close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14542

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14542
(13) C1
(19)
F 01P 5/02 (2006.01)
F 01P 7/00 (2006.01)
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20080244
(22) 2008.03.05
(43) 2009.10.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Белорусский автомобильный завод" (BY)
(72) Авторы: Черныш Николай Константинович; Волоцкий Никита Дасиевич; Ботяновский Сергей Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Белорусский автомобильный завод" (BY)
(56) US 3727593, 1973.
BY 12121 C1, 2007.
SU 666281, 1979.
SU 130792, 1960.
RU 2044895 C1, 1995.
DE 4235986 A1, 1994.
DE 4127099 A1, 1993.
EP 0026997 A1, 1981.
BY 14542 C1 2011.06.30
(57)
1. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая последовательно
расположенные охладитель, кожух с обечайкой и вентилятор со ступицей в виде полого
усеченного конуса, где меньшее основание обращено к охладителю, а на внешней поверхности закреплены лопасти шириной b, отличающаяся тем, что последние выполнены радиальными и снабжены на концах, со стороны передней или задней кромки, скосом под
углом β к оси вращения и длиной b1, равной (0,2÷0,5)b, при этом угол β составляет от 10
до 20° для скоса на передней кромке лопастей, а при выполнении скоса со стороны задней
кромки угол β составляет от 15 до 45°, при этом отношение диаметра обечайки dоб к диаметру вентилятора dв выбрано из интервала от 1,1 до 1,3.
Фиг. 1
BY 14542 C1 2011.06.30
2. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что на обечайке на участке длиной b1 выполнен диффузор, угол раскрытия которого равен 2β и в котором размещены
концы лопастей со скосом на передней поверхности, а меньшее основание усеченного конуса выполнено глухим.
3. Система охлаждения по п. 2, отличающаяся тем, что усеченный конус с лопастями
закрыт дополнительным кожухом, снабженным направляющими лопастями и тангенциальным каналом, сообщающимся с атмосферой или с выхлопом двигателя внутреннего
сгорания.
4. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что кожух продлен за усеченный
конус с лопастями, имеющими скосы на задней кромке, и установлен снаружи со стороны
большего основания, при этом охладитель выполнен составным.
5. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что в меньшем основании усеченного конуса выполнены отверстия, а на внутренней поверхности конуса закреплены
дополнительные лопасти.
6. Система охлаждения по п. 4, отличающаяся тем, что по центру охладителя выполнен канал, сообщающий полость кожуха с атмосферой.
7. Система охлаждения по п. 6, отличающаяся тем, что содержит установленный в
канале потокообразующий стакан, выходной конец которого плавно расширяется к вентилятору с образованием осевого зазора.
8. Система охлаждения по п. 7, отличающаяся тем, что внутри кожуха установлены
спрямляющие лопасти.
9. Система охлаждения по п. 7, отличающаяся тем, что на кожухе в плоскости большего основания усеченного конуса выполнены окна с крышками, которые соединены с
механизмом их перемещения.
10. Система охлаждения по п. 9, отличающаяся тем, что окна кожуха сообщены с потребителями воздуха.
Изобретение относится к системам охлаждения двигателя внутреннего сгорания, преимущественно большегрузных автомобилей.
Изобретение может быть использовано в системах охлаждения, когда необходимо повысить эффективность ее работы при ограниченных поперечных размерах подкапотного
пространства.
Для большегрузных автомобилей характерны большие фронтальные площади охладителей (от 1,5 м2 до 2 м2 и более) при поперечных размерах последних превышающих 1,5 м.
Повышение эффективности работы охладителей достигается увеличением диаметра осевого вентилятора, который уже сейчас превышает поперечный размер охладителей от
20 % до 40 %. Диаметр осевого вентилятора определяет высоту центра тяжести автомобиля и размеры подкапотного пространства. Диаметр вентилятора становится одним из факторов, сдерживающих увеличение грузоподъемности автомобиля. Здесь следует учесть и
то, что работа осевого вентилятора в условиях ограниченного подкапотного пространства
является неэффективной.
Неэффективная работа осевого вентилятора вызвана отклонением струек воздуха от
осевого направления и возвратным течением горячего воздуха из моторного отсека подкапотного пространства к охладителю вблизи ступицы.
