RU2764490C2 - Технология охлаждения двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Технология охлаждения двигателя внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
RU2764490C2
RU2764490C2 RU2018132688A RU2018132688A RU2764490C2 RU 2764490 C2 RU2764490 C2 RU 2764490C2 RU 2018132688 A RU2018132688 A RU 2018132688A RU 2018132688 A RU2018132688 A RU 2018132688A RU 2764490 C2 RU2764490 C2 RU 2764490C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
coolant
drive shaft
heat pipe
Prior art date
Application number
RU2018132688A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018132688A3 (ru
RU2018132688A (ru
Inventor
Александер ШИДЛО
Роберт МАРТЕНС
Original Assignee
Ман Трак Энд Бас Аг
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 Ман Трак Энд Бас Аг filed Critical Ман Трак Энд Бас Аг
Publication of RU2018132688A publication Critical patent/RU2018132688A/ru
Publication of RU2018132688A3 publication Critical patent/RU2018132688A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2764490C2 publication Critical patent/RU2764490C2/ru

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
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • 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
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • 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
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • 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
    • F01P5/12—Pump-driving arrangements
    • 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
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/162—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by cutting in and out of 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
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/164—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by varying pump speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/04—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D35/00—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D35/00—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion
    • F16D35/005—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with multiple lamellae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • 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
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/021—Cooling cylinders
    • 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
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/024—Cooling cylinder heads
    • 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
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F01P2003/2278—Heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/02—Overheat protection, i.e. means for protection against overheating
    • F16D2300/021—Cooling features not provided for in group F16D13/72 or F16D25/123, e.g. heat transfer details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/02—Overheat protection, i.e. means for protection against overheating
    • F16D2300/021—Cooling features not provided for in group F16D13/72 or F16D25/123, e.g. heat transfer details
    • F16D2300/0214—Oil or fluid cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D35/00—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion
    • F16D35/02—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part
    • F16D35/021—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part actuated by valves
    • F16D35/022—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part actuated by valves the valve being actuated by a bimetallic strip

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • One-Way And Automatic Clutches, And Combinations Of Different Clutches (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель (100) внутреннего сгорания включает контур (106-1, 106-2) охлаждающей жидкости, соединенный с головкой (102) цилиндров и/или блоком (104) цилиндров двигателя (100) внутреннего сгорания, или выполненный с возможностью такого соединения. Имеется включающий насос (108) охлаждающей жидкости, который включает приводной вал (112) и выполнен с возможностью обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости (114) в контуре (106-1, 106-2) охлаждающей жидкости. Вязкостная муфта (120) установлена для приведения в действие приводом (122) от двигателя (100) внутреннего сгорания или выполнена с возможностью такой установки. Вязкостная муфта (120) включает дилатантную жидкость (124) для передачи крутящего момента и выходную сторону, соединенную с приводным валом (112) насоса (108) охлаждающей жидкости. Приводной вал (112) насоса (108) охлаждающей жидкости включает по меньшей мере одну тепловую трубку (130), находящуюся в теплообмене с дилатантной жидкостью (124) в качестве источника тепла и с охлаждающей жидкостью (114) в качестве охладителя либо выполненную с возможностью теплообмена. Раскрыто транспортное средство, в частности, транспортное средство хозяйственного назначения, с двигателем (100) внутреннего сгорания. Технический результат заключается в улучшении управляемости вязкостной муфты без сокращения срока ее службы и в обеспечении постоянной температуры дилатантной жидкости вне зависимости от механической нагрузки на вязкостную муфту и температуры окружающей среды. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, применяемому, например, в качестве привода транспортного средства. В частности, описывается технология охлаждения вязкостной муфты двигателя внутреннего сгорания.
В транспортных средствах, в частности, в транспортных средствах хозяйственного назначения, вязкостные муфты применяются для регулируемого приведения в действие насоса охлаждающей жидкости в контуре охлаждающей жидкости. Потребляемая мощность неподвижно соединенного с двигателем внутреннего сгорания насоса охлаждающей жидкости в грузовом автомобиле в среднем составляла бы, к примеру, 7 кВт. Для достаточного теплоотвода охлаждающей жидкостью двигателя внутреннего сгорания полная мощность насоса охлаждающей жидкости (например, при движении по горизонтальному участку дороги на высокой скорости) зачастую не требуется. Управление работой насоса охлаждающей жидкости в зависимости от фактической потребности позволит экономить, например, от 0,5 до 1,5 процента топлива. Пример такого обычного управления работой насоса охлаждающей жидкости описан в статье «Просто отключить» в газете «Франкфуртер альгемайне цайтунг» («Einfach mal abschalten», Frankfurter Allgemeine Zeitung) от 29 апреля 2013 г.
