RU2280178C1

RU2280178C1 - Liquid cooling system for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2280178C1
Application number: RU2005107973/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Кухарев (RU); Михаил Николаевич Кухарев; Владимир Дмитриевич Бурдыкин (RU); Владимир Дмитриевич Бурдыкин; Алексей Валерьевич Белоглазов (RU); Алексей Валерьевич Белоглазов
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2006-07-20

Abstract

FIELD: engine engineering.

SUBSTANCE: system comprises cooling jacket for cylinder block and its head and two circuits of circulation of cooling liquid with radiator, fan, pump, and two-valve thermostat provided with sensor. The valve of the thermostat that connects the jacket of the cylinder block and its head with radiator has orifice that set the thermostat in operation and causes the cooling liquid to circulate in the jacket of the cylinder block and its head after heating the parts of the cylinder-piston group of the engine up to the operation temperature.

EFFECT: reduced wear and prolonged service life.

1 dwg

Description

Изобретение относится к системам жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в карбюраторных, инжекторных и дизельных двигателях. Известна система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая рубашки охлаждения цилиндра и его головки, малый и большой контуры циркуляции охлаждающей жидкости, термостат, размещенный в рубашке охлаждения головки цилиндра и имеющий датчик температуры и подпружиненный клапан, связанный с последним и размещенный в цилиндрическом отверстии с возможностью перемещения вдоль его оси, и три канала подвода охлаждающей жидкости и ее отвода в малый и большой контуры охлаждения, сообщенные между собой через цилиндрическое отверстие, выполненное глухим со стороны разъема между головкой цилиндра и цилиндром (Авторское свидетельство СССР №1643751, кл. F 01 Р 7/16, 19.12.88, опубл. Б.И. №15, 1991). В известной системе охлаждения двигателя в процессе его прогрева после пуска охлаждающая жидкость циркулирует в малом контуре, включающем насос, рубашку охлаждения двигателя, термостат, байпасную линию, насос, а это значительно удлиняет время прогрева стенок цилиндров, что приводит к повышению износа цилиндропоршневых групп двигателя и снижает его моторесурс.The invention relates to liquid cooling systems of internal combustion engines and can be used in carburetor, injection and diesel engines. A known liquid cooling system of an internal combustion engine, comprising cooling jackets for the cylinder and its heads, small and large circuits of coolant circulation, a thermostat located in the cooling jacket of the cylinder head and having a temperature sensor and a spring-loaded valve connected to the latter and placed in a cylindrical hole with the possibility of displacements along its axis, and three channels for supplying and discharging coolant into the small and large cooling circuits communicated to each other through cylindrical an opening formed by a hollow connector between the cylinder head and the cylinder (USSR Author's Certificate №1643751, cl. F 01 F 7/16, 19.12.88, publ. BI №15, 1991). In the known engine cooling system during its heating after start-up, the coolant circulates in a small circuit, including a pump, an engine cooling jacket, a thermostat, a bypass line, a pump, and this significantly lengthens the heating time of the cylinder walls, which leads to increased wear of the cylinder-piston groups of the engine and reduces its motor resource.

Из известных наиболее близким техническим решением к заявляемому является система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, включающая рубашку охлаждения цилиндра и его головки, два контура циркуляции охлаждающей жидкости с радиатором, вентилятор, насос и термостат, снабженный чувствительным элементом, который снабжен двумя клапанами и размещен в изолированном отсеке корпуса, сообщенном теплоизолированным трубопроводом с заборным элементом, установленным на внешней стенке цилиндра на уровне остановки верхнего поршневого кольца в положении поршня в верхней мертвой точке, при этом полость термостата соединена отводящим трубопроводом с большим контуром циркуляции охлаждающей жидкости. Большим преимуществом известного технического решения является то, что циркуляция охлаждающей жидкости при прогреве после пуска, минуя рубашку блока цилиндров и его головку, осуществляется по схеме: насос-термостат-радиатор-насос (Заявка СССР №96112290, кл. F 01 Р 7/16, 01.07.96, опубл. №10, 1996 - прототип).Of the closest known technical solution to the claimed one is a liquid cooling system of an internal combustion engine, including a cylinder cooling jacket and its heads, two coolant circulation circuits with a radiator, a fan, a pump and a thermostat equipped with a sensing element, which is equipped with two valves and is placed in an isolated housing compartment communicated by a thermally insulated pipeline with an intake element mounted on the outer wall of the cylinder at the stop level of the upper piston th position of the piston ring in the top dead center, wherein the cavity of the thermostat is connected to the discharging pipe with a large loop coolant circulation. A big advantage of the known technical solution is that the circulation of coolant during heating after start-up, bypassing the cylinder block jacket and its head, is carried out according to the scheme: pump-thermostat-radiator-pump (USSR Application No. 96112290, class F 01 P 7/16 07/01/96, publ. No. 10, 1996 - prototype).

Недостатком известного технического решения является значительное усложнение системы охлаждения, связанное с наличием теплоизолированного заборного трубопровода и необходимости размещения части его внутри рубашки системы охлаждения, что приводит к снижению надежности системы охлаждения в процессе эксплуатации.A disadvantage of the known technical solution is a significant complication of the cooling system associated with the presence of a thermally insulated intake pipe and the need to place part of it inside the jacket of the cooling system, which reduces the reliability of the cooling system during operation.

Изобретение решает задачу уменьшения износа и повышения моторесурса двигателя за счет ускорения прогревания стенок цилиндров двигателя после пуска за счет исключения циркуляции охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке при прогреве, причем достигается положительный эффект использованием простой и надежной схемы системы охлаждения.The invention solves the problem of reducing wear and increasing engine life by accelerating the heating of the walls of the engine cylinders after start-up by eliminating the circulation of coolant in the shirt of the cylinder block and its head during heating, and a positive effect is achieved by using a simple and reliable design of the cooling system.

Техническая задача решается за счет того, что в системе жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, включающей рубашку охлаждения цилиндра и его головки, два контура циркуляции охлаждающей жидкости с радиатором, вентилятор, насос и термостат, снабженный чувствительным элементом, который снабжен двумя клапанами и размещен в изолированном отсеке корпуса, причем, в соответствии с заявляемым изобретением, в клапане термостата, сообщающего рубашку блока цилиндров и его головку с радиатором, выполнено калиброванное отверстие, обеспечивающее начало срабатывания термостата и начало циркуляции охлаждающей в рубашке блока цилиндров и его головке после прогрева цилиндро-поршневой группы двигателя до рабочей температуры.The technical problem is solved due to the fact that in the liquid cooling system of an internal combustion engine, including a cylinder cooling jacket and its heads, two coolant circulation circuits with a radiator, a fan, a pump and a thermostat equipped with a sensing element, which is equipped with two valves and placed in an insulated a housing compartment, moreover, in accordance with the claimed invention, a calibrated hole is made in the valve of the thermostat communicating the cylinder block jacket and its head with a radiator effectiveness to start thermostat operating and start the circulation of the cooling cylinder in the jacket and its head after heating cylinder-piston engine group to the operating temperature.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где показана схема системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания.The technical essence of the claimed invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a liquid cooling system of an internal combustion engine.

Заявляемая система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания содержит радиатор 1, вентилятор с электроприводом 2, насос охлаждающей жидкости 3, термостат 4, включающий чувствительный элемент 5 с твердым наполнителем, клапан 6 впуска охлаждающей жидкости из рубашки блока цилиндров и его головки, перепускной клапан термостата 7, через который охлаждающая жидкость поступает из насоса 3 в радиатор, пластины тепловой изоляции 8, патрубок 9, соединяющий полость охлаждения 10 головки блока с термостатом 4, патрубок 11, соединяющий радиатор 1 с насосом 3, патрубок 12, соединяющий нагнетательную полость насоса 3 с термостатом 4, патрубок 13, соединяющий выходное отверстие термостата 4 с радиатором 1, калиброванное отверстие 14 в клапане 6.The inventive liquid cooling system of an internal combustion engine comprises a radiator 1, an electric fan 2, a coolant pump 3, a thermostat 4, including a sensor 5 with a solid filler, a coolant inlet valve 6 from the cylinder block jacket and its head, a thermostat bypass valve 7, through which coolant flows from the pump 3 to the radiator, thermal insulation plates 8, a pipe 9 connecting the cooling cavity 10 of the head of the unit with the thermostat 4, a pipe 11 connecting the radiator p 1 with a pump 3, a pipe 12 connecting the discharge cavity of the pump 3 with the thermostat 4, a pipe 13 connecting the outlet of the thermostat 4 with the radiator 1, a calibrated hole 14 in the valve 6.

Заявляемая система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.The inventive liquid cooling system of an internal combustion engine operates as follows.

После пуска при прогреве двигателя охлаждающая жидкость из нагнетательной полости насоса 3 через патрубок 12, открытый клапан 7 термостата по патрубку 13 поступает в радиатор 1, откуда по патрубку 11 идет во всасывающую полость насоса 3. При этом клапан 6 термостата закрыт и циркуляция охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения блока цилиндров и головки в радиатор не происходит. Незначительная циркуляция охлаждающей жидкости через рубашку блока цилиндров и его головку проходит от нагнетательной полости насоса 3, рубашку блока цилиндров и его головку, через патрубок 9, через калиброванное отверстие 14 в клапане 6 термостата, патрубок 13, радиатор, патрубок 11 и во всасывающую полость насоса 3. По мере прогрева стенок цилиндров двигателя и его головки охлаждающая жидкость через отверстие 14 в клапане 6 поступает в корпус термостата 4 и нагревает чувствительный элемент 5. При достижении заданной температуры клапан 6, управляемый чувствительным элементом термостата 5, приоткрывается и начинается циркуляция охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке. Клапан 7 термостата некоторое время остается также открытым. Циркуляция охлаждающей жидкости идет двумя потоками: 1) насос - рубашка блока цилиндров и его головки - клапан 6 термостата - радиатор - насос; 2) насос - патрубок 12 - клапан 7 термостата - радиатор - насос. При достижении верхнего предела оптимальной температуры охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке чувствительный элемент термостата полностью открывает клапан 6 и полностью закрывает клапан 7 термостата. При дальнейшем повышении температуры охлаждающей жидкости включается вентилятор 2, а охлаждающая жидкость из рубашки блока цилиндров через головку блока полностью направляется в радиатор.After starting, when the engine is warming up, the coolant from the injection cavity of the pump 3 through the pipe 12, the open valve 7 of the thermostat through the pipe 13 enters the radiator 1, from where it goes through the pipe 11 to the suction cavity of the pump 3. The valve 6 of the thermostat is closed and the coolant the cooling jacket for the cylinder block and head does not occur in the radiator. Slight coolant circulation through the jacket of the cylinder block and its head passes from the discharge cavity of the pump 3, the jacket of the cylinder block and its head, through the pipe 9, through the calibrated hole 14 in the thermostat valve 6, pipe 13, radiator, pipe 11 and into the pump suction cavity 3. As the walls of the cylinders of the engine and its head are heated, the coolant through the hole 14 in the valve 6 enters the thermostat housing 4 and heats the sensing element 5. When the set temperature is reached, valve 6, controls yaemy sensitive element of the thermostat 5, is slightly opened and starts the circulation of coolant in the jacket cylinder and its head. Thermostat valve 7 also remains open for a while. The coolant is circulated in two streams: 1) pump - jacket of the cylinder block and its head - valve 6 of the thermostat - radiator - pump; 2) pump - pipe 12 - thermostat valve 7 - radiator - pump. Upon reaching the upper limit of the optimum temperature of the coolant in the cylinder block jacket and its head, the thermostat sensing element completely opens valve 6 and completely closes the thermostat valve 7. With a further increase in the temperature of the coolant, fan 2 is turned on, and the coolant from the jacket of the cylinder block through the cylinder head is completely sent to the radiator.

При пониженных нагрузках двигателя, а следовательно, и пониженных тепловых режимах в предложенной схеме охлаждения жидкость течет двумя потоками, как это указано выше, причем клапан 6 под действием чувствительного элемента 5 термостата дросселирует поток жидкости, проходящей через рубашку охлаждения двигателя, и поддерживает оптимальное значение температуры охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке. Таким образом, в предлагаемой системе охлаждения не бывает так называемой «циркуляции по малому кругу» в процессе прогрева двигателя после его пуска. Экспериментально установлено, что прогрев стенок цилиндров до рабочей температуры после пуска при выключенной принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке сокращает время прогрева до 50%. Известно также, что при прогреве двигателя после пуска износы, особенно цилиндропоршневых групп деталей, несопоставимо велики по сравнению с износами тех же деталей работающего уже прогретого двигателя. Поэтому сокращение продолжительности прогрева после пуска существенно снижает износы наиболее подверженных износам деталей цилиндропоршневой группы и таким образом повышает моторесурс двигателя.At reduced engine loads, and consequently, reduced thermal conditions in the proposed cooling scheme, the fluid flows in two streams, as described above, and valve 6 throttles the fluid flow passing through the engine cooling jacket under the influence of the thermostat sensing element 5 and maintains the optimum temperature coolant in the cylinder head jacket and its head. Thus, in the proposed cooling system there is no so-called "circulation in a small circle" in the process of warming up the engine after it starts. It was experimentally established that warming the cylinder walls to operating temperature after start-up with the forced circulation of coolant turned off in the jacket of the cylinder block and its head reduces the heating time by up to 50%. It is also known that when the engine warms up after start-up, the wear, especially of the cylinder-piston groups of parts, is incomparably greater in comparison with the wear of the same parts of an already heated engine. Therefore, a reduction in the duration of warm-up after start-up significantly reduces the wear of the parts of the cylinder-piston group that are most subject to wear, and thus increases the engine life.

Заявляемая система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания наиболее простым способом исключает организованную циркуляцию охлаждающей жидкости в процессе прогрева после пуска в рубашке блока цилиндров и его головке.The inventive liquid cooling system of an internal combustion engine in the simplest way eliminates the organized circulation of coolant during heating after starting in the cylinder block jacket and its head.

Экспериментально установлено, что при работе двигателя на холостом ходу при прогреве после пуска и выключенной циркуляции охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке время прогрева стенки цилиндра до рабочей температуры для разных двигателей составляет примерно 4...7 минут. В предлагаемой системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания время прогрева после пуска до рабочей температуры подбирается индивидуально для каждой конкретной конструкции двигателя, а время начала пуска до момента открытия клапана термостата и начала циркуляции охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров и его головке устанавливается выбором размера калиброванного отверстия в клапане термостата.It was experimentally established that when the engine is idling during warm-up after start-up and the coolant circulation is turned off in the cylinder block jacket and its head, the time for heating the cylinder wall to the operating temperature for different engines is about 4 ... 7 minutes. In the proposed cooling system of the internal combustion engine, the warm-up time after starting up to operating temperature is selected individually for each specific engine design, and the start-up time until the thermostat valve opens and the cooling fluid circulates in the cylinder block jacket and its head is set by choosing the size of the calibrated hole in the valve thermostat.

Claims

The liquid cooling system of an internal combustion engine, including a cooling jacket for a cylinder block and its head, two coolant circuits with a radiator, a fan, a pump and a thermostat equipped with a sensing element, which is equipped with two valves and is located in an insulated compartment of the housing, characterized in that The valve of the thermostat, which communicates the cylinder block jacket and its head with the radiator, has a calibrated hole, which ensures that the thermostat is triggered and the cooling circulation begins pressure fluid in the shirt of the cylinder block and its head after warming the cylinder-piston group of the engine to operating temperature.