Причиной отклонения струек воздуха в вентиляторе от осевого направления и появления неравномерного поля скоростей являются элементы подкапотного пространства
(двигатель, трубы и другое оборудование), расположенные за вентилятором. Аэродинамическое сопротивление этих элементов и их близость к вентилятору являются основной
причиной отклонения струек от осевого направления. В результате нарушается плавное
обтекание лопастей вентилятора, так как струйки воздуха поступают на лопасть и уходят
2
BY 14542 C1 2011.06.30
с нее под углами, отличными от тех, которые обеспечивают безотрывное обтекание профиля лопасти.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая кожух с
обечайкой, осевой вентилятор со ступицей, где закреплены лопасти [1].
Известна также система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая
кожух с обечайкой, осевой вентилятор со ступицей, на внешней поверхности которого закреплены лопасти [2].
В указанных выше аналогах [1] и [2] шайбы частично исключают возвратное течение
горячего воздуха из моторного отсека подкапотного пространства к охладителю вблизи
ступицы, но неравномерность поля скоростей в вентиляторе остается, т.е. остается отрицательное влияние на работу вентилятора элементов подкапотного пространства, расположенного за ним. Поэтому эффективность работы известных систем охлаждения является
низкой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая охладитель с кожухом,
обечайку и вентилятор со ступицей в виде полого усеченного конуса, где меньшее основание обращено к охладителю, а на внешней поверхности ступицы закреплены лопасти
[3]. При этом периферийные части лопастей размещены внутри цилиндрической обечайки, а сами лопасти вентилятора по высоте спрофилированы.
Недостатки известной системы охлаждения и причины их вызывающие следующие.
Цилиндрическая обечайка не позволяет струйкам газа сходящих с концов лопастей
свободно расширяться в радиальном направлении и тормозит эти частицы. Поэтому при
увеличении сопротивления охладителя горячий воздух из моторного отсека по периферии
вентилятора будет поступать к охладителю. В результате перепад температур на нем
уменьшится, и эффективность его работы будет низкой.
Для повышения количества воздуха, проходящего через охладитель, необходимо увеличивать поперечные размеры зоны разряжения перед вентилятором и степень разряжения в ней. Эти параметры зоны разряжения определяются не только величиной, но и
временем действия центробежной силы инерции на газ между лопастями. Если время пребывания струйки газа между лопастями достаточно, то она перемещается в радиальном
направлении на максимальное расстояние. В этом случае степень разряжения и поперечные размеры этой зоны будут максимальны. При профилировании лопастей и появлении
осевой составляющей скорости время пребывания частицы газа в поле действия центробежных сил между лопастями оказывается малым, чтобы обеспечить максимальные параметры зоны разряжения, т.е. степень разряжения и ее поперечные размеры. В результате
объемный расход воздуха через охладитель оказывается недостаточным для его эффективной работы.
Таким образом, эффективность известной системы охлаждения является низкой.
Задача изобретения - повышение эффективности работы системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания путем увеличения поперечных размеров зоны разряжения вентилятора и увеличения степени понижения давления воздуха в этой зоне.
Поставленная задача решается тем, что в системе охлаждения двигателя внутреннего
сгорания, содержащей последовательно расположенные охладитель, кожух с обечайкой и
вентилятор со ступицей в виде полого усеченного конуса, где меньшее основание обращено к охладителю, а на внешней поверхности закреплены лопасти шириной b, последние
выполнены радиальными и снабжены на концах, со стороны передней и задней кромки,
скосом под углом β к оси вращения и длиной b1, равной (0,2 ÷ 0,5)b, при этом угол β составляет от 10 до 20°, для скоса на передней кромке лопастей, а при выполнении скоса со
стороны задней кромки угол β составляет от 15 до 45°, при этом отношение диаметра обечайки dоб к диаметру вентилятора dв выбрано из интервала от 1,1 до 1,3.
3
BY 14542 C1 2011.06.30
Кроме того, заявленное изобретение может быть охарактеризовано следующими дополнительными признаками, характеризующими частные случаи его выполнения:
на обечайке на участке длиной b1 может быть выполнен диффузор, угол раскрытия которого равен 2β и в котором размещены концы лопастей со скосом на передней поверхности, а меньшее основание усеченного конуса выполнено глухим;
усеченный конус с лопастями может быть закрыт дополнительным кожухом, снабженным направляющими лопастями и тангенциальным каналом, сообщающимся с атмосферой или с выхлопом двигателя внутреннего сгорания;
кожух может быть продлен за усеченный конус с лопастями, имеющими скосы на задней кромке, и установлен снаружи со стороны большего основания, при этом охладитель
выполнен составным;
в меньшем основании усеченного конуса могут быть выполнены отверстия, а на внутренней поверхности конуса закреплены дополнительные лопасти;
по центру охладителя может быть выполнен канал, сообщающий полость кожуха с
атмосферой;
в канале может быть установлен потокообразующий стакан, выходной конец которого
плавно расширяется к вентилятору с образованием осевого зазора;
внутри кожуха могут быть установлены спрямляющие лопасти;
на кожухе в плоскости большего основания усеченного конуса могут быть выполнены
окна с крышками, которые соединены с механизмом их перемещения;
окна кожуха могут быть сообщены с потребителями воздуха.