Вязкостная муфта регулируемого насоса охлаждающей жидкости использует управляемую передачу крутящего момента вязкостной муфты. Передача крутящего момента основана на свойствах дилатантной жидкости, применяемой в вязкостной муфте. Примером используемой дилатантной жидкости является силиконовое масло. Разная частота вращения приводного и ведомого валов вязкостной муфты приводит к возникновению срезывающих усилий, которые воздействуют на дилатантную жидкость и передают с ее помощью крутящий момент от приводного вала к ведомому. Ввиду того, что воздействие срезывающих усилий обусловлено вязкостью, т. е. внутренним трением дилатантной жидкости, передача крутящего момента в вязкостной муфте сопровождается рассеянием энергии, которая в виде тепла передается как внутрь (т. е. в дилатантную жидкость), так и вовне (т. е. через корпус вязкостной муфты в окружающую среду).
Но приток тепла ухудшает гидравлические характеристики дилатантной жидкости, так как вязкость и эффективность передачи крутящего момента, как правило, уменьшаются с ростом температуры дилатантной жидкости. Тем самым, диапазон регулирования традиционной вязкостной муфты ограничивается, в частности, при высоких оборотах двигателя для предотвращения сокращения срока службы вязкостной муфты. Это может привести к парадоксальным ситуациям регулирования, когда управлять регулируемой вязкостной муфтой при высоких оборотах двигателя для снижения частоты вращения вала насоса охлаждающей жидкости нельзя во избежание перегрева вязкостной муфты. Это означает, что насос охлаждающей жидкости вынужден работать с той мощностью, которая не нужна для охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Альтернативные способы охлаждения вязкостной муфты, например, улучшение оребрения ее корпуса, нецелесообразны. С одной стороны, лучшее оребрение приводит к увеличению массы вязкостной муфты и необходимого монтажного пространства. С другой стороны, как раз этого воздушного охлаждения недостаточно, так как насос охлаждающей жидкости включается при высокой нагрузке на двигатель, в результате чего находящаяся за радиатором вязкостная муфта также обдувается воздухом более высокой температуры.
Тем самым, задачей является создание двигателя внутреннего сгорания с энергоэффективным охлаждением. Альтернативной или дополнительной задачей является улучшение управляемости вязкостной муфты без сокращения срока ее службы. Альтернативной или дополнительной задачей является обеспечение, по возможности, постоянной температуры дилатантной жидкости вне зависимости от механической нагрузки на вязкостную муфту и температуры окружающей среды.
Эта задача или эти задачи решаются созданием двигателя внутреннего сгорания и соответствующего транспортного средства с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и виды применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и более подробно рассмотрены в представленном далее описании с частичной ссылкой на изображения.
По одному из аспектов изобретения предлагается двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает контур охлаждающей жидкости, соединенный или выполненный с возможностью соединения с головкой цилиндров и/или блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Контур охлаждающей жидкости включает насос охлаждающей жидкости, который имеет приводной вал и предназначен для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости в контуре. Двигатель внутреннего сгорания дополнительно включает вязкостную муфту, установленную для приведения в действие приводом от двигателя внутреннего сгорания или выполненную с возможностью такой установки, включающую дилатантную жидкость для передачи крутящего момента и соединенную со стороны отбора мощности с приводным валом насоса охлаждающей жидкости, Приводной вал насоса охлаждающей жидкости включает по меньшей мере одну тепловую трубку, находящуюся в теплообмене с дилатантной жидкостью в качестве источника тепла и с охлаждающей жидкостью в качестве охладителя либо выполненную с возможностью теплообмена.
Поскольку в приводном валу регулируемого насоса охлаждающей жидкости имеется по меньшей мере одна тепловая трубка, тепло от дилатантной жидкости как источника тепла может эффективно передаваться охлаждающей жидкости, выступающей в роли охладителя.
По меньшей мере одна тепловая трубка как герметичный элемент может быть вставлена в продольное отверстие приводного вала. В качестве альтернативы или дополнительно по меньшей мере одна тепловая трубка может быть выполнена заодно с приводным валом в продольном отверстии приводного вала.
