RU2746010C1 - Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan - Google Patents

Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan Download PDF

Info

Publication number
RU2746010C1
RU2746010C1 RU2019141252A RU2019141252A RU2746010C1 RU 2746010 C1 RU2746010 C1 RU 2746010C1 RU 2019141252 A RU2019141252 A RU 2019141252A RU 2019141252 A RU2019141252 A RU 2019141252A RU 2746010 C1 RU2746010 C1 RU 2746010C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fan
cooling system
temperature
oil
internal combustion
Prior art date
Application number
RU2019141252A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Евгеньевич Тарасенко
Николай Николаевич Романюк
Антон Игоревич Кобяк
Валерий Андреевич Эвиев
Балюта Иренденевна Беляева
Сергей Дмитриевич Шапошников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова»
Priority to RU2019141252A priority Critical patent/RU2746010C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746010C1 publication Critical patent/RU2746010C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/18—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: engine building; cooling.
SUBSTANCE: invention refers to the cooling system of internal combustion engine. Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan, comprising liquid radiator tubular-plate type, radiator flap, fan, electric fan drive, thermostat, liquid electrically driven pump, oil cooler, electronic control unit, crankshaft speed sensors, fan rotation speed, coolant temperature of cooling system, active louvers position, fan is installed in front of radiator in diffuser of elongated shape with possibility of reverse rotation and movement along axis of electric drive shaft in diffuser, and synchronous rotation of blades by value of up to 45° for forced circulation of air masses through air path with subsequent blasting of surface of engine crankcase; the thermostat additionally comprises an active main valve, electric drive for stepless control of active main valve position with coolant temperature not lower than 105 °C; additionally installed are position sensors of fan and active main valve of thermostat, coolant flow rate of cooling system, oil temperature and pressure, wherein electric fan drive is controlled by control unit based on signals of crankshaft speed sensors, rotation speed and position of fan, temperature and flow rate of coolant of cooling system, oil temperature and pressure, thermostat active main valve position and active louvres, and the oil radiator is made in the form of a shell-and-tube type oil-and-gas heat exchanger with a round bundle brass tube core and is built into the internal combustion engine crankcase with possibility of oil cooling to the temperature of not lower than 109 °C by means of the cooling liquid of the cooling system.
EFFECT: invention provides a stable heat mode of the internal combustion engine and optimization of its operating mode with variable load nature, high-temperature cooling, rational and energy-efficient power distribution, spent on drive of fan and liquid pump.
1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, в частности к выполнению системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, и может быть использовано на мобильных транспортных средствах, имеющих двигатели внутреннего сгорания.The proposed invention relates to the field of mechanical engineering, namely to engine construction, in particular to the implementation of a cooling system for an internal combustion engine, and can be used on mobile vehicles with internal combustion engines.

Широко известна система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой центробежный насос нагнетает охлаждающую жидкость в рубашку охлаждения блок-картера и головки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, откуда нагретая жидкость вытесняется в радиатор, охлаждается и по патрубку возвращается к насосу [1]. Интенсивность циркуляции воздушного теплоносителя зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. A well-known cooling system with forced circulation of coolant, in which a centrifugal pump pumps coolant into the cooling jacket of the crankcase and the cylinder head of the internal combustion engine, from where the heated fluid is displaced into the radiator, cooled and returned through the pipe to the pump [1]. The rate of circulation of the coolant air depends on the engine speed.

Недостатком данной системы охлаждения является жесткая связь центробежного насоса с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и, как следствие, зависимость производительности насоса от частоты вращения коленчатого вала, обусловленной режимом работы двигателя внутреннего сгорания. Отсутствие возможности автоматического регулирования производительности насоса приводит к недостаточной циркуляции охлаждающей жидкости при необходимости максимальной теплоотдачи от деталей двигателя, а также к необоснованным затратам мощности при отсутствии потребности отвода теплоты от двигателя. Постоянный привод центробежного насоса увеличивает продолжительность прогрева двигателя внутреннего сгорания до оптимальной температуры, достижение которой позволяет двигателю работать с наилучшими мощностно-экономическими показателями, а также приводит к ускоренному износу его рабочих элементов. При этом отсутствие управления работой вентилятора при различных нагрузочных режимах двигателя внутреннего сгорания не позволяет при необходимости обеспечить требуемый тепловой режим его работы, что, в свою очередь, приводит к таким явлениям, как перегрев либо переохлаждение двигателя.The disadvantage of this cooling system is the rigid connection of the centrifugal pump with the crankshaft of the internal combustion engine and, as a consequence, the dependence of the pump performance on the crankshaft speed, due to the operating mode of the internal combustion engine. The inability to automatically regulate the pump performance leads to insufficient circulation of the coolant when maximum heat transfer from the engine parts is required, as well as to unreasonable power consumption in the absence of the need for heat removal from the engine. The permanent drive of the centrifugal pump increases the warm-up time of the internal combustion engine to the optimum temperature, the achievement of which allows the engine to operate with the best power and economic indicators, and also leads to accelerated wear of its working elements. At the same time, the lack of control over the operation of the fan at various load modes of the internal combustion engine does not allow, if necessary, to provide the required thermal mode of its operation, which, in turn, leads to such phenomena as overheating or overcooling of the engine.

