RU2180942C1

RU2180942C1 - System of liquid cooling and quick heating of internal combustion engine and device to control liquid flows for regulation of engine temperature

Info

Publication number: RU2180942C1
Application number: RU2001112868/06A
Authority: RU
Inventors: С.П. Власкин
Original assignee: Власкин Сергей Петрович
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-03-27
Also published as: WO2002092974A1

Abstract

FIELD: mechanical engineering; cooling and heating systems of internal; combustion engines. SUBSTANCE: proposed system has engine cooling jacket, hot cold circulation circuits, radiator, channel to direct gas from exhaust manifold of engine to heating device, heater of automobile interior with heater radiator, air gate and fan installed inside. System has also electronic temperature control unit with sensor. Heating device is made in form of heat exchanger arranged in radiator drain tank. Liquid flow control device is installed in radiator filler tank. Air gate is arranged behind heater radiator and is made in form of hinge-mounted swivel screen with return spring and servodrive coupled with electronic temperature control unit. EFFECT: reduced time taken for heating engine to working temperature, maintaining working temperature irrespective of ambient air temperature, possibility of choosing temperature depending on load. 5 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам охлаждения и подогрева двигателей внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to engine building, in particular to systems for cooling and heating internal combustion engines (ICE).

Известна система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания (RU 2134804, F 01 Р 3/20, 1999 г.). Известная система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос с приводом, радиатор, датчик температуры охлаждающей жидкости, вентилятор обдува радиатора, теплоаккумулирующее вещество и каналы для прохода охлаждающей жидкости, масла и отработавших газов, термоклапаны, расположенные в системе охлаждения и системе смазки, и насосы для прокачки жидкости и масла. Известная система позволяет снизить затраты энергии и улучшить эксплуатационные характеристики. A known system for maintaining optimal thermal conditions of an internal combustion engine (RU 2134804, F 01 P 3/20, 1999). The known system for maintaining the optimal thermal regime of an internal combustion engine comprises a coolant circulation circuit including an engine cooling jacket, a circulation pump with a drive, a radiator, a coolant temperature sensor, a radiator blower, a heat storage substance and channels for passage of coolant, oil and exhaust gases, thermal valves located in the cooling system and lubrication system, and pumps for pumping liquid and oil. The known system can reduce energy costs and improve performance.

Недостатками указанной системы являются ее сложность из-за использования большого числа клапанов, теплоаккумулятора и каналов связи их с другими элементами системы, что приводит к увеличению количества соединений и снижению надежности работы всей системы охлаждения ДВС. The disadvantages of this system are its complexity due to the use of a large number of valves, a heat accumulator and their communication channels with other elements of the system, which leads to an increase in the number of connections and a decrease in the reliability of the entire engine cooling system.

Наиболее близким техническим решением настоящего изобретения является система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания (RU 2117780, F 01 Р 3/00, 1998). Известная система жидкостного охлаждения и подогрева двигателя внутреннего сгорания содержит рубашку охлаждения двигателя, горячий и холодный контура для циркуляции жидкости, радиатор с наливным и сливным бачками, средство управления потоками жидкости, насос, канал подвода газа от выхлопного коллектора двигателя к устройству подогрева, газораспределительное устройство со средством перекрытия газового канала и электроприводом, корпус отопителя, внутри которого размещен радиатор отопителя и вентилятор. Известная система позволяет уменьшить затраты вспомогательного времени на один эксплуатационный цикл, снизить потери тепла выхлопных газов. The closest technical solution of the present invention is a liquid cooling system and rapid heating of the internal combustion engine (RU 2117780, F 01 P 3/00, 1998). The known system for liquid cooling and heating an internal combustion engine comprises an engine cooling jacket, a hot and cold circuit for circulating a liquid, a radiator with a filler and a drain tank, means for controlling fluid flows, a pump, a gas supply channel from the exhaust manifold of the engine to the heating device, a gas distribution device means of blocking the gas channel and the electric drive, the heater body, inside which the heater radiator and fan are located. The known system can reduce the cost of auxiliary time for one operating cycle, reduce heat loss of exhaust gases.

Недостатками известной системы жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания являются сложность соединения рабочих узлов системы охлаждения ДВС, наличие двух насосов для циркуляции жидкости по контурам, теплоаккумулятора, размещение которого в подкапотном пространстве автомобиля трудоемко. The disadvantages of the known liquid cooling system and quick warm-up of the internal combustion engine are the difficulty of connecting the working components of the internal combustion engine cooling system, the presence of two pumps for circulating liquid along the circuits, a heat accumulator, which is difficult to place in the engine compartment.

Известен термостат, который используют в системах поддержания постоянства температуры при охлаждении или нагреве объектов (RU 214567, F 01 Р 7/16, 1998). Известный термостат содержит в качестве исполнительного механизма пружину из материала, обладающего эффектом памяти формы, мартенситные реакции которого протекают в узком интервале температур, что повышает чувствительность термостата и его надежность. Known thermostat, which is used in systems to maintain a constant temperature when cooling or heating objects (RU 214567, F 01 P 7/16, 1998). The known thermostat contains, as an actuator, a spring of material having a shape memory effect, the martensitic reactions of which occur in a narrow temperature range, which increases the sensitivity of the thermostat and its reliability.

Недостатками известного термостата являются настройка его на заданную (фиксированную) температуру, что ограничивает его применение для разных типов двигателей, т.е. для каждого типа двигателя (ДВС) требуется определенный термостат с заданной рабочей температурой. Кроме того, данная конструкция термостата при установке его в разрыв каналов системы охлаждения ДВС увеличивает число соединений, тем самым снижая ее надежность в целом. The disadvantages of the known thermostat are its adjustment to a given (fixed) temperature, which limits its use for different types of engines, i.e. for each type of engine (ICE) a specific thermostat with a given operating temperature is required. In addition, this design of the thermostat when installing it in the rupture of the channels of the engine cooling system increases the number of connections, thereby reducing its reliability as a whole.

Известно средство управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя, принятое в качестве наиболее близкого аналога изобретения (патент DE 2751201, F 01 Р 7/16, 1986). Known means of controlling fluid flows for regulating engine temperature, adopted as the closest analogue of the invention (patent DE 2751201, F 01 P 7/16, 1986).

