RU2328606C1

RU2328606C1 - Internal combustion engine heat state control system

Info

Publication number: RU2328606C1
Application number: RU2007106637/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Александрович Шароглазов (RU); Борис Александрович Шароглазов; Иван Иванович Закомолдин (RU); Иван Иванович Закомолдин; Александр Евгеньевич Попов (RU); Александр Евгеньевич Попов; Виктор Владимирович Шишков (RU); Виктор Владимирович Шишков
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-07-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to devices of simplifying starting up internal combustion engines at lower ambient temperatures. The internal combustion engine heat state control system incorporates a fan, impeller and fan hydraulic drive coupling, a temperature regulator and a stabiliser of the pressure of oil fed into hydraulic drive coupling. A metal insert is arranged on the hub of one of the fan impellers to interact with the electromagnet fitted on the fan housing and connected via electromagnetic relay with a bimetallic thermal relay arranged on the cylinder head.

EFFECT: additional heating of engine in low-load and idling thanks to the fan operation control.

1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для облегчения пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в условиях низких температур окружающей среды и повышения их экономичности при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода и в процессе пуска.The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and in particular to devices for facilitating the start-up of internal combustion engines (ICE) at low ambient temperatures and increasing their efficiency when operating at low loads and idling and during start-up.

Известна система облегчения пуска ДВС, содержащая элементы системы охлаждения и смазочной системы ДВС, тепловой аккумулятор, соединенный с рубашкой охлаждения ДВС, гидротеплоаккумулятор, установленный рядом с ДВС и соединенный с его смазочной системой. При этом входные и выходные патрубки теплового аккумулятора и гидротеплоаккумулятора снабжены электромагнитными клапанами, а система выполнена с блоком управления, связанным с вышеуказанными электромагнитными клапанами [патент RU № 2200872, F02N 17/00, F01M 5/02].A known system for facilitating starting an internal combustion engine, comprising elements of a cooling system and an internal combustion engine lubrication system, a heat accumulator connected to an internal combustion engine cooling jacket, a hydrothermal accumulator installed near the internal combustion engine and connected to its lubricating system. In this case, the inlet and outlet pipes of the heat accumulator and the hydrothermal accumulator are equipped with electromagnetic valves, and the system is made with a control unit associated with the above electromagnetic valves [patent RU No. 2200872, F02N 17/00, F01M 5/02].

Недостатком данной системы является сложность конструкции, а также ненадежность управления электромагнитными клапанами в условиях низких температур.The disadvantage of this system is the complexity of the design, as well as the unreliability of the control of electromagnetic valves at low temperatures.

Известно устройство для предпускового разогрева и регулирования температуры ДВС, которое снабжено силовой турбиной с редуктором, электромагнитным клапаном, подсоединенным к питающему патрубку, вентилятором с приводом от силовой турбины, приводимой в работу отработавшими газами ДВС, управление которой осуществляется электромагнитным клапаном, соединенным с датчиком температуры [патент RU № 2217608, F01P 7/14, F01M 5/02].A device for preheating and temperature control of the internal combustion engine is known, which is equipped with a power turbine with a gearbox, an electromagnetic valve connected to the supply pipe, a fan driven by a power turbine driven by the exhaust gases of the internal combustion engine, which is controlled by an electromagnetic valve connected to the temperature sensor [ RU patent No. 2217608, F01P 7/14, F01M 5/02].

Недостатком устройства является значительная продолжительность времени предпускового разогрева.The disadvantage of this device is the significant length of time preheating.

Известно устройство автоматического регулирования работы вентилятора системы охлаждения ДВС, содержащее вентилятор, гидромуфту переменного наполнения, турбинное лопаточное колесо которой связано с рабочим колесом вентилятора, а насосное лопаточное колесо с коленчатым валом двигателя и регулятора, подключенного к трубопроводу, подающему рабочую жидкость в гидромуфту. При этом лопатки турбинного колеса выполнены с тангенциальным наклоном в сторону, противоположную вращению колеса, лопатки насосного колеса с тангенциальным наклоном в сторону вращения колеса, а регулятор имеет байпасное отверстие для постоянной подачи минимального количества рабочей жидкости в гидромуфту [патент RU №2037058, F01P 7/04].A device for automatically controlling the operation of a fan of an internal combustion engine cooling system is provided, comprising a fan, a fluid coupling of variable filling, a turbine blade wheel of which is connected to a fan wheel, and a pump blade wheel with a crankshaft of an engine and a regulator connected to a pipeline supplying the working fluid to the hydraulic coupling. In this case, the turbine wheel blades are made with a tangential slope in the direction opposite to the wheel rotation, the pump wheel blades with a tangential slope in the direction of the wheel rotation, and the regulator has a bypass hole for constant supply of the minimum amount of working fluid to the fluid coupling [patent RU No. 2037058, F01P 7 / 04].

