RU49910U1

RU49910U1 - ENGINE COOLING SYSTEM

Info

Publication number: RU49910U1
Application number: RU2005118486/22U
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Костин; В.А. Гаврилин; В.И. Костиков; С.П. Афанасьев; Н.Г. Скворцов; А.И. Матюхин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ОРЛЭКС"
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2005-12-10

Abstract

Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно к системе охлаждения автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение инерционности, повышение надежности и экономичности системы охлаждения двигателя в целом и упрощение ее конструкции. Технический результат достигается за счет того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания применен электротермостат, регулирующий температуру охлаждающей жидкости (принудительный нагрев и охлаждение происходит непосредственно в корпусе электротермостата), при этом корпус электротермостата представляет собой герметичный радиатор, на внешней боковой поверхности которого симметрично относительно центральной оси электротермостата, с целью повышения холодильного коэффициента, расположены термоэлектрические модули, работающие на основе эффекта Пельтье, а внутренняя полость радиатора разделена перегородками на отдельные ячейки для быстрого регулирования за счет теплообмена температуры потока охлаждающей жидкости от рубашки охлаждения двигателя к «водяному» насосу.The utility model relates to the field of automotive industry, namely to the cooling system of an automobile internal combustion engine. The technical task of the proposed utility model is to reduce inertia, increase the reliability and efficiency of the engine cooling system as a whole, and simplify its design. The technical result is achieved due to the fact that in the cooling system of the internal combustion engine an electrothermostat is used that controls the temperature of the coolant (forced heating and cooling takes place directly in the electrothermostat case), while the electrothermostat case is a sealed radiator, on the outer side surface of which is symmetrical with respect to the central the axis of the electrothermostat, in order to increase the refrigeration coefficient, thermoelectric modules, located otayuschie based on the Peltier effect, and the internal cavity of the radiator is divided by partitions into individual cells for a quick regulation by heat exchange the temperature of the coolant flow from the engine cooling jacket to "water" pump.

Description

Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно к системе охлаждения автомобильного двигателя внутреннего сгорания.The utility model relates to the field of automotive industry, namely to the cooling system of an automobile internal combustion engine.

Известны системы охлаждения автомобильных двигателей ВАЗ с термостатами типа ТС 103-1306010 и 2109-1306010 (см. инструкцию по монтажу, пуску, регулированию и обкатке ТКСИ.423117.041 ИМ, ЗАО«ОРЛЭКС», г. Орел), имеющая два контура системы охлаждения для циркуляции охлаждающей жидкости, основными элементами которых являются: двигатель с рубашкой охлаждения, «водяной» насос охлаждающей жидкости, радиатор охлаждения, радиатор отопителя, термостат, снабженный термосиловым датчиком кинематически связанным с основным и дополнительным перепускным клапанами, имеющими форму дисков. В момент запуска автомобильного двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 82°С, основной клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость циркулирует по малому контуру системы охлаждения - из двигателя, минуя радиатор охлаждения, через дополнительный перепускной клапан термостата, «водяной» насос в рубашку охлаждения двигателя. При повышении температуры охлаждающей жидкости выше 82°С твердый наполнитель термосилового датчика термостата плавится, расширяется и воздействует на шток и связанный с ним основной и дополнительный клапана термостата. В результате этого основной клапан термостата открывается, направляя поток нагретой охлаждающей жидкости по большому контуру системы охлаждения - из двигателя через радиатор охлаждения, термостат и «водяной» насос в рубашку охлаждения двигателя, а дополнительный клапан термостата закрывается, перекрывая поток охлаждающей жидкости по малому кругу.Known cooling systems for automobile engines VAZ with thermostats type TC 103-1306010 and 2109-1306010 (see the installation, start-up, regulation and running-in instructions TKSI.423117.041 IM, JSC "ORLEX", Oryol), which has two cooling system circuits for circulation of the coolant, the main elements of which are: an engine with a cooling jacket, a “water” coolant pump, a cooling radiator, a heater radiator, a thermostat equipped with a thermal power sensor kinematically connected to the main and additional bypass valves, having the form of disks. At the time of starting the automobile engine, when the coolant temperature is below 82 ° C, the main valve of the thermostat is closed and the coolant circulates along the small circuit of the cooling system - from the engine, bypassing the cooling radiator, through an additional bypass valve of the thermostat, a “water” pump into the engine cooling jacket . When the temperature of the coolant rises above 82 ° С, the solid filler of the thermo-force sensor of the thermostat melts, expands, and acts on the stem and the main and additional thermostat valves associated with it. As a result of this, the main valve of the thermostat opens, directing the flow of heated coolant along the large circuit of the cooling system — from the engine through the cooling radiator, the thermostat and the “water” pump to the engine cooling jacket, and the additional thermostat valve closes, blocking the flow of coolant in a small circle.