Дилатантной жидкостью может быть масло, например, силиконовое масло. Как гидродинамическая рабочая среда дилатантная жидкость может обладать определенными гидравлическими характеристиками для передачи крутящего момента, например, определенной вязкостью в зависимости от температуры.
В состав охлаждающей жидкости может входить вода, незамерзающее средство и/или средство защиты от коррозии.
Вязкостная муфта может включать пластины, омываемые дилатантной жидкостью. Пластины могут быть соединены с приводным валом без возможности вращения. Через пластины тепловая трубка может находиться в теплообмене с дилатантной жидкостью как с источником тепла. Например, пластины располагаются по окружности конца приводного вала со стороны муфты. Находящийся со стороны источника тепла конец тепловой трубки может соответствовать концу приводного вала со стороны муфты.
Насос охлаждающей жидкости может включать омываемое охлаждающей жидкостью рабочее колесо (например, крыльчатку). Рабочее колесо может быть соединено с приводным валом без возможности вращения. Через рабочее колесо тепловая трубка может находится в теплообмене с охлаждающей жидкостью как с охладителем. Например, рабочее колесо располагается на конце приводного вала со стороны насоса. Находящийся со стороны охладителя конец тепловой трубки может соответствовать концу приводного вала со стороны насоса.
Контур охлаждающей жидкости может дополнительно включать радиатор и термостат. Со стороны входа насос охлаждающей жидкости может соединяться с радиатором и/или термостатом. Со стороны выхода насос охлаждающей жидкости может соединяться с головкой и/или блоком цилиндров. Радиатор и/или термостат могут быть расположены в контуре охлаждающей жидкости вниз по потоку относительно блока цилиндров.
Тепловая трубка может включать один или несколько капилляров, продолжающихся вдоль приводного вала, например, от конца приводного вала со стороны муфты до конца приводного вала со стороны насоса. Предпочтительно, чтобы капилляры или по меньшей мере один из капилляров мог быть расположен соосно приводному валу. В качестве альтернативы или дополнительно тепловая трубка может включать множество капилляров (например, за счет пористой структуры) и располагаться соосно приводному валу. Соосное расположение позволяет минимизировать или исключить воздействие центробежных сил на тепловую трубку.
Тепловая трубка (например, по меньшей мере один капилляр) может включать охлаждающую среду (сокращенно: среда). Охлаждающая среда может испаряться за счет теплового контакта с источником тепла (например, на конце приводного вала со стороны муфты) и конденсироваться за счет теплового контакта с охладителем (например, на конце приводного вала со стороны насоса). Тепловая трубка может представлять собой закрытую систему с охлаждающей средой. Охлаждающей средой может быть, к примеру, вода или аммиак. Под действием капиллярных сил охлаждающая среда в жидком агрегатном состоянии может протекать от охладителя (например, от конца приводного вала со стороны насоса) к источнику тепла (например, к концу приводного вала со стороны муфты), например, по капиллярам или внутри пористой структуры.
Поток охлаждающей среды в газообразном состоянии от источника тепла к охладителю может быть пространственно отделен от обратного потока охлаждающей среды в жидком агрегатном состоянии. Например, тепловая трубка может включать канал для конденсата (расположенный соосно приводному валу), не подверженный воздействию центробежной силы, и канал для пара, охватывающий канал для конденсата.
Тепловое сопротивление тепловой линии в металле приводного вала может многократно превышать тепловое сопротивление тепловой линии в тепловой трубке. Например, за счет сосуществования жидкой и газообразной фаз охлаждающей среды в тепловой трубке концы приводного вала со стороны муфты и со стороны насоса могут быть почти изотермическими.
Устройство может дополнительно включать блок управления, регулирующий коэффициент сцепления вязкостной муфты. Например, коэффициент сцепления может изменяться в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и/или от температурного градиента в блоке и/или головке цилиндров.
Теплоемкость охлаждающей жидкости может многократно превосходить теплоемкость дилатантной жидкости. Ввиду различия теплоемкости и малого теплового сопротивления тепловой трубки температура дилатантной жидкости может следовать температуре охлаждающей жидкости или практически соответствовать ей. Управление охлаждающей жидкостью может предполагать управление дилатантной жидкостью.