Недостатком данного устройства является сложность конструкции.The disadvantage of this device is the design complexity.

Известна система регулирования теплового состояния дизеля Д-37Е, содержащая узел вентилятора, объединенного с гидромуфтой переменного наполнения, датчик температуры головки цилиндра и соединяющие их маслопроводы [Поспелов Д.Р. Конструкция двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. М.: Машиностроение, 1973. Стр.186-188].A known system for regulating the thermal state of a D-37E diesel engine, comprising a fan assembly combined with a fluid coupling of variable filling, a cylinder head temperature sensor and oil pipelines connecting them [DR Pospelov Air-cooled internal combustion engine design. M.: Mechanical Engineering, 1973. P.186-188].

Недостатком данной системы является то, что не удается полностью опорожнить гидромуфту от масла. Вследствие этого, а также вследствие сил аэродинамического трения, действующих на газы, заполняющие рабочее пространство гидромуфты, турбинное колесо даже при малых частотах вращения коленчатого вала (например, холостой ход двигателя) и при отсутствии нагрузки находится во вращении, приводя в движение вентилятор. Это обуславливает излишний теплосъем и мешает поддержанию нормального теплового состояния дизеля.The disadvantage of this system is that it is not possible to completely empty the fluid coupling from oil. As a result of this, as well as due to the forces of aerodynamic friction acting on gases filling the working space of the fluid coupling, the turbine wheel, even at low speeds of the crankshaft (for example, idling of the engine) and in the absence of load, is in rotation, driving the fan. This leads to excessive heat removal and interferes with maintaining the normal thermal state of the diesel engine.

В качестве прототипа выбрана система охлаждения дизеля 8ДВТ-330, содержащая вентилятор с двумя рабочими колесами, гидромуфту, регулятор температуры и стабилизатор давления масла [Дизель 8ДВТ-330. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 44-11ТО. /Под ред. Меньшенина Г.Г. - М.: Машиностроение, 1986. Стр.29-35].As a prototype, the 8DVT-330 diesel cooling system was selected, containing a fan with two impellers, a fluid coupling, a temperature controller and an oil pressure stabilizer [Diesel 8DVT-330. Technical description and operating instructions 44-11TO. / Ed. Menshenina G.G. - M.: Mechanical Engineering, 1986. P. 29-35].

Недостатком данной системы является то, что не удается полностью опорожнить гидромуфту от масла и исключить силы аэродинамического трения. Это приводит к тому, что на режимах малых нагрузок и холостого хода, а также в процессе пуска двигателя из-за наличия в гидромуфте небольшого количества масла (при полностью опорожненной муфте - из-за сил аэродинамического сопротивления газовоздушной среды, заполняющей внутренний объем гидромуфты) в ней возникают упомянутые вязкостные явления, вследствие которых турбинное колесо гидромуфты, а следовательно, и колесо вентилятора вращаются. Это приводит к нецелесообразному охлаждению ДВС, росту механических потерь, а следовательно, к снижению экономичности. Названное обстоятельство также осложняет запуск холодного дизеля.The disadvantage of this system is that it is not possible to completely empty the fluid coupling from the oil and to exclude the forces of aerodynamic friction. This leads to the fact that at low load and idle conditions, as well as during engine start-up due to the presence of a small amount of oil in the fluid coupling (when the coupling is completely empty, due to the aerodynamic drag forces of the gas-air medium filling the internal volume of the fluid coupling) in the aforementioned viscous phenomena occur due to which the turbine wheel of the fluid coupling, and therefore the fan wheel, rotate. This leads to inappropriate cooling of the internal combustion engine, an increase in mechanical losses, and consequently, to a decrease in efficiency. The aforementioned circumstance also complicates the launch of a cold diesel engine.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении теплового состояния ДВС при работе на режимах малых нагрузок, холостого хода и облегчении пуска путем регулирования работы вентилятора.The basis of the invention is a technical problem, which consists in increasing the thermal state of the internal combustion engine when operating at low loads, idling and facilitating starting by regulating the operation of the fan.