Известна система охлаждения двигателя по патенту РФ на изобретение №2183753 (приоритет от 19.07.2000 г.), отличительной особенностью которой является то, что дополнительный перепускной клапан термостата для увеличения гидравлического сопротивления Known engine cooling system according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2183753 (priority from 07/19/2000), the distinguishing feature of which is that an additional bypass valve thermostat to increase hydraulic resistance

выполнен в виде конуса со стороны термосилового датчика, переходящего с противоположной стороны в цилиндр с возможностью его перемещения. В нижней части дополнительного клапана имеется дроссельное отверстие, обеспечивающее нужную величину гидравлического сопротивления и направляя таким образом основной поток охлаждающей жидкости по малому контуру системы охлаждения в радиатор отопителя, а не по параллельному большому контуру.It is made in the form of a cone from the side of the thermo-force sensor, passing from the opposite side into the cylinder with the possibility of its movement. In the lower part of the additional valve there is a throttle hole that provides the desired hydraulic resistance and thus directs the main flow of coolant along the small circuit of the cooling system to the radiator of the heater, and not along the parallel large circuit.

Известна система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания по патенту GB №2312739 А, (приоритет от 30.01.1997 г.) содержащая термостат, имеющий главный и вспомогательный клапаны, которые приводятся в действие термосиловым датчиком, заполненным термореактивным твердым наполнителем (например, термовоском) и снабженным электрическим резистором в качестве нагревательного элемента. Резистор установлен внутри кожуха термосилового датчика в непосредственной близости от его штока. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения термореактивный наполнитель датчика меняет свой объем и через шток изменяет положение клапанов, направляя и регулируя поток охлаждающей жидкости по малому контуру системы охлаждения или большому - через радиатор. Нагревательный элемент при необходимости ускоряет процесс объемного расширения термореактивного наполнителя и смещает температуры начала открытия основного клапана.A known cooling system for an internal combustion engine according to GB patent No. 2312739 A, (priority from 01/30/1997) containing a thermostat having main and auxiliary valves, which are actuated by a thermosensor filled with a thermoset solid filler (for example, a thermal wax) and equipped with electrical resistor as a heating element. The resistor is installed inside the casing of the thermo-power sensor in the immediate vicinity of its rod. Depending on the temperature of the coolant in the cooling system, the thermosetting filler of the sensor changes its volume and through the rod changes the position of the valves, directing and regulating the flow of coolant along the small circuit of the cooling system or the large one through the radiator. The heating element, if necessary, accelerates the process of volume expansion of the thermosetting filler and shifts the starting temperature of the opening of the main valve.

Одним из наиболее близких технических решений к предлагаемой системе охлаждения двигателя является изобретение "Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания" по патенту РФ №2165028 (приоритет от 14.12.1999 г.). Устройство содержит корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя и отвода на перепуск и холодильник, два клапана, закрепленные на штоке, установленном в полости датчика температуры с термореактивным твердым наполнителем. На внешней поверхности датчика закреплен термоэлектрический охладитель-нагреватель (термоэлектрический модуль). Горячие (холодные) спаи термоэлектрического модуля за счет теплообмена подогревают твердый наполнитель датчика температуры, а холодные (горячие) спаи охлаждаются (нагреваются) в охлаждающей жидкости, то есть в единой окружающей среде. Кроме того, в корпусе устройства дополнительно установлен электрический датчик температуры.One of the closest technical solutions to the proposed engine cooling system is the invention "Device for regulating the temperature of the coolant of an internal combustion engine" according to the patent of the Russian Federation No. 2165028 (priority from 12/14/1999). The device comprises a housing with nozzles for supplying coolant from the engine and the outlet to the bypass and refrigerator, two valves mounted on a rod mounted in the cavity of the temperature sensor with thermosetting solid filler. A thermoelectric cooler-heater (thermoelectric module) is fixed on the outer surface of the sensor. Due to heat exchange, hot (cold) junctions of the thermoelectric module heat up the solid filler of the temperature sensor, and cold (hot) junctions are cooled (heated) in a coolant, that is, in a single environment. In addition, an electric temperature sensor is additionally installed in the device case.

