Оптимизированное охлаждение масла для двигателя внутреннего сгорания

Оптимизированное охлаждение масла для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к охлаждающему модулю для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством охлаждающей среды, содержащему корпус, теплообменник масло/охлаждающая среда, масляный фильтр и, по меньшей мере, один проходящий через корпус модуля и гидродинамически соединяющий теплообменник масло/охлаждающая среда и масляный фильтр канал для охлаждающей среды модуля для транспортировки охлаждающей среды. Далее изобретение относится к проходящему в блоке двигателя каналу для охлаждающей среды двигателя для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством охлаждающей среды, содержащего корпус блока двигателя и, по меньшей мере, один проходящий через него канал для охлаждающей среды двигателя для транспортировки охлаждающей среды, а также к системе двигатель-охлаждающий модуль для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством охлаждающей среды, содержащей двигатель с блоком двигателя и соединенный с блоком двигателя охлаждающий модуль, причем охлаждающий модуль соединен с блоком двигателя так, что проходящие в двигателе каналы и проходящие в модуле каналы гидродинамически связаны между собой для образования замкнутой системы охлаждающих линий. Наконец, изобретение относится к способу охлаждения масляного контура двигателя посредством охлаждающей среды, протекающей в образованном из каналов охлаждающем контуре через теплообменник масло/охлаждающая среда, включая блок двигателя и/или охлаждающий модуль, включающий в себя следующие этапы: направление охлаждающей среды через первый участок охлаждающего контура, проходящий через блок двигателя, направление охлаждающей среды через второй участок охлаждающего контура, проходящий через теплообменник масло/охлаждающая среда, и замыкание охлаждающего контура.

Подобные охлаждающие устройства и способы охлаждения ДВС автомобиля используются сегодня на всех автомобилях. При этом масло охлаждают посредством охлаждающей среды. Различают разные виды охлаждающих устройств, например в отношении охлаждающей среды.

Одним охлаждающим устройством согласно уровню техники является воздушно-масляный радиатор. Его устанавливают спереди автомобиля в создаваемом движением воздушном потоке.

Недостаток этого решения в том, что применяемая охлаждающая среда - воздух - имеет относительно низкий коэффициент теплоотдачи. Поэтому для реализации достаточного масляного охлаждения требуется относительно большой воздушно-масляный радиатор. К тому же охлаждение зависит от воздушного потока и, тем самым, от скорости движения автомобиля. При низких скоростях движения воздушно-масляный радиатор не обеспечивает достаточную охлаждающую мощность. Масло приходится направлять к воздушно-масляному радиатору. Для этого из-за перекрываемых трактов и гибкой подачи масла используют гибкие трубопроводы от двигателя к воздушно-масляному радиатору. Эти выполненные большей частью в виде шланга гибкие трубопроводы склонны к утечкам после длительного использования.

Другим охлаждающим устройством согласно уровню техники является масляно-водяной теплообменник. В нем в качестве охлаждающей среды использована вода или охлаждающая вода. Из-за более высокого коэффициента теплоотдачи воды этот теплообменник имеет более высокую охлаждающую мощность при меньшем конструктивном объеме. Охлаждающая среда, точнее вода, и масло направляются по направляющей системе из шлангов или труб. Использование труб и шлангов является недостатком в отношении соединения труб и шлангов между собой или с двигателем или масляно-водяным теплообменником, поскольку соединения, в частности в местах соединений, относительно быстро склонны к неплотностям. Далее недостатком являются гидродинамически-механические свойства соединений, поскольку соединения частично приводят к большим сопротивлениям в направляющей системе.

Третьим охлаждающим устройством согласно уровню техники является масляно-водяной теплообменный модуль с масляным фильтром. Это решение позволяет избежать некоторых недостатков описанных выше охлаждающих устройств. Преимущество модульной конструкции в том, что масляно-водяной теплообменный модуль имеет компактную конструктивную форму. Масляный фильтр выполнен в виде фильтрующего патрона, который прифланцован к теплообменнику. Маслонаправляющая система выполнена в виде интегрированного в корпус модуля канала, что заметно снижает риск утечек маслопровода.

Недостаток этого решения в том, что охлаждающая среда в виде воды и здесь направляется по шлангам. Из-за этого в линии подачи воды также могут возникать утечки. К тому же из-за сильной концентрации конструктивных элементов в небольшом конструктивном пространстве могут возникать проблемы с вибрациями при эксплуатации автомобиля, которые при определенных обстоятельствах приводят к отказу охлаждающего устройства.

У всех описанных выше решений среды - охлаждающая среда/масло - протекают в каналах друг за другом, т.е. по типу последовательной схемы. За счет этого длина каналов возрастает, что приводит к увеличению конструктивного пространства. К тому же из-за длины каналов возрастают общие сопротивления направляющей системы, так что их приходится компенсировать также за счет увеличения размеров проходных сечений направляющей системы, мирясь с потерей мощности. Целью подобных охлаждающих систем, помимо охлаждения, является, однако, поддержание разности давлений в охлаждающем модуле на как можно более низком уровне, поскольку она суммируется с общим падением давления во всей системе двигателя, а падение давления представляет снижение эффективности. Чем больше падение давления, тем выше потеря эффективности. Для обеспечения этого в традиционных системах охлаждающая среда течет через охлаждающий модуль с высокой скоростью, т.е. она недолго пребывает в охлаждающем модуле или охлаждающем пакете, в результате чего охлаждающая среда поглощает и отводит немного тепловой энергии, вызывая, тем самым, низкоэффективное охлаждение. Кроме того, за счет последовательного расположения водяной контур в блоке цилиндров и головке блока цилиндров приходится регулировать отдельно, т.е. требуется перенастройка водяного контура в блоке цилиндров и головке блока цилиндров. Из-за этого возникают дополнительные затраты на регулировочные работы.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание системы и способа охлаждения, которые при оптимальном использовании конструктивного пространства позволили бы реализовать эффективное охлаждение циркулирующего масла.

Эта задача решается исходя из охлаждающего модуля в соответствии с ограничительной частью п.1, блока двигателя в соответствии с ограничительной частью п.6, системы двигатель-охлаждающий модуль в соответствии с ограничительной частью п.7 и способа охлаждения в соответствии с ограничительной частью п.10 в сочетании с их отличительными признаками. Предпочтительные усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах.

Изобретение включает в себя техническое решение, заключающееся в том, что выполненный в корпусе охлаждающего модуля канал для охлаждающей среды модуля выполнен, по меньшей мере, частично в виде гидродинамически связанного с теплообменником масло/охлаждающая среда байпасного канала к каналу для охлаждающей среды двигателя для разделения потока охлаждающей среды на два частичных потока и образования параллельной схемы потоков охлаждающей среды.

Канал для охлаждающей среды модуля может при этом, по меньшей мере, на одном участке иметь дополнительный байпасный канал или может быть полностью выполнен в виде байпасного канала. Байпасный канал может ответвляться от участка для канала охлаждающей среды двигателя, выполненного в блоке двигателя, или уже от водяного насоса.

В качестве охлаждающего агрегата для охлаждения масла помимо теплообменника масло/охлаждающая среда может использоваться также любой другой подходящий для охлаждения масла охлаждающий агрегат.

Это решение дает то преимущество, что за счет байпасного канала и связанной с ним параллельной схемы охлаждающей среды сокращается общая длина направляющей системы. Применяемая для охлаждения охлаждающая среда больше не протекает лишь через отдающий тепло двигатель и подается затем к теплообменнику, а подается к теплообменнику параллельно протеканию через двигатель. Таким образом, температура охлаждающей среды при входе в теплообменник заметно ниже, благодаря чему достигается заметное повышение охлаждающей мощности в теплообменнике. В качестве охлаждающей среды применяют преимущественно воду. За счет этого охлаждающий контур может быть присоединен непосредственно к внутреннему водяному контуру. Воду отбирают преимущественно непосредственно за водяным насосом. Поэтому предпочтительно, чтобы байпасный канал был расположен как можно ближе к водяному насосу. За счет этого вода мало нагревается из-за тепла, отдаваемого двигателем охлаждающей воде, так что при входе воды в теплообменник она имеет относительно низкую температуру. В результате разность температур между поступающей охлаждающей водой и охлаждаемым маслом больше, чем в традиционных решениях, благодаря чему охлаждающая мощность заметно повышается.