За счет термической связи дилатантной жидкости с регулируемой температурой охлаждающей жидкости через по меньшей мере одну тепловую трубку можно предотвратить обусловленное высокой температурой падение вязкости и, тем самым, ухудшение передачи крутящего момента в вязкостной муфте. Тем самым, диапазон регулирования управляемой вязкостной муфты может быть увеличен по сравнению с обычной вязкостной муфтой с воздушным охлаждением и может включать, например, весь диапазон частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания.
Согласно дополнительному аспекту предлагается транспортное средство, например, наземное транспортное средство или плавучее средство, включающее двигатель внутреннего сгорания по одному из вариантов осуществления упомянутого аспекта. Наземным транспортным средством может быть транспортное средство хозяйственного назначения, к примеру, автобус, грузовой автомобиль или тягач.
Другие признаки и преимущества данного изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показаны:
Фиг. 1 Приблизительная блок-схема первого примера осуществления двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2 Приблизительная блок-схема второго примера осуществления двигателя внутреннего сгорания; и
Фиг. 3 График частоты вращения для регулировки управляемой вязкостной муфты, выполненной с возможностью внедрения в каждый из примеров осуществления изобретения.
На фиг. 1 изображен первый пример осуществления изобретения осуществления двигателя внутреннего сгорания, обозначенного общим номером позиции 100. Двигатель 100 внутреннего сгорания включает головку 102 цилиндров и блок 104 цилиндров, соединенные с контуром охлаждающей жидкости, обозначенным общим номером позиции 106. Двигатель 100 внутреннего сгорания дополнительно включает насос 108 охлаждающей жидкости, соединенный на стороне входа с линией 106-1 подачи контура 106 охлаждающей жидкости. На стороне выхода насос 108 охлаждающей жидкости соединен по текучей среде с каналами системы охлаждения в головке 102 и блоке 104 цилиндров.
В корпусе насоса 108 охлаждающей жидкости находится рабочее колесо 110 (например, крыльчатка или пропеллер) на приводном валу 112. Рабочее колесо 110 и конец приводного вала 112 со стороны насоса погружены в охлаждающую жидкость 114 контура 106 охлаждающей жидкости, заполняющую корпус насоса. В состав охлаждающей жидкости 114 входит, например, вода с добавками для повышения температуры замерзания и снижения вязкости.
Регулируемая частота вращения вала насоса 108 охлаждающей жидкости определяет объем циркулирующей в контуре 106 охлаждающей жидкости 114 в единицу времени. С обратной линией 106-2, температура жидкости в которой выше температуры жидкости в линии 106-1 подачи, контура 106 охлаждающей жидкости вниз по потоку относительно блока 104 цилиндров соединен радиатор 116. В качестве необязательного элемента контур 106 охлаждающей жидкости дополнительно включает термостат 118. Термостат 118 определяет протекающую через радиатор 116 долю охлаждающей жидкости 114 из общего объема циркулирующей в двигателе внутреннего сгорания охлаждающей жидкости 114.
Приводной вал 112 соединен с выходным валом вязкостной муфты 120, которая приводится в действие за счет привода 122 от двигателя 100 внутреннего сгорания. Привод 122 вязкостной муфты 120 может включать зубчатую передачу с фиксированным передаточным отношением к коленчатому валу двигателя 100 внутреннего сгорания. Вязкостная муфта 120 включает дилатантную жидкость 124, за счет вязкости которой происходит передача крутящего момента привода с внешних пластин 128 на внутренние пластины 126. Внутренние пластины 126 расположены на конце приводного вала 112 со стороны муфты без возможности вращения на приводном валу 112.
В приводном валу 112 размещается по меньшей мере одна тепловая трубка 130 для отвода тепла от дилатантной жидкости 124 к охлаждающей жидкости 114. Например, через внутренние пластины 126 конец тепловой трубки 130 со стороны муфты находится в теплообмене с дилатантной жидкостью 124, выступающей в роли источника тепла. Через рабочее колесо 110 конец тепловой трубки 130 со стороны насоса находится в теплообмене с охлаждающей жидкостью 114, выступающей в роли охладителя.
На фиг. 2 показана приблизительная блок-схема второго примера осуществления двигателя 100 внутреннего сгорания. Отдельные признаки второго примера осуществления изобретения можно комбинировать с признаками первого примера осуществления изобретения и/или они могут заменять их. В частности, соответствующие или заменяемые признаки необходимо обозначить согласующимися номерами позиций.
