close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11700

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11700
(13) C1
(19)
F 01P 5/02
F 01P 11/10
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20060814
(22) 2006.08.02
(43) 2008.04.30
(71) Заявитель: Республиканское унитарное производственное предприятие
"Белорусский автомобильный завод"
(BY)
(72) Авторы: Черныш Николай Константинович; Волоцкий Никита Дасиевич;
Ботяновский Сергей Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное производственное предприятие "Белорусский автомобильный
завод" (BY)
(56) JP 6272555 А, 1994.
RU 2241836 C2, 2004.
RU 2280832 С1, 2006.
RU 2008451 С1, 1994.
(57)
1. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая осевой вентилятор
с обечайкой, кольцевой охладитель с внутренней цилиндрической поверхностью входа
для воздуха, привод осевого вентилятора, отличающаяся тем, что кольцевой охладитель
установлен за осевым вентилятором и снабжен радиальной заслонкой, а длина кольцевого
охладителя l1 и радиус внутренней цилиндрической поверхности кольцевого охладителя l 2 ,
связаны с диаметром D лопастей осевого вентилятора следующими соотношениями:
BY 11700 C1 2009.04.30
l 1 ≤ (0,4 ÷ 0,8)D,
0,5D ≤ l 2 ≤ 0,6D.
2. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевой охладитель выполнен секционным, где секции расположены по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности.
Фиг. 1
BY 11700 C1 2009.04.30
3. Система охлаждения по п. 2, отличающаяся тем, что секции установлены друг относительно друга с зазором.
4. Система охлаждения по п. 2, отличающаяся тем, что секции расположены ступеньками по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности.
5. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевой охладитель снаружи закрыт кожухом, при этом между кожухом и кольцевым охладителем выполнена кольцевая полость.
6. Система охлаждения по п. 5, отличающаяся тем, что кольцевая полость сообщена
с подкапотным пространством.
7. Система охлаждения по п. 5, отличающаяся тем, что кольцевая полость сообщена
с выхлопом двигателя внутреннего сгорания.
8. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевой охладитель выполнен с переменным в осевом направлении сопротивлением.
Изобретение относится к системам охлаждения двигателя внутреннего сгорания, преимущественно большегрузных автомобилей.
Изобретение может быть использовано в системах охлаждения, когда необходимо повысить эффективность ее работы и уменьшить шум при максимальном использовании
объема подкапотного пространства, оставляя сам вентилятор конструктивно и технологически без изменений.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая осевой
вентилятор с обечайкой, за которым расположен кольцевой охладитель с торцовой поверхностью для входа воздуха, привод вентилятора [1].
В известной системе кольцевым охладителем является радиатор, рабочими поверхностями которого, т.е. поверхностями куда поступает и откуда выходит воздух, являются
торцовые поверхности этого кольца. Воздух в радиатор поступает в осевом направлении
через эти поверхности, т.е. эти поверхности служат осевым входом и выходом для воздуха.
Толщина кольца равна длине рабочей части лопасти осевого вентилятора. Рабочая поверхность радиатора перпендикулярна оси вентилятора и расположена непосредственно за ним.
Недостатки известной системы охлаждения и причины их вызывающие следующие.
Причиной отклонения струек воздуха в осевом вентиляторе от осевого направления
или появления неравномерного поля скоростей являются элементы подкапотного пространства, расположенные впереди и позади осевого вентилятора. Аэродинамическое сопротивление этих элементов и их близость к осевому вентилятору являются основной
причиной отклонения струек от осевого направления. В результате нарушается плавное
обтекание лопастей осевого вентилятора, так как струйки воздуха поступают на лопасть и
уходят с нее под углами отличными от тех, которые обеспечивают безотрывное обтекание
профиля лопасти. Обтекание лопастей становится отрывным с образованием вихрей, что
приводит к увеличению сопротивления прохождения воздуха через осевой вентилятор, а
значит, приводит к снижению подачи и напора закрученного потока воздуха на входе в
радиатор.