Известен электронный блок управления вентилятором [2], где последний приводится в движение ременной передачей от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, а его частота вращения задается управляющим блоком на основании сигналов ряда датчиков. Существенным недостатком указанного механизма привода вентилятора является использование мощности двигателя на привод вентилятора, что снижает эффективный КПД двигателя.Known electronic fan control unit [2], where the latter is driven by a belt drive from the crankshaft of an internal combustion engine, and its rotational speed is set by the control unit based on signals from a number of sensors. A significant drawback of the specified fan drive mechanism is the use of engine power to drive the fan, which reduces the effective efficiency of the motor.

Известно, что на развиваемое вентилятором давление, его производительность, а также затрачиваемую мощность на привод влияют расстояние между передними кромками лопастей вентилятора и радиатором ΔL, передней поверхностью блока и задними кромками лопастей ΔL 1 , зазор между лопастями и направляющим диффузором ΔR и выступание лопастей вентилятора из диффузора ΔB. Приведенные установочные параметры вентилятора определяют положение вентилятора в воздушном тракте [3]. Установлено, что изменение положения вентилятора относительно радиатора позволяет увеличить или уменьшить расход воздуха через радиатор и тем самым оказать влияние на теплоотдачу системы охлаждения. Увеличение теплоотдачи от радиатора без увеличения его массы и габаритов является задачей оптимизации. Сохранение частоты вращения вентилятора при этом не вызывает увеличения потребляемой мощности [3]. Следовательно, существует некоторое оптимальное положение вентилятора относительно радиатора, оно может быть определено экспериментальными исследованиями конкретного исполнения системы охлаждения.It is known that the pressure developed by the fan, its performance, as well as the power expended on the drive is influenced by the distance between the leading edges of the fan blades and the radiator Δ L , the front surface of the unit and the trailing edges of the blades Δ L 1 , the gap between the blades and the guide diffuser Δ R and the protrusion fan blades from the diffuser Δ B. The given fan settings determine the position of the fan in the air path [3]. It was found that changing the position of the fan relative to the radiator makes it possible to increase or decrease the air flow through the radiator and thereby affect the heat transfer of the cooling system. Increasing heat transfer from a radiator without increasing its weight and dimensions is an optimization task. Keeping the fan speed at the same time does not increase the power consumption [3]. Consequently, there is some optimal position of the fan relative to the radiator; it can be determined by experimental studies of a specific design of the cooling system.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению (прототип) является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, оснащенная электроприводным насосом [4], содержащая радиатор, заслонку радиатора, вентилятор, электропривод вентилятора, термостат, жидкостный насос с электроприводом, масляный радиатор, электронный блок управления. The closest in technical essence to the proposed technical solution (prototype) is an internal combustion engine cooling system equipped with an electric pump [4], containing a radiator, a radiator flap, a fan, an electric fan drive, a thermostat, a liquid pump with an electric drive, an oil cooler, an electronic control unit ...

Недостатком известной системы охлаждения является отсутствие возможности изменения положения вентилятора относительно поверхности жидкостного радиатора в случае потребности увеличения либо уменьшения теплоотдачи от поверхности охлаждения, что не может быть достигнуто только лишь изменением частоты вращения вентилятора. В результате происходит дестабилизация теплового режима по охлаждающей жидкости и маслу, наблюдается повышенный износ деталей цилиндро-поршневой группы. Отсутствие возможности изменения положения лопастей вентилятора (угла поворота лопастей) с целью достижения оптимального режима работы двигателя также является существенным недостатком рассматриваемой системы охлаждения.The disadvantage of the known cooling system is the impossibility of changing the position of the fan relative to the surface of the liquid radiator in case of the need to increase or decrease heat transfer from the cooling surface, which cannot be achieved only by changing the fan speed. As a result, there is a destabilization of the thermal regime in the coolant and oil, there is an increased wear of the parts of the cylinder-piston group. The inability to change the position of the fan blades (the angle of rotation of the blades) in order to achieve optimal engine operation is also a significant disadvantage of the cooling system under consideration.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение стабильного теплового режима двигателя внутреннего сгорания и оптимизация режима его работы при переменном характере нагрузки, реализация принципа высокотемпературного охлаждения, обеспечение рационального и энергоэффективного распределения мощности, затрачиваемой на привод вентилятора и жидкостного насоса.The objective of the present invention is to ensure a stable thermal regime of an internal combustion engine and to optimize its operation under a variable load, to implement the principle of high-temperature cooling, to ensure a rational and energy-efficient distribution of power spent on the fan and liquid pump drive.