Для повышения эффективности теплопередачи между дилатантной жидкостью 124 и охлаждающей жидкостью 114 в тепловой трубке 130 в качестве охлаждающего средства используется обеспечивающая термическую конвекцию охлаждающая среда. В качестве охлаждающей среды используются органические и/или неорганические охлаждающие средства (которые, например, могут также использоваться как хладагенты). Первый конец тепловой трубки со стороны муфты, находящийся в тепловом контакте с вязкостной муфтой 120 (точнее: с дилатантной жидкостью 124), выступающей в роли источника тепла, служит в качестве испарителя охлаждающей среды в тепловой трубке 130. Второй конец тепловой трубки 130 со стороны насоса, противоположный первому концу, находится в тепловом контакте с насосом 108 охлаждающей жидкости (точнее: с охлаждающей жидкостью 114), выступающим в роли охладителя, и служит в качестве конденсатора охлаждающей среды.
Предпочтительно, чтобы тепловая трубка 130 включала один капилляр 132 или несколько капилляров 132, внутри которых находится охлаждающая среда. Под действием капиллярных сил охлаждающая среда в жидком агрегатном состоянии протекает от второго конца приводного вала со стороны насоса к первому концу приводного вала со стороны муфты. Тем самым, достигается рециркуляция охлаждающей среды для эффективной теплопередачи вдоль приводного вала 112.
Встроенная в приводной вал 112 тепловая трубка 130 позволяет поддерживать температуру дилатантной жидкости 124 практически на постоянном уровне благодаря тесной термической связи с температурой охлаждающей жидкости 114. Так как температура дилатантной жидкости 124 влияет на эффективность работы вязкостной муфты 120, эффект проскальзывания из-за высокой температуры исключается или уменьшается в значительной мере.
В отличие от традиционного способа охлаждения вязкостной муфты, например, только воздухом за счет увеличения контактной поверхности вязкостной муфты, эффективная температурная связь с охлаждающей жидкостью 114 позволяет уменьшить количество ребер 134 охлаждения вязкостной муфты 120 или полностью отказаться от таких ребер 134. В результате возможно снижение затрат на изготовление вязкостной муфты 120 и веса вязкостной муфты 120.
За счет встраивания тепловой трубки 130 в приводной вал 112 от традиционного воздушного охлаждения вязкостной муфты 120 можно отказаться или в значительной мере сократить количество его элементов. Это приведет к снижению затрат и уменьшению монтажного пространства, необходимого для установки вязкостной муфты 120. Благодаря стабильности и неизменности температуры дилатантной жидкости 124 срок службы такой вязкостной муфты по сравнению с традиционными вязкостными муфтами может быть увеличен.
В каждом из примеров осуществления изобретения двигатель 100 внутреннего сгорания может включать блок 136 управления, регулирующий частоту вращения вала насоса 108 охлаждающей жидкости с помощью вязкостной муфты 120. Так как управление частотой вращения вала насоса зависит от входных величин блока 136 управления, например, измеренной температуры охлаждающей жидкости 114 и/или измеренного температурного градиента в головке 102 или блоке 104 цилиндров, регулировке подвергается эта температура или, соответственно, этот температурный градиент. Работой блока 136 управления можно назвать регулировку частоты вращения вала насоса 108 охлаждающей жидкости.
На фиг. 3 схематически показан график 300 частоты вращения для регулирования вязкостной муфты 120 и, тем самым, частоты 302 вращения вала насоса 108 охлаждающей жидкости. Схематически изображенное на графике 300 регулирование может быть применено к каждому примеру осуществления двигателя 100 внутреннего сгорания.
На горизонтальной оси отражена частота 304 вращения вала двигателя внутреннего сгорания (т. е. частота вращения коленчатого вала). Изначальная прямая 306 показывает механическое передаточное отношение (например, 1:1,8 к коленчатому валу), т. е. частоту вращения привода 122 вязкостной муфты 120. Из-за проскальзывания, необходимого для передачи крутящего момента даже при максимальном зацеплении вязкостной муфты 120, максимальная частота 308 вращения на стороне отбора мощности вязкостной муфты 120, т. е. максимальная частота 308 вращения приводного вала 112, меньше частоты 306 вращения. Это минимальное проскальзывание уменьшается при малой нагрузке или при низких оборотах 304 двигателя и увеличивается с ростом нагрузки или оборотов 304 двигателя.
