
Inventors: А.В. Гук; Б.Н. Сидоров; А.Н. Сорокин; А.Н. Крайнов; А.В. Кушнарев; С.В. Чередниченко
Original assignee: Гук Анатолий Викторович; Сидоров Борис Николаевич; Сорокин Алексей Николаевич; Крайнов Анатолий Николаевич; Кушнарев Андрей Владимирович; Чередниченко Сергей Васильевич
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; liquid cooling systems of turbocharged engines for vehicles. SUBSTANCE: cooling system of engine has liquid pump, main circulation circuit including engine cooling jacket and main section of liquid radiator, and additional circuit including additional section of liquid radiator and supercharge air liquid cooler connected in tandem. System is furnished additionally with comparator and the following device connected to comparator: controller, supercharge air temperature transmitter, fuel viscosity transmitter, electromagnetic valve connected to main and additional circulation circuits coupled with controller connected together with supercharge air temperature transmitter to high pressure line. EFFECT: provision of supercharge air temperature control depending on ambient temperature, engine operating conditions and physical and chemical characteristics of fuel. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к силовым установкам транспортных средств, а именно к системам жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом. The invention relates to mechanical engineering, in particular to power plants of vehicles, and in particular to liquid cooling systems of turbo-charged internal combustion engines.

Известна система жидкостного охлаждения транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания с турбонаддувом [1], имеющая два контура циркуляции с разными температурами охлаждающей жидкости, подача которой осуществляется одним жидкостным насосом. Контур с более высокой температурой охлаждающей жидкости включает в себя рубашку охлаждения двигателя и основную секцию радиатора. Контур с пониженной температурой охлаждающей жидкости содержит дополнительную секцию радиатора, жидкостные охладители наддувочного воздуха и масла. Оба контура связаны между собой через терморегулирующие устройства, перераспределяющие между ними потоки охлаждающей жидкости. A known liquid cooling system of a vehicle with a turbocharged internal combustion engine [1], having two circulation circuits with different temperatures of the coolant, the supply of which is carried out by a single liquid pump. The circuit with a higher coolant temperature includes an engine cooling jacket and a main radiator section. The circuit with a reduced temperature of the coolant contains an additional section of the radiator, liquid coolers for charge air and oil. Both circuits are interconnected through thermostatic devices, redistributing the coolant flows between them.

Недостатком указанной системы охлаждения является невозможность обеспечения рационального протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя в зависимости от физико-химических свойств топлива. The disadvantage of this cooling system is the inability to ensure the rational flow of the working process in the engine cylinders, depending on the physicochemical properties of the fuel.

Наиболее близкой по техническому решению и достигаемому результату, принятой за прототип, является система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом [2], содержащая два контура циркуляции с разным уровнем температур охлаждающей жидкости, связанных между собой через несколько термостатических клапанов. Подача жидкости в контуры осуществляется одним жидкостным насосом. Контур с более высокой температурой охлаждающей жидкости включает в себя рубашку охлаждения и большую часть жидкостного радиатора. Контур с меньшей температурой охлаждающей жидкости содержит меньшую часть жидкостного радиатора и жидкостный охладитель наддувочного воздуха. The closest in technical solution and the achieved result, adopted as a prototype, is a liquid cooling system of a turbocharged internal combustion engine [2], containing two circulation circuits with different levels of coolant temperature, interconnected via several thermostatic valves. The fluid is supplied to the circuits by a single fluid pump. The circuit with a higher temperature of the coolant includes a cooling jacket and most of the liquid radiator. The circuit with a lower temperature of the coolant contains a smaller part of the liquid radiator and a liquid charge air cooler.

Недостатком прототипа является то, что он не в полной мере обеспечивает поддержание требуемого уровня температуры наддувочного воздуха при изменении атмосферных условий и физико-химических свойств топлива. The disadvantage of the prototype is that it does not fully ensure the maintenance of the required temperature level of charge air when changing atmospheric conditions and physico-chemical properties of the fuel.

Технической задачей изобретения является обеспечение регулирования температуры наддувочного воздуха в зависимости от атмосферных условий, режима работы двигателя и физико-химических свойств топлива. An object of the invention is the provision of temperature control of charge air, depending on atmospheric conditions, engine operation and physico-chemical properties of the fuel.