В противоположность традиционным системам охлаждения водяной контур в теплообменнике включен параллельно водяному контуру через блок двигателя. Это значит, что здесь в противоположность традиционным системам охлаждения требуется высокая разность давлений, чтобы оставить без влияния водяной контур двигателя. За счет высокой разности давлений имеется более длительное пребывание охлаждающей среды в охлаждающем пакете или охлаждающем модуле, благодаря чему охлаждающая среда может поглощать большее количество тепла и может быть реализована более эффективная охлаждающая мощность. За счет улучшенного поглощения тепла по сравнению с традиционными системами охлаждения для такой же охлаждающей мощности требуется меньше охлаждающих пластин в охлаждающем модуле. Это позволяет уменьшить конструктивное пространство. В целом, благодаря изобретению повышается кпд охлаждения и снижаются расходы.

Другая усовершенствующая изобретение мера предусматривает, что канал для охлаждающей среды модуля выполнен гидродинамически разъемно связанным с соответствующим каналом для охлаждающей среды двигателя, чтобы протекающий через блок двигателя поток охлаждающей среды направлять через охлаждающий модуль. Таким образом, часть уже имеющегося канала для охлаждающей среды двигателя можно использовать для транспортировки охлаждающей воды. В зоне, где расположен теплообменник, охлаждающую воду направляют тогда к нему через модуль. За счет этого можно отказаться от внешнего шлангопровода, поскольку канал двигателя и байпасный канал интегрированы соответственно в корпус модуля. Теплообменник расположен преимущественно в непосредственной близости от двигателя, благодаря чему байпасный канал имеет относительно короткую длину и возможно компактную систему двигатель-охлаждающий модуль.

Предпочтительно, что байпасный канал транспортирует частичный поток охлаждающей среды к расположенному на корпусе масляному радиатору и от него. Масляный радиатор расположен на охлаждающем модуле. За счет параллельной схемы потока охлаждающей среды частичный поток отводится через байпасный канал. Последний ведет к масляному радиатору. За счет отвода частичного потока могут использоваться меньшие проходные сечения каналов.

Преимущественно в качестве охлаждающей среды предусмотрена охлаждающая вода. Она может ответвляться от уже существующих линий охлаждающей воды без необходимости дополнительного контура охлаждающей среды с дополнительной охлаждающей средой для питания дополнительного контура для охлаждающей среды.

Особенно усовершенствующая изобретение мера предусматривает, что теплообменник масло/охлаждающая среда, по меньшей мере, частично интегрирован в корпус модуля. Таким образом, реализован очень компактный охлаждающий модуль, каналы которого имеют короткую длину. Компактный модуль позволяет установить его и обращаться с ним легко и без больших затрат. За счет, по меньшей мере, частичной интеграции теплообменника в охлаждающий модуль обеспечено более надежное и безопасное удержание, которое обеспечивает также улучшенную вибрационную характеристику модуля.

Преимущественно корпус модуля имеет, по меньшей мере, один интегрированный масляный канал для направления масла к и от теплообменника масло/охлаждающая среда и/или масляного фильтра. За счет того, что в корпус интегрирован и масляный канал, больше не требуется внешних линий, что дополнительно уменьшает риск утечек.

Изобретение включает в себя далее техническое решение, заключающееся в том, что предусмотрен блок двигателя для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством охлаждающей среды, включающий в себя, по меньшей мере, один интегрированный канал для охлаждающей среды двигателя для транспортировки охлаждающей среды, причем канал для охлаждающей среды двигателя, по меньшей мере, на одном участке имеет гидродинамически связанный с теплообменником масло/охлаждающая среда байпасный канал, чтобы транспортировать или направлять один из двух параллельно включенных частичных потоков охлаждающей среды к теплообменнику масло/охлаждающая среда и от него. Байпасный канал должен ответвляться от канала для охлаждающей среды двигателя как можно ближе к радиатору охлаждающей среды, чтобы ответвлять охлаждающую среду с как можно более низкой температурой.