Благодаря фиксированной температурной связи дилатантной жидкости 124 с охлаждающей жидкостью 114 через тепловую трубку 130 весь диапазон 310 регулирования может быть доступен в области ниже максимальных оборотов 308 в блоке 136 управления вязкостной муфтой 120. Ограничение диапазона 310 регулирования из-за обычной зоны проскальзывания под действием высокой температуры может не потребоваться благодаря температурной связи посредством тепловой трубки 130.
Обычная зона 312 проскальзывания под действием высокой температуры может возникать из-за большой тепловой мощности на высоких оборотах 304 двигателя и/или при больших величинах срезывающего усилия (т. е. при большом моменте нагрузки) в дилатантной жидкости обычной вязкостной муфты (например, только с воздушным охлаждением) и приводить к неконтролируемому повышению температуры дилатантной жидкости 124, в результате чего из-за падения вязкости под действием температуры и/или при перегреве дилатантной жидкости 124 обычная зона 312 проскальзывания под действием высокой температуры недоступна при регулировании традиционной вязкостной муфты.
Контролируемая с помощью по меньшей мере одной тепловой трубки 130 температура дилатантной жидкости 124 позволяет уменьшить зону проскальзывания под действием высокой температуры или сделать ее нерелевантной для диапазона 310 регулирования. Это позволяет, например, на высоких оборотах 304 двигателя и при малой потребности в мощности насоса 108 охлаждающей жидкости (например, при движении по шоссе на горизонтальном участке или при спуске) уменьшить 314 частоту 302 вращения вала насоса и, тем самым, снизить расход топлива. Эта возможность отсутствует у традиционной вязкостной муфты из-за наличия обычной зоны 312 проскальзывания под воздействием высокой температуры при регулировании.
Хотя данное изобретение описано со ссылкой на примерный вариант осуществления, для специалиста понятно, что существует возможность внесения различных изменений и использования в качестве замены эквивалентных решений. Дополнительно может быть предпринято множество модификаций для адаптации существа изобретения к конкретным диапазонам мощности или к конкретным случаям применения двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, данное изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а охватывает все варианты, подпадающие под действие прилагаемых формул изобретения.
Список номеров позиций
100 Двигатель внутреннего сгорания
102 Головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания
104 Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания
106 Контур охлаждающей жидкости
108 Насос охлаждающей жидкости в контуре охлаждающей жидкости
110 Рабочее колесо насоса охлаждающей жидкости
112 Приводной вал насоса охлаждающей жидкости
114 Охлаждающая жидкость
116 Радиатор контура охлаждающей жидкости
118 Термостат контура охлаждающей жидкости
120 Вязкостная муфта
122 Привод вязкостной муфты
124 Дилатантная жидкость
126 Внутренние пластины вязкостной муфты
128 Внешние пластины вязкостной муфты
130 Тепловая трубка
132 Капилляры тепловой трубки
134 Ребра охлаждения вязкостной муфты
136 Блок управления
300 График частоты вращения
302 Частота вращения вала насоса
304 Частота вращения вала двигателя
306 Частота вращения вязкостной муфты на стороне привода
308 Частота вращения вязкостной муфты на стороне отбора мощности
310 Диапазон регулирования вязкостной муфты
312 Обычная зона проскальзывания под действием высокой температуры
314 Снижение частоты вращения вала насоса

Claims (15)

1. Двигатель (100) внутреннего сгорания, в частности, транспортного средства, включающий контур (106-1, 106-2) охлаждающей жидкости, соединенный с головкой (102) цилиндров и/или блоком (104) цилиндров двигателя (100) внутреннего сгорания или выполненный с возможностью такого соединения и включающий насос (108) охлаждающей жидкости, который включает приводной вал (112) и выполнен с возможностью обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости (114) в контуре (106-1, 106-2) охлаждающей жидкости; и
вязкостную муфту (120), установленную для приведения в действие приводом (122) от двигателя (100) внутреннего сгорания или выполненную с возможностью такой установки, включающую дилатантную жидкость (124) для передачи крутящего момента и выходную сторону, соединенную с приводным валом (112) насоса (108) охлаждающей жидкости,
отличающийся тем, что приводной вал (112) насоса (108) охлаждающей жидкости включает по меньшей мере одну тепловую трубку (130), находящуюся в теплообмене с дилатантной жидкостью (124) в качестве источника тепла и с охлаждающей жидкостью (114) в качестве охладителя либо выполненную с возможностью теплообмена.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, в котором вязкостная муфта (120) включает омываемые дилатантной жидкостью (124) пластины (126), которые соединены с приводным валом (112) без возможности вращения и через которые тепловая трубка (130) находится в теплообмене с соединительной текучей средой (124) в качестве источника тепла.
3. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в котором насос (108) охлаждающей жидкости включает омываемое дилатантной жидкостью (114) рабочее колесо (110), которое соединено с приводным валом (112) без возможности вращения и через которое тепловая трубка (130) находится в теплообмене с охлаждающей жидкостью (114) в качестве охладителя.
4. Двигатель внутреннего сгорания по одному из пп. 1-3, в котором контур (106-1, 106-2) охлаждающей жидкости дополнительно включает радиатор (116) и термостат (118).
5. Двигатель внутреннего сгорания по одному из пп. 1-4, в котором тепловая трубка (130) включает один капилляр (132) или несколько капилляров (132), продолжающийся или продолжающиеся вдоль приводного вала (112).
6. Двигатель внутреннего сгорания по п. 5, в котором капилляр (132) или по меньшей мере один из капилляров (132) тепловой трубки (130) расположен соосно приводному валу (112).
7. Двигатель внутреннего сгорания по п. 5 или 6, в котором по меньшей мере один капилляр (132) содержит рабочую среду, испаряющуюся в результате теплового контакта с источником тепла и конденсирующуюся в результате теплового контакта с охладителем.
8. Двигатель внутреннего сгорания по п. 7, в котором тепловая трубка (130) представляет собой замкнутую систему с рабочей средой.
9. Двигатель внутреннего сгорания по одному из пп. 1-8, в котором тепловое сопротивление тепловой линии в металле приводного вала (112) многократно превышает тепловое сопротивление тепловой линии в тепловой трубке (130).
10. Двигатель внутреннего сгорания по одному из пп. 1-9, дополнительно включающий блок (136) управления, регулирующий коэффициент сцепления вязкостной муфты в зависимости от температуры охлаждающей жидкости (114).
11. Двигатель внутреннего сгорания по одному из пп. 1-10, в котором тепловая трубка (130) расположена соосно приводному валу (112).
12. Двигатель внутреннего сгорания по одному из пп. 1-11, в котором теплоемкость охлаждающей жидкости (114) многократно превосходит теплоемкость дилатантной жидкости (124).
13. Транспортное средство, в частности, транспортное средство хозяйственного назначения, с двигателем (100) внутреннего сгорания по одному из пп. 1-12.
RU2018132688A 2017-09-29 2018-09-13 Технология охлаждения двигателя внутреннего сгорания RU2764490C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017122700.8A DE102017122700A1 (de) 2017-09-29 2017-09-29 Technik zur Kühlung für eine Brennkraftmaschine
DE102017122700.8 2017-09-29

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018132688A RU2018132688A (ru) 2020-03-13
RU2018132688A3 RU2018132688A3 (ru) 2021-12-02
RU2764490C2 true RU2764490C2 (ru) 2022-01-17

Family

ID=63407059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132688A RU2764490C2 (ru) 2017-09-29 2018-09-13 Технология охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10815864B2 (ru)
EP (1) EP3462004B1 (ru)
CN (1) CN109578128B (ru)
DE (1) DE102017122700A1 (ru)
RU (1) RU2764490C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020125317A1 (de) * 2020-09-28 2022-03-31 Claas Tractor Sas Kühlgebläse und Betriebsverfahren dafür

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4118684A1 (de) * 1991-06-07 1992-12-10 Bayerische Motoren Werke Ag Fluessigkeitsreibungskupplung fuer ein kuehlgeblaese
EP0641947A2 (de) * 1993-07-30 1995-03-08 Behr GmbH & Co. Antriebsvorrichtung für eine Wasserpumpe
DE4335342A1 (de) * 1993-10-16 1995-04-20 Behr Gmbh & Co Wassergekühlte Flüssigkeitsreibungskupplung
US6481390B1 (en) * 2001-06-19 2002-11-19 Borg Warner, Inc. Water pump with electronically controlled viscous coupling drive
RU2443875C2 (ru) * 2007-02-15 2012-02-27 Боргварнер Инк. Нагреватель вязкой охлаждающей жидкости с переменной скоростью привода насоса системы охлаждения