Общим недостатком рассмотренных систем охлаждения автомобильных двигателей, включающих термостаты, содержащие A common disadvantage of the considered cooling systems of automobile engines, including thermostats containing

клапаны для изменения направления потока охлаждающей жидкости (по малому или большому контуру) и термосиловой датчик с твердым термореактивным наполнителем, являются большие массогабаритные характеристики систем охлаждения, значительное число комплектующих изделий, и, как следствие, низкая надежность и большая инерционность, что снижает экономический и экологический эффект - повышенный расход топлива и значительный выброс в атмосферу вредных отработанных газов (СО и НС), а так же тепловое "короткое" замыкание между горячим и холодным спаями термоэлектрического модуля через охлаждающую жидкость.valves for changing the direction of flow of the coolant (along a small or large circuit) and a thermo-force sensor with solid thermosetting filler are large mass-dimensional characteristics of cooling systems, a significant number of components, and, as a result, low reliability and high inertia, which reduces economic and environmental effect - increased fuel consumption and a significant emission of harmful exhaust gases (СО and НС) into the atmosphere, as well as a thermal "short" circuit between hot and cold in units of the thermoelectric module through the coolant.

Известен «Холодильный термоэлектрический блок» по патенту РФ на изобретение №2092753 (приоритет от 13.06.96 г.). Холодильный блок содержит два или более термомодулей, на горячих и холодных спаях которых установлены радиаторы с размещенным между ними слоем теплоизоляционного материала, и вентиляторы для обдува радиаторов. Радиатор горячих спаев выполнен в виде автономных секций, каждая из которых закреплена только на одном термомодуле, а для обдува выбран вентилятор с диаметром крыльчатки, превышающей высоту радиатора, при этом вентилятор и радиатор размещены в направляющем кожухе с отверстиями для входа и выхода воздуха, и имеющем форму диффузора с сужением в сторону радиатора для создания потока воздуха с повышенной скоростью при обдуве последнего. Холодильный термоэлектрический блок по патенту №2092753 не может быть использован в системе охлаждения автомобильных двигателей, так как он предназначен для воздушного охлаждения объекта и конструктивно не может быть применен в жидкостной системе охлаждения двигателя, так как имеет электродвигатель для обдува радиаторов горячих спаев и выполнение радиаторов горячих спаев в виде отдельных плоских автономных секций, герметично не связанных между собой.The well-known "Refrigeration thermoelectric unit" according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2092753 (priority from 06/13/96). The refrigeration unit contains two or more thermal modules, on hot and cold junctions of which radiators are installed with a layer of heat-insulating material placed between them, and fans for blowing radiators. The radiator of hot junctions is made in the form of autonomous sections, each of which is mounted on only one thermal module, and a fan with a fan diameter exceeding the height of the radiator is selected for blowing, while the fan and radiator are placed in a guide casing with openings for air inlet and outlet, and having the shape of the diffuser with a narrowing towards the radiator to create an air flow with increased speed when blowing the latter. The refrigerating thermoelectric unit according to patent No. 2092753 cannot be used in the cooling system of automobile engines, since it is designed for air cooling of an object and cannot be structurally used in a liquid cooling system of an engine, since it has an electric motor for blowing hot junctions radiators and making hot radiators junctions in the form of separate flat autonomous sections, hermetically unconnected.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение инерционности, повышение надежности и экономичности системы охлаждения двигателя в целом и упрощение ее конструкции.The technical task of the proposed utility model is to reduce inertia, increase the reliability and efficiency of the engine cooling system as a whole, and simplify its design.

