RU219266U1 - Охладитель наддувочного воздуха - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к многопроцессному промежуточному охладителю с поперечным потоком, а именно к охладителям надувочного воздуха.

Охладитель наддувочного воздуха, содержащий кассету с пластинчато-трубчатым набором, входной и выходной воздушные контуры, входную и выходную крышки воздушного контура, отличающийся тем, что дополнительно содержит направляющие распределения воздушного потока и два охлаждающих контура, причем каждый охлаждающий контур разделен на секции и имеет патрубок для входа и выхода охлаждающей жидкости.

Description

Полезная модель относится к многопроцессному промежуточному охладителю с поперечным потоком, а именно к охладителям надувочного воздуха.

В двигателях внутреннего сгорания для повышения мощности используется нагнетатель, который подает сжатый воздух в цилиндр двигателя. Однако воздух, быстро сжимаемый нагнетателем, становится чрезвычайно высокотемпературным, что приводит к увеличению объема и падению плотности воздуха, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности наддува в цилиндре. Если нагретый воздух не будет охлажден перед подачей в коллектор, могут возникнуть такие проблемы, как:

- Потеря мощности двигателя - горячий воздух имеет меньшую плотность, значит меньше рабочей смеси попадет в цилиндр двигателя, чем при температуре рабочей смеси, соответствующей атмосферным условиям.

- Разрушение двигателя, которое может возникнуть из-за того, что перегретый воздух становится причиной самовозгорания топлива - детонации.

Для снижения температуры воздуха горячий воздух пропускают между пластинами, соединенными с трубками, при этом в результате теплообмена пластины и трубки нагреваются, а воздух охлаждается. Жидкость проходит через трубки, охлаждая их. Таким образом, тепло переходит из наддувного воздуха через охлаждающую жидкость, и температура воздуха снижается.

Охладитель наддувочного воздуха является важным элементом системы автомобильного двигателя с турбонаддувом. Он, в основном, охлаждает сжатый воздух, поступающий в двигатель, и повышает мощность и ресурс двигателя за счет увеличения плотности сжатого воздуха. Охладитель наддувочного воздуха предназначен для охлаждения всасываемого воздуха, поступающего из турбины двигателя внутреннего сгорания. Он может применяться в составе газопоршневых электростанций с турбонадувом, работающих основе поршневого двигателя внутреннего сгорания на природном или другом горючем газе. Благодаря механической энергии газопоршневых электростанций вырабатывается электроэнергия и тепловая энергия, которая может быть использована для бытового или технологического теплоснабжения.

Охладители наддувочного воздуха, в основном, делятся на охладители типа «воздух-воздух» и охладители «воздух-жидкость». Охладители с водяным охлаждением используют циркулирующую охлаждающую жидкость, для охлаждения сжатого воздуха, который обычно подается в двигатель. Промежуточный охладитель с водяным охлаждением имеет примерно на 10% более высокую эффективность, отвода тепла, чем промежуточный охладитель с воздушным охлаждением и обладает преимуществами меньшей длины трубы, меньшего сопротивления и улучшенной скорости отклика дроссельной заслонки.

Из уровня техники известен интеркулер двигателя и двигатель (патент на полезную модель Китая №212716880, МПК F02B 29/04, опубл. 16.03.2021 г.), согласно которому, полезная модель обеспечивает промежуточный охладитель двигателя, включающий корпус и узел холодного сердечника. Оболочка снабжена вмещающей полостью. Узел холодной активной зоны устанавливается в содержащую полость. Корпус имеет вход для воды и выход для воды. И водовыпуск и водовпуск сообщаются с вмещающей полостью, при этом узел холодного сердечника включает в себя по меньшей мере одну трубку жидкостного охлаждения, расположенную в горизонтальном направлении, причем первый конец трубки жидкостного охлаждения проходит в направлении входа воды, а второй конец трубки жидкостного охлаждения проходит в направлении выхода воды; оболочка включает в себя структуру блокировки потока. Эта структура расположена в нижней части внутренней стенки оболочки и доходит до внутренней стенки верхней части оболочки, а конструкция блокировки потока расположена между трубой жидкостного охлаждения и водяным выходом.

Недостатком данной полезной модели является наличие только одной линии жидкого охлаждения. При больших нагрузках, охлаждение воздуха с двигателя внутреннего сгорания и интеркулера приходится на единый внешний охладитель, что в свою очередь приводит к увеличению времени, для стабилизации температуры двигателя внутреннего сгорания и интеркулера.

Так же, недостатком данной полезной модели является наличие одного дренажного отверсия, которое не позволяет выпускать воздух и сливать жидкость при различных вариантах установки интеркулера.

Наиболее близким техническим решением является охладитель наддувочного воздуха (патент на изобретение Японии №2010127143, МПК F02B 29/04, F28D 7/16, F28F 9/00, опубл. 10.06.2010 г.), согласно которому, охладитель имеет теплообменную секцию, в которой трубки и излучающие ребра попеременно образуют множество каналов потока, по которым протекает охлаждающая вода с различными температурами и канал потока для всасываемого воздуха после наддува. Таким образом, нижняя сторона всасываемого воздуха становится каналом потока, протекающим между охлаждающими водами с разной температурой. Суть изобретения заключается в охладителе наддувочного воздуха, снабженном уплотнением, которое предусмотрено на внешней периферии теплообменной части и которое заполняет зазор между теплообменной частью и корпусом.

Недостатками данного изобретения являются отсутствие возможности дефектации интеркулера без съема с рамы двигателя, а также неравномерность распределения воздуха по объему интеркулера, то есть отсутствие профилирующего аппарата, что в свою очередь влияет на процесс снижения температуры выходящего потока воздуха.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании промежуточного охладителя с поперечным водяным с простой конструкцией и высокой эффективностью теплопередачи.

Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении снимаемой тепловой мощности.

Технический результат достигается тем, что охладитель наддувочного воздуха, содержит кассету с пластинчато-трубчатым набором, входной и выходной воздушные контуры, входную и выходную крышки воздушного контура, а так же дополнительно содержит направляющие распределения воздушного потока и два охлаждающих контура, причем, каждый охлаждающий контур разделен на секции и имеет патрубок для входа и выхода охлаждающей жидкости.

Далее полезная модель поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1. Охладитель наддувочного воздуха - в ид в разрезе

Фиг. 2. Охладитель наддувочного воздуха - вид сверху

Фиг. 3. Охладитель наддувочного воздуха - вид сбоку

Фиг. 4. Охладитель наддувочного воздуха - вид спереди

Охладитель наддувочного воздуха представляет собой двухконтурный теплообменник для дизельных и газпоршневых двигателей внутреннего сгорания, является теплообменником «воздух-жидкость» и по жидкостной части имеет два независимых контура. Первый контур соединен с системой охлаждения блока двигателя, второй контур подключен к дополнительной линии охлаждения внешним охладителем.

Устройство содержит кассету 1 с пластинчато-трубчатым набором 2, входную 3 и выходную 4 крышки воздушного контура, направляющие распределения воздушного потока 5, патрубок первого водяного контура 6, патрубок второго водяного контура 7, торцевую плиту 8, переднюю 9 и заднюю 10 крышки охлаждающего контура(вода), дренажную пробку 11, крышку смотрового лючка 12, штуцер под датчики температуры 13.

Кассета 1 выполнена из профилированных пластин пересекаемых набором медных трубок 2. Воздух поступает в устройство через входную крышку воздушного контура 3, имеющую в своем составе направляющие распределения воздушного потока 5, которые равномерно распределяют воздух по всей площади кассеты 1, тем самым способствуя равномерному охлаждению воздуха. Водяная часть охладителя имеет в своем составе два независимых контура, соотношение по площади теплообмена 1:1,5.

В частном случае, соотношение по площади теплообмена может быть другим и подбирается в зависимости от требуемых параметров охлаждения.

Каждый контур образован входным и выходным патрубками водяного контура, медными трубками, впрессованными в торцевую плиту в шахматном порядке, передней крышкой охлаждающего контура 9 и задней крышкой охлаждающего контура 10, при этом за счет системы перегородок на передней и задней крышках водяной поток четыре раза пересекает корпус и движется поперек воздушного потока, что позволяет эффективно передать тепло от воздуха жидкости.

Нагретый воздух через входной патрубок поступает во внутреннюю полость охладителя, где делится на множество параллельных потоков, что позволяет сократить время и повысить эффективность охлаждения. При этом воздух в охладителе движется по прямой, то есть перпендикулярно направлению охлаждающей жидкости, что помогает минимизировать потери давления. Тепло от горячего воздуха передается на теплообменные поверхности, которые обдуваются внешним потоком воздуха. Таким образом тепло отводится от охладителя.

Для обеспечения распределения охлаждающей жидкости по всем трубкам используются крышки охлаждающих контуров 9 и 10, которые притянуты болтами с обеих сторон охладителя и снабжены перегородками, для эффективного теплообмена. Они разделяют охладитель на секции, препятствуя передаче тепла между трубками, таким образом, способствуя повышению эффективности охлаждения воздуха. Вход и выход охлаждающих контуров расположены на одной стороне. Наличие второго контура обеспечивает снижение времени для стабилизации температуры. Циркуляцию жидкости внутри трубок обеспечивает насос (на фигуре не представлен), обеспечивающий нагнетание ее из бака (на фигуре не представлен) в охладитель.

Площадь теплообмена и гидравлическое сопротивление системы зависят от количества и размеров трубок.

В частном случае, количество и размер трубок может меняться, в зависимости от требуемых показателей гидравлического сопротивления и площади теплообмена, так как находятся в прямой зависимости. Воздух, проходя через трубки охладителя, преодолевает гидравлическое сопротивление и теряет температуру.

Таким образом, чем больше площадь теплообмена, тем выше снимаемая тепловая мощность, чем меньше диаметр трубок, тем выше гидравлическое сопротивление.

В процессе эксплуатации, водяные контуры охладителя могут засоряться, снижая таким образом тепловую мощность.

В частном случае, для контроля засорения водяных контуров предусмотрен контроль температуры жидкости на выходе из охладителя для каждого контура. Для этого, в штуцер под датчики температуры 13 устанавливаются датчики температуры для каждого контура. Имея показания температуры на выходе охладителя система управления двигателем отслеживает снижение относительно средних значений, что свидетельствует о засорении системы.

Для снижения трудоемкости по контролю состояния пластинчато-трубчатого набора 2 кассеты 1 предусмотрены смотровые лючки 12, что позволяет не снимать охладитель полностью. Для контроля его состояния и для слива жидкости предусмотрены четыре дренажные пробки 11 две в нижней точке, две в верхней точке, что позволяет устанавливать охладитель на разные модификации двигателей и в разных положениях не меняя конструкцию.

На входном и выходном воздушных контурах установлены направляющие воздушного потока 5, в виде изогнутых пластин, расположенных под углом и выполнены с возможностью расширения воздушного потока на входе для равномерного распределения охлаждаемого воздуха в охладителе и сужения воздушного потока на выходе. Направляющие воздушного потока выполняют роль конфузора: позволяют уменьшить коэффициент местного сопротивления и потери давления, а также позволяют снизить риски образования застойных зон воздуха.

Преимуществами заявляемой полезной модели являются повышение эффективности охлаждения, упрощение конструкции, упрощение сборки, обеспечение компактности охладителя наддувочного воздуха и возможность установки его в различных модификациях двигателей и в разных положениях не меняя конструкцию.

Claims (8)

1. Охладитель наддувочного воздуха, содержащий кассету с пластинчато-трубчатым набором, входной и выходной воздушные контуры, входную и выходную крышки воздушного контура, отличающийся тем, что дополнительно содержит направляющие распределения воздушного потока и два охлаждающих контура, причем каждый охлаждающий контур разделен на секции и имеет патрубок для входа и выхода охлаждающей жидкости.

2. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что содержит штуцер под датчики температуры.

3. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что направляющие распределения воздушного потока выполнены в виде изогнутых пластин, расположенных под углом и выполнены с возможностью расширения воздушного потока на входе и сужения воздушного потока на выходе.

4. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что охлаждающая жидкость течет по множеству охлаждающих трубочек.

5. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что направление потока охлаждаемого воздуха перпендикулярно направлению охлаждающей жидкости.

6. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что содержит четыре дренажные пробки.

7. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что содержит крышку смотрового лючка.

8. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, отличающийся тем, что водяной поток четыре раза пересекает корпус и движется поперек воздушного потока.

Images