RU2628140C2 (ru) * 2012-07-13 2017-08-15 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением и способ работы двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3749214A (en) * 1971-11-26 1973-07-31 Eaton Corp Viscous coupling having an improved coolant system
US5613588A (en) * 1995-02-02 1997-03-25 Clark Equipment Company Clutch coolant flow control device
US6382309B1 (en) * 2000-05-16 2002-05-07 Swales Aerospace Loop heat pipe incorporating an evaporator having a wick that is liquid superheat tolerant and is resistant to back-conduction
DE10332947A1 (de) * 2003-07-19 2005-02-03 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
DE102011016204A1 (de) * 2011-04-06 2012-10-11 Man Truck & Bus Ag Antriebssystem der Motorkühlung für Kraftfahrzeuge
DE102012201341B4 (de) * 2012-01-31 2021-10-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Strömungskupplung für einen variablen Antrieb einer Kühlmittelpumpe
JP6263188B2 (ja) * 2012-09-22 2018-01-17 ホートン， インコーポレイテッド 調節可能ポンプ機構および／またはロータを通る戻し孔を備える粘性クラッチ
US9404392B2 (en) * 2012-12-21 2016-08-02 Elwha Llc Heat engine system
US9752832B2 (en) * 2012-12-21 2017-09-05 Elwha Llc Heat pipe
SE541690C2 (en) * 2015-03-02 2019-11-26 Scania Cv Ab A device and a method for controlling a radiator fan in a vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4118684A1 (de) * 1991-06-07 1992-12-10 Bayerische Motoren Werke Ag Fluessigkeitsreibungskupplung fuer ein kuehlgeblaese
EP0641947A2 (de) * 1993-07-30 1995-03-08 Behr GmbH & Co. Antriebsvorrichtung für eine Wasserpumpe
DE4335342A1 (de) * 1993-10-16 1995-04-20 Behr Gmbh & Co Wassergekühlte Flüssigkeitsreibungskupplung
US6481390B1 (en) * 2001-06-19 2002-11-19 Borg Warner, Inc. Water pump with electronically controlled viscous coupling drive
RU2443875C2 (ru) * 2007-02-15 2012-02-27 Боргварнер Инк. Нагреватель вязкой охлаждающей жидкости с переменной скоростью привода насоса системы охлаждения
RU2628140C2 (ru) * 2012-07-13 2017-08-15 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением и способ работы двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017122700A1 (de) 2019-04-04
US10815864B2 (en) 2020-10-27
RU2018132688A3 (ru) 2021-12-02
US20190101044A1 (en) 2019-04-04
BR102018069798A2 (pt) 2019-09-17
EP3462004A1 (de) 2019-04-03
RU2018132688A (ru) 2020-03-13
EP3462004B1 (de) 2019-11-27
CN109578128A (zh) 2019-04-05
CN109578128B (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7832204B2 (en) Engine system including heat pipe
KR101550628B1 (ko) 멀티 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템
US20170248065A1 (en) Thermal management system and method ofmaking and using the same
US20180149260A1 (en) Apparatus for active thermal management of transmission lubricant
KR20020045822A (ko) 고/저온 수냉식 냉각시스템
RU2013147738A (ru) Система охлаждения для агрегата с приводом от двигателя, способ охлаждения двигателя и силовой электроники агрегата с приводом от двигателя и система охлаждения (варианты)
CN206017679U (zh) 一种变速器油温控制系统
CN107882624A (zh) 工程车辆双循环冷却系统
RU2764490C2 (ru) Технология охлаждения двигателя внутреннего сгорания
WO2022016766A1 (zh) 一种高效混动发动机冷却系统及其控制方法
Prakash et al. Design and modification of radiator in IC engine cooling system for maximizing efficiency and life
CN107339141A (zh) 一种汽车发动机舱冷却系统
US3661237A (en) Water-cooled viscous coupling
SE538343C2 (sv) Kylsystem i ett fordon
WO2014039287A1 (en) Thermal system transmission cooler
CN204961050U (zh) 发动机冷却系统及车辆
KR101684553B1 (ko) 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
CN207715222U (zh) 工程车辆双循环冷却系统
US10781771B1 (en) Automatic cooling system for combustion engine
JP4748103B2 (ja) 内燃機関の冷却装置
BR102018069798B1 (pt) Motor de combustão interna e veículo a motor com tal motor
KR101976499B1 (ko) 차량용 엔진 웜업 장치
US10030717B2 (en) Liquid cooled fan clutch
RU2372228C1 (ru) Способ регулирования системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания
US20200271083A1 (en) Heating system for engine