Задача решается за счёт того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным регулируемым вентилятором, содержащей жидкостный радиатор трубчато-пластинчатого типа, заслонку радиатора, вентилятор, электропривод вентилятора, термостат, жидкостный электроприводный насос, масляный радиатор, электронный блок управления, датчики оборотов коленчатого вала, частоты вращения вентилятора, температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения, положения активных жалюзи, вентилятор установлен перед радиатором в диффузоре вытянутой формы с возможностью реверсивного вращения и перемещения вдоль оси вала электропривода в диффузоре, и синхронного поворота лопастей на величину до 45° для осуществления принудительной циркуляции воздушных масс через воздушный тракт с последующим обдувом поверхности блок-картера двигателя; термостат дополнительно содержит активный основной клапан, электропривод для бесступенчатого регулирования положения активного основного клапана с температурой охлаждающей жидкости не ниже 105°С; дополнительно установлены датчики положения вентилятора и активного основного клапана термостата, расхода охлаждающей жидкости системы охлаждения, температуры и давления масла, при этом электропривод вентилятора управляется блоком управления на основании сигналов датчиков оборотов коленчатого вала, частоты вращения и положения вентилятора, температуры и расхода охлаждающей жидкости системы охлаждения, температуры и давления масла, положения активного основного клапана термостата и активных жалюзи, а масляный радиатор выполнен в виде жидкостно-масляного теплообменника кожухотрубного типа с сердцевиной из пучка латунных трубок круглого сечения и встроен в блок-картер двигателя внутреннего сгорания с возможностью охлаждения масла до температуры не ниже 109°С посредством охлаждающей жидкости системы охлаждения.The problem is solved due to the fact that in the cooling system of an internal combustion engine with an electric drive regulated a fan containing a tube-plate type liquid radiator, a radiator flap, a fan, an electric fan drive, a thermostat, an electric liquid pump, an oil cooler, an electronic control unit, crankshaft speed sensors, fan speed, coolant temperature of the cooling system, position of active louvers, the fan is installed in front of the radiator in an elongated diffuser with the possibility of reversible rotation and movement along the axis of the electric drive shaft in the diffuser, and synchronous rotation of the blades by up to 45 ° to implement forced circulation of air masses through the air path followed by blowing the surface of the engine crankcase; the thermostat additionally contains an active main valve, an electric drive for stepless regulation of the position of the active main valve with a coolant temperature of at least 105 ° C; In addition, sensors are installed for the position of the fan and the active main valve of the thermostat, the flow rate of the cooling system of the cooling system, temperature and pressure of the oil, while the electric drive of the fan is controlled by the control unit based on the signals from the sensors of the crankshaft speed, the speed and position of the fan, the temperature and flow rate of the coolant of the cooling system , oil temperature and pressure, the position of the active main valve of the thermostat and active louvers, and the oil cooler is made in the form of a shell-and-tube type liquid-oil heat exchanger with a core of a bundle of round brass tubes and is built into the crankcase of an internal combustion engine with the ability to cool the oil to a temperature not lower than 109 ° C by means of the cooling liquid of the cooling system.

На фиг. 1 представлена система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным регулируемым вентилятором.FIG. 1 shows the cooling system of an electrically driven internal combustion engine. regulated fan.