Указанная задача решается тем, что в системе регулирования теплового состояния ДВС, содержащей вентилятор, гидромуфту привода рабочих колес вентилятора, регулятор температуры и стабилизатор давления, подаваемого в гидромуфту масла, согласно изобретению на ступице одного из рабочих колес вентилятора закреплена металлическая вставка с возможностью взаимодействия с электромагнитом, закрепленным на корпусе вентилятора и соединенным через электромагнитное реле с биметаллическим тепловым реле, установленным на головке цилиндра.This problem is solved by the fact that in the thermal state control system of an internal combustion engine containing a fan, a fluid coupling of the fan impeller drive, a temperature regulator and a pressure regulator supplied to the hydraulic fluid coupling, according to the invention, a metal insert is fixed to the hub of one of the fan impellers to interact with an electromagnet mounted on the fan housing and connected via an electromagnetic relay to a bimetal thermal relay mounted on the cylinder head.

Техническим результатом предложенного изобретения является полная блокировка вентилятора при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода, а также в процессе пуска.The technical result of the proposed invention is a complete fan lock when operating at low load and idle, as well as during start-up.

Технический результат достигается тем, что в систему охлаждения включена система регулирования теплового состояния ДВС с автоматической блокировкой вентилятора в условиях работы на режимах малых нагрузок и холостого хода, а также в процессе пуска.The technical result is achieved by the fact that the cooling system includes a control system for the thermal state of the internal combustion engine with automatic fan blocking under low load and idle conditions, as well as during start-up.

Данное техническое решение позволяет улучшить тепловое состояние ДВС при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода и значительно сократить время разогрева холодного ДВС в процессе пуска в условиях низких температур окружающей среды.This technical solution allows to improve the thermal state of the internal combustion engine during operation under low load and idle conditions and significantly reduce the warm-up time of the cold internal combustion engine during start-up at low ambient temperatures.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где дана схема регулирования теплового состояния ДВС.The invention is illustrated in the drawing, which gives a diagram of the regulation of the thermal state of the internal combustion engine.

Предлагаемая система содержит вентилятор 1, гидромуфту 2 привода рабочих колес 3 и 4 вентилятора 1, регулятор температуры 5 и стабилизатор давления 6 подаваемого в гидромуфту 2 масла. На ступице одного из рабочих колес 3 вентилятора 1 закреплена металлическая вставка 7 с возможностью взаимодействия с электромагнитом 8, закрепленным на корпусе 9 вентилятора 1 и соединенным через электромагнитное реле 10 с биметаллическим тепловым реле 11, установленным на головке цилиндра 12.The proposed system comprises a fan 1, a fluid coupling 2 of the impeller drive 3 and 4 of the fan 1, a temperature regulator 5 and a pressure stabilizer 6 of the oil supplied to the fluid coupling 2. At the hub of one of the impellers 3 of fan 1, a metal insert 7 is fixed with the possibility of interaction with an electromagnet 8 mounted on the housing 9 of fan 1 and connected via an electromagnetic relay 10 to a bimetallic thermal relay 11 mounted on the cylinder head 12.

Система содержит также маслопровод 13 от регулятора температуры 5 к гидромуфте 2.The system also contains an oil line 13 from the temperature controller 5 to the fluid coupling 2.

