Система охлаждения автомобиля (варианты) - RU2270765C2

Чертежи

Описание

Это изобретение относится к системам охлаждения автомобилей и более конкретно к системе охлаждения автомобиля, которая уменьшает расход топлива и которая обеспечивает большую силу тяги.

Системы охлаждения автомобилей становятся все более сложными. С тех пор, как системы охлаждения в старых автомобилях с двигателями внутреннего сгорания были такими простыми, как ребра на поверхности цилиндров двигателя для обеспечения воздушного охлаждения двигателя, они были значительно усовершенствованы. В современном мире использование двигателей с жидкостным охлаждением требует, чтобы автомобиль имел радиатор для охлаждения жидкого хладагента двигателя. Более того, там, где двигатель имеет турбонагнетатель, желательно охлаждать сжатый воздух, выходящий из турбонагнетателя, для увеличения его плотности и повышения кпд двигателя. Это создает необходимость в так называемом промежуточном охладителе или охладителе нагнетаемого воздуха.

Также зачастую для жидкостей двигателя и/или трансмиссий, таких как смазочное масло или масло для гидравлических систем, или оба этих масла, требуется охлаждение для предотвращения повреждения компонентов, с которыми они контактируют.

Эти компоненты могут быть упомянуты как теплообменники силовой передачи, так как требуемый от них отвод тепла почти полностью зависит от нагрузки двигателя. Чем выше нагрузка двигателя, тем большее тепло необходимо отвести.

В то же время современные автомобили обычно снабжаются системами кондиционирования воздуха, работающими в системе сжатия пара. Вследствие этого необходимо, чтобы система кондиционирования воздуха включала кондиционер или охладитель газа (эти термины использованы здесь как взаимозаменяемые) для охлаждения смазочно-охлаждающего средства посредством отвода тепла к окружающему воздуху. В то время, как отвод тепла смазочно-охлаждающего средства связан с окружающей температурой и системой контроля системы кондиционирования воздуха, обычно расположенной в отделении для пассажиров, отвод тепла силовой передачи связан с расходом топлива в двигателе. Более высокий расход топлива требует большего отвода тепла хладагентом двигателя, нагнетаемым воздухом и трансмиссионным или моторным маслом. Температура окружающей среды ненамного увеличивает требуемый отвод тепла силовой передачи. Вернее она просто уменьшает разницу температур между жидкостями силовой передачи и окружающей средой.

Таким образом, поскольку величины отвода тепла силовой передачи и системы кондиционирования воздуха в основном не зависят друг от друга, применение обычного опыта приводит в результате только к минимальной интеграции соответствующих систем там, где вообще имеет место их интеграция. В результате вся система охлаждения автомобиля представляет собой сумму как систем охлаждения силовой передачи, так и систем кондиционирования воздуха, что приводит в результате к чрезмерно большим теплообменникам, чтобы обеспечить максимальный отвод тепла, когда это требуется, так же как требуется относительно высокая мощность вентилятора для обеспечения того, чтобы максимальный расход охлаждающего воздуха мог пройти через все включенные теплообменники. Это не только добавляется к расходам на систему, но и добавляется к стоимости эксплуатации в связи с чрезмерной требуемой мощностью вентилятора.

Целью настоящего изобретения является преодоление этих трудностей.

Основной целью изобретения является создание новой и усовершенствованной системы охлаждения автомобиля. Более конкретно целью изобретения является создание такой системы охлаждения, в которой сведены к минимуму требуемые мощности вентиляторов и которая дает возможность использовать меньшие теплообменники, чем требуемые для обычной системы охлаждения подобного автомобиля.

В соответствии с предпочтительным конструктивным исполнением изобретения предусмотрена система охлаждения автомобиля, которая включает входной патрубок для приема окружающего воздуха. Первый и второй теплообменники расположены вблизи входного патрубка для приема из него окружающего воздуха и соответственно предназначены для приема первого и второго жидких теплоносителей для охлаждения их окружающим воздухом. Первый и второй теплообменники расположены в непосредственной близости, при этом по существу не перекрываются для того, чтобы определить первый и второй тракты потоков воздуха, соответственно проходящих в потоке жидкости параллельно, через соответственно один из теплообменников, от входного патрубка в одну или несколько точек выхода. Один или более вентиляторов предусмотрены для создания потока воздуха от входного патрубка через первый и второй тракты потоков. Жалюзи расположены в одном из трактов потоков и перемещаются между первым положением, относительно ограничивающим поток воздуха через один тракт потока, и вторым положением, которое дает возможность относительно неограниченного потока воздуха через тракт потока, и дополнительными положениями, промежуточными между первым и вторым положениями. Привод предусмотрен для перемещениями жалюзи между положениями.

В наиболее предпочтительном конструктивном исполнении предусмотрена система управления привода.

В предпочтительном конструктивном исполнении изобретения второй теплообменник представляет собой охладитель газа для системы кондиционирования воздуха, и жалюзи находятся во втором тракте потока.