Предлагаемая система охлаждения включает в себя жидкостный радиатор 2 трубчато-пластинчатого типа, заслонку 1 радиатора в виде активных жалюзи, диффузор вытянутой формы 3, закрепленный на поверхности жидкостного радиатора 2, обращенной к двигателю, крыльчатку осевого вентилятора 4 с электроприводом 5, термостат 7 с активным основным клапаном 8 и электроприводом 9 для бесступенчатого регулирования положения активного основного клапана 8, рубашку охлаждения, выполненную в блок-картере 12 и головке блока цилиндров 10 двигателя внутреннего сгорания, электронный блок управления 11, масляный радиатор 13 кожухотрубного типа с сердцевиной из пучка латунных трубок круглого сечения, патрубок 6 подвода охлаждающей жидкости к радиатору 2 и патрубок 14 подвода охлаждающей жидкости к жидкостному насосу 15, электропривод 16 жидкостного насоса 15. Обороты коленчатого вала, частота вращения и положение вентилятора, температура и расход охлаждающей жидкости системы охлаждения, температура и давление масла, положение активного основного клапана термостата и активных жалюзи контролируются при помощи цифровых датчиков (на схеме не показаны). Указанная совокупность контрольно-измерительных элементов, функциональных электронных устройств осуществляет контроль соответствующих параметров и позволяет блоку управления 11 на основании полученных данных осуществлять управление работой электропривода 5 вентилятора 4, электропривода 16 жидкостного насоса 15, а также активного основного клапана 8 термостата 7.The proposed cooling system includes a liquid radiator 2 of a tubular-plate type, a radiator flap 1 in the form of active louvers, an elongated diffuser 3 fixed on the surface of a liquid radiator 2 facing the engine, an axial fan impeller 4 with an electric drive 5, a thermostat 7 with an active the main valve 8 and the electric actuator 9 for stepless regulation of the position of the active main valve 8, the cooling jacket made in the crankcase 12 and the cylinder head 10 of the internal combustion engine, the electronic control unit 11, the oil cooler 13 of the shell-and-tube type with a core of a bundle of round brass tubes sections, branch pipe 6 for supplying coolant to radiator 2 and branch pipe 14 for supplying coolant to liquid pump 15, electric drive 16 for liquid pump 15. Crankshaft revolutions, fan speed and position, temperature and flow rate of coolant of the cooling system, temperature and pressure wt la, the position of the active main valve of the thermostat and active shutters are monitored using digital sensors (not shown in the diagram). The specified set of control and measuring elements, functional electronic devices monitors the corresponding parameters and allows the control unit 11, on the basis of the data obtained, to control the operation of the electric drive 5 of the fan 4, the electric drive 16 of the liquid pump 15, as well as the active main valve 8 of the thermostat 7.

Система охлаждения с электроприводным регулируемым вентилятором работает следующим образом.Electrically driven cooling system regulated fan works as follows.

При запуске двигателя внутреннего сгорания температура охлаждающей жидкости приближена к температуре окружающего воздуха и потребность в ее циркуляции по рубашке охлаждения, выполненной в блок-картере 12 и головке блока цилиндров 10, отсутствует. Это вызвано необходимостью скорейшего достижения оптимального температурного режима, при котором двигатель внутреннего сгорания развивает наилучшие мощностно-экономические показатели. Поэтому жидкостный насос 15 и осевой вентилятор 4 не вращаются, а активный основной клапан 8 термостата 7 находится в закрытом положении и охлаждающая жидкость быстрыми темпами прогревается до более высоких температур. Заслонка 1 жидкостного радиатора 2 при этом опущена в крайнее нижнее положение для снижения вероятности загрязнения сердцевины жидкостного радиатора 2 различными мелкими растительными остатками и пылью. Датчики оборотов коленчатого вала, частоты вращения и положения вентилятора, температуры и расхода охлаждающей жидкости системы охлаждения, температуры и давления масла, положения активного основного клапана термостата и активных жалюзи осуществляют непрерывное преобразование значений соответствующих параметров в величины электрического сигнала, а электронный блок управления 11 на основании полученных данных управляет работой электропривода 5 вентилятора 4, электропривода 16 жидкостного насоса 15, а также активного основного клапана 8 термостата 7. Так, при достижении температуры охлаждающей жидкости значения 85±1°С по команде электронного блока управления 11 начинает работать жидкостный насос 15 посредством электропривода 16, подача охлаждающей жидкости первоначально осуществляется в область головки блока цилиндров 10, детали которой подвержены наибольшему температурному воздействию. Одновременно под воздействием электропривода 9 приоткрывается активный основной клапан 8 термостата 7 и охлаждающая жидкость поступает по патрубку 6 в трубчато-пластинчатый жидкостный радиатор 2, где охлаждается и по патрубку 14 направляется к жидкостному насосу 15. При этом крыльчатка вентилятора 4 не вращается, а электропривод 5 бездействует. When the internal combustion engine is started, the temperature of the coolant is close to the ambient temperature and there is no need for its circulation through the cooling jacket made in the crankcase 12 and the cylinder head 10. This is due to the need to achieve the optimal temperature regime as soon as possible, at which the internal combustion engine develops the best power and economic indicators. Therefore, the liquid pump 15 and the axial fan 4 do not rotate, and the active main valve 8 of the thermostat 7 is in the closed position and the coolant quickly warms up to higher temperatures. The damper 1 of the liquid radiator 2 is lowered to the lowest position to reduce the likelihood of contamination of the core of the liquid radiator 2 with various fine plant residues and dust. The crankshaft speed, fan speed and position sensors, coolant temperature and flow rate of the cooling system, oil temperature and pressure, the position of the active main valve of the thermostat and active shutters continuously convert the values of the corresponding parameters into the values of the electrical signal, and the electronic control unit 11, based on of the obtained data controls the operation of the electric drive 5 of the fan 4, the electric drive 16 of the liquid pump 15, as well as the active main valve 8 of the thermostat 7. So, when the coolant temperature reaches 85 ± 1 ° C, at the command of the electronic control unit 11, the liquid pump 15 starts to work by means of the electric drive 16, the coolant is initially supplied to the area of the cylinder head 10, the parts of which are most exposed to temperature. At the same time, under the influence of the electric drive 9, the active main valve 8 of the thermostat 7 opens slightly and the coolant flows through the pipe 6 into the tubular-plate liquid radiator 2, where it is cooled and goes through the pipe 14 to the liquid pump 15. In this case, the fan impeller 4 does not rotate, but the electric drive 5 inactive.

Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется также через масляный радиатор 13 кожухотрубного типа с сердцевиной из пучка латунных трубок круглого сечения, который встроен в блок-картер 12 двигателя внутреннего сгорания. При этом движение охлаждающей жидкости осуществляется внутри латунных трубок, а масла - снаружи.Forced circulation of the coolant is also carried out through an oil cooler 13 of a shell-and-tube type with a core of a bundle of round brass tubes, which is built into the crankcase 12 of an internal combustion engine. In this case, the movement of the coolant is carried out inside the brass pipes, and the oil - outside.

Работа системы охлаждения без вентилятора 4 приводит к дальнейшему росту температуры охлаждающей жидкости и достижению значения свыше 95±1°С, что позволяет довести вязкость охлаждающей жидкости до оптимальных значений, снизить затраты мощности на привод жидкостного насоса 15. Особенно актуально такое техническое решение в условиях низких температур окружающего воздуха. При этом жидкостный насос 15, приводимый в действие электроприводом 16, обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по системе охлаждения с некоторой усредненной производительностью. При дальнейшем росте температуры охлаждающей жидкости производительность жидкостного насоса 15 посредством электропривода 16 пропорционально возрастает, активный основной клапан 8 термостата 7 полностью открывается, а электронный блок управления 11 включает электропривод 5 вентилятора 4.The operation of the cooling system without fan 4 leads to a further increase in the temperature of the coolant and reaching a value of over 95 ± 1 ° C, which allows the viscosity of the coolant to be brought to optimal values, to reduce the power consumption for the drive of the liquid pump 15. This technical solution is especially important in low ambient temperatures. In this case, the liquid pump 15, driven by an electric drive 16, circulates the coolant through the cooling system with a certain average capacity. With a further increase in the temperature of the coolant, the performance of the liquid pump 15 by means of the electric drive 16 increases proportionally, the active main valve 8 of the thermostat 7 fully opens, and the electronic control unit 11 turns on the electric drive 5 of the fan 4.

Обязательным условием работы системы охлаждения является обеспечение температуры охлаждающей жидкости значений не ниже 105±1°С. Для этого посредством электропривода 16 жидкостный насос 15 выводится на номинальную производительность, элементы жалюзи заслонки 1 поворачиваются на угол 90º для более полного доступа потоков воздуха. Интенсивность циркуляции воздушных потоков обеспечивается электроприводом 5 вентилятора 4. В случае роста температуры охлаждающей жидкости свыше 105±1°С электропривод 5 осуществляет перемещение вентилятора 4 вдоль своей оси в вытянутом диффузоре и занимает оптимальное положение, приближенное либо удаленное от поверхности охлаждения радиатора 2, обеспечивающее достижение максимальной теплоотдачи. A prerequisite for the operation of the cooling system is to ensure that the coolant temperature is at least 105 ± 1 ° C. For this, by means of the electric drive 16, the liquid pump 15 is brought to the nominal capacity, the louvers of the damper 1 are rotated through an angle of 90º for more complete access of air flows. The intensity of air flow circulation is provided by the electric drive 5 of the fan 4. In the case of an increase in the coolant temperature above 105 ± 1 ° C, the electric drive 5 moves the fan 4 along its axis in the elongated diffuser and takes an optimal position, close to or remote from the cooling surface of the radiator 2, ensuring the achievement of maximum heat transfer.