Поставленная задача достигается тем, что система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащая жидкостный насос, основной контур циркуляции, включающий рубашку охлаждения двигателя и основную секцию жидкостного радиатора, и дополнительный контур, включающий последовательно соединенные дополнительную секцию жидкостного радиатора и жидкостный охладитель наддувочного воздуха отличается тем, что в нее дополнительно введены компаратор и подключенные к нему регулирующее устройство, датчик температуры наддувочного воздуха, датчик вязкости топлива, электромагнитный клапан, подсоединенный к основному и дополнительному контурам циркуляции, связанным с регулирующим устройством, подключенным совместно с датчиком температуры наддувочного воздуха к магистрали высокого давления. This object is achieved in that the liquid cooling system of a turbo-charged internal combustion engine comprising a liquid pump, a main circulation circuit including an engine cooling jacket and a main liquid radiator section, and an additional circuit including an additional liquid radiator section and a charge air cooler connected in series the fact that an additional comparator and a control device connected to it, a temperature sensor charge air sensors, fuel viscosity sensor, solenoid valve connected to the primary and secondary circuits connected to a control device connected together with the charge air temperature sensor to the high-pressure line.

На фиг. 1 представлена схема системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом. In FIG. 1 is a diagram of a liquid cooling system for a turbocharged internal combustion engine.

Система содержит жидкостный насос 1 и два связанных между собой через регулирующее устройство 2 контура циркуляции охлаждающей жидкости, основной из которых включает рубашку 3 охлаждения двигателя, термостат 4, основную секцию 5 жидкостного радиатора. Дополнительный контур циркуляции включает последовательно соединенные дополнительную секцию 6 жидкостного радиатора и жидкостный охладитель 7 наддувочного воздуха (далее - охладитель). Охлаждающая жидкость в дополнительный контур подается из напорной магистрали 8 через электромагнитный клапан 9 и возвращается во всасывающую магистраль 10. В системе имеется компаратор 11, к которому подключены датчик 12 температуры наддувочного воздуха, регулирующее устройство 2, связанные с магистралью высокого давления и электромагнитный клапан 9. Для многотопливного двигателя к компаратору дополнительно подключается датчик 13 вязкости топлива, включенный в систему питания топливом. Подача воздуха в магистраль высокого давления 14 и охладитель 7 осуществляется от турбокомпрессора 15. The system comprises a liquid pump 1 and two coolant circuits connected through an adjusting device 2, the main of which includes an engine cooling jacket 3, a thermostat 4, and a main section 5 of a liquid radiator. The additional circulation circuit includes a series-connected additional section 6 of the liquid radiator and a liquid cooler 7 of charge air (hereinafter referred to as the cooler). Coolant is supplied to the additional circuit from the pressure line 8 through the solenoid valve 9 and returns to the suction line 10. The system has a comparator 11 to which a charge air temperature sensor 12 is connected, a control device 2 connected to the high-pressure line and an electromagnetic valve 9. For a multi-fuel engine, a fuel viscosity sensor 13 is additionally connected to the comparator, which is included in the fuel supply system. The air supply to the high-pressure line 14 and the cooler 7 is carried out from the turbocharger 15.

Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом работает следующим образом. The liquid cooling system of a turbocharged internal combustion engine operates as follows.