В известной системе охлаждения подача и напор закрученного потока воздуха после
осевого вентилятора малы по причине указанного расположения кольцевого охладителя и
близости его к осевому вентилятору. В результате большого сопротивления прохождению
воздуха через осевой вентилятор напор закрученного потока воздуха на входе в охладитель оказывается мал, а значит, осевая скорость также мала и соответственно расход воздуха через кольцевой охладитель будет мал. Низкий напор воздуха на входе в кольцевой
охладитель не позволяют развить у него поверхность теплообмена, т.е. в известной системе охлаждения площадь поверхности теплообмена будет также малой. Невозможность
развить поверхность теплообмена в известной системе охлаждения обусловлена также и
2
BY 11700 C1 2009.04.30
тем, что толщина кольца кольцевого охладителя равна длине рабочей части лопасти осевого вентилятора, которая является величиной постоянной. В результате тепловая мощность теплообменника в известной системе охлаждения оказывается низкой. Кроме этого,
шум, создаваемый закрученным потоком и периферийными участками лопастей в известной системе охлаждения достаточно высок.
Таким образом, эффективность известной системы охлаждения является низкой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая осевой вентилятор с обечайкой, кольцевой охладитель с внутренней цилиндрической поверхностью входа для
воздуха, привод осевого вентилятора [2]. При этом кольцевым охладителем является радиатор, который расположен над осевым вентилятором и отделен от его периферийной
части непроницаемой для воздуха криволинейной поверхностью, которая является одной
из границ диффузорного канала для поступления воздуха к радиатору по другому направлению. При вращающемся осевом вентиляторе, часть воздуха, поступающего к нему на
вход из окружающего пространства, направляется по диффузорному каналу в радиатор.
Недостатки известной системы охлаждения и причины их вызывающие следующие.
Напор закрученного потока воздуха после осевого вентилятора максимален при сохранении у потока осевого направления. Отклонение направления струек воздуха от осевого направления на входе и выходе осевого вентилятора уменьшает напор закрученного потока
воздуха в осевом направлении. При этом напор закрученного потока, поступающего на вход
осевого вентилятора, максимален вблизи вентилятора и резко падает при удалении от него.
В известной системе охлаждения напор закрученного потока на входе в радиатор низок по причине удаленности от осевого вентилятора забора воздуха для него и по причине
отклонения струек воздуха от осевого направления на входе в осевой вентилятор.
Кроме этого шум, создаваемый закрученным потоком и периферийными участками
лопастей в известной системе охлаждения достаточно высок.
Расположение радиатора над осевым вентилятором делает поперечные габариты известной системы охлаждения большими.
Таким образом, эффективность известной системы охлаждения является низкой.
Задачей изобретения является повышение эффективности системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания путем увеличения напора закрученного потока воздуха на входе в кольцевой охладитель.
Поставленная задача решается тем, что в системе охлаждения двигателя внутреннего
сгорания, содержащей осевой вентилятор с обечайкой, кольцевой охладитель с внутренней цилиндрической поверхностью входа для воздуха, привод осевого вентилятора, охладитель установлен за вентилятором и снабжен радиальной заслонкой, а длина кольцевого
охладителя l1 и радиус внутренней цилиндрической поверхности кольцевого охладителя l 2 ,
связаны с диаметром D лопастей осевого вентилятора следующими соотношениями:
l 1 ≤ (0,4 ÷ 0,8)D,
0,5D ≤ l 2 ≤ 0,6D.
кольцевой охладитель выполнен секционным, где секции расположены по окружному
периметру цилиндрической поверхности;
секции установлены друг относительно друга с зазором;
секции расположены ступеньками по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности;
кольцевой охладитель снаружи закрыт кожухом, при этом между кожухом и кольцевым охладителем выполнена кольцевая полость;
кольцевая полость сообщена с подкапотным пространством;
кольцевая полость сообщена с выхлопом двигателя внутреннего сгорания;
кольцевой охладитель выполнен с переменным в осевом направлении сопротивлением.