Технический результат достигается за счет того, что в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания применен электротермостат, регулирующий температуру охлаждающей жидкости (принудительный нагрев и охлаждение происходит непосредственно в корпусе электротермостата), при этом корпус электротермостата представляет собой герметичный радиатор, на внешней боковой поверхности которого симметрично относительно The technical result is achieved due to the fact that in the cooling system of the internal combustion engine an electrothermostat is used that controls the temperature of the coolant (forced heating and cooling takes place directly in the electrothermostat casing), while the electrothermostat casing is a sealed radiator, on the outer side surface of which is symmetrically

центральной оси электротермостата, с целью повышения холодильного коэффициента, расположены термоэлектрические модули, работающие на основе эффекта Пельтье, а внутренняя полость радиатора разделена перегородками на отдельные ячейки для быстрого регулирования за счет теплообмена температуры потока охлаждающей жидкости от рубашки охлаждения двигателя к «водяному» насосу.In order to increase the cooling coefficient, the thermoelectric modules based on the Peltier effect are located on the central axis of the electrothermostat, and the inner cavity of the radiator is divided by partitions into separate cells for quick regulation due to heat exchange of the temperature of the coolant flow from the engine cooling jacket to the “water” pump.

На фиг.1 изображена схема системы охлаждения двигателя с электротермостатом, а на фиг.2 - электротермостат в поперечном разрезе.Figure 1 shows a diagram of an engine cooling system with an electric thermostat, and Fig. 2 is a cross-sectional view of an electric thermostat.

Система охлаждения двигателя состоит из следующих основных узлов: двигателя 1, «водяного» насоса 2, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости по замкнутому контуру системы охлаждения, радиатора отопителя салона 3, расширительного бачка 4, электротермостата 5, внутренняя полость которого разделена перегородками на отдельные ячейки 6, обеспечивающие быстрый теплообмен между корпусом 7 электротермостата 5 и потоком охлаждающей жидкости. На внешней боковой поверхности корпуса 7, симметрично относительно центральной оси электротермостата 5, расположены термоэлектрические модули 8 (например, типа ТОМ или ТОБ), связанные с электронным блоком управления (ЭБУ), контролирующем работу системы охлаждения. Каждый из термоэлектрических модулей 8 снабжен своим воздушным радиатором 9, имеющим ребристую поверхность и изготовленным из материала, обладающим большой теплопроводностью. Пространство между корпусом 7 и радиаторами 9 заполнено теплоизоляционным веществом 10 малой теплопроводности.The engine cooling system consists of the following main components: engine 1, a “water” pump 2, which circulates the coolant in a closed circuit of the cooling system, the radiator of the passenger compartment heater 3, expansion tank 4, and the electrothermostat 5, the internal cavity of which is divided by partitions into separate cells 6, providing rapid heat transfer between the housing 7 of the electrothermostat 5 and the flow of coolant. On the outer side surface of the housing 7, symmetrically relative to the central axis of the electrothermostat 5, are thermoelectric modules 8 (for example, type TOM or TOB) connected to an electronic control unit (ECU) that controls the operation of the cooling system. Each of the thermoelectric modules 8 is equipped with its own air radiator 9 having a ribbed surface and made of a material with high thermal conductivity. The space between the housing 7 and the radiators 9 is filled with heat-insulating substance 10 of low thermal conductivity.

Система охлаждения двигателя работает следующим образом.The engine cooling system operates as follows.

В момент запуска двигателя сигналы с датчиков ЭБУ (температуры охлаждающей жидкости на входе и выходе двигателя, температуры окружающей среды, скорости, нагрузки двигателя и т.д.) поступают на электронный блок управления (ЭБУ) системой охлаждения двигателя, в котором формируется заданный оптимальный алгоритм управления температурой охлаждающей жидкости. Если температура охлаждающей жидкости ниже заданного значения (82°С), то ЭБУ выдает команду на включение термоэлектрических модулей 8 на нагрев охлаждающей жидкости. Спаи термоэлектрических модулей 8, взаимодействующие с внешней At the time of starting the engine, signals from the ECU sensors (coolant temperature at the engine inlet and outlet, ambient temperature, speed, engine load, etc.) are sent to the electronic control unit (ECU) of the engine cooling system, in which the specified optimal algorithm is generated coolant temperature control. If the coolant temperature is lower than the set value (82 ° C), then the computer will issue a command to turn on the thermoelectric modules 8 to heat the coolant. Junction of thermoelectric modules 8, interacting with external