Выполнение лопастей радиальными позволяет максимально увеличить время пребывания струйки газа в поле центробежных сил между лопастями. Это значит, что параметры зоны разряжения перед вентилятором также будут максимальными.
Подбор соотношения диаметра обечайки dоб к диаметру вентилятора dв из интервала
от 1,1 до 1,3 позволяет обеспечить радиальный зазор между обечайкой и вентилятором,
необходимый для использования эжектирующих свойств струй воздуха на выходе из лопастей для эжектирования воздуха из внутренней полости кожуха.
Скос на концах лопастей и диффузорная часть обечайки позволяют получить для
струйки газа составляющую центробежной силы инерции, направленную вдоль диффузорной части обечайки в направлении от охладителя. Этим исключается возвратное течение воздуха из моторного отсека к охладителю.
Дополнительный кожух с направляющими лопастями и тангенциальным каналом позволяет направить воздух в атмосферу и к другим потребителям. Например, он может быть
сообщен с выхлопом двигателя внутреннего сгорания. Это особенно необходимо для понижения температуры отходящих газов в глушителях и в двигателях с турбокомпрессором.
При большой заграможденности подкапотного пространства, чтобы исключить влияние подкапотного пространства на работу вентилятора, кожух охладителя продлевается за
усеченный конус с лопастями. При этом охладитель выполнен составным. Например, в
центре размещен водяной радиатор с перепадом температур от 10 до 20°, а на периферии охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) с перепадом температур от 100 до 140°. Обратным потоком воздуха, прошедшим через центральную часть, охлаждается ОНВ. Скос на
лопастях со стороны задних кромок позволяет уменьшить потери энергии газа при повороте потока в обратном направлении после вентилятора. Поворот потока происходит более упорядочено и ускоренно за счет действия в этом направлении составляющей
центробежной силы инерции.
Если охладитель не выполнен составным, или в составном охладителе перепады температур близки по своим значениям, тогда по центру охладителя выполняется канал, сообщающий полость кожуха с атмосферой. Холодный воздух из атмосферы делает после
вентилятора поворот на 180° и поступает на охладитель со стороны кожуха.
4
BY 14542 C1 2011.06.30
Чтобы увеличить степень разряжения воздуха перед вентилятором на внутренней поверхности конуса закреплены дополнительные лопасти, а в меньшем основании конуса
выполнены отверстия.
Когда режим работы вентилятора по оборотам является неустойчивым, или имеется
ряд охладителей установленных последовательно друг за другом, то в центральном канале
охладителя (охладителей) устанавливается потокообразующий стакан, выходной конец
которого имеет осевой зазор с вентилятором и плавно расширяется к последнему. Это
позволяет исключить возврат холодного воздуха в атмосферу после вентилятора.
Спрямляющие лопасти перед охладителем со стороны кожуха позволяют уменьшить
сопротивление воздуху на входе его в охладитель. Причиной уменьшения сопротивления
является то обстоятельство, что закрученный вентилятором поток воздуха после спрямляющих лопастей двигается в осевом направлении и поступает на охладитель.
Для расширения возможностей использования вентилятора в условиях, когда охладитель частично или полностью отключен (низкая температура окружающей среды, особый
режим регулирования работы охладителя) в плоскости большего основания конуса на кожухе выполнены окна с крышками, которые соединены с механизмом их перемещения.
Окна кожуха сообщены с потребителями воздуха. Например, одним из таких потребителей воздуха могут быть тормозные сопротивления, которые необходимо охлаждать.
На фиг. 1 представлена предлагаемая система охлаждения; на фиг. 2 - выносной элемент В на фиг. 1; на фиг. 3 - система охлаждения с дополнительным кожухом, закрывающим усеченный конус с лопастями; на фиг. 4 - сечение по А-А на фиг. 3; на фиг. 5 система охлаждения, где тангенциальный канал дополнительного кожуха сообщен с выхлопом двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 6 - система охлаждения с кожухом, закрывающим усеченный конус с лопастями и потокообразующим каналом в центральной
части охладителя; на фиг. 7 - система охлаждения с кожухом, закрывающим усеченный
конус с лопастями, где в плоскости большего основания конуса на кожухе выполнены окна с крышками, которые соединены с механизмом их перемещения (не показано).