Система регулирования теплового состояния ДВС работает следующим образом. При работе ДВС вхолостую и на малых нагрузках, когда детали и масло имеют относительно невысокую температуру, доступ масла к гидромуфте 2 закрыт. Насосное колесо гидромуфты 2 вращается. Вследствие сил аэродинамического трения приходит во вращение и турбинное колесо. Аналогичная картина имеет место и при пуске ДВС, так как идеального опорожнения гидромуфты 2 реализовать не удается. Это обстоятельство обуславливает рост механических потерь в ДВС, снижает его экономические показатели, не позволяет оптимизировать тепловое состояние ДВС. При недостаточно высокой температуре ДВС биметаллическое тепловое реле 11 включено. При этом электрическая цепь замкнута электромагнитным реле 10 и идет подача напряжения на электромагнит 8, который, в свою очередь, воздействуя на металлическую вставку 7, блокирует рабочие колеса 3 и 4 вентилятора 1. Детали ДВС, не обдуваемые воздухом, быстро прогреваются. При повышении температуры головки цилиндра 12 происходит отключение биметаллического теплового реле 11, а следовательно, и размыкание электрической цепи электромагнитным реле 10. Подача напряжения на электромагнит 8 прекращается, и он отключается, давая возможность рабочим колесам 3 и 4 вентилятора 1 свободно вращаться. При дальнейшем нагревании головки цилиндра 12 в месте установки регулятора температуры 5 до +(115±3)°С жидкость, расширяясь, передвигает клапан регулятора температуры 5, обеспечивая определенную подачу масла во внутреннюю полость гидромуфты 2. По мере заполнения гидромуфты 2 маслом насосное колесо, вращаясь, начинает увлекать за собой турбинное колесо, жестко связанное с рабочими колесами 3 и 4 вентилятора 1. Охлаждающий воздух поступает в подкапотное пространство.The system for controlling the thermal state of the internal combustion engine is as follows. When the engine is idling and at low loads, when the parts and oil have a relatively low temperature, the access of the oil to the fluid coupling 2 is closed. The clutch pump wheel 2 rotates. Due to the forces of aerodynamic friction, the turbine wheel also comes into rotation. A similar picture takes place when starting the internal combustion engine, since it is not possible to realize perfect emptying of the fluid coupling 2. This circumstance causes the growth of mechanical losses in the internal combustion engine, reduces its economic indicators, does not allow to optimize the thermal state of the internal combustion engine. When the temperature of the internal combustion engine is not high enough, the bimetallic thermal relay 11 is turned on. In this case, the electrical circuit is closed by the electromagnetic relay 10 and voltage is applied to the electromagnet 8, which, in turn, acting on the metal insert 7, blocks the impellers 3 and 4 of fan 1. The ICE components not blown by air quickly warm up. When the temperature of the cylinder head 12 rises, the bimetallic thermal relay 11 is turned off, and therefore the electric circuit is opened by the electromagnetic relay 10. The voltage supply to the electromagnet 8 is stopped, and it turns off, allowing the impellers 3 and 4 of the fan 1 to rotate freely. With further heating of the cylinder head 12 at the place of installation of the temperature controller 5 to + (115 ± 3) ° С, the liquid expands and moves the valve of the temperature controller 5, providing a certain supply of oil to the internal cavity of the fluid coupling 2. As the fluid coupling 2 is filled with oil, the pump wheel, rotating, it begins to entrain a turbine wheel, rigidly connected with the impellers 3 and 4 of fan 1. Cooling air enters the engine compartment.

По мере повышения температуры ДВС увеличивается подача масла через регулятор температуры 5 и степень заполнения гидромуфты 2, частота вращения рабочих колес 3 и 4 вентилятора 1 и количество воздуха, поступающего на охлаждение ДВС до тех пор, пока температура ДВС в месте установки регулятора температуры 5 не станет постоянной. При снижении нагрузки или скоростного режима температура головки ДВС снижается, и процесс регулирования количества подаваемого охлаждающего воздуха соответственно протекает в обратном направлении.As the temperature of the internal combustion engine rises, the oil supply through the temperature controller 5 and the degree of filling of the fluid coupling 2, the frequency of rotation of the impellers 3 and 4 of the fan 1 and the amount of air supplied to the cooling of the internal combustion engine until the temperature of the internal combustion engine at the installation location of the temperature controller 5 is increased constant. When the load or speed mode decreases, the temperature of the ICE head decreases, and the process of regulating the amount of cooling air supplied, respectively, proceeds in the opposite direction.

При снижении температуры ДВС до допустимого предела включается биметаллическое тепловое реле 11. При этом происходит замыкание электрической цепи электромагнитным реле 10 и осуществляется подача напряжения на электромагнит 8, который, в свою очередь, воздействуя на металлическую вставку 7, блокирует рабочие колеса 3 и 4 вентилятора 1. Это позволяет избежать нецелесообразного охлаждения ДВС, роста механических потерь и снижения экономичности при работе ДВС на режимах малых нагрузок и холостого хода.When the internal combustion engine temperature drops to an acceptable limit, the bimetallic thermal relay 11 is turned on. In this case, the electric circuit is closed by the electromagnetic relay 10 and the voltage is applied to the electromagnet 8, which, in turn, acts on the metal insert 7, blocks the impellers 3 and 4 of fan 1 This avoids the inappropriate cooling of the internal combustion engine, the growth of mechanical losses and the decrease in efficiency during the operation of the internal combustion engine under low load and idle conditions.

Применение данной конструкции системы регулирования теплового состояния ДВС дает наибольший эффект на ДВС с воздушной системой охлаждения.The use of this design of the thermal state control system for ICEs has the greatest effect on ICEs with an air cooling system.

Claims

A system for controlling the thermal state of an internal combustion engine, comprising a fan, a fluid coupling of the fan impeller drive, a temperature regulator and a pressure stabilizer for the oil supplied to the hydraulic coupling, characterized in that a metal insert is fixed to the hub of one of the fan impellers to interact with an electromagnet mounted on the housing fan and connected through an electromagnetic relay to a bimetallic thermal relay mounted on the cylinder head.