На фиг. 1 первоначальное «положение 1» соответствует работе вентилятора в режиме достижения температуры охлаждающей жидкости значения не выше 105±1°С (в этом случае расстояние от крыльчатки вентилятора 4 до поверхности охлаждения радиатора 2 составляет ΔL 1), а «положение 2» характерно для иных режимов и предполагает преодоление значения температуры охлаждающей жидкости 105±1°С (расстояние от крыльчатки вентилятора 4 до поверхности охлаждения радиатора 2 составляет ΔL 2).FIG. 1, the initial "position 1" corresponds to the operation of the fan in the mode when the coolant temperature reaches a value not higher than 105 ± 1 ° С (in this case, the distance from the fan impeller 4 to the cooling surface of the radiator 2 is ΔL 1 ), and "position 2" is typical for other modes and assumes overcoming the value of the coolant temperature 105 ± 1 ° C (the distance from the fan impeller 4 to the cooling surface of the radiator 2 is ΔL 2 ).

При работе системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания наряду с обеспечением заданного теплового режима по охлаждающей жидкости обеспечивается контроль и поддержание требуемого теплового режима по маслу. Работа жидкостно-масляного теплообменника 13 кожухотрубного типа с сердцевиной из пучка латунных трубок круглого сечения направлена на обеспечение температуры масла не ниже 109±1°С.When the cooling system of an internal combustion engine is operating, along with the provision of a predetermined thermal regime for the coolant, control and maintenance of the required thermal regime for oil is provided. The operation of the liquid-oil heat exchanger 13 of the shell-and-tube type with a core of a bundle of round brass tubes is aimed at ensuring the oil temperature is not lower than 109 ± 1 ° C.

Обеспечение указанных температур по охлаждающей жидкости и маслу в совокупности позволяет функционировать двигателю внутреннего сгорания с сохранением части теплоты, уменьшая составляющую вынужденных потерь, т.е. повышается КПД двигателя в целом.Providing the specified temperatures for the coolant and oil in total allows the internal combustion engine to function with the preservation of a part of the heat, reducing the component of forced losses, i.e. the efficiency of the engine as a whole is increased.

В случае нарушения работоспособности электропривода 5 или перебоев с электроэнергией вентилятор 4 занимает положение, максимально удаленное от поверхности охлаждения радиатора 2 («положение 1»).In the event of a malfunction of the electric drive 5 or power outages, the fan 4 takes the position as far as possible from the cooling surface of the radiator 2 ("position 1").

Блок управления 11 проводит опрос датчиков оборотов коленчатого вала, частоты вращения и положения вентилятора, температуры и расхода охлаждающей жидкости системы охлаждения, температуры и давления масла, положения активного основного клапана термостата и активных жалюзи и на основании полученных данных управляет работой электропривода 5 вентилятора 4, при этом определяющим фактором является обеспечение температуры охлаждающей жидкости не ниже 105±1°С.The control unit 11 polls the sensors of the crankshaft revolutions, the speed and position of the fan, the temperature and flow rate of the coolant of the cooling system, the temperature and pressure of the oil, the position of the active main valve of the thermostat and active shutters and, on the basis of the data obtained, controls the operation of the electric drive 5 of the fan 4, when this determining factor is to ensure that the coolant temperature is not lower than 105 ± 1 ° C.

С целью достижения оптимизации работы вентилятора 4 при различных нагрузочных режимах и условиях окружающей среды создана возможность синхронного поворота лопастей на необходимую величину. В этой связи конструкция вентилятора 4 и его электропривода 5 позволяют выполнять синхронный поворот лопастей на величину до 45° для осуществления принудительной циркуляции воздушных масс через воздушный тракт. При установившемся режиме работы двигателя внутреннего сгорания и его системы охлаждения блок управления 11 на основании сигналов датчиков автоматически изменяет угол наклона лопастей вентилятора 4 с целью снижения энергозатрат на привод вентилятора 4 и жидкостного насоса 15.In order to optimize the operation of the fan 4 under various load conditions and environmental conditions, the possibility of synchronous rotation of the blades by the required value has been created. In this regard, the design of the fan 4 and its electric drive 5 make it possible to perform a synchronous rotation of the blades by up to 45 ° for the implementation of forced circulation of air masses through the air path. In a steady state of operation of the internal combustion engine and its cooling system, the control unit 11, based on the signals from the sensors, automatically changes the angle of inclination of the blades of the fan 4 in order to reduce the energy consumption for the drive of the fan 4 and the liquid pump 15.

Серьезным препятствием на пути обеспечения требуемой теплоотдачи от поверхности охлаждения жидкостного радиатора в реальных условиях эксплуатации является засоряемость сердцевины. Поэтому возможность реверсивного вращения вентилятора 4 позволяет своевременно проводить очистку сердцевины жидкостного радиатора от растительных остатков и пыли, т.е. выполняется продувка сердцевины радиатора потоками воздуха в направлении, противоположном двигателю внутреннего сгорания.A serious obstacle to ensuring the required heat transfer from the cooling surface of a liquid radiator in real operating conditions is the clogging of the core. Therefore, the possibility of reversible rotation of the fan 4 allows timely cleaning of the core of the liquid radiator from plant residues and dust, i.e. the radiator core is purged with air flows in the direction opposite to the internal combustion engine.

Предлагаемая система охлаждения с электроприводным регулируемым вентилятором позволяет обеспечить стабильный тепловой режим двигателя внутреннего сгорания и оптимизировать режимы его работы при переменном характере нагрузки, реализовать принцип высокотемпературного охлаждения, обеспечить рациональное и энергоэффективное распределение мощности, затрачиваемой на привод вентилятора и жидкостного насоса.The proposed cooling system with an electrically driven variable fan allows to ensure a stable thermal regime of the internal combustion engine and optimize its operation modes with a variable nature of the load, to implement the principle of high-temperature cooling, to ensure a rational and energy-efficient distribution of power spent on the fan and liquid pump drive.

Источники информацииInformation sources

1. Конструкция тракторов и автомобилей: пособие / сост.: И.Н. Шило [и др.]. - Минск: БГАТУ, 2012. - 816 с.1. The design of tractors and cars: manual / comp .: IN. Shiloh [and others]. - Minsk: BGATU, 2012 .-- 816 p.

2. Патент ЕР 1284344 А2, МПК: 7F01P7/04, опубл. 19.02.2003.2. Patent EP 1284344 A2, IPC: 7F01P7 / 04, publ. 19.02.2003.

3. Якубович, А.И. Системы охлаждения двигателей тракторов и автомобилей. Исследования, параметры и показатели / А.И. Якубович, Г.М. Кухаренок, В.Е. Тарасенко. - Минск : БНТУ, 2014. - 300 с.3. Yakubovich, A.I. Cooling systems for engines of tractors and cars. Research, parameters and indicators / A.I. Yakubovich, G.M. Kukharenok, V.E. Tarasenko. - Minsk: BNTU, 2014 .-- 300 p.

4. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным насосом: пат. 20478 Респ. Беларусь, МПК (2006) F01P 5/10, F01P 7/16, F01P 3/18 / В.Е. Тарасенко, Ю.М. Жуковский, Н.С. Лесов; заявитель Бел. гос. агр. техн. ун-т. - № a 20130682; заявл. 28.05.2013; опубл. 30.12.2014 (прототип).4. Cooling system of an internal combustion engine with an electric drive pump: US Pat. 20478 Rep. Belarus, IPC (2006) F01P 5/10, F01P 7/16, F01P 3/18 / V.E. Tarasenko, Yu.M. Zhukovsky, N.S. Forests; applicant Bel. state agr. tech. un-t. - No. a 20130682; declared 05/28/2013; publ. 12/30/2014 (prototype).

Claims (1)

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электроприводным регулируемым вентилятором, содержащая жидкостный радиатор трубчато-пластинчатого типа, заслонку радиатора, вентилятор, электропривод вентилятора, термостат, жидкостный электроприводный насос, масляный радиатор, электронный блок управления, датчики оборотов коленчатого вала, частоты вращения вентилятора, температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения, положения активных жалюзи, отличающаяся тем, что вентилятор установлен перед радиатором в диффузоре вытянутой формы с возможностью реверсивного вращения и перемещения вдоль оси вала электропривода в диффузоре, и синхронного поворота лопастей на величину до 45° для осуществления принудительной циркуляции воздушных масс через воздушный тракт с последующим обдувом поверхности блок-картера двигателя; термостат дополнительно содержит активный основной клапан, электропривод для бесступенчатого регулирования положения активного основного клапана с температурой охлаждающей жидкости не ниже 105°С; дополнительно установлены датчики положения вентилятора и активного основного клапана термостата, расхода охлаждающей жидкости системы охлаждения, температуры и давления масла, при этом электропривод вентилятора управляется блоком управления на основании сигналов датчиков оборотов коленчатого вала, частоты вращения и положения вентилятора, температуры и расхода охлаждающей жидкости системы охлаждения, температуры и давления масла, положения активного основного клапана термостата и активных жалюзи, а масляный радиатор выполнен в виде жидкостно-масляного теплообменника кожухотрубного типа с сердцевиной из пучка латунных трубок круглого сечения и встроен в блок-картер двигателя внутреннего сгорания с возможностью охлаждения масла до температуры не ниже 109°С посредством охлаждающей жидкости системы охлаждения.Cooling system for an electrically driven internal combustion engine regulated fan, containing a liquid radiator of a tube-plate type, a radiator flap, a fan, an electric fan drive, a thermostat, an electric liquid pump, an oil cooler, an electronic control unit, crankshaft speed sensors, fan speed, coolant temperature of the cooling system, position of active louvers, characterized in that the fan is installed in front of the radiator in an elongated diffuser with the possibility of reversible rotation and movement along the axis of the electric drive shaft in the diffuser, and synchronous rotation of the blades by up to 45 ° for the implementation of forced circulation of air masses through the air path followed by blowing the surface of the crankcase engine; the thermostat additionally contains an active main valve, an electric drive for stepless regulation of the position of the active main valve with a coolant temperature of at least 105 ° C; In addition, sensors are installed for the position of the fan and the active main valve of the thermostat, the flow rate of the cooling system of the cooling system, temperature and pressure of the oil, while the electric drive of the fan is controlled by the control unit based on the signals from the sensors of the crankshaft speed, the speed and position of the fan, the temperature and flow rate of the coolant of the cooling system , oil temperature and pressure, the position of the active main valve of the thermostat and active louvers, and the oil cooler is made in the form of a shell-and-tube type liquid-oil heat exchanger with a core of a bundle of round brass tubes and is built into the crankcase of an internal combustion engine with the ability to cool the oil to a temperature not lower than 109 ° C by means of the cooling liquid of the cooling system.
RU2019141252A 2019-12-13 2019-12-13 Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan RU2746010C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141252A RU2746010C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141252A RU2746010C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746010C1 true RU2746010C1 (en) 2021-04-05

Family

ID=75353439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019141252A RU2746010C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746010C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4206051A1 (en) * 1992-02-27 1993-09-02 Kurt Hauser Cooling system for vehicle IC engine - has axial fan arranged in front of heat exchangers and driven from engine via viscous coupling
DE10334024A1 (en) * 2002-07-22 2004-02-12 Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn Internal combustion engine cooling system with variable speed fan
RU2272160C1 (en) * 2004-11-17 2006-03-20 Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации (Оа Вс Рф) Engine and transmission temperature control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4206051A1 (en) * 1992-02-27 1993-09-02 Kurt Hauser Cooling system for vehicle IC engine - has axial fan arranged in front of heat exchangers and driven from engine via viscous coupling
DE10334024A1 (en) * 2002-07-22 2004-02-12 Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn Internal combustion engine cooling system with variable speed fan
RU2272160C1 (en) * 2004-11-17 2006-03-20 Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации (Оа Вс Рф) Engine and transmission temperature control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101619278B1 (en) Engine system having coolant control valve
US5121714A (en) Cooling of an internal-combustion engine
KR101601236B1 (en) Engine system having coolant control valve
JP4288200B2 (en) Internal combustion engine with high and low temperature cooling system
EP2469086A1 (en) Wind power generator
JPH03222814A (en) Cooling device for internal combustion engine
CN105863812B (en) A kind of compound air-cooled and water cooling polynary cooling system of engine
RU2639471C2 (en) Method and device to control oil cooling in impeller machine
JP2015502497A (en) Apparatus and method for cooling coolant of vehicle cooling system
US6499963B2 (en) Coolant pump for automotive use
RU2746010C1 (en) Cooling system of internal combustion engine with electrically driven adjustable fan
CN205477881U (en) Cooling system for engine
RU2447298C1 (en) Method and device for control over cooling and engine incorporating said device
KR101619405B1 (en) Engine system having coolant control valve
KR20180021551A (en) Engine system having coolant control valve
JPS6112101B2 (en)
CN215572288U (en) Energy-saving air cooler with adjustable heat exchange area and air volume
RU2787432C2 (en) Combined cooling system of internal combustion engine
KR20190123016A (en) Coolant pump for vehicle, cooling system provided with the same and control methof for the same
KR100723580B1 (en) A method and apparatus for cooling fan rpm control for heavy equipment
KR101684546B1 (en) Engine system having coolant control valve
JP6601564B2 (en) Oil supply system
Chang Design of Constant Temperature Energy Saving Cooling System for Intelligent ATS Vehicle Engine
RU2273793C1 (en) Method of controlled cooling of oil and apparatus for air cooling of oil
KR20180068225A (en) Engine system having coolant control valve