Охлаждающая жидкость, нагнетаемая жидкостным насосом 1, разделяется на два потока. Основной поток направляется из напорной магистрали 8 в рубашку 3 охлаждения двигателя, где нагревается и поступает через термостат 4 в зависимости от температуры во всасывающую магистраль 10 жидкостного насоса 1, либо первоначально в основную секцию 5 жидкостного радиатора, где охлаждается, после чего поступает во всасывающую магистраль 10 жидкостного насоса 1. Другой поток охлаждающей жидкости из напорной магистрали 8 при открытом электромагнитном клапане 9 поступает в дополнительную секцию 6 жидкостного радиатора, где охлаждающая жидкость доохлаждается (ее температура после секции на 10-20^oC меньше, чем температура охлаждающей жидкости во всасывающей магистрали 10) и подается в охладитель 7 для охлаждения наддувочного воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором 15 в магистраль высокого давления 14. Основной и дополнительный контуры циркуляции соединены между собой через регулирующее устройство 2, изменяющее поток жидкости из основного контура в дополнительный в зависимости от давления наддувочного воздуха и выходного сигнала компаратора 11, значение которого определяется в том числе температурой наддувочного воздуха.The coolant pumped by the liquid pump 1 is divided into two streams. The main stream is directed from the pressure line 8 to the engine cooling jacket 3, where it is heated and enters through the thermostat 4, depending on the temperature, to the suction line 10 of the liquid pump 1, or initially to the main section 5 of the liquid radiator, where it is cooled, and then it enters the suction line 10 of the liquid pump 1. Another coolant stream from the pressure line 8 with the solenoid valve 9 open enters the additional section of the liquid radiator 6, where the coolant doohlazhdaetsya (after its temperature section at 10-20 ^o C less than the temperature of coolant in the suction line 10) and fed into a cooler 7 for cooling the charge air injected turbocharger 15 in a high pressure line 14. The primary and secondary circulation circuits are interconnected through a control device 2, which changes the fluid flow from the main circuit to an additional one depending on the pressure of the charge air and the output signal of the comparator 11, the value of which is determined in including charge air temperature.

Регулирующее устройство может быть реализовано следующим образом. В корпусе, разделенном подвижной перегородкой на две полости, через одну прокачивается охлаждающая жидкость. Другая полость через трубопровод соединена с магистралью высокого давления (например, наддувочного воздуха). На перегородке жестко закреплен сердечник, способный перемещаться внутри катушки управления, установленной на корпусе и подключенной к компаратору. Управление положением перегородки осуществляется суммарным усилием наддувочного воздуха и магнитодвижущей силы катушки управления, значение которой зависит от выходного сигнала компаратора. При этом компаратор 11, регистрируя изменение расхода жидкости через регулирующее устройство 2, вырабатывает управляющий сигнал на электромагнитный клапан 9, вызывая обратно пропорциональное изменение расхода жидкости через него. The control device can be implemented as follows. In a housing divided by a movable partition into two cavities, coolant is pumped through one. The other cavity through the pipeline is connected to the high-pressure line (for example, charge air). The core is rigidly fixed on the partition, which is able to move inside the control coil mounted on the housing and connected to the comparator. The position of the partition is controlled by the total force of the charge air and the magnetomotive force of the control coil, the value of which depends on the output signal of the comparator. In this case, the comparator 11, registering a change in fluid flow through the control device 2, generates a control signal to the electromagnetic valve 9, causing an inversely proportional change in fluid flow through it.

В процессе предпусковой подготовки, при отсутствии давления наддувочного воздуха в магистрали высокого давления 14 регулирующее устройство 2 не перекрывает доступ охлаждающей жидкости из основного контура в дополнительный, а электромагнитный клапан 9 закрыт, отключая дополнительную секцию 6 жидкостного радиатора, что обеспечивает прогрев охлаждающей жидкости во всех потребителях, включая охладитель 7. Это позволит подогревать наддувочный воздух в период пуска двигателя, что особенно важно при низких температурах атмосферного воздуха. In the process of pre-start preparation, in the absence of charge air pressure in the high-pressure line 14, the regulating device 2 does not block the access of the coolant from the main circuit to the secondary, and the electromagnetic valve 9 is closed, disabling the additional section 6 of the liquid radiator, which ensures heating of the coolant in all consumers including cooler 7. This will allow charging air to be warmed up during engine start-up, which is especially important at low ambient temperatures.

На режимах холостого хода и частичных нагрузок в зависимости от температуры наддувочного воздуха в компараторе 11 вырабатывается управляющий сигнал и подается на электромагнитный клапан 9 и регулирующее устройство 2, изменяя поток жидкости через них и тем самым обеспечивая требуемый уровень температуры наддувочного воздуха на этих режимах. At idle and partial loads, depending on the temperature of the charge air, a control signal is generated in the comparator 11 and fed to the solenoid valve 9 and control device 2, changing the fluid flow through them and thereby providing the required level of charge air temperature in these modes.