3
BY 11700 C1 2009.04.30
Отличительными признаками предлагаемой системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются установка
кольцевого охладителя за осевым вентилятором и оснащение его радиальной заслонкой, а
также определение длины кольцевого охладителя l1 и радиуса внутренней цилиндрической поверхности кольцевого охладителя l 2 в зависимости от диаметра D лопастей осевого вентилятора из соотношений:
l1 ≤ (0,4 ÷ 0,8)D,
0,5D ≤ l 2 ≤ 0,6D;
выполнение кольцевого охладителя секционным, где секции расположены по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности;
установка секций друг относительно друга с зазором;
расположение секций ступеньками по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности;
закрытие снаружи кожухом кольцевого охладителя с выполнением кольцевой полости
между кожухом и кольцевым охладителем;
сообщение кольцевой полости с подкапотным пространством;
сообщение кольцевой полости с выхлопом двигателя внутреннего сгорания;
выполнение кольцевого охладителя с переменным в осевом направлении сопротивлением.
Таким образом, в предлагаемой системе охлаждения рабочими поверхностями кольцевого охладителя являются цилиндрические поверхности с внутренним кольцевым радиусом l 2
и длиной l1 .
В закрученном потоке воздуха после осевого вентилятора различают распределение
давления воздуха в осевом и радиальном направлениях. Изменение давления в осевом
направлении определяется разностью давлений воздуха непосредственно за осевым вентилятором и на некотором расстоянии от него. Изменение давления в радиальном направлении
определяется разностью давлений на различных радиусах потока. Величина этой разности,
т.е. напор в радиальном направлении, определяется центробежной силой инерции потока,
которая пропорциональна квадрату окружной (тангенциальной) скорости потока и обратно пропорциональна радиусу. Окружная скорость воздуха на периферии вентилятора равна 60…80 м/с, тогда как в осевом направлении по величине скорость воздуха на порядок
меньше. Соотношение между этими скоростями сохраняется и для закрученного потока.
Соответственно и напор воздуха на входе в радиатор в радиальном направлении будет
значительно выше напора воздуха в осевом направлении. Поэтому размещение кольцевого охладителя на боковой поверхности закрученного потока или по его периметру позволяет получить скорости воздуха на входе в радиатор значительно выше, чем при другом
его расположении.
Кольцевой охладитель, размещенный на боковой поверхности закрученного потока,
является тангенциальным.
Наличие вязкости приводит к тому, что окружные скорости закрученного потока воздуха, начиная с некоторого радиуса, превышающего радиус осевого вентилятора, начинают резко уменьшаться. Чтобы остаться в зоне высоких окружных скоростей воздуха,
внутреннюю поверхность кольцевого охладителя выполняют радиусом l 2 в зависимости
от диаметра D лопастей осевого вентилятора, выбираемого из соотношения:
0,5D ≤ l 2 ≤ 0,6D;
Окружность радиусом l 2 соответствует границе закрученного потока, где окружные
скорости воздуха близки к окружным скоростям периферийной части лопастей осевого
вентилятора.
4
BY 11700 C1 2009.04.30
Окружная составляющая скорости по причине вязкости воздуха уменьшается и в осевом направлении. Чтобы замедлить темп падения этой скорости, закрученный поток тормозят заслонкой в осевом направлении на расстоянии l1 от обечайки в зависимости от
диаметра D лопастей осевого вентилятора, выбираемом из соотношения:
l1 ≤ (0,4 ÷ 0,8)D.
В результате уменьшения осевой составляющей скорости по причине торможения, результирующий вектор скорости приближается к окружной скорости, что и обеспечивает
замедление ее темпа падения. Соответственно и длина кольцевого охладителя l1 от заслонки до обечайки выбирается из упомянутого соотношения.
Расстояния l1 и l 2 зависят от диаметра осевого вентилятора, профиля его лопастей,
частоты вращения и условий работы осевого вентилятора в ограниченном подкапотном
пространстве двигателя. Одним из этих условий может быть сопротивление подкапотного
пространства за осевым вентилятором или сопротивление кольцевого охладителя, который установлен перед осевым вентилятором.
Указанные расстояния l1 и l 2 выбираются экспериментальным или полуэмпирическим путем. Эти расстояния и степень торможения потока выбираются таким образом,
чтобы скорость воздуха на выходе из кольцевых охладителей была максимальной. При
этом производительность осевого вентилятора не должна падать, т.е. осевая скорость воздуха на входе в осевой вентилятор не должна уменьшаться.
Закрученный поток воздуха на расстоянии l1 от осевого вентилятора может быть заторможен в осевом направлении до нуля, т.е. весь расход воздуха после осевого вентилятора поступает в кольцевой охладитель. Этот режим является оптимальным.
Ограниченность подкапотного пространства, конструктивные и технологические
трудности не всегда позволяют изготовить и разместить охладитель кольцевого типа. В
этом случае кольцевой охладитель системы охлаждения выполнен наборным, состоящим
из секций в виде независимых охладителей. Чтобы секции обдувались воздухом со всех
сторон, они установлены друг относительно друга с зазором. Секции могут быть установлены не по всему окружному периметру внутренней поверхности радиусом l 2 .
В некоторых случаях выполнения кольцевого охладителя из секций более компактным может оказаться размещение секций ступеньками.
Образование кольцевой полости между кожухом и кольцевым охладителем позволяет
более целенаправленно использовать воздух после кольцевого охладителя, а также обеспечивается возможность увеличения скорости просасывания воздуха через кольцевой охладитель путем понижения давления в этой полости при ее подсоединении к различным
агрегатам двигателя.
В зависимости от условий эксплуатации системы охлаждения возможны различные
варианты использования объема полости между кожухом и кольцевым охладителем.
При необходимости использования воздуха после кольцевого охладителя в подкапотном пространстве кольцевая полость сообщается с ним.
Сообщение кольцевой полости с выхлопом двигателя внутреннего сгорания позволяет
понизить температуру отходящих газов. Кроме этого, используя принцип эжектора, можно увеличить скорость просасывания воздуха через кольцевой охладитель, повышая эффективность работы.
Расход воздуха через кольцевой охладитель при движении закрученного потока от
обечайки до заслонки непрерывно уменьшается. Соответственно с этим, скорость воздуха,
проходящего через кольцевой охладитель, будет переменной по его длине. Вблизи обечайки она будет максимальной, тогда как вблизи заслонки эта скорость будет минимальной. Чтобы сделать скорость воздуха через кольцевой охладитель постоянной по его длине,
последний выполнен с переменным в осевом направлении сопротивлением. Постоянство
5
BY 11700 C1 2009.04.30
скорости воздуха через кольцевой охладитель по его длине повышает эффективность его
работы за счет более полного использования напора закрученного потока.
Повышенный напор воздуха на входе в кольцевой охладитель и его расположение на
боковой поверхности закрученного потока позволяют увеличить поверхность теплообменника, т.е. увеличить его тепловую мощность, по сравнению с известной системой охлаждения.
Кольцевой охладитель является устройством с пористой структурой, каковыми являются щели, образованные поверхностями теплообмена. Поэтому кольцевой охладитель
является шумопоглощающим устройством. Размещение его на боковой стороне закрученного потока позволяет уменьшить шум этого потока по отношению к шуму, возникающему при работе известной системы охлаждения.
На фиг. 1 представлена предлагаемая система охлаждения; на фиг. 2 - увеличенный
вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечное сечение системы, где кольцевой охладитель выполнен секционным и секции расположены по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности; на фиг. 4 - поперечное сечение системы, где секции расположены
ступеньками по окружному периметру внутренней цилиндрической поверхности; на
фиг. 5 - система охлаждения, где кольцевая полость сообщена с выхлопом двигателя
внутреннего сгорания.
Система охлаждения содержит осевой вентилятор 1 диаметром D, обечайку 2 с торцом 3,
кольцевой охладитель 4 с внутренней цилиндрической поверхностью 5, привод 6 осевого
вентилятора 1, радиальную заслонку 7. Длина кольцевого охладителя 4 от заслонки 7 до
торца 3 обечайки 2 равна l1, а радиус внутренней цилиндрической поверхности равен l2.
Система также содержит кольцевую полость 8, образованную кожухом 9 и наружной
поверхностью 10 кольцевого охладителя 4, который также имеет каналы 11 (фиг. 1 и 2)
для подвода и отвода жидкости или газа в охладитель и шпильки 12 для крепления заслонки 7, выполненной в виде плоского кольца с отверстием 13. Кольцевая полость 8 посредством каналов 14 сообщена с подкапотным пространством 15.
При изготовлении кольцевого охладителя 4 секционным секции 16 расположены по
окружному периметру цилиндрической поверхности 5 с зазором 17 между ними (фиг. 3).
Секции 16 могут быть расположены по окружному периметру поверхности 5 также
ступеньками (фиг. 4).
Кольцевая полость 8 может быть сообщена посредством каналов 14 с выхлопом 18
двигателя внутреннего сгорания 19 (фиг. 5).
На входе в систему охлаждения перед осевым вентилятором 1 установлены жалюзи 20.
Система охлаждения работает следующим образом.
Привод 6 приводит во вращение осевой вентилятор 1. При вращающемся осевом вентиляторе 1 воздух поступает через жалюзи 20 на осевой вентилятор и после него в виде
закрученного потока движется по направлению к заслонке 7. Одновременно часть потока
движется в радиальном направлении и через поверхность 5 поступает в кольцевой охладитель 4 и выходит через поверхность 10. При этом через каналы 11 в кольцевой охладитель
1 поступает и отводится жидкость/газ, которые охлаждаются воздухом при его движении
в радиальном направлении через кольцевой охладитель 1. Из кольцевой полости 8 по каналам 14 воздух после кольцевого охладителя поступает в подкапотное пространство 15.
Приосевая часть потока воздуха через отверстие 13 в заслонке 7 также поступает в подкапотное пространство 15. Диаметр отверстия 13 выбирается таким образом, чтобы обеспечить
постоянство осевой скорости на входе в осевой вентилятор, т.е. торможение заслонкой 7
производится таким образом, чтобы производительность осевого вентилятора не изменилась. При оптимальном варианте диаметр отверстия 13 должен быть равным нулю.
Когда кольцевой охладитель выполнен в виде секций (фиг. 3), воздух в радиальном
направлении движется через секции 16 и зазоры 17, которые необходимы для обтекания
потоком воздуха секций со всех сторон.
6
BY 11700 C1 2009.04.30
При размещении секций ступеньками (фиг. 4) возможно улучшение их компоновки и
более рациональное использование рабочих поверхностей секций. Как и в случае выполнения кольцевого охладителя в виде секций, здесь воздух также движется через секции 16.
Воздух из кольцевой полости 8 через каналы 14 поступает в выхлоп 18 двигателя
внутреннего сгорания 19, понижая температуру выхлопных газов.
Предлагаемая система охлаждения выгодно отличается от известной системы значительно меньшими размерами в поперечном сечении и более низким уровнем шума.
Источники информации:
1. Заявка Японии № 06-317151, МПК F 01P 7/12, 3/18, опубликована 15.11.1994.
2. Заявка Японии № 06-272555, МПК F 01P 5/02, 3/18, 5/06, 11/10, опубликована
27.09.1994.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
545 Кб
Теги
by11700, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа