RU2101516C1 - Liquid cooling system of internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines designed for operation at low ambient temperatures. SUBSTANCE: supply manifold consists of two sections with oil cooler installed in between. First section of supply manifold, before oil cooler, is coupled with one of two inlet holes of block, and second section, after oil cooler, with second inlet hole of block. First and second inlet holes are arranged at different levels in height. Ratio of passage areas of second and first holes is 1.5-2.0. EFFECT: enhanced cooling of engine. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, более конкретно к усовершенствованию систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of engineering, in particular to engine building, and more particularly to the improvement of liquid cooling systems of internal combustion engines.

Известна система жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС)[1]
Система включает в себя полости охлаждения блока и крышек цилиндров с входными, перепускными и выпускными отверстиями, подводящий коллектор, связанный с входными отверстиями полости охлаждения блока, отводящий коллектор, "горячий" и "холодный" контуры циркуляции охлаждающей жидкости. Причем "горячий" контур включает первый циркуляционный насос, первый радиатор, а "холодный" второй циркуляционный насос, второй радиатор, охладители масла и наддувочного воздуха, а также магистрали межконтурного перепуска и распределитель жидкости.Known liquid cooling system of internal combustion engines (ICE) [1]
The system includes cooling cavities of the block and cylinder covers with inlet, bypass and outlet openings, a supply manifold connected to the inlet openings of the cooling unit, a discharge manifold, "hot" and "cold" coolant circuits. Moreover, the "hot" circuit includes a first circulation pump, a first radiator, and a "cold" second circulation pump, a second radiator, oil and charge air coolers, as well as cross-circuit bypass lines and a liquid distributor.

Такая система работает неэкономично, т.к. в каждом из контуров циркуляции охлаждающей жидкости имеется свой циркуляционный насос, на привод которых затрачивается значительная часть мощности двигателя. К недостаткам системы следует отнести и то, что при параллельной работе обоих контуров, например, при прогреве двигателя, система не может обеспечить ускоренный прогрев масла, что в конечном итоге приводит к увеличению времени прогрева, а следовательно, и к повышенному расходу топлива и смазочного масла. Кроме того, наличие двух циркуляционных насосов и двух радиаторов приводит к усложнению системы в целом. Such a system works uneconomically, because each of the coolant circuits has its own circulation pump, the drive of which consumes a significant part of the engine power. The disadvantages of the system include the fact that in case of parallel operation of both circuits, for example, when the engine is warming up, the system cannot provide accelerated heating of the oil, which ultimately leads to an increase in the warm-up time and, consequently, to increased consumption of fuel and lubricating oil . In addition, the presence of two circulation pumps and two radiators leads to the complication of the system as a whole.

Известна также система жидкостного охлаждения ДВС [2] Система включает в себя полости охлаждения блока и крышек цилиндров с входными, перепускными и выпускными отверстиями, подводящий коллектор, связанный с входными отверстиями полости охлаждения блока, отводящий коллектор, циркуляционный насос, радиатор, двухклапанный термостат, охладитель масла, подключенный параллельно головке цилиндра. The ICE liquid cooling system is also known [2]. The system includes a cooling cavity for a block and cylinder covers with inlet, bypass and outlet openings, a supply manifold connected to inlet openings of the cooling unit, a discharge manifold, a circulation pump, a radiator, a two-valve thermostat, a cooler oil connected in parallel to the cylinder head.

Однако эта система так же как и система [1] является неэкономичной, так как часть охлаждающей жидкости, направляемой в масляный охладитель, не участвует в охлаждении цилиндров двигателя, поэтому для обеспечения нормальной работы системы циркуляционный насос выбирают о повышенной производительностью (на величину расхода жидкости, проходящей через масляный охладитель), на что затрачивается определенная часть мощности двигателя. Кроме того, для обеспечения расхода жидкости через масляный охладитель гидравлическое сопротивление полостей охлаждения блока и головок цилиндров двигателя должно быть соизмеримо с гидравлическим сопротивлением водяной полости масляного охладителя. К недостаткам системы следует отнести также увеличенную неравномерность распределения охлаждающей жидкости по рубашкам отдельных цилиндров из-за отвода части жидкости в охладитель и отсутствие устройства, позволяющего регулировать расход жидкости, проходящей как через блок цилиндров, так и через охладитель масла. Указанные недостатки способствуют повышению расхода топлива и масла и в конечном итоге снижению экономичности двигателя. However, this system, as well as system [1], is uneconomical, since part of the coolant sent to the oil cooler is not involved in cooling the engine cylinders, therefore, to ensure normal operation of the system, the circulation pump is selected with increased performance (by the amount of fluid flow, passing through the oil cooler), which takes a certain part of the engine power. In addition, to ensure fluid flow through the oil cooler, the hydraulic resistance of the cooling cavities of the block and cylinder heads of the engine should be commensurate with the hydraulic resistance of the water cavity of the oil cooler. The disadvantages of the system include the increased unevenness of the distribution of coolant over the shirts of individual cylinders due to the removal of part of the fluid into the cooler and the lack of a device that allows you to control the flow of fluid passing through both the cylinder block and the oil cooler. These shortcomings contribute to increased fuel and oil consumption and ultimately reduce engine efficiency.

Изобретение направлено на упрощение системы и повышение экономических характеристик двигателя. The invention is aimed at simplifying the system and improving the economic characteristics of the engine.

Это достигается тем, что подводящий коллектор выполнен из двух участков, между которыми установлен масляный охладитель, причем первый участок подводящего коллектора до масляного охладителя связан с одним из двух входных отверстий блока, а второй участок после масляного охладителя со вторым входным отверстием блока. При этом входное отверстие полости охлаждения блока, связанное с первым участком подводящего коллектора, и входное отверстие блока, связанное со вторым участком подводящего коллектора, расположены на разных уровнях, первое выше середины высота, а второе ниже середины высоты полости охлаждения блока, а отношение площади проходного сечения второго отверстия к площади проходного сечения первого отверстия находится в пределах 1,5.2,0. В качестве одного из вариантов исполнения системы предлагаем второй участок подводящего коллектора дополнительно, через трубопровод с регулирующим клапаном связать с всасывающей полостью циркуляционного насоса. This is achieved by the fact that the inlet manifold is made of two sections between which an oil cooler is installed, the first section of the inlet manifold before the oil cooler connected to one of the two inlet openings of the block, and the second section after the oil cooler with the second inlet of the block. In this case, the inlet of the cooling cavity of the block associated with the first section of the inlet manifold and the inlet of the block associated with the second section of the inlet manifold are located at different levels, the first is higher than the middle height and the second below the middle of the height of the cooling cavity of the block, and the ratio of the passage area the cross section of the second hole to the area of the passage section of the first hole is within 1.5.2.0. As one of the versions of the system, we offer the second section of the inlet manifold additionally, through a pipeline with a control valve, to connect with the suction cavity of the circulation pump.

На фиг.1 представлена конструктивная схема общего вида двигателя с предлагаемой системой жидкостного охлаждения; на фиг. 2 то же, поперечный разрез двигателя с системой охлаждения; на фиг. 3 конструктивная схема общего вида двигателя с предлагаемой системой жидкостного охлаждения и дополнительным трубопроводом, связывающим второй участок подводящего коллектора с всасывающим патрубком циркуляционного насоса. Figure 1 presents a structural diagram of a General view of the engine with the proposed liquid cooling system; in FIG. 2 the same, cross section of an engine with a cooling system; in FIG. 3 is a structural diagram of a General view of the engine with the proposed liquid cooling system and an additional pipe connecting the second section of the inlet manifold with the suction pipe of the circulation pump.

Предлагаемая система включает полости охлаждения 1 и 2 соответственно блока 3 и крышек 4 цилиндров 5, входные 6 и 7, перепускные 8 и выпускные 9 отверстия, циркуляционный насос 10, подводящий коллектор, состоящий из первого участка 11 и второго участка 12, между которыми установлен масляный охладитель 15, отводящий коллектор 14, терморегулятор 15, радиатор 16 и систему трубопроводов, при этом первый участок 11 подводящего коллектора связан с полостью 1 блока 5 через входное отверстие 6, а второй участок 12 подводящего коллектора связан с полостью 1 блока 3 через входное отверстие 7. Причем входные отверстия 6 и 7 расположены на разных уровнях. Отверстие 6 расположено выше середины высоты, а отверстие 7 ниже середины высоты полости охлаждения 1 блока 5. При этом отношение площади проходного сечения отверстия 7 к площади проходного сечения отверстия 6 выбрано равным 1,5.2,0. В вариантном исполнении предлагаемой системы (фиг.3) второй участок 12 подводящего коллектора дополнительно, с помощью трубопровода 17 и регулирующего клапана 18 связан с всасывающим патрубком циркуляционного насоса 10. The proposed system includes cooling cavities 1 and 2, respectively, of block 3 and covers 4 of cylinders 5, inlet 6 and 7, bypass 8 and outlet 9 openings, a circulation pump 10, a supply manifold consisting of a first section 11 and a second section 12, between which an oil cooler 15, outlet manifold 14, temperature controller 15, radiator 16 and piping system, while the first section 11 of the inlet manifold is connected to the cavity 1 of block 5 through the inlet 6, and the second section 12 of the inlet manifold is connected to the cavity 1 of the block 3 hours through the inlet 7. Moreover, the inlets 6 and 7 are located at different levels. The hole 6 is located above the middle of the height, and the hole 7 is below the middle of the height of the cooling cavity 1 of the block 5. The ratio of the area of the passage section of the hole 7 to the area of the passage section of the hole 6 is chosen equal to 1.5.2.0. In an embodiment of the proposed system (Fig. 3), the second section 12 of the inlet manifold is additionally connected via a pipe 17 and a control valve 18 to the suction pipe of the circulation pump 10.

Предлагаемая система работает следующим образом. Охлаждающая жидкость из циркуляционного насоса 10 поступает в первый участок 11 подводящего коллектора, при этом часть потока жидкости через входное отверстие 6 поступает в полость охлаждения 1 блока 3 в районе первой группы цилиндров (1,2 и 3 цилиндры шестицилиндрового двигателя) выше середины высоты полости охлаждения, т. е. в район наиболее теплонапряженной части цилиндров 5 и после охлаждения цилиндров, через перепускные отверстия 8 поступает в полость 2 на охлаждение крышек 4 и далее через выпускные отверстия 9 в отводящий коллектор 14. The proposed system works as follows. Coolant from the circulation pump 10 enters the first section 11 of the inlet manifold, while part of the fluid flow through the inlet 6 enters the cooling cavity 1 of block 3 in the region of the first group of cylinders (1,2 and 3 cylinders of a six-cylinder engine) above the middle of the height of the cooling cavity , i.e., to the region of the most heat-stressed part of the cylinders 5 and after cooling the cylinders, through the bypass holes 8 it enters the cavity 2 to cool the covers 4 and then through the exhaust holes 9 to the outlet manifold 14.

Вторая, основная часть потока в соответствии с соотношением площадей проходного сечения входных отверстий 6 и 7 поступает в масляный охладитель 13, а затем во второй участок 12 подводящего коллектора и далее через входное отверстие 7 в полость охлаждения 1 блока 3 на охлаждение второй группы цилиндров (4,5 и 6 цилиндры). При этом жидкость, пройдя масляный охладитель, подогревается и в подогретом состоянии поступает на охлаждение цилиндров, в районе ниже середины высоты полости, т.е. в район менее теплонапряженной части цилиндров. Однако нормальное охлаждение этой группы цилиндров, в том числе и верхних теплонапряженных участков, достигается за счет увеличенной массы потока жидкости, поступающей в полость охлаждения 1 через отверстие 7. После охлаждения цилиндров охлаждающая жидкость через перепускные каналы 8 поступает в полость 2 на охлаждение крышек 4 и далее через выпускные отверстия 9 в отводящий коллектор 14, а затем, сливаясь с первой частью потока, через терморегулятор 15 и радиатор 16, либо минуя радиатор (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, поступающей в терморегулятор), во всасывающую полость циркуляционного насоса 10 и далее цикл повторяется. The second, main part of the flow, in accordance with the ratio of the flow area of the inlet openings 6 and 7, enters the oil cooler 13, and then into the second section 12 of the inlet manifold and then through the inlet 7 into the cooling cavity 1 of block 3 to cool the second group of cylinders (4 5 and 6 cylinders). In this case, the liquid, having passed the oil cooler, is heated and, in the heated state, enters the cylinder cooling, in the region below the middle of the cavity height, i.e. to the area of the less heat-stressed part of the cylinders. However, normal cooling of this group of cylinders, including the upper heat-stressed sections, is achieved due to the increased mass of the fluid flow entering the cooling cavity 1 through the opening 7. After cooling the cylinders, the cooling liquid through the bypass channels 8 enters the cavity 2 to cool the caps 4 and then through the outlet openings 9 to the outlet manifold 14, and then merging with the first part of the flow, through the thermostat 15 and the radiator 16, or bypassing the radiator (depending on the temperature of the coolant, Payuschie a thermostat) into the suction cavity of the circulation pump 10 and then the cycle repeats.

Для вариантного исполнения предлагаемой системы (фиг.3) в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и температуры окружающей среды часть жидкости, поступающей из теплообменника 13 во второй участок 12 подводящего коллектора, может отводиться по трубопроводу 17 и через регулирующий клапан 18 во всасывающую полость циркуляционного насоса 10. Это обстоятельство позволяет регулировать количество жидкости,поступающей через подводящие отверстия 6 и 7 в полость 1 блока 3 на охлаждение цилиндров 5, и тем самым сократить время прогрева двигателя работающего, например, в северных широтах страны и повысить надежность его запуска. For the embodiment of the proposed system (Fig. 3), depending on the temperature of the coolant and the ambient temperature, part of the fluid coming from the heat exchanger 13 to the second section 12 of the inlet manifold can be discharged through a pipe 17 and through a control valve 18 into the suction cavity of the circulation pump 10 This circumstance allows you to adjust the amount of fluid entering through the inlet holes 6 and 7 into the cavity 1 of block 3 to cool the cylinders 5, and thereby reduce the warm-up time of the engine working, for example, in the northern latitudes of the country and improve the reliability of its launch.

Таким образом предлагаемая система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания наряду с упрощением позволила повысить эффективность охлаждения двигателя за счет того, что к различным по теплонапряженности участкам цилиндров подается жидкость с различной начальной температурой. Система может быть использована также в условиях севера для сокращения времени прогрева холодного двигателя и повышения надежности его запуска. Thus, the proposed liquid cooling system of an internal combustion engine, along with simplification, has made it possible to increase the efficiency of engine cooling due to the fact that liquid with different initial temperatures is supplied to sections of cylinders with different thermal stresses. The system can also be used in northern conditions to reduce the warm-up time of a cold engine and increase the reliability of its starting.

Claims (4)

1. Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая полости охлаждения блока и крышек цилиндров с входными, перепускными и выпускными отверстиями, циркуляционный насос, подводящий коллектор, связанный с нагнетательным патрубком циркуляционного насоса и по меньшей мере с двумя входными отверстиями полости охлаждения блока, отводящий коллектор, терморегулятор, радиатор, масляный охладитель и систему трубопроводов, отличающаяся тем, что подводящий коллектор выполнен из двух участков, между которыми установлен масляный охладитель, при этом первый участок подводящего коллектора до масляного охладителя связан с одним из двух входных отверстий блока, а второй участок после масляного охладителя с вторым входным отверстием блока. 1. The liquid cooling system of an internal combustion engine, containing cooling cavities of the block and cylinder covers with inlet, bypass and outlet openings, a circulation pump, a supply manifold connected to a discharge pipe of the circulation pump and at least two input openings of the cooling cavity of the block, a discharge manifold , temperature regulator, radiator, oil cooler and piping system, characterized in that the supply manifold is made of two sections, between which m an oil cooler, wherein the first section of the supply manifold to the oil cooler is connected to one of the two inlet openings of the block, and the second section after the oil cooler to the second inlet of the block. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что входное отверстие полости охлаждения блока, связанное с первым участком подводящего коллектора, и входное отверстие блока, связанное с вторым участком подводящего коллектора, расположены на разных уровнях, первое выше, а второе ниже середины высоты полости охлаждения блока. 2. The system according to claim 1, characterized in that the inlet of the cooling cavity of the block associated with the first section of the inlet manifold and the inlet of the block associated with the second section of the inlet manifold are located at different levels, the first above and the second below the middle of the height cooling cavity unit. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что отношение площади проходного сечения второго отверстия к площади проходного сечения первого отверстия в блоке находится в пределах 1,5 2,0. 3. The system of claims. 1 and 2, characterized in that the ratio of the area of the passage section of the second hole to the area of the passage section of the first hole in the block is within 1.5 2.0. 4. Система по пп. 1 3, отличающаяся тем, что второй участок подводящего коллектора дополнительно через трубопровод с регулирующим клапаном связан с всасывающим патрубком циркуляционного насоса. 4. The system of claims. 1 to 3, characterized in that the second section of the inlet manifold is additionally through a pipeline with a control valve connected to the suction pipe of the circulation pump.

Images