При работе двигателя на режимах средних и максимальных нагрузок давление и температура наддувочного воздуха достигают значений, при которых перекрывается перепуск охлаждающей жидкости через регулирующее устройство 2, полностью открывается электромагнитный клапан 9, что обеспечит разъединение контуров и соответственно более глубокое охлаждение наддувочного воздуха. When the engine is operating at medium and maximum loads, the pressure and temperature of the charge air reach values at which the bypass of the coolant through the control device 2 is closed, the electromagnetic valve 9 is fully opened, which will ensure the separation of the circuits and, accordingly, a deeper cooling of the charge air.

При изменении атмосферных условий (например, температуры окружающего воздуха) изменится температура наддувочного воздуха. В этом случае компаратор 11, получив сигнал от датчика 12 температуры наддувочного воздуха, вырабатывает управляющий сигнал на регулирующее устройство 2 и электромагнитный клапан 9, соответственно изменяя расходы жидкости через них и приводя температуру наддувочного воздуха к рациональным значениям. If atmospheric conditions (for example, ambient temperature) change, the charge air temperature will change. In this case, the comparator 11, having received a signal from the charge air temperature sensor 12, generates a control signal to the control device 2 and the solenoid valve 9, respectively changing the liquid flow rates through them and bringing the charge air temperature to rational values.

Изменение сорта топлива, а следовательно, и его плотности при отсутствии корректора цикловой подачи топлива приведет к изменению давления наддува. С уменьшением плотности топлива давление наддува и его воздействие на регулирующее устройство 2 будет уменьшаться, что обеспечит большую подачу жидкости из основного контура в дополнительный, меньшее охлаждение наддувочного воздуха и тем самым улучшит условия самовоспламенения легких топлив и их смесей. Changing the type of fuel, and therefore its density in the absence of a corrector for cyclic fuel supply, will lead to a change in boost pressure. With a decrease in the density of the fuel, the boost pressure and its effect on the regulating device 2 will decrease, which will ensure a greater supply of liquid from the main circuit to an additional, less cooling of the charge air and thereby improve the conditions for self-ignition of light fuels and their mixtures.

В многотопливных двигателях, при наличии устройств, изменяющих цикловую подачу в зависимости от сорта применяемого топлива, к компаратору 11 подключается датчик 13 вязкости топлива. В этом случае при работе двигателя на легких топливах компаратор 11, получив сигнал от датчика 13 вязкости топлива, вырабатывает управляющий сигнал и подает его на регулирующее устройство 2 и электромагнитный клапан 9, благодаря суммарному действию которых увеличивается температура жидкости в дополнительном контуре циркуляции, а следовательно и температура наддувочного воздуха, что улучшает протекание рабочего процесса в цилиндрах двигателя. In multi-fuel engines, in the presence of devices that change the cyclic flow depending on the type of fuel used, a fuel viscosity sensor 13 is connected to the comparator 11. In this case, when the engine is running on light fuels, the comparator 11, having received a signal from the fuel viscosity sensor 13, generates a control signal and feeds it to the control device 2 and the solenoid valve 9, due to the combined action of which increases the temperature of the liquid in the additional circulation circuit, and therefore charge air temperature, which improves the flow of the working process in the engine cylinders.

Таким образом, в предлагаемой системе возможно осуществить более точное регулирование температуры наддувочного воздуха и поддерживать ее в рациональных значениях в зависимости от атмосферных условий, режима работы двигателя и физико-химических свойств применяемого топлива. Thus, in the proposed system, it is possible to more accurately control the temperature of the charge air and maintain it in rational values depending on atmospheric conditions, the engine operating mode and the physicochemical properties of the fuel used.

Литература:
1. Заявка Франции N 2341041, F 02 B 29/04, 1977.Literature:
1. Application of France N 2341041, F 02 B 29/04, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР N 1153091, F 01 P 3/20, 1983. 2. Copyright certificate of the USSR N 1153091, F 01 P 3/20, 1983.

Claims

A liquid cooling system for a turbocharged internal combustion engine comprising a liquid pump, a main circulation circuit including an engine cooling jacket and a main liquid radiator section, and an additional circuit including an additional liquid radiator section and a charge air cooler connected in series, characterized in that additionally introduced a comparator and control device connected to it, charge air temperature sensor, visco sensor fuel, an electromagnetic valve connected to the primary and secondary circuits associated with a control device connected together with the charge air temperature sensor to the high-pressure line.