поверхностью корпуса 7 электротермостата 5, нагреваются и, благодаря высокой теплопроводности материала, из которого изготовлен корпус 7, нагревают проходящую по его ячейкам 6 охлаждающую жидкость, обеспечивая быстрый прогрев двигателя 1. Спаи термоэлектрических модулей 8, взаимодействующие с радиаторами 9, охлаждаются. «Водяной» насос 2 обеспечивает бесперебойную циркуляцию охлаждающей жидкости по замкнутому контуру системы охлаждения.the surface of the casing 7 of the electrothermostat 5 is heated and, due to the high thermal conductivity of the material from which the casing 7 is made, the cooling fluid passing through its cells 6 is heated, providing rapid heating of the engine 1. The junctions of thermoelectric modules 8 interacting with radiators 9 are cooled. "Water" pump 2 provides uninterrupted circulation of the coolant in a closed loop cooling system.

Если в процессе работы двигателя температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения превысила заданное значение (82°С), то ЭБУ включает термоэлектрические модули 8 на охлаждение путем реверсирования направления тока в термоэлектрических модулях 8 (эффект Пельтье). Спаи термоэлектрических модулей 8, расположенные со стороны корпуса 7 электротермостата 5 охлаждаются, осуществляя охлаждение охлаждающей жидкости, а спаи термоэлектрических модулей 8 расположенные со стороны радиатора 9 нагреваются, отдавая тепло в окружающую среду.If during the operation of the engine the temperature of the coolant in the cooling system exceeded the set value (82 ° C), then the ECU includes thermoelectric modules 8 for cooling by reversing the direction of the current in thermoelectric modules 8 (Peltier effect). The junctions of thermoelectric modules 8 located on the side of the casing 7 of the electrothermostat 5 are cooled by cooling the coolant, and the junctions of thermoelectric modules 8 located on the side of the radiator 9 are heated, giving off heat to the environment.

Таким образом, система охлаждения двигателя, имеющая в своем составе электротермостат 5, оснащенный термоэлектрическими модулями 8, осуществляет постоянное комбинированное регулирование температуры охлаждающей жидкости двигателя 1 в зависимости от ее температуры на входе и выходе двигателя 1 и температуры окружающей среды с учетом текущего значения скорости и нагрузки двигателя 1 в режиме реального времени. Электронный блок управления, изменяя направление электрического тока и его силу в термоэлектрических модулях 8 электротермостата 5, дает команду либо на нагрев, либо на охлаждение охлаждающей жидкости проходящей через электротермостат 5. Такое регулирование температуры охлаждающей жидкости обеспечивает наиболее оптимальный благоприятный температурный режим запуска и работы автомобильного двигателя, а так же оптимизирует расход топлива и снижает содержание вредных веществ в выхлопном газе.Thus, the engine cooling system, comprising an electrothermostat 5, equipped with thermoelectric modules 8, provides constant combined control of the temperature of the coolant of engine 1 depending on its temperature at the inlet and outlet of engine 1 and the ambient temperature, taking into account the current value of speed and load engine 1 in real time. The electronic control unit, changing the direction of the electric current and its strength in the thermoelectric modules 8 of the electrothermostat 5, gives a command to either heat or cool the coolant passing through the electrothermostat 5. Such regulation of the temperature of the coolant provides the most optimal favorable temperature mode for starting and operating the automobile engine , as well as optimizes fuel consumption and reduces the content of harmful substances in the exhaust gas.

Предлагаемая система охлаждения двигателя имеет высокую надежность, компактна и малую инерционность, что существенно повышает энергоэкономические и экологические показатели автомобильных двигателей внутреннего сгорания в целом.The proposed engine cooling system has high reliability, compactness and low inertia, which significantly increases the energy and environmental performance of automotive internal combustion engines as a whole.

Claims

The cooling system of an internal combustion engine, including a "water" pump of a cooling liquid, a cooling radiator, a radiator for the passenger compartment heater, an electronic control unit connected to an electrothermostat, thermoelectric modules of which operate on the basis of the Peltier effect, characterized in that the thermostat housing is both a cooling and heating radiator coolant, on the outer side surface of which thermoelectric modules are located symmetrically with respect to the central axis of the electrothermostat, moreover, the inner cavity of the radiator is divided by partitions into cells that provide active heat transfer and control the temperature of the coolant flow from the engine to the "water" pump.