Это решение дает то преимущество, что байпасный канал выполнен непосредственно в блоке двигателя или в корпусе блока двигателя, так что можно отказаться от дополнительного модуля. Таким образом, требуется, в целом, меньше компонентов.

Изобретение включает в себя далее техническое решение, заключающееся в том, что система двигатель-охлаждающий модуль для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством охлаждающей среды, содержащая двигатель с блоком двигателя, имеет, по меньшей мере, один интегрированный в блок двигателя канал для охлаждающей среды двигателя и гидродинамически связанный с блоком цилиндров охлаждающий модуль, причем охлаждающий модуль связан с блоком двигателя так, что, по меньшей мере, один канал для охлаждающей среды двигателя и, по меньшей мере, один канал для охлаждающей среды модуля или каналы для охлаждающей среды двигателя и каналы для охлаждающей среды модуля гидродинамически связаны между собой с образованием замкнутой системы охлаждающих линий.

По сравнению с описанным выше цельным решением с блоком двигателя, имеющим интегрированный байпасный канал, описанный здесь вариант выполнен составным, т.е. с двигателем и охлаждающим модулем. Блок двигателя или корпус блока двигателя изготавливается с меньшими затратами. К тому же охлаждающий модуль может быть интегрирован в блок двигателя, причем охлаждающий модуль или выполненные в нем каналы заменяют часть обычно находящихся в блоке двигателя каналов. Таким образом, можно дополнительно уменьшить конструктивное пространство системы двигатель-охлаждающий модуль, в результате чего возникает дополнительное конструктивное пространство. В нем может быть расположен, например, выполненный в виде пакета охлаждающих пластин теплообменник масло/охлаждающая среда, через которое течет масло.

По этой причине предпочтительно, что охлаждающий модуль выполнен, по меньшей мере, частично интегрированным в блок двигателя, так что, по меньшей мере, один участок охлаждающего модуля выполнен интегрированным в блок двигателя, в результате чего, по меньшей мере, один канал для охлаждающей среды двигателя, по меньшей мере, частично может быть заменен каналом для охлаждающей среды модуля и/или байпасным каналом. За счет, по меньшей мере, частичной интеграции охлаждающего модуля в моторный блок гарантировано надежное и безопасное удержание модуля. За счет этого расположения реализована оптимизированная в отношении вибрационной характеристики система двигатель-охлаждающий модуль. Охлаждающий модуль меньше вибрирует за счет частичной интеграции, так что в самой значительной степени предотвращаются повреждения или нарушения функционирования из-за вибраций.

Дополнительно усовершенствующая изобретение мера предусматривает, что дополнительно предусмотрен, по меньшей мере, один регулирующий блок для регулирования потока масла в масляном контуре. Таким образом, в зависимости от необходимости и назначения можно управлять количеством масла, протекающим по масляному каналу.

Изобретение включает в себя также техническое решение, заключающееся в том, что предусмотрен способ охлаждения масляного контура двигателя посредством охлаждающей среды, протекающей в образованном из каналов охлаждающем контуре через теплообменник масло/охлаждающая среда, с блоком двигателя и/или охлаждающим модулем, включающий в себя следующие этапы: направление охлаждающей среды через первый участок охлаждающего контура, проходящий через блок двигателя, направление охлаждающей среды через второй участок охлаждающего контура, проходящий через масляный радиатор, и замыкание охлаждающего контура, причем этапы направления охлаждающей среды через первый участок и его направления через второй участок осуществляют параллельно.

За счет параллельной схемы возникает заметно более высокая эффективность охлаждения, благодаря чему теплообменник может быть рассчитан с меньшими размерами, так что этот эффективный способ охлаждения может применяться также в автомобилях с небольшим конструктивным пространством, в частности в малолитражных автомобилях.

Другие усовершенствующие изобретение меры приведены в зависимых пунктах или изложены ниже вместе с описанием предпочтительного примера осуществления изобретения с помощью чертежей, на которых изображено:

- фиг.1: схематичный вид двигателя с байпасным каналом согласно изобретению;

- фиг.2: вид в перспективе фрагмента системы двигатель-охлаждающий модуль на виде спереди на двигатель;

- фиг.3: вид в перспективе охлаждающего модуля на виде со стороны двигателя;

- фиг.4: вид в перспективе системы двигатель-охлаждающий модуль на виде спереди.

На фиг.1 схематично изображена система двигатель-охлаждающий модуль или двигатель с интегрированным байпасным каналом 2. Система 1 или двигатель включает в себя байпасный канал 2 для транспортировки охлаждающей воды. Двигатель содержит блок 3 двигателя и водяной насос 4. В блоке 3 двигателя выполнен канал 5 для охлаждающей среды двигателя для транспортировки охлаждающей воды (схематично обозначено белыми стрелками). Байпасный канал 2 и канал 5 для охлаждающей среды двигателя питаются на фиг.1 охлаждающей водой посредством водяного насоса 4. Таким образом, охлаждающая вода разделяется на водяном насосе 4 на два частичных потока. Один частичный поток охлаждающей воды течет через канал 5 для охлаждающей среды двигателя, а другой - через байпасный канал 2. Оба частичных потока через общий канальный участок текут обратно к водяному насосу 4. Сам водяной насос 4 питается охлажденной охлаждающей водой (обозначено пунктирной линией) от радиатора (не показан). В контуре охлаждающей воды установлен регулирующий блок 6 в виде термостата. Он вызывает течение охлаждающей воды, не используемой больше для охлаждения, к радиатору (обозначено пунктирной линией). Масляный контур изображен на фиг.1 лишь в виде фрагмента. Масло течет по масляному каналу 7 через выполненный в виде дросселя регулирующий блок 6 к выполненному в виде термостата регулирующему блоку 6. Оттуда масло течет дальше в теплообменник 8 масло/охлаждающая среда, где оно охлаждается потоком охлаждающей воды, протекающим также через теплообменник 8 масло/охлаждающая среда. Байпасный канал 2 может быть интегрирован как в блок 3 двигателя, так и может быть соединен с двигателем, будучи интегрирован отдельно в изображенный на фиг.2 охлаждающий модуль.

На фиг.2 изображен фрагмент системы двигатель-охлаждающий модуль, включающей в себя охлаждающий модуль 9, закрепленный на двигателе, точнее, на блоке 3 двигателя, посредством резьбового соединения. Охлаждающий модуль 9 содержит корпус 10, в котором проходят байпасный канал 2 (здесь не виден) и масляный канал 7. В охлаждающий модуль 9 интегрирован масляный фильтр 11. Он выполнен по типу патрона. Охлаждающий модуль 9 изображен на фиг.3 на виде со стороны двигателя.

На фиг.3 охлаждающий модуль 9 изображен в перспективе. Охлаждающий модуль 9 содержит масляный фильтр 11 и корпус 10, в котором расположены байпасный и масляный каналы (не показаны). На корпусе 10 расположен канальный участок для отвода охлаждающей среды или масла.

На фиг.4 изображена система двигатель-охлаждающий модуль с интегрированным в двигатель охлаждающим модулем 9. Двигатель на фиг.4 содержит блок 3 двигателя, водяной насос 4, крышку 12, колено с жарозащитным экраном 13, блок 14 цилиндров с головкой 15 и масляный поддон 16. Охлаждающий модуль 9 большей частью интегрирован в двигатель, причем из двигателя выступают только масляный фильтр 11 и часть каналов.

Перечень ссылочных позиций

1 - система двигатель-охлаждающий модуль

2 - байпасный канал

3 - блок двигателя

4 - водяной насос

5 - канал для охлаждающей среды двигателя

6 - регулирующий блок

7 - масляный канал

8 - водно-масляный теплообменник

9 - охлаждающий модуль

10 - корпус модуля

11 - масляный фильтр

12 - крышка

13 - колено с жарозащитным экраном

14 - блок цилиндров

15 - головка блока цилиндров

16 - масляный поддон

1. Охлаждающий модуль (9) для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством протекающего по каналу (5) для охлаждающей среды двигателя потока охлаждающей среды, содержащий корпус (10) модуля, соединенный с корпусом (10) теплообменник (8) масло/охлаждающая среда, и, по меньшей мере, один проходящий через корпус (10) и ведущий к теплообменнику (8) масло/охлаждающая среда канал для охлаждающей среды модуля для транспортировки охлаждающей среды через корпус (10) модуля, отличающийся тем, что канал для охлаждающей среды модуля выполнен, по меньшей мере, частично в виде участка интегрированного в корпус модуля канала (5) для охлаждающей среды двигателя и частично в виде гидродинамически связанного с теплообменником (8) масло/охлаждающая среда и интегрированного в корпус модуля байпасного канала (2) к каналу (5) для охлаждающей среды двигателя и к каналу для охлаждающей среды модуля, чтобы разделить поток охлаждающей среды на два частичных потока и образовать за счет этого параллельную схему потоков охлаждающей среды.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что канал для охлаждающей среды модуля выполнен гидродинамически разъемно связанным с соответствующим каналом (5) для охлаждающей среды двигателя, чтобы направлять протекающей через блок (3) двигателя поток охлаждающей среды через охлаждающий модуль (9).

3. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды предусмотрена охлаждающая вода.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что теплообменник (8) масло/охлаждающая среда, по меньшей мере, частично интегрирован в корпус (10) модуля.

5. Модуль по п.4, отличающийся тем, что корпус (10) модуля имеет, по меньшей мере, один интегрированный масляный канал (7) для направления масла к и от теплообменника (8) масло/охлаждающая среда и/или масляного фильтра (11).

6. Блок (3) двигателя для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством потока охлаждающей среды, включающий в себя, по меньшей мере, один интегрированный канал (5) для охлаждающей среды двигателя для транспортировки охлаждающей среды, отличающийся тем, что канал (5) для охлаждающей среды двигателя, по меньшей мере, на одном участке имеет гидродинамически связанный с теплообменником (8) масло/охлаждающая среда, интегрированный байпасный канал (2) для направления одного из двух параллельно включенных частичных потоков охлаждающей среды к теплообменнику (8) масло/охлаждающая среда и от него.

7. Система 1 двигатель-охлаждающий модуль для охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством охлаждающей среды, включающая в себя двигатель с блоком (3) двигателя, по меньшей мере, один интегрированный в блок (3) двигателя канал (5) для охлаждающей среды двигателя и гидродинамически связанный с блоком (3) двигателя охлаждающий модуль (9) по любому из пп.1-5, причем охлаждающий модуль (9) соединен с блоком (3) двигателя так, что, по меньшей мере, один канал для охлаждающей среды двигателя и, по меньшей мере, один канал для охлаждающей среды модуля гидродинамически связаны между собой с образованием замкнутой системы охлаждающих линий.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один участок охлаждающего модуля (9) выполнен интегрированным в блок (3) двигателя так, что, по меньшей мере, один канал (5) для охлаждающей среды двигателя, по меньшей мере, частично заменим каналом для охлаждающей среды модуля и/или байпасным каналом (2).

9. Система по п.7 или 8, отличающаяся тем, что дополнительно предусмотрен, по меньшей мере, один регулирующий блок (6) для регулирования потока масла в масляном контуре.

10. Способ охлаждения циркулирующего в масляном контуре двигателя масла посредством потока охлаждающей среды, протекающего в образованном из каналов охлаждающем контуре через теплообменник (8) масло/охлаждающая среда, включая блок (3) двигателя и охлаждающий модуль (9), включающий в себя следующие этапы: направление потока охлаждающей среды через первый участок охлаждающего контура, проходящий через блок (3) двигателя, направление потока охлаждающей среды через второй участок охлаждающего контура, проходящий через теплообменник масло/охлаждающая среда, и замыкание охлаждающего контура для реализации замкнутого охлаждающего контура, отличающийся тем, что этапы направления потока охлаждающей среды через первый участок и направления охлаждающей среды через второй участок осуществляют параллельно и в одном конструктивном элементе.