Система охлаждения содержит (фиг. 1) охладитель 1, кожух 2 с обечайкой 3, вентилятор 4 со ступицей 5 в виде усеченного конуса с меньшим основанием 6, большим основанием 7 и внешней поверхностью 8, где закреплены радиальные лопасти 9. Последние
снабжены на конце (фиг. 2) скосом 10 длиной b1 под углом β к оси вращения. Обечайка 3
имеет диффузорный участок 11 с углом раскрытия 2β и длиной b1. Вентилятор 4 установлен на валу двигателя внутреннего сгорания 12 с выхлопом 13.
Система охлаждения (фиг. 3) содержит также дополнительный кожух 14 с направляющими лопастями 15 и тангенциальным каналом 16 (фиг. 4), который сообщается посредством канала 17 с выхлопом 13 двигателя внутреннего сгорания 12.
Внутри продленного кожуха 18 (фиг. 6) помещен потокообразующий канал 19 с
осевым зазором 20 относительно вентилятора 4. Входная часть канала 19 установлена в
центральной части охладителя 1. На внутренней поверхности ступицы 5 закреплены дополнительные лопасти 21, а в меньшем основании 6 выполнены отверстия 22. Между
большим основанием 7 и задней стенкой кожуха 18 имеется осевой зазор 23.
В плоскости большего основания 7 ступицы 5 на продленном кожухе 18 выполнены
окна 24 с крышками 25, которые соединены с механизмом их перемещения (не показано).
Система охлаждения работает следующим образом. Двигатель 12 приводит во вращение вентилятор 4. При вращающемся вентиляторе 4 и образовавшейся зоне разряжения
перед ним, воздух за счет возникшего при этом осевого перепада давления поступает из
атмосферы через охладитель 1 внутрь кожуха 2. Далее воздух отклоняется ступицей 5 от
осевого движения. Тем самым исключается его взаимодействие с двигателем внутреннего
сгорания 12 и элементами его оборудования (не показано), т.е. исключается влияние элементов подкапотного пространства (не показано) на работу вентилятора 4.
5
BY 14542 C1 2011.06.30
Двигаясь между радиальными лопастями 9 воздух оказывает эжектирующее действие
на остальную часть воздуха, находящуюся внутри кожуха 2, вовлекая его в движение к
диффузорному участку 11 обечайки 3. Усилению эжектирующего действия выходящих
после лопастей струй газа способствуют скосы на концах лопастей и диффузорный участок обечайки. В результате возрастает, по сравнению с известной системой охлаждения,
количество воздуха проходящего через охладитель.
При наличии дополнительного кожуха 14 с лопастями 15 воздух после охладителя 1
отводится по каналу 16 в атмосферу. Часть его по каналу 17 может быть сообщена с выхлопом 13 двигателя внутреннего сгорания 12.
В продленном кожухе 18 воздух из атмосферы по каналу 19 через осевой зазор 20 поступает на вентилятор 4. Далее он поступает на лопасти 9 и через отверстия 22 - на дополнительные лопасти 21. Двигаясь по лопастям 9 в зазоре 23 и встречаясь с внутренней
стенкой кожуха 18 поток воздуха разворачивается на 180° и поступает на охладитель 1.
При наличии спрямляющих лопастей (не показаны) перед охладителем 1 закрученный поток трансформируется в осевой.
Если на кожухе 18 имеются окна 24, то часть воздуха после вентилятора 4 можно отвести другим потребителям. Регулирование расхода воздуха через окна 24 осуществляется
крышками 25.
Предлагаемая система охлаждения отличается от известной системы значительно
меньшими размерами в поперечном сечении, так как эти размеры ограничены габаритами
охладителя, а не диаметром вентилятора. При этом предлагаемая система охлаждения по
эффективности работы выше известной и имеет более низкий уровень шума.
Источники информации:
1. FR 2523224 А1, 16.09.1983.
2. EP 0185948 А2, 02.07.1986.
3. US 3727593, 17.04.1973.
Фиг. 2
Фиг. 3
6
BY 14542 C1 2011.06.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
123 Кб
Теги
by14542, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа