RU2285134C1 - Method of and device for cooling internal combustion engine - Google Patents
Method of and device for cooling internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285134C1 RU2285134C1 RU2005116445/06A RU2005116445A RU2285134C1 RU 2285134 C1 RU2285134 C1 RU 2285134C1 RU 2005116445/06 A RU2005116445/06 A RU 2005116445/06A RU 2005116445 A RU2005116445 A RU 2005116445A RU 2285134 C1 RU2285134 C1 RU 2285134C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coolers
- cooling
- engine
- working fluid
- cavities
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания с преобразованием части тепловой энергии, отводимой системой охлаждения от двигателя, в другие виды энергии для дальнейшего ее использования.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used to cool internal combustion engines with the conversion of part of the thermal energy diverted by the cooling system from the engine into other types of energy for its further use.
Известен способ жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Основными элементами замкнутой принудительной жидкостной системы охлаждения являются рубашка охлаждения двигателя (полости вокруг каждого из цилиндров [или группы цилиндров] и в головках цилиндров [или в головках блока цилиндров], образованные наружными стенками), насос, охладители, соединительные трубы, уплотнительные прокладки, устройства, соединяющие систему охлаждения с атмосферой (открытая система) или, наоборот, разъединяющие полости системы и атмосферу (закрытая система). Жидкость, находящаяся в полостях вокруг цилиндров и головок цилиндров (т.н. рабочее тело), нагревается, отбирая теплоту от цилиндров. Нагретую жидкость направляют в охладитель, где она охлаждается, отдавая теплоту нагреваемому устройству или окружающей среде через стенки охладителя, после чего жидкость возвращают насосом обратно в полости, замыкая цикл. Для повышения эффективности работы охладителя с целью уменьшения его геометрических параметров осуществляют обдув охладителя вентилятором, приводимым в движение от вала двигателя внутреннего сгорания.A known method of liquid cooling internal combustion engines. The main elements of a closed forced liquid cooling system are the engine cooling jacket (cavities around each of the cylinders [or a group of cylinders] and in the cylinder heads [or in the cylinder heads] formed by the outer walls), a pump, coolers, connecting pipes, gaskets, devices connecting the cooling system with the atmosphere (open system) or, conversely, separating the system cavities and the atmosphere (closed system). The fluid located in the cavities around the cylinders and cylinder heads (the so-called working fluid) is heated, taking away heat from the cylinders. The heated liquid is sent to the cooler, where it is cooled, giving heat to the heated device or the environment through the walls of the cooler, after which the liquid is returned by the pump back to the cavity, closing the cycle. To increase the efficiency of the cooler in order to reduce its geometrical parameters, the cooler is blown with a fan driven from the shaft of the internal combustion engine.
Недостатками указанного способа жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания являются трудности распределения потоков рабочего тела по охлаждаемым полостям двигателя для обеспечения пропорционального охлаждения поверхностей цилиндров с различной тепловой нагруженностью, необходимость обеспечения значительной объемной скорости жидкостного потока, связанной с невысокой теплоемкостью рабочего тела. В случае применения одного охладителя возрастают требования к его компактности в силу ограниченности подкапотного пространства большинства транспортных средств, в результате чего возрастают энергетические потери, связанные с обеспечением усиленного обдува компактного охладителя наружным воздухом. При применении двух и более охладителей, расположенных в разных местах транспортного средства, энергетические затраты на их охлаждение снижаются. Однако значительно возрастает объем и масса рабочего тела, требующегося для заполнения системы разнесенных охладителей. При последовательном подключении охладителей увеличивается общее гидродинамическое сопротивление системы, в результате чего возрастают энергетические затраты на циркуляцию рабочего тела. При параллельном подключении охладителей возникает сложность пропорционального распределения потоков охлаждаемой жидкости между ними для обеспечения ее эффективного охлаждения при различных режимах эксплуатации двигателя.The disadvantages of this method of liquid cooling of internal combustion engines are the difficulties of distributing the flows of the working fluid over the cooled engine cavities to ensure proportional cooling of the surfaces of the cylinders with different heat loads, the need to ensure a significant volumetric rate of the fluid flow associated with the low heat capacity of the working fluid. In the case of using one cooler, the requirements for its compactness increase due to the limited engine compartment space of most vehicles, as a result of which the energy losses associated with providing enhanced blowing of the compact cooler with outside air increase. When using two or more coolers located in different places of the vehicle, energy costs for their cooling are reduced. However, the volume and mass of the working fluid required to fill the system of diversity coolers increases significantly. When the coolers are connected in series, the overall hydrodynamic resistance of the system increases, as a result of which the energy costs for the circulation of the working fluid increase. When the coolers are connected in parallel, it becomes difficult to proportionally distribute the flows of the cooled liquid between them to ensure its effective cooling under various operating conditions of the engine.
("Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей". Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. М.: "Машиностроение", 1980, с.173-180).(“Internal combustion engines. Design and operation of piston and combined engines.” Edited by A.S. Orlin, M.G. Kruglov. M.: “Mechanical Engineering”, 1980, pp. 173-180).
Целью изобретения является снижение энергетических затрат на перемещение охлаждающего рабочего тела в устройстве циркуляционного охлаждения двигателя и на отвод тепла от охладителей, а также обеспечение преобразования части тепловой энергии, отводимой системой охлаждения от двигателя, в другие виды энергии для дальнейшего ее использования.The aim of the invention is to reduce energy costs for moving the cooling working fluid in the circulating cooling device of the engine and for removing heat from the coolers, as well as ensuring the conversion of part of the thermal energy removed by the cooling system from the engine into other types of energy for its further use.
Поставленная цель достигается тем, что в способе охлаждения двигателя внутреннего сгорания при помощи замкнутого устройства, содержащего полости вокруг каждого из цилиндров (или группы цилиндров) и в головках цилиндров (или в головках блока цилиндров), образованные наружными стенками двигателя, один или несколько охладителей и водяной насос, которые соединены между собой трубопроводами и образуют замкнутую систему, по которой циркулирует рабочее тело, переносящее теплоту от охлаждаемых поверхностей двигателя к охладителям, уровень жидкого рабочего тела в полостях охлаждения двигателя поддерживают ниже верхнего выхода из полостей; уровень жидкого рабочего тела в охладителях поддерживают не выше средней линии охладителей; энергию парового потока, поступающего из полостей охлаждения двигателя в охладители, преобразуют в механическую энергию при помощи турбины, установленной на паровом трубопроводе; в охладителях поддерживают разрежение при помощи компрессора или вакуумного насоса, удаляющего посторонние газы из охладителей; в качестве рабочего тела устройства применяют жидкость, имеющую при атмосферном давлении температуру кипения выше температуры окружающего воздуха.This goal is achieved by the fact that in the method of cooling an internal combustion engine using a closed device containing cavities around each of the cylinders (or a group of cylinders) and in the cylinder heads (or in the cylinder heads) formed by the outer walls of the engine, one or more coolers and water pump, which are interconnected by pipelines and form a closed system through which the working fluid circulates, transferring heat from the cooled surfaces of the engine to the coolers, the level of someone working fluid in the engine cooling cavities is maintained below the upper exit of the cavities; the level of the liquid working fluid in the coolers is maintained no higher than the midline of the coolers; the energy of the steam flow coming from the engine cooling cavities to the coolers is converted into mechanical energy by means of a turbine mounted on the steam pipeline; in coolers, they maintain a vacuum with a compressor or a vacuum pump that removes extraneous gases from the coolers; as the working fluid of the device, a liquid is used which has a boiling point at atmospheric pressure above ambient temperature.
В качестве рабочего тела применяют жидкость, температура кипения которой при атмосферном давлении соответствует диапазону ±20°С от верхней допустимой рабочей температуры охлаждаемых поверхностей двигателя.As a working fluid, a liquid is used, the boiling point of which at atmospheric pressure corresponds to a range of ± 20 ° C from the upper allowable working temperature of the cooled engine surfaces.
В качестве рабочего тела применяют воду и/или низкозамерзающую органическую жидкость с высокой температурой вспышки паров.As the working fluid, water and / or a low-freezing organic liquid with a high flash point of vapor are used.
В качестве низкозамерзающей органической жидкости применяют смесь спиртов (этиловый-октиловый).A mixture of alcohols (ethyl-octyl) is used as a low-freezing organic liquid.
Посторонние газы, откачиваемые из системы компрессором или вакуумным насосом и содержащие пары горючего рабочего тела, направляют на сжигание совместно с топливной смесью в камеру сгорания двигателя.Extraneous gases evacuated from the system by a compressor or a vacuum pump and containing vapors of a combustible working fluid are sent for combustion together with the fuel mixture into the combustion chamber of the engine.
Механическую энергию, вырабатываемую турбиной, используют для привода обдувающего охладители вентилятора либо для других целей.The mechanical energy generated by the turbine is used to drive a fan cooler or for other purposes.
Устройство охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащее один или несколько охладителей, насос, полости вокруг каждого из цилиндров (или группы цилиндров) и в головках цилиндров (или в головках блока цилиндров), образованные наружными стенками двигателя, которые соединены между собой трубопроводами и образуют замкнутую систему, по которой циркулирует рабочее тело, представляющее собой жидкость с температурой кипения при атмосферном давлении выше температуры окружающей среды и ее пары, при этом выход из полостей охлаждения двигателя в трубопровод, соединяющий полости с охладителями, расположен выше уровня жидкого рабочего тела в полостях двигателя; на трубопроводе, соединяющем полости двигателя с охладителями, размещена турбина, приводимая в движение потоком пара рабочего тела; устройство содержит компрессор или вакуумный насос, поддерживающий разрежение в охладителях; насос размещен между охладителями и полостями охлаждения двигателя и выполнен с возможностью поддержания минимального уровня жидкого рабочего тела в охладителях.An internal combustion engine cooling device comprising one or more coolers, a pump, cavities around each of the cylinders (or a group of cylinders) and in the cylinder heads (or in the cylinder head), formed by the outer walls of the engine, which are interconnected by pipelines and form a closed system , through which the working fluid is circulated, which is a liquid with a boiling point at atmospheric pressure above the ambient temperature and its vapor, while leaving the cooling cavities atelier in the pipeline connecting the cavity with the coolers is located above the level of the liquid working fluid in the engine cavities; on the pipeline connecting the engine cavities with the coolers, a turbine is placed, driven by a steam flow of the working fluid; the device comprises a compressor or a vacuum pump supporting vacuum in coolers; the pump is located between the coolers and the engine cooling cavities and is configured to maintain a minimum level of liquid working fluid in the coolers.
Рабочим телом устройства является вода и/или низкозамерзающая органическая жидкость с высокой температурой вспышки паров.The working fluid of the device is water and / or a low-freezing organic liquid with a high flash point.
В качестве низкозамерзающей органической жидкости применена смесь спиртов.A mixture of alcohols is used as a low-freezing organic liquid.
Между полостями охлаждения двигателя и турбиной расположен сепаратор-каплеотделитель.A separator-droplet separator is located between the engine cooling cavities and the turbine.
Турбина выполнена многосекционной.The turbine is multi-sectional.
Охладители соединены друг с другом параллельно.Coolers are connected to each other in parallel.
Устройство снабжено вентилятором, обдувающим охладители наружным воздухом.The device is equipped with a fan blowing air coolers outside.
В качестве трубопроводов применены гибкие вакуумные шланги.Flexible vacuum hoses are used as pipelines.
Всасывающий патрубок компрессора подсоединен к одному из охладителей, а нагнетательный патрубок подсоединен к всасывающему воздушному патрубку двигателя внутреннего сгорания.The compressor suction pipe is connected to one of the coolers, and the discharge pipe is connected to the intake air pipe of the internal combustion engine.
Снижают номинальную производительность жидкостного насоса.Reduces the nominal capacity of the liquid pump.
Для преобразования части отводимой от двигателя тепловой энергии в другие виды энергии (механическую, электрическую, гидродинамическую и т.п.) на паровом трубопроводе, соединяющем рубашку охлаждения двигателя с охладителями, устанавливают турбину с соответствующим преобразователем энергии (редуктор, электрогенератор, насос, турбокомпрессор и. т.п.).To convert part of the heat energy removed from the engine into other types of energy (mechanical, electrical, hydrodynamic, etc.), a turbine with an appropriate energy converter (gearbox, electric generator, pump, turbocompressor and ... etc.).
В охладителях поддерживают высокую степень разрежения путем их охлаждения в совокупности с постоянным или периодическим удалением посторонних газов, попадающих в систему в процессе ее работы. Удаление газов осуществляют компрессором или вакуумным насосом. Так как вместе с посторонними газами откачивается также часть паров рабочего тела, то в случае применения горючего или экологически небезопасного рабочего тела удаление посторонних газов осуществляют не в атмосферу, а во всасывающий воздушный патрубок двигателя для сжигания паров рабочего тела совместно с топливом в камере внутреннего сгорания двигателя.Coolers maintain a high degree of rarefaction by cooling them in conjunction with the constant or periodic removal of extraneous gases entering the system during its operation. The removal of gases is carried out by a compressor or a vacuum pump. Since part of the working fluid vapors is also pumped out together with extraneous gases, in the case of using a combustible or environmentally unsafe working fluid, the removal of extraneous gases is not carried out into the atmosphere, but into the air intake pipe of the engine for burning the working body vapor together with the fuel in the internal combustion chamber of the engine .
Предпочтительно охладители обдувают окружающим воздухом при помощи вентилятора.Preferably, the coolers are blown around with a fan.
В полостях охлаждения двигателя поддерживают рабочее давление, предпочтительно соответствующее небольшому разрежению или небольшому избыточному давлению, путем регулирования нагрузки на турбину и подбором состава применяемого рабочего тела в соответствии с конструктивными характеристиками двигателя.In the engine cooling cavities, a working pressure is maintained, preferably corresponding to a small vacuum or a small overpressure, by adjusting the load on the turbine and selecting the composition of the working fluid in accordance with the design characteristics of the engine.
С целью повышения КПД турбины и для исключения подсоса в систему охлаждения посторонних газов через неплотности рубашки охлаждения двигателя в полостях поддерживают избыточное рабочее давление. Однако при этом возникает опасность истечения рабочего тела через неплотности рубашки охлаждения в подкапотное пространство транспортного средства. При данном режиме работы в качестве рабочего тела применяют негорючую нетоксичную жидкость либо горючую нетоксичную жидкость с высокой температурой вспышки паров и с температурой кипения при атмосферном давлении ниже рабочей температуры охлаждаемых поверхностей двигателя. Одновременно осуществляют усиленный обдув подкапотного пространства при помощи вентилятора охладителя.In order to increase the efficiency of the turbine and to prevent leakage of extraneous gases into the cooling system through the leaks of the engine cooling jacket, the excess working pressure is maintained in the cavities. However, there is a danger of the expiration of the working fluid through leaks in the cooling jacket into the engine compartment of the vehicle. In this operating mode, a non-combustible non-toxic liquid or a combustible non-toxic liquid with a high flash point of vapors and a boiling point at atmospheric pressure below the working temperature of the cooled engine surfaces is used as a working fluid. At the same time, reinforced blowing of the engine compartment is carried out using a cooler fan.
С целью недопущения истечения рабочего тела в окружающее пространство через неплотности рубашки охлаждения в полостях охлаждения двигателя поддерживают небольшое разрежение.In order to prevent the flow of the working fluid into the surrounding space through leaks in the cooling jacket, a small vacuum is maintained in the engine cooling cavities.
Так как относительный перепад давлений пара рабочей жидкости между полостями охлаждения двигателя и охладителями может составлять десятки крат, для максимально полного использования энергии пара предпочтительно используют многосекционную турбину.Since the relative pressure drop of the working fluid vapor between the engine cooling cavities and the coolers can be tens of times, a multi-section turbine is preferably used to maximize the use of steam energy.
Предпочтительно в качестве рабочего тела системы охлаждения применяют жидкость с температурой кипения при атмосферном давлении, соответствующей диапазону ±20°С от верхней допустимой рабочей температуры охлаждаемых поверхностей двигателя.Preferably, a fluid with a boiling point at atmospheric pressure corresponding to a range of ± 20 ° C from the upper allowable working temperature of the cooled engine surfaces is used as the working fluid of the cooling system.
Предпочтительно в качестве рабочего тела применяют воду и/или низкозамерзающую органическую жидкость с температурой кипения при атмосферном давлении от 150°С и с высокой температурой вспышки паров.Preferably, water and / or a low-freezing organic liquid with a boiling point at atmospheric pressure of 150 ° C and a high flash point of vapor are used as a working fluid.
Предпочтительно в качестве органической жидкости применяют смесь спиртов (этиловый-октиловый).Preferably, a mixture of alcohols (ethyl-octyl) is used as the organic liquid.
Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.Using the claimed invention will allow to obtain the following technical result.
Способ позволит преобразовать значительную часть тепловой энергии, отводимой от работающего двигателя, в механическую энергию вращения вала турбины и тем самым повысить КПД двигателя. Механическая энергия вращения вала турбины может быть непосредственно применена для привода дополнительных устройств транспортного средства либо преобразована в другие виды энергии, например в электрическую. Способ позволит упростить конструкцию полостей вокруг цилиндров или головок цилиндров двигателя и увеличить эффективность теплоотвода от греющихся частей двигателя по сравнению со способом циркуляционного жидкостного охлаждения. Увеличение эффективности теплоотвода обусловлено тем, что коэффициент теплопередачи от нагретых поверхностей рабочему телу у испарительных систем охлаждения в несколько раз выше, чем у систем жидкостного охлаждения, и не зависит от скорости потока жидкости.The method will allow to convert a significant part of the thermal energy diverted from the working engine into the mechanical energy of rotation of the turbine shaft and thereby increase the efficiency of the engine. The mechanical energy of rotation of the turbine shaft can be directly used to drive additional devices of the vehicle or converted into other types of energy, for example, electric. The method will simplify the design of the cavities around the cylinders or cylinder heads of the engine and increase the efficiency of heat removal from the heated parts of the engine compared to the method of circulating liquid cooling. The increase in heat removal efficiency is due to the fact that the heat transfer coefficient from heated surfaces to the working fluid in evaporative cooling systems is several times higher than in liquid cooling systems, and does not depend on the fluid flow rate.
Повышение эффективности теплоотвода от нагретых поверхностей к рабочему телу позволит обеспечить требуемую степень охлаждения двигателя при более высокой температуре рабочего тела, контактирующего с охлаждаемыми поверхностями в полостях охлаждения двигателя (вплоть до 180°С, как у систем воздушного охлаждения, или выше в зависимости от конструкции двигателя). Повышенная температура испарения рабочего тела в полостях охлаждения двигателя позволит поддерживать достаточно высокую температуру конденсации рабочего тела в охладителях при сохранении значительного перепада давлений пара рабочего тела между полостями рубашки двигателя и охладителями, требуемого для обеспечения высокого КПД турбины. Высокая температура рабочего тела в охладителях позволит уменьшить их габариты либо снизить затраты энергии на их обдув.Increasing the efficiency of heat removal from heated surfaces to the working fluid will provide the required degree of engine cooling at a higher temperature of the working fluid in contact with the cooled surfaces in the cooling cavities of the engine (up to 180 ° C, as in air cooling systems, or higher depending on the engine design ) The increased temperature of the evaporation of the working fluid in the engine cooling cavities will make it possible to maintain a sufficiently high condensation temperature of the working fluid in the coolers while maintaining a significant pressure drop of the working fluid vapor between the cavities of the engine jacket and coolers required to ensure high turbine efficiency. The high temperature of the working fluid in the coolers will reduce their size or reduce energy costs for their airflow.
Применение в качестве рабочего тела жидкостей с температурой кипения при атмосферном давлении, соответствующей повышенной рабочей температуре охлаждаемых поверхностей двигателя, позволит поддерживать рабочее давление в полостях охлаждения двигателя, не намного отличающееся от атмосферного (немного выше или немного ниже в зависимости от выбранного режима охлаждения), что обеспечит, с одной стороны, высокий КПД турбины, с другой стороны - безопасность эксплуатации транспортного средства, в том числе и исключение возможности возгорания двигателя при дорожно-транспортных происшествиях.The use as a working fluid of liquids with a boiling point at atmospheric pressure corresponding to an increased working temperature of the cooled surfaces of the engine will allow maintaining the working pressure in the cooling cavities of the engine, not much different from atmospheric (slightly higher or slightly lower depending on the selected cooling mode), which on the one hand, it will ensure high turbine efficiency, and on the other hand, it will ensure the safe operation of the vehicle, including eliminating the possibility of fire engine during traffic accidents.
Меньшее количество используемого рабочего тела по сравнению с жидкостными циркуляционными системами охлаждения позволит быстрее прогреть двигатель для его вывода на рабочий режим и уменьшить паспортную массу транспортного средства. Так как в паровых трубопроводах и в охладителях рабочее тело находится преимущественно в виде разреженного пара, требуемое количество рабочего тела практически не зависит от числа и объема применяемых охладителей, а также от степени их удаленности друг от друга, что позволит использовать охладители упрощенной конструкции и разместить их в любых местах транспортного средства, расположенных выше уровня насоса системы охлаждения. Применение гибких вакуумных шлангов в качестве паровых и жидкостных трубопроводов позволит разместить дополнительные охладители даже на прицепных устройствах. Гибкие легко разъединяемые трубопроводы позволят обеспечить доступность как узлов системы охлаждения, так и других узлов транспортного средства для проведения их ремонта и технического обслуживания. Параллельное подключение охладителей позволит уменьшить гидродинамическое сопротивление системы охлаждения и повысить эффективность работы турбины. Большая суммарная поверхность охладителей позволит снизить или исключить затраты механической энергии на их обдув при сохранении эффективности работы системы охлаждения.A smaller amount of the working fluid used in comparison with liquid circulation cooling systems will allow to warm up the engine faster to bring it to operating mode and reduce the vehicle nameplate mass. Since the working fluid in steam pipelines and coolers is mainly in the form of rarefied steam, the required amount of working fluid is practically independent of the number and volume of coolers used, as well as their distance from each other, which will allow the use of coolers of simplified design and place them in any places of the vehicle located above the level of the pump of the cooling system. The use of flexible vacuum hoses as steam and liquid pipelines will allow you to place additional coolers even on trailed devices. Flexible easily separable pipelines will ensure the availability of both cooling system components and other vehicle components for repair and maintenance. Parallel connection of coolers will reduce the hydrodynamic resistance of the cooling system and increase the efficiency of the turbine. The large total surface of the coolers will reduce or eliminate the cost of mechanical energy for blowing them while maintaining the efficiency of the cooling system.
Высокое теплосодержание паров рабочего тела позволит обеспечить требуемую степень охлаждения двигателя при небольших по массе потоках рабочего тела, что уменьшит затраты механической энергии на работу насоса, обеспечивающего подачу жидкого рабочего тела из охладителей в рубашку охлаждения двигателя, и позволит уменьшить диаметр и общий объем жидкостных трубопроводов.The high heat content of the vapor of the working fluid will provide the required degree of engine cooling at low mass flows of the working fluid, which will reduce the cost of mechanical energy for the pump, which supplies the liquid working fluid from the coolers to the engine cooling jacket, and will reduce the diameter and total volume of liquid pipelines.
Разрежение, поддерживаемое в системе охлаждения, позволит исключить неконтролируемое истечение рабочего тела через неплотности соединений и узлов системы в окружающую среду, что имеет принципиальное значение при использовании воспламеняющегося рабочего тела.The vacuum maintained in the cooling system will eliminate the uncontrolled flow of the working fluid through leaks in the connections and components of the system into the environment, which is of fundamental importance when using a flammable working fluid.
Удаление паров горючего рабочего тела во всасывающий воздушный патрубок двигателя для сжигания паров рабочего тела совместно с топливом позволит использовать энергию горения рабочего тела для выработки механической энергии двигателя, а также позволит исключить попадание паров рабочего тела в окружающую среду.Removing the vapors of the combustible working fluid into the air intake pipe of the engine for burning the vapors of the working fluid together with the fuel will allow the combustion energy of the working fluid to be used to generate mechanical energy of the engine, and will also prevent the ingress of the working fluid vapor into the environment.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана реализация способа на примере конструкции варианта устройства охлаждения двигателя внутреннего сгорания.The invention is illustrated in the drawing, which shows the implementation of the method on the example of the design of a variant of the device for cooling an internal combustion engine.
Конструкция устройства охлаждения содержит блок цилиндров 1, рубашку охлаждения блока цилиндров 2, стенки которой образуют полости 3, заполненные жидким рабочим телом 4 и парообразным рабочим телом 5, сепаратор-каплеотделитель циклонного типа 6, турбину 7, охладители 8 и 9, жидкостный насос 10, компрессор или вакуумный насос 11, предохранительный клапан 12, байпасный клапан 13 и вентилятор 14.The design of the cooling device comprises a cylinder block 1, a cooling jacket for the cylinder block 2, the walls of which form cavities 3 filled with a liquid working fluid 4 and a vaporous working fluid 5, a cyclone-type separator-droplet separator 6, a turbine 7, coolers 8 and 9, a liquid pump 10, compressor or vacuum pump 11, safety valve 12, bypass valve 13 and fan 14.
Работа устройства охлаждения двигателя внутреннего сгорания осуществлена следующим образом.The operation of the cooling device of the internal combustion engine is as follows.
При запуске двигателя компрессор или вакуумный насос 11 создает разрежение в полостях системы охлаждения путем откачки воздуха, заполняющего систему совместно с парами рабочего тела, во всасывающий патрубок двигателя внутреннего сгорания. Работа компрессора 11 осуществляется до достижения определенного разрежения, при котором содержание посторонних газов (воздуха) в системе охлаждения не превышает определенного значения, после чего компрессор 11 выключается. Разрежение создается как в охладителях 8 и 9, так и в полостях 3 рубашки охлаждения блока цилиндров 2.When starting the engine, the compressor or vacuum pump 11 creates a vacuum in the cavities of the cooling system by pumping the air filling the system together with the vapor of the working fluid into the suction pipe of the internal combustion engine. The compressor 11 is operated until a certain vacuum is achieved, in which the content of extraneous gases (air) in the cooling system does not exceed a certain value, after which the compressor 11 is turned off. The vacuum is created both in coolers 8 and 9, and in the cavities 3 of the cooling jacket of the cylinder block 2.
При нагреве жидкости 4, омывающей цилиндры и головки цилиндров, до температуры кипения при данном разрежении начинается ее кипение с отводом теплоты от нагретых частей двигателя, соприкасающихся с жидкостью. Парожидкостная смесь поступает в сепаратор-каплеотделитель циклонного типа 6, в котором разделяется на паровую и жидкостную составляющие. Жидкость возвращается в полости 3 рубашки охлаждения двигателя, а пар направляется в турбину 7. Проходя через турбину, паровой поток передает ей часть своей энергии, после чего разреженные и частично охлажденные пары рабочего тела поступают в охладители 8 и 9. В охладителях пары рабочего тела конденсируются в жидкость, передавая теплоту конденсации наружному воздуху, омывающему стенки охладителей. Для повышения степени теплоотдачи охладитель 8 обдувается вентилятором 14, который в рассматриваемом варианте устройства приводится в движение турбиной 7. Жидкое рабочее тело из охладителей 8 и 9 стекает в нижнюю часть охладителя 8, откуда насосом 10 перекачивается в полости рубашки охлаждения двигателя.When the fluid 4, washing the cylinders and cylinder heads, is heated to the boiling point at a given vacuum, its boiling begins with the removal of heat from the heated engine parts in contact with the liquid. The vapor-liquid mixture enters the cyclone-type separator-droplet separator 6, in which it is divided into vapor and liquid components. The liquid returns to the cavity 3 of the engine cooling jacket, and the steam is sent to the turbine 7. Passing through the turbine, the steam stream transfers part of its energy to it, after which the rarefied and partially cooled vapor of the working fluid enters the coolers 8 and 9. In the coolers, the vapor of the working fluid is condensed into the liquid, transferring the heat of condensation to the outside air washing the walls of the coolers. To increase the degree of heat transfer, cooler 8 is blown by a fan 14, which in the considered embodiment of the device is driven by a turbine 7. A liquid working fluid from coolers 8 and 9 flows to the lower part of cooler 8, from where it is pumped to the cavity of the engine cooling jacket by a pump 10.
Так как в охладителях или во всей системе, включая рубашку охлаждения двигателя, поддерживается разрежение, в нее возможен подсос воздуха через неплотности соединений и уплотнители динамических устройств. По мере накопления воздуха эффективность работы охладителей снижается, поэтому производят периодическое удаление попавшего в систему воздуха путем его совместного откачивания вместе с частью паров рабочего тела компрессором 11 наружу или во всасывающий воздушный патрубок двигателя внутреннего сгорания. Для облегчения удаления воздуха на время откачивания повышают давление паров рабочего тела в охладителях, для чего открывают байпасный клапан 13, перепускающий пары рабочего тела из полостей охлаждения двигателя в охладители в обход турбины, и одновременно снижают степень обдува охладителей. Для предотвращения нарушения целостности устройства охлаждения при непредвиденном повышении давления внутри системы предусмотрен предохранительный клапан 12, сбрасывающий давление путем перепуска паров рабочего тела наружу или во всасывающий воздушный патрубок двигателя для сжигания удаляемых паров в камере внутреннего сгорания.Since a vacuum is maintained in coolers or in the entire system, including the engine cooling jacket, air can be sucked into it through leaks of joints and seals of dynamic devices. As the air accumulates, the efficiency of the coolers decreases, therefore, periodically remove the air that has entered the system by pumping it together with part of the vapor of the working fluid by the compressor 11 to the outside or into the air intake pipe of the internal combustion engine. To facilitate the removal of air during the pumping time, the vapor pressure of the working fluid in the coolers is increased, for which purpose the bypass valve 13 is opened, passing the vapor of the working fluid from the engine cooling cavities to the coolers bypassing the turbine, and at the same time reduce the degree of blowing of the coolers. To prevent violation of the integrity of the cooling device during an unforeseen increase in pressure, a safety valve 12 is provided inside the system, which relieves pressure by transferring the vapor of the working fluid to the outside or into the intake air pipe of the engine for burning exhaust vapor in the internal combustion chamber.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005116445/06A RU2285134C1 (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Method of and device for cooling internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005116445/06A RU2285134C1 (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Method of and device for cooling internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2285134C1 true RU2285134C1 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=37435616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005116445/06A RU2285134C1 (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Method of and device for cooling internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285134C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539716C1 (en) * | 2011-03-17 | 2015-01-27 | Сканиа Св Аб | Vehicle device for conversion of heat energy into mechanical power |
| RU2588891C1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Method of determining thermal state of internal combustion engine with liquid cooling and device therefor |
-
2005
- 2005-05-30 RU RU2005116445/06A patent/RU2285134C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А.С. и др. - М.: Машиностроение, 1980, с.173-180. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539716C1 (en) * | 2011-03-17 | 2015-01-27 | Сканиа Св Аб | Vehicle device for conversion of heat energy into mechanical power |
| RU2588891C1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Method of determining thermal state of internal combustion engine with liquid cooling and device therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2448265C2 (en) | Gas turbine engine cooling device | |
| RU2449143C2 (en) | Heat-transfer system for gas turbine engine | |
| DK178133B1 (en) | Large turbocharged diesel engine with energy recovery device | |
| ES2548507T3 (en) | Hybrid pumping device | |
| GB2136880A (en) | Anti-icing of gas turbine engine air intakes | |
| US6412479B1 (en) | Thermal management system for positive crankcase ventilation system | |
| CN102235224B (en) | Internal combustion engine with liquid cooling | |
| KR20130126505A (en) | Internal combustion engine | |
| SE533908C2 (en) | Cooling device for a fluid in an internal combustion engine and its use | |
| JP6410851B2 (en) | Waste heat recovery device | |
| US20100005775A1 (en) | Combined cycle powered railway locomotive | |
| JP2013515223A5 (en) | ||
| JPH05504806A (en) | Internal combustion engine cooling system | |
| KR20150073705A (en) | System of recycling exhaust heat from internal combustion engine | |
| US20190338693A1 (en) | Engine cooling system with two thermostats, including a closed loop in a rankine cycle | |
| RU2285134C1 (en) | Method of and device for cooling internal combustion engine | |
| JP2007255278A (en) | Rankine cycle system of engine | |
| Horuz | Vapor absorption refrigeration in road transport vehicles | |
| US8127749B2 (en) | Crank case ventilation | |
| CN101555824B (en) | Quality improving and pressurizing engine | |
| US20180023422A1 (en) | Heat exchanger, energy recovery system, and vessel | |
| JPS58220945A (en) | Heat energy recovery device in engine | |
| EP0283340A1 (en) | Auxiliary cooling circuit for an automotive vehicle | |
| US1369558A (en) | Air-delivery cooler for turbo-compressors | |
| CN215761855U (en) | Crankcase ventilation pipe heating device and vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100531 |