Известное средство управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя содержит корпус с входными и двумя выходными отверстиями, гидрораспределительную заслонку с электроприводом для ее поворота и возвратной пружиной. Known means of controlling fluid flows to control the temperature of the engine comprises a housing with inlet and two outlet openings, a hydraulic control valve with an electric actuator for its rotation and a return spring.

Недостатком указанного средства управления потоками жидкости для регулировки температуры двигателя является размещение электропривода внутри корпуса средства, что, в случае его замены, требует демонтаж значительной части системы охлаждения ДВС с предварительным удалением оттуда охлаждающей жидкости, которую в большинстве случаев не рекомендуют повторно использовать. Другим недостатком известного средства управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя является обеспечение подачи жидкости только в холодный контур при выходе электропривода из строя, что может привести к перегреву двигателя и, как следствие, к его поломке. The disadvantage of this means of controlling fluid flows for adjusting the temperature of the engine is the placement of the electric drive inside the housing of the tool, which, if replaced, requires the dismantling of a significant part of the ICE cooling system with the preliminary removal of coolant from it, which in most cases is not recommended to be reused. Another disadvantage of the known means of controlling fluid flows to control the temperature of the engine is to provide fluid only to the cold circuit when the drive fails, which can lead to overheating of the engine and, as a consequence, to its breakdown.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени прогрева двигателя до его рабочей температуры, поддержание рабочей температуры двигателя независимо от температуры окружающей среды и возможность выбора рабочей температуры двигателя в зависимости от нагрузки на него в данный момент, повышение надежности системы охлаждения и упрощение выполнения работ по ее ремонту. The technical result of the invention is to reduce the warm-up time of the engine to its operating temperature, maintain the operating temperature of the engine regardless of the ambient temperature and the ability to select the operating temperature of the engine depending on the current load on it, increase the reliability of the cooling system and simplify the repair work.

Технический результат достигается тем, что в системе жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащей рубашку охлаждения двигателя, горячий и холодный контура для циркуляции жидкости, радиатор со сливным и наливным бачками, обводной канал холодного контура, средство управления потоками жидкости, насос, канал подвода газа от выхлопного коллектора двигателя к устройству подогрева, газораспределительное устройство со средством перекрытия газового канала и электроприводом, корпус отопителя салона с расположенными внутри него радиатором отопителя и вентилятором, система дополнительно снабжена электронным блоком управления температурой, датчиком температуры окружающей среды, связанным с электронным блоком управления температуры, воздушной заслонкой для принудительного направления воздуха в атмосферу, размещенной в корпусе отопителя, при этом устройство подогрева выполнено в виде теплообменника, расположенного в сливном бачке радиатора, обводной канал холодного контура выполнен в виде трубы с термоизоляцией, смонтированной в радиаторе между наливным и сливным бачками, а средство управления потоками жидкости установлено на наливном бачке радиатора и связано с трубой, причем воздушная заслонка расположена за радиатором отопителя и выполнена в виде шарнирно установленного поворотного экрана с возвратной пружиной и сервоприводом, связанным с электронным блоком управления температурой. The technical result is achieved by the fact that in a liquid cooling system and quick heating of an internal combustion engine comprising an engine cooling jacket, a hot and cold circuit for circulating a liquid, a radiator with a drain and a filling tank, a cold circuit bypass, a fluid flow control means, a pump, a channel gas supply from the exhaust manifold of the engine to the heating device, a gas distribution device with means for blocking the gas channel and electric drive, the interior heater body with the heater radiator and fan located inside it, the system is additionally equipped with an electronic temperature control unit, an ambient temperature sensor connected to the electronic temperature control unit, an air damper for forced air into the atmosphere, located in the heater case, while the heating device is made in the form of a heat exchanger located in the radiator drain tank, the cold circuit bypass is made in the form of a pipe with thermal insulation mounted in the cooler between the bulk and the drain tanks, and the fluid flow control device is installed on the radiator bulk tank and connected to the pipe, the air damper located behind the heater radiator and made in the form of a pivotally mounted rotary screen with a return spring and a servo drive connected to the electronic temperature control unit.

Кроме того, в системе теплообменник может быть выполнен в виде электронагревательного элемента. In addition, in the system, the heat exchanger can be made in the form of an electric heating element.

Кроме того, согласно изобретению средство перекрытия газового канала выполнено в виде П-образной качающейся заслонки с электроприводом, связанным с электронным блоком управления температурой. In addition, according to the invention, the means for blocking the gas channel is made in the form of a U-shaped swinging damper with an electric drive connected to the electronic temperature control unit.

Технический результат достигается тем, что в средстве управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя, содержащем корпус с входным и двумя выходными отверстиями, гидрораспределительную заслонку с электроприводом для ее поворота и возвратной пружиной, корпус выполнен в виде двух частей, причем входное отверстие расположено в верхней части корпуса, а выходные отверстия расположены в нижней ее части, гидрораспределительная заслонка установлена у входного отверстия с возможностью ее поворота вокруг продольной оси средства, при этом заслонка выполнена в виде цилиндра, имеющего в нижней части углубление с глухим отверстием, расположенным в центре, а цилиндр имеет сквозное отверстие, выполненное под углом к продольной его оси, электропривод выполнен в виде электродвигателя с потенциометром, смонтированным на его валу с одной стороны и с приводной шестерней, расположенной на другом его конце, с зубчатым сектором, с двумя ограничителями, ведущей вал-шестерней, ведомой вал-шестерней, причем один конец возвратной пружины связан с одним из ограничителей, другой ее конец закреплен на ведущей вал-шестерне, а приводная шестерня связана с зубчатым сектором, установленным на ведущей вал-шестерне, взаимодействующей с ведомой вал-шестерней, смонтированной в глухом отверстии гидрораспределительной заслонки. The technical result is achieved in that in a means of controlling fluid flows for regulating engine temperature, comprising a housing with an inlet and two outlet openings, a hydraulic control valve with an electric actuator for turning it and a return spring, the housing is made in two parts, the inlet being located at the top housing, and the outlet openings are located in its lower part, the control valve is installed at the inlet with the possibility of rotation around the longitudinal axis with means, while the shutter is made in the form of a cylinder having a recess in the lower part with a blind hole located in the center, and the cylinder has a through hole made at an angle to its longitudinal axis, the electric drive is made in the form of an electric motor with a potentiometer mounted on its shaft with on one side and with a drive gear located on its other end, with a gear sector, with two stops, a drive gear shaft, a driven gear shaft, one end of the return spring connected to one of the stops, its angular end is fixed to the drive gear shaft, and the drive gear is connected to the gear sector mounted on the drive gear shaft interacting with the driven gear shaft mounted in the blind hole of the control valve.

Кроме того, в качестве электродвигателя может быть использован шаговый двигатель. In addition, a stepper motor can be used as an electric motor.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена схема системы охлаждения двигателя. Figure 1 shows a diagram of an engine cooling system.

На фиг. 2 изображена принципиальная электропневмогидравлическая схема системы жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания (первый вариант выполнения). In FIG. 2 shows a schematic electro-pneumatic-hydraulic diagram of a liquid cooling system and rapid heating of an internal combustion engine (first embodiment).

На фиг. 3 изображена принципиальная электропневмогидравлическая схема системы жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания (второй вариант выполнения). In FIG. 3 shows a schematic electro-pneumatic-hydraulic diagram of a liquid cooling system and rapid heating of an internal combustion engine (second embodiment).

На фиг. 4 изображено средство управления потоками жидкости для регулировки температуры двигателя, в разрезе. In FIG. 4 is a sectional view of fluid flow control means for adjusting engine temperature.

На фиг. 5 изображена нижняя часть корпуса средства управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя, вид сверху. In FIG. 5 shows the lower part of the housing of the fluid flow control means for controlling the temperature of the engine, a top view.

На фиг. 6 изображено средство управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя, сечение А-А фиг.4. In FIG. 6 depicts fluid flow control means for controlling engine temperature, section AA of FIG. 4.

На фиг. 7 изображено средство управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя с приводом, разрез по оси привода. In FIG. 7 shows a means of controlling fluid flows to control the temperature of a motor with a drive, a section along the axis of the drive.

На фиг. 8 изображен радиатор вертикальной компоновки с установленными в нем трубой малого контура и теплообменником. In FIG. 8 shows a radiator of a vertical layout with a small circuit pipe and a heat exchanger installed in it.

На фиг.9 изображен радиатор горизонтальной компоновки с установленными в нем трубой малого контура и электрическим нагревательным элементом. Figure 9 shows a horizontal radiator with a small circuit pipe installed in it and an electric heating element.

На фиг.10 изображен двухходовый радиатор горизонтальной компоновки с установленными в нем трубой малого контура и теплообменником. Figure 10 shows a two-way horizontal heatsink with a small pipe and a heat exchanger installed in it.

На фиг. 11 изображено газораспределительное устройство, в разрезе, вид сверху. In FIG. 11 shows a gas distribution device, in section, a top view.

На фиг. 12 изображено газораспределительное устройство, в разрезе, вид сбоку. In FIG. 12 shows a gas distribution device, in section, a side view.

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания содержит рубашку охлаждения двигателя 1 внутреннего сгорания (ДВС), верхний наливной бачок 2, сливной бачок 3, радиатор 4, циркуляционный насос 5, средство управления потоками жидкости 6, обводной канал 7, выполненный в виде трубы с термоизоляцией, размещенный внутри радиатора 4 между наливным 2 и сливным 3 бачками, и связан со средством 6 (фиг.1 и 2). На фиг.8, 9 и 10 представлены различные радиаторы с вариантами установки обводного канала. Средство управления потоками жидкости 6 снабжено электроприводом 8, расположенным снаружи. В сливном бачке 3 размещено устройство подогрева 9. При этом следует отметить, что устройство 9 (преимущественный вариант) выполнено в виде теплообменника (см. фиг.8 и 10). Однако устройство подогрева 9 может быть выполнено и в виде электронагревательного элемента 49 (см фиг.3 и 9). Система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева ДВС содержит также газораспределительное устройство 10 с электроприводом 11, вентилятор 12 принудительного обдува радиатора с приводом 13, датчик температуры охлаждающей жидкости 14, датчик оборотов двигателя 15. датчик температуры окружающей среды 16, электронный блок управления температурой 17 (ЭБУТ), кран отопителя 18, вентилятор отопителя 19 с приводом 20, радиатор отопителя 21 в корпусе 22, имеющем одно выходное отверстие 23 в салон автомобиля, а другое отверстие 24 в атмосферу, воздушную заслонку 25 с пружиной 26, шарнирно установленную в корпусе 22 отопителя и связанную с сервоприводом 27. Причем вентилятор отопителя может управляться как из салона автомобиля, так и ЭБУТ 17. Кроме того, кран отопителя 18 также может управляться как ЭБУТ, так и с панели управления климатической установки (на чертеже не показана). Газораспределительное устройство 10 снабжено каналом 28 подвода отработанных газов к теплообменнику 9, отводящим каналом 29 выхлопных газов и основным каналом 30 выпуска отработанных газов, связанным с глушителем 31. На фиг.3 представлен пример соединения рабочих узлов системы жидкостного охлаждения и быстрого прогрева ДВС в случае выполнения устройства подогрева 9 в виде электронагревательного элемента 49. Указанный пример выполнения устройства 9 позволяет упростить общую электропневмогидравлическую схему, представленную на фиг. 2, исключив из нее позиции 10, 11, 28, 29. Это позволяет при определенной внешней технической подготовке прогревать двигатель до его рабочей температуры еще перед запуском. При отсутствии внешней технической подготовки для предварительного прогрева двигателя с помощью электронагревательного элемента 49 его можно использовать и автономно, запитав от бортовой сети автомобиля. Так как, во-первых, потребляя электроэнергию он преобразует ее в тепло, которое обеспечивает подогрев охлаждающей жидкости, во-вторых, электрическая нагрузка на генератор, которую можно пересчитать в механическую нагрузку на двигатель, поможет последнему быстрее набрать рабочую температуру (работа ДВС под нагрузкой). The liquid cooling system and rapid heating of the internal combustion engine contains a cooling jacket for the internal combustion engine 1 (ICE), an upper filling tank 2, a drain tank 3, a radiator 4, a circulation pump 5, means for controlling fluid flows 6, a bypass channel 7 made in the form of a pipe with thermal insulation, located inside the radiator 4 between bulk 2 and drain 3 tanks, and is connected with the means 6 (Fig.1 and 2). On Fig, 9 and 10 presents various radiators with installation options for the bypass channel. The fluid flow control means 6 is provided with an electric drive 8 located externally. A heating device 9 is placed in the drain tank 3. It should be noted that the device 9 (the preferred embodiment) is made in the form of a heat exchanger (see Figs. 8 and 10). However, the heating device 9 can be made in the form of an electric heating element 49 (see figure 3 and 9). The ICE liquid cooling and quick warm-up system also includes a gas distribution device 10 with an electric drive 11, a fan 12 for forced cooling of the radiator with a drive 13, a coolant temperature sensor 14, an engine speed sensor 15. an ambient temperature sensor 16, an electronic temperature control unit 17 (ECU) , heater tap 18, heater fan 19 with drive 20, heater radiator 21 in the housing 22 having one outlet 23 in the car interior and another 24 in the atmosphere, air damper 25 with a spring 26 pivotally mounted in the heater body 22 and connected to the servo drive 27. Moreover, the heater fan can be controlled both from the vehicle interior and the ECU 17. In addition, the heater valve 18 can also be controlled by both the ECU and the climate control panel installation (not shown in the drawing). The gas distribution device 10 is equipped with a channel 28 for supplying exhaust gases to a heat exchanger 9, an exhaust channel 29 for exhaust gases and a main channel 30 for exhausting exhaust gases associated with a muffler 31. Figure 3 shows an example of a connection of the working units of a liquid cooling system and quick heating of an internal combustion engine the heating device 9 in the form of an electric heating element 49. The indicated embodiment of the device 9 makes it possible to simplify the general electro-pneumohydraulic circuit shown in FIG. 2, having excluded positions 10, 11, 28, 29 from it. This allows, with a certain external technical preparation, to warm the engine to its operating temperature before starting it. In the absence of external technical preparation for preliminary heating of the engine with the help of the electric heating element 49, it can also be used independently, powered by the vehicle’s on-board network. Since, firstly, by consuming electricity, it converts it into heat, which provides heating of the coolant, and secondly, the electric load on the generator, which can be converted into the mechanical load on the engine, will help the latter to quickly set the operating temperature (ICE operation under load )

ЭБУТ используют в данной системе для управления и контроля за электроприводом 8 средства управления потоками жидкости 6, электроприводом 11 газораспределительного устройства 10, приводом 13 вентилятора 12 принудительного обдува радиатора 4, краном отопителя 18, приводом 20 обдува радиатора отопителя 21, сервоприводом 27 управления воздушной заслонкой 25, при этом ЭБУТ связан с датчиком 14 температуры охлаждающей жидкости, датчиком 15 оборотов коленчатого вала двигателя и датчиком 16 температуры окружающей среды. ЭБУТ содержит несколько алгоритмов работы данной системы охлаждения, учитывающих температуру окружающей среды, например, алгоритмы "зима" или "лето", каждый из которых имеет свое максимальное значение нагрева охлаждающей жидкости в режиме подогрева, например температура равна 95^oС или 80^oС соответственно. Это необходимо для того, чтобы с одной стороны максимально использовать возможности системы, а с другой стороны исключить перегрев двигателя или резкие скачки температуры. Электронный блок управления температурой 17 в данной системе отвечает не только за поддержание рабочей температуры двигателя, но и за ее определение, исходя из нагрузки на двигатель, получая данные с датчика 15.ECUs are used in this system to control and monitor the electric drive 8 means for controlling the flow of liquid 6, the electric drive 11 of the gas distribution device 10, the drive 13 of the fan 12 of forced airflow of the radiator 4, the heater tap 18, the drive 20 of the airflow of the radiator of the heater 21, the servo-drive 27 of the air damper control 25 wherein the ECU is connected to the coolant temperature sensor 14, the engine speed sensor 15 and the ambient temperature sensor 16. The ECU contains several algorithms for the operation of this cooling system, taking into account the ambient temperature, for example, winter or summer algorithms, each of which has its own maximum value for heating the coolant in the heating mode, for example, the temperature is 95 ^o C or 80 ^o C, respectively . This is necessary in order to maximize the system’s capabilities, and, on the other hand, to eliminate engine overheating or sudden temperature jumps. The electronic temperature control unit 17 in this system is responsible not only for maintaining the operating temperature of the engine, but also for its determination, based on the load on the engine, receiving data from the sensor 15.

Средство управления потоками жидкости 6 (см. фиг.4, 5, 6) расположено на наливном бачке 2 и выполнено в виде корпуса, состоящего из двух частей: верхней части 32 со входным отверстием 35 и нижней части 33 с выходными отверстиями 36 и 37, гидрораспределительной заслонки 34, имеющей форму цилиндра со сквозным отверстием 55, наклонно расположенным относительно продольной ее оси, с глухим отверстием 56, расположенным по центру. При этом гидрораспределительная заслонка 34 расположена у входного отверстия 35 с возможностью ее поворота вокруг продольной оси средства. В глухом отверстии 56 размещена ведомая вал-шестерня 38, которая связана с ведущей вал-шестерней 39, расположенной под углом 90 градусов к ведомой вал-шестерне 38. Снаружи средство управления потоками жидкости 6 имеет привод 8, расположенный с внешней его стороны и выполненный в виде электродвигателя 44 с установленным на нем неподвижным контактом 46 и подвижным контактом 45, закрепленным на одном конце вала 57. При этом на неподвижном контакте 46 потенциометра расположены два вывода "О" и "мах". Неподвижный контакт 46 смонтирован на электродвигателе 44 с возможностью перемещения. Это необходимо для осуществления регулировки потенциометра после замены или установки нового привода 8. На другом конце вала 57 электродвигателя 44 установлена приводная шестерня 47, которая входит в зацепление с зубчатым сектором 40, установленным в свою очередь на ведущей вал-шестерне 39 и закрепленным гайкой 41, двумя ограничителями 43. возвратной пружиной 42, один конец которой связан с одним из ограничителей, а другой ее конец закреплен на ведущей вал-шестерне 39. Электродвигатель 44 установлен на средстве 6 с возможностью его съема. На фиг. 8, 10 представлены варианты размещения обводного канала 7 холодного контура в радиаторе 4, при этом устройство подогрева 9 выполнено в виде теплообменника, расположенного в сливном бачке 3. На фиг.9 представлен вариант выполнения устройства подогрева 9 в виде электронагревательного элемента 49. Газораспределительное устройство 10 (см. фиг.11 и 12) размещено между выпускным коллектором двигателя 53 и каналом выпуска 30 отработанных газов, при этом оно состоит из корпуса 50 с установленным внутри него средством перекрытия газового канала 51, выполненным в виде П-образной качающейся заслонки, с электроприводом (на чертеже не показан). Внутри корпуса 50 смонтированы упоры 52 заслонки 51, установленной на валу 54, связанным с электроприводом. Наличие упоров 52 в газораспределительном устройстве 10 обусловлено необходимостью обеспечить подачу части отработанных газов в выхлопную систему, минуя средство подогрева 9, для нормальной работы катализатора (на чертеже не показан). The fluid flow control means 6 (see Figs. 4, 5, 6) is located on the filling tank 2 and is made in the form of a housing consisting of two parts: the upper part 32 with the inlet 35 and the lower part 33 with the outlet openings 36 and 37, a hydraulic control valve 34 having a cylinder shape with a through hole 55 inclined relative to its longitudinal axis, with a blind hole 56 located in the center. While the control valve 34 is located at the inlet 35 with the possibility of rotation around the longitudinal axis of the tool. In the blind hole 56, a driven pinion shaft 38 is placed, which is connected to a pinion shaft 39, located at an angle of 90 degrees to the driven pinion shaft 38. Outside, the fluid flow control means 6 has an actuator 8 located on its outside and made in in the form of an electric motor 44 with a fixed contact 46 mounted on it and a movable contact 45 fixed at one end of the shaft 57. At the same time, on the fixed contact of the potentiometer there are two terminals “O” and “max”. The fixed contact 46 is mounted on the motor 44 with the possibility of movement. This is necessary to carry out the adjustment of the potentiometer after replacing or installing a new drive 8. At the other end of the shaft 57 of the motor 44, a drive gear 47 is installed, which engages with a gear sector 40, which is in turn mounted on the drive gear shaft 39 and secured by a nut 41, two limiters 43. a return spring 42, one end of which is connected to one of the limiters, and the other end is fixed to the pinion drive shaft 39. The electric motor 44 is mounted on the means 6 with the possibility of its removal. In FIG. 8, 10 show the placement options of the cold circuit bypass channel 7 in the radiator 4, while the heating device 9 is made in the form of a heat exchanger located in the drain tank 3. FIG. 9 shows an embodiment of the heating device 9 in the form of an electric heating element 49. Gas distribution device 10 (see 11 and 12) is placed between the exhaust manifold of the engine 53 and the exhaust channel 30 of the exhaust gases, while it consists of a housing 50 with installed inside it means to block the gas channel 51, made m in the form of a U-shaped swing damper, with an electric drive (not shown in the drawing). Inside the housing 50 mounted stops 52 of the valve 51 mounted on the shaft 54 associated with the electric drive. The presence of stops 52 in the gas distribution device 10 is due to the need to ensure the supply of part of the exhaust gases to the exhaust system, bypassing the heating means 9, for the normal operation of the catalyst (not shown).

Система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. The system of liquid cooling and rapid heating of the internal combustion engine operates as follows.

Система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева ДВС включает режим подогрева двигателя, режим охлаждения и поддержания рабочей температуры двигателя, режим максимального охлаждения двигателя и режим сохранения тепла двигателя (после его остановки). The system of liquid cooling and quick warm-up of the internal combustion engine includes a mode for heating the engine, a mode for cooling and maintaining the operating temperature of the engine, a mode for maximum cooling of the engine, and a mode for maintaining engine heat (after it has stopped).

Режим подогрева двигателя. При запуске двигателя заслонка 34 средства 6 посредством пружины 42 находится в положении, при котором открыт канал 37 горячего контура. За счет работы циркуляционного насоса 5 происходит движение охлаждающей жидкости по каналу горячего контура. Одновременно с запуском двигателя происходит включение в работу ЭБУТ 17, который получает сигнал с датчика 14, определяет тепловое состояние двигателя 1. В случае, если двигатель холодный ЭБУТ посылает команды на привод 8 средства 6 и привод 11 устройства 10, после чего в средстве 6 с помощью привода 8 заслонка 34 занимает положение, при котором открывается канал холодного контура 36, канал 37 закрывается. Engine heating mode. When starting the engine, the shutter 34 of the means 6 by means of the spring 42 is in a position in which the channel 37 of the hot circuit is open. Due to the operation of the circulation pump 5, the cooling fluid moves along the channel of the hot circuit. Simultaneously with the engine starting, ECU 17 is activated, which receives a signal from sensor 14, determines the thermal state of engine 1. In the event that a cold ECU engine sends commands to drive 8 of tool 6 and drive 11 of device 10, then in tool 6 s using actuator 8, the shutter 34 occupies a position in which the channel of the cold circuit 36 opens, the channel 37 closes.

Охлаждающая жидкость, проходя через средство 6, поступает в трубу 7, из нее в сливной бачок 3 радиатора 4 (см. фиг.8). В свою очередь привод 11 устройства 10 отклоняет заслонку 51 в сторону до взаимодействия с ограничителями 52. В этом положении отработанные газы поступают в канал подвода 28, в устройство подогрева 9, выполненное в виде теплообменника для передачи тепла от них к охлаждающей жидкости, а затем в отводящий канал 29, основной канал системы выпуска 30 и глушитель 31. Такое состояние системы охлаждения сохраняется до тех пор, пока датчик 14 не зафиксирует максимально допустимое значение охлаждающей жидкости для данного режима. В свою очередь максимальное значение температуры охлаждающей жидкости определяет ЭБУТ 17 исходя их показаний датчика 16, который задает алгоритм работы ЭБУТ. При достижении системой охлаждения своей максимальной температуры для режима подогрева ЭБУТ 17 по сигналу с датчика 14 выдает команду на электропривод 11 газораспределительного устройства 10. Заслонка 51 занимает свое прежнее положение, при котором она перекрывает проход отработанным газам в подводящий канал 28, а затем в теплообменник 9. По достижении данной позиции режим подогрева считается завершенным, а дальнейший прогрев двигателя происходит как и в обычных системах охлаждения за счет тепла, образующегося при работе двигателя до момента его выхода на рабочую температуру, после чего ЭБУТ 17 переключается в другой режим работы. The cooling fluid, passing through the means 6, enters the pipe 7, from it to the drain tank 3 of the radiator 4 (see Fig. 8). In turn, the actuator 11 of the device 10 deflects the flap 51 to the side before interacting with the restrictors 52. In this position, the exhaust gases enter the supply channel 28, into the heating device 9, made in the form of a heat exchanger for transferring heat from them to the coolant, and then to the exhaust channel 29, the main channel of the exhaust system 30 and the silencer 31. This condition of the cooling system is maintained until the sensor 14 detects the maximum allowable value of the coolant for this mode. In turn, the maximum value of the temperature of the coolant determines the ECU 17 based on their readings from the sensor 16, which sets the algorithm of the ECU. When the cooling system reaches its maximum temperature for the heating mode, the ECU 17, upon a signal from the sensor 14, gives a command to the electric drive 11 of the gas distribution device 10. The damper 51 takes its previous position, in which it blocks the passage of the exhaust gases into the supply channel 28, and then into the heat exchanger 9 Upon reaching this position, the heating mode is considered completed, and further engine warm-up occurs as in conventional cooling systems due to the heat generated during engine operation until its release to the working temperature, after which Eboutou 17 switches to another mode of operation.

Режим охлаждения и поддержания рабочей температуры двигателя. В данной системе регулирование температуры охлаждающей жидкости осуществляют изменением массового расхода охлаждающих агентов, циркулирующих в горячем и холодном контурах радиатора с помощью средства 6, управляемого через привод 8 ЭБУТ 17. После окончания режима прогрева ЭБУТ 17 начинает воспринимать данные с датчика 15, которые необходимы ему для определения рабочей температуры двигателя в данный момент исходя из нагрузки на него. Таким образом, предложенная система поддерживает рабочую температуру в зависимости от нагрузки на двигатель, например 95^oС при частичных нагрузках, а при максимальных нагрузках на двигатель рабочую температуру можно снизить, например, до 80^oС. Тогда как обычный механический термостат с термочувствительным элементом настроен на одну фиксированную величину, например, 92^oС, что является рабочей температурой данного двигателя, и эта величина одинакова для всех режимов работы двигателя. После определения рабочей температуры с помощью датчика 15 и ее замера с помощью датчика 14 ЭБУТ 17 выдает команды на привод 8 средства 6 или/и на привод 13 вентилятора 12. Если температура оказывается высокой, то привод 8 начинает поворачивать заслонку 34 так, чтобы канал холодного контура 36 закрывался, а канал 37 горячего контура открывался. Охлаждающая жидкость поступает в наливной бачок 2, затем, проходя сквозь радиатор 4 и остывая, попадает в сливной бачок 3. При достижении оптимального соотношения между контурами, что соответствует рабочей температуре двигателя, заслонка останавливается. В случае, если даже при полностью открытом канале 37 температура двигателя растет, то по команде ЭБУТ 17 происходит включение привода 13 вентилятора 12 принудительного обдува радиатора, который работает до тех пор, пока температура двигателя не снизится до рабочей величины.The cooling mode and maintaining the operating temperature of the engine. In this system, the temperature of the coolant is controlled by changing the mass flow rate of the cooling agents circulating in the hot and cold heatsink circuits using means 6 controlled through the ECU 17 drive 8. After the warm-up mode has ended, ECU 17 begins to receive data from the sensor 15, which it needs to determining the operating temperature of the engine at the moment based on the load on it. Thus, the proposed system maintains the operating temperature depending on the load on the engine, for example 95 ^o C at partial loads, and at maximum loads on the engine the working temperature can be reduced, for example, to 80 ^o C. Whereas a conventional mechanical thermostat with a temperature-sensitive element is configured one fixed value, for example, 92 ^o C, which is the operating temperature of the engine, and this value is the same for all modes of engine operation. After determining the operating temperature using the sensor 15 and measuring it using the sensor 14, the ECU 17 gives commands to the actuator 8 of the means 6 or / and to the actuator 13 of the fan 12. If the temperature is high, the actuator 8 starts to turn the shutter 34 so that the cold channel circuit 36 was closed, and channel 37 of the hot circuit was opened. The cooling liquid enters the filling tank 2, then, passing through the radiator 4 and cooling, it enters the drain tank 3. When the optimum ratio between the circuits is reached, which corresponds to the operating temperature of the engine, the damper stops. In the event that even with the channel 37 fully open, the engine temperature rises, then, by command of the ECU 17, the drive 13 of the fan 12 of the forced cooling of the radiator is turned on, which operates until the engine temperature drops to the operating value.

Режим максимального охлаждения. Необходимость в этом режиме может возникнуть при эксплуатации автомобиля в очень жарких климатических условиях, когда для снижения температуры двигателя мощности штатного радиатора и вентилятора не хватает, тогда как подключение радиатора отопителя 21 в общий контур с радиатором 4 в пиковых режимах работы системы охлаждения позволяет увеличить площадь рассеивания тепла. Например, ЭБУТ 17 регистрирует сильный рост температуры двигателя 1, при этом вентилятор 12 работает с максимальной производительностью, но температура двигателя не падает или падает очень медленно. В этом случае, датчик 14 посылает сигнал на ЭБУТ 17, который в свою очередь выдаст команды на открытие крана 18 подачи охлаждающей жидкости в отопитель салона 21 и на привод 27 воздушной заслонки 25, которая открывает канал 24 выхода воздуха в атмосферу из корпуса отопителя 22, предотвращая проход теплого воздуха по каналу 23 в салон автомобиля. После этого ЭБУТ 17 включает привод 20 вентилятора 19 отопителя. Охлаждающая жидкость получает дополнительное охлаждение. Работа системы охлаждения в таком режиме продолжается до тех пор, пока датчик 14 не зафиксирует рабочую температуру двигателя 1, после чего происходит отключение всех механизмов и возврат их в исходное положение. Maximum cooling mode. The need for this mode may arise during operation of the car in very hot climatic conditions, when there is not enough power of the standard radiator and fan to lower the engine temperature, while connecting the heater radiator 21 to the common circuit with radiator 4 in peak modes of the cooling system allows increasing the dispersion area heat. For example, ECU 17 detects a strong increase in the temperature of engine 1, while the fan 12 operates at maximum capacity, but the engine temperature does not drop or drops very slowly. In this case, the sensor 14 sends a signal to the ECU 17, which in turn will issue commands to open the coolant supply valve 18 to the interior heater 21 and to the actuator 27 of the air damper 25, which opens the air outlet 24 to the atmosphere from the heater body 22, preventing the passage of warm air through channel 23 into the passenger compartment. After that, the ECU 17 includes a drive 20 of the fan 19 of the heater. Coolant receives additional cooling. The operation of the cooling system in this mode continues until the sensor 14 detects the operating temperature of the engine 1, after which all the mechanisms are turned off and return to their original position.

Режим сохранения тепла (после остановки двигателя). Для более длительного поддержания температуры двигателя с целью облегчения его последующего запуска и более быстрого роста температуры внутри салона (преимущественно в зимний период), а также исключение интенсивного охлаждения двигателя из-за возможности образования в системе охлаждения термосифонной циркуляции через рубашку охлаждения двигателя 1 и радиатор 4 согласно изобретению ЭБУТ 17 после остановки двигателя переключается в режим сохранения тепла. При этом в начальный момент работы ЭБУТ в режиме сохранения тепла происходит охлаждение двигателя, которое продолжается до тех пор, пока его температура не снизится до определенной величины, например, на 3-5 градусов ниже рабочей температуры двигателя. ЭБУТ 17 в данной ситуации функционирует как в режиме охлаждения, т. е. контролирует температуру двигателя с помощью датчика 14 и, в случае ее повышения, может задействовать привод 13 вентилятора 12 принудительного обдува радиатора 4. Это необходимо потому, что непосредственно после остановки двигателя температура внутри него начинает расти из-за того, что прекращается циркуляция охлаждающей жидкости по системе охлаждения с помощью циркуляционного насоса 5. После снижения температуры двигателя до заданной величины ЭБУТ по сигналу с датчика 14 выдает команду на привод 8, который переводит заслонку 34 в крайнее положение, при котором канал 37 средства 6 полностью закрыт, а канал 36 полностью открыт. В этом случае охлаждающая жидкость из рубашки охлаждения двигателя 1 не может попасть в радиатор 4, что исключает возможность ее интенсивного охлаждения. Однако, в связи с тем, что для удержания заслонки 34 в таком положении (открыт холодный контур) приводу 8 требуется электроэнергия, то для предотвращения разряда аккумуляторной батареи такое состояние системы охлаждения сохраняется до тех пор, пока датчик 14 не зафиксирует падение температуры в двигателе, например, до 40-50^oС. После чего ЭБУТ 17 обесточит привод 8 и заслонка 34 под действием возвратной пружины 42 занимает крайнее положение, при котором открыт канал 37 горячего контура.Heat preservation mode (after engine shutdown). For a longer maintenance of the engine temperature in order to facilitate its subsequent start-up and faster temperature increase inside the cabin (mainly in winter), as well as the exclusion of intensive engine cooling due to the possibility of the formation of a thermosyphon circulation in the cooling system through the engine cooling jacket 1 and radiator 4 according to the invention, the ECU 17, after stopping the engine, switches to heat storage mode. At the same time, at the initial moment of operation of the computer in the heat storage mode, the engine is cooled, which continues until its temperature drops to a certain value, for example, 3-5 degrees below the operating temperature of the engine. ECU 17 in this situation functions as in cooling mode, that is, it controls the temperature of the engine using the sensor 14 and, if it is increased, can activate the drive 13 of the fan 12 for forced cooling of the radiator 4. This is necessary because immediately after the engine stops inside it begins to grow due to the fact that the circulation of the coolant through the cooling system is stopped using the circulation pump 5. After lowering the engine temperature to a predetermined value ECU according to the signal from the sensor 14 ydaet command to the actuator 8, which carries flap 34 in the extreme position in which the channel 37 means 6 is completely closed, and the channel 36 is fully open. In this case, the coolant from the cooling jacket of the engine 1 cannot get into the radiator 4, which excludes the possibility of intensive cooling. However, due to the fact that the actuator 8 needs electricity to hold the shutter 34 in this position (the cold circuit is open), to prevent the battery from discharging, this state of the cooling system remains until the sensor 14 detects a temperature drop in the engine, for example, up to 40-50 ^o C. After which the ECU 17 will de-energize the actuator 8 and the valve 34 under the action of the return spring 42 occupies the extreme position at which the channel 37 of the hot circuit is open.

Средство управления потоками жидкости для регулирования температуры двигателя в системе охлаждения работает следующим образом. The fluid flow control means for controlling the temperature of an engine in a cooling system operates as follows.

При подготовке к работе средства 6 осуществляют предустановку заслонки 34 относительно ограничителей 43. Для этого сектор 40, установленный на ведущей вал-шестерне 39, прижимают к одному из ограничителей 43, а заслонку 34 устанавливают таким образом, чтобы был полностью открыт один из каналов 36 или 37. После чего сектор 40 жестко фиксируют гайкой 41. In preparation for operation, the means 6 pre-install the shutter 34 relative to the stops 43. To do this, the sector 40 mounted on the pinion drive shaft 39 is pressed against one of the stops 43, and the shutter 34 is set so that one of the channels 36 is fully open 37. After that, the sector 40 is rigidly fixed with a nut 41.

При неработающем двигателе 1 заслонка 34 средства 6 находится в крайнем положении, при котором открыт канал горячего контура 37. Фиксация заслонки в крайнем положении обеспечивается наличием возвратной пружины 42 в приводе 8. Регулирование температуры охлаждающей жидкости с помощью средства 6 осуществляется путем подачи управляющего сигнала с ЭБУТ 17 на привод 8, который выполнен в виде шагового электродвигателя 44 и кинематически связан с заслонкой 34, обеспечивающей распределение жидкости внутри средства 6 между каналами 36 и 37. После подбора оптимального положения заслонки 34 в средстве 6 она фиксируется при помощи электродвигателя 44. Для согласованной работы ЭБУТ 17 и электродвигателя 44 осуществляют регулировку потенциометра следующим образом. При установке двигателя 44 на корпусе средства 6 контакт 45 занимает определенное положение. Затем устанавливают контакт 46 в положении, при котором его контакт "О" совпадает с подвижным контактом 45, после чего его фиксируют, при этом положение заслонки 34 соответствует "О" потенциометра, который выдает данные на ЭБУТ 17. When the engine 1 is idle, the shutter 34 of the means 6 is in the extreme position in which the channel of the hot circuit 37 is open. The shutter is locked in the extreme position by the return spring 42 in the actuator 8. The temperature of the coolant is controlled by means of 6 by applying a control signal from the computer 17 to the actuator 8, which is made in the form of a stepper motor 44 and is kinematically connected to the valve 34, which provides the distribution of fluid inside the means 6 between the channels 36 and 37. After selection ptimalnogo position valve 34 in the tool 6, it is fixed by means of the motor 44. To Eboutou coordinated operation of the motor 17 and adjusting potentiometer 44 is carried out as follows. When the motor 44 is installed on the tool body 6, the contact 45 occupies a certain position. Then, contact 46 is set in a position in which its contact “O” coincides with the movable contact 45, after which it is fixed, while the position of the shutter 34 corresponds to “O” of the potentiometer, which provides data to the ECU 17.

Система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева ДВС согласно настоящему изобретению может применяться на двигателях внутреннего сгорания автомобилей, эксплуатирующихся в зонах с резкими перепадами температуры и с высокими средними показателями температур зимой и летом относительно нуля градусов, т.к. эта система позволяет поддерживать рабочую температуру двигателя как при низких, так и при высоких температурах окружающей среды, а также позволяет сократить время выхода двигателя на нормальный тепловой режим, что является определяющим фактором для уменьшения износа холодного двигателя, а значит его долговечности и сохранности его выходных характеристик. The ICE liquid cooling and quick warming system according to the present invention can be used on internal combustion engines of cars operating in areas with sharp temperature drops and with high average temperatures in winter and summer relative to zero degrees, because this system allows you to maintain the engine’s operating temperature both at low and at high ambient temperatures, and also reduces the time it takes for the engine to reach normal thermal conditions, which is a determining factor for reducing wear on a cold engine, which means its durability and the safety of its output characteristics .

А средство управления потоками жидкости согласно изобретению позволяет осуществить дифференцированную установку рабочей температуры двигателя, надежно и долговечно при эксплуатации, а также предотвращает возможность перегрева двигателя, т.к. привод гидрораспределительной заслонки выполнен таким образом, что при его выходе из строя заслонка всегда оставляет открытым только горячий контур системы охлаждения. And the means of controlling fluid flows according to the invention allows for a differentiated setting of the operating temperature of the engine, reliable and durable during operation, and also prevents the possibility of overheating of the engine, because the control valve is designed in such a way that when it fails, the valve always leaves open only the hot circuit of the cooling system.

Claims

1. A liquid cooling and quick warm-up system for an internal combustion engine, comprising an engine cooling jacket, hot and cold circuits for circulating a liquid, a radiator with a drain and a filling reservoir, a cold bypass channel, a fluid flow control means, a pump, a gas supply channel from the exhaust manifold engine to the heating device, gas distribution device with means for blocking the gas channel and electric drive, the heater body of the passenger compartment with the heating radiator located inside it an amplifier and a fan, characterized in that the system is equipped with an electronic temperature control unit, an ambient temperature sensor connected to the electronic temperature control unit, an air damper for forcing air into the atmosphere located in the heater body, the heating device being made in the form of a heat exchanger, located in the radiator drain tank, the cold circuit bypass is made in the form of a pipe with thermal insulation mounted in the radiator between the bulk and the drain with the help of knots, and the fluid flow control device is installed on the radiator bulk tank and connected to the pipe, and the air damper is located behind the heater radiator and is made in the form of a pivotally mounted rotary screen with a return spring and a servo-drive connected to the electronic temperature control unit.

2. The system according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is made in the form of an electric heating element.

3. The system according to p. 1, characterized in that the means for blocking the gas channel is made in the form of a U-shaped swinging damper with an electric actuator connected to the electronic temperature control unit.

4. A means of controlling fluid flows to control the temperature of the engine, comprising a housing with an inlet and two outlet openings, a hydraulic control valve with an electric actuator for turning it and a return spring, characterized in that the housing is made in two parts, and the inlet is located in the upper part of the housing and the outlet holes are located in its lower part, the control valve is installed at the inlet with the possibility of its rotation around the longitudinal axis of the means, while the cartridge is made in the form of a cylinder having a recess in the lower part with a blind hole located in the center, and the cylinder has a through hole made at an angle to its longitudinal axis, the electric drive is made in the form of an electric motor with a potentiometer mounted on its shaft on one side, and with a drive gear located on its other end, with a gear sector, with two stops, a drive pinion shaft, a driven pinion shaft, one end of the return spring connected to one of the stops, the other end closed flax the master gear shaft and the driving gear is connected with a toothed sector mounted on the drive shaft pinion cooperating with the driven gear shaft mounted in a blind hole gidroraspredelitelnoy flap.

5. The tool according to claim 4, characterized in that a stepper motor can be used as an electric motor.