Предпочтительно жалюзи содержат первую и вторую решетки, подвижные относительно друг друга.

В одном конструктивном исполнении одна из решеток жестко закреплена относительно второго теплообменника, и другая решетка смонтирована подвижно относительно второго теплообменника. Привод соединен с подвижно смонтированной решеткой.

В одном конструктивном исполнении система контроля включает управляющее устройство привода вентилятора для вентилятора(ов) и действует для а) управления скоростью вентилятора(ов) и b) обеспечения сигнала управления положением для привода.

В изобретении подразумевается, что первый теплообменник представляет собой радиатор для охлаждения хладагента двигателя, и второй теплообменник представляет собой охладитель газа для системы кондиционирования воздуха. Система управления включает устройство управления вентилятора, в котором предусмотрена контрольная точка "вентилятор включен", преобразователь для текущего контроля температуры первой жидкости и компаратор для сравнения температуры текущего контроля с контрольной точкой, вынуждающий привод а) перемещать жалюзи по направлению к первому положению, когда температура текущего контроля превышает контрольную точку, и b) перемещать жалюзи по направлению ко второму положению, когда температура текущего контроля не превышает контрольную точку.

Изобретение подразумевает, чтобы первый и второй теплообменники были размещены как примыкающие стороны полигонального геометрического тела.

В наиболее предпочтительном конструктивном исполнении имеются два первых теплообменника, и второй теплообменник имеет одну сторону, примыкающую к одному из первых теплообменников, и противоположную сторону, примыкающую к другому из первых теплообменников. Третий теплообменник расположен напротив второго теплообменника и имеет первую сторону, примыкающую к одному из первых теплообменников, и противоположную сторону, примыкающую к другому из первых теплообменников. Вентилятор(ы) окружен теплообменниками.

В соответствии с описанным конструктивным исполнением теплообменники размещены как соответствующие стороны полигонального геометрического тела, имеющего трапецеидальное поперечное сечение.

В одном конструктивном исполнении изобретения заслонка включает фиксированный элемент и подвижный элемент, смонтированный для передвижения относительно фиксированного элемента. Первое соединительное звено соединено с фиксированным элементом посредством первого шарнира и соединено с приводом. Второе соединительное звено соединено с подвижным элементом посредством второго шарнира и с первым соединительным звеном посредством третьего шарнира, отделенного промежутком от первого шарнира.

Другие цели и преимущества станут очевидны из последующего описания, которое рассматривается в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 - вид сбоку в вертикальном разрезе механических компонентов системы охлаждения;

Фиг.2 - вид снизу сборочного узла компонентов;

Фиг.3 - увеличенный фрагментарный вид жалюзи, используемых в изобретении, с компонентами в закрытом положении;

Фиг.4 - вид, аналогичный показанному на фиг.3, но в котором компоненты жалюзи в открытом положении;

Фиг.5 - вид сверху соединительного звена, используемого для соединения привода и жалюзи;

Фиг.6 - блок-схема системы управления; и

Фиг.7 - блок-схема компьютерной программы, используемой для системы управления.

В то время, как изобретение описано здесь в контексте блока системы охлаждения, в котором используется центробежный вентилятор, такой, как описан в переуступленной обычным образом одновременно рассматриваемой заявке США №09/194,993, поданной 3 декабря 1998, полное описание которого включено сюда посредством ссылки, необходимо понять, что эта заявка не ограничена использованием блока, описанного здесь. Конкретно в заявке №09/194,993 описывают так называемую компактную систему охлаждения, в которой теплообменники размещены радиально снаружи центробежного вентилятора для образования полигонального геометрического тела. Однако изобретение также применимо с другими блоками, в которых, например, множество теплообменников размещены рядом по существу в одной плоскости с теплообменниками силовой передачи, которые расположены с одной стороны от охладителя газа системы кондиционирования воздуха.

Также нужно отметить, что несмотря на то, что изобретение описано здесь в связи с так называемым центробежным вентилятором, то есть вентилятором, который нагнетает в основном наружу в радиальном направлении, оно также может быть полезно в установках, где имеется один или более осевых вентиляторов, размещенных рядом, и направляющих воздух через узел или блок теплообменника через общий канал, обычно кожух вентилятора.

С учетом приведенного выше изобретение будет описано со ссылками на фиг.1 и 2. Показанный блок системы охлаждения, в целом обозначенный 10, включает переднюю панель 12, в которой предусмотрено круглое отверстие 14 с центром на оси вращения вала 16, который обычно приводится от электродвигателя и/или через избирательно действующую систему сцеплений, на которую передается вращающая сила от шкива 18 (фиг.2), соединенного посредством ремня вентилятора или тому подобного с двигателем внутреннего сгорания, который используется для приведения в движение автомобиля, в котором используется эта система. Видно, что панель 12 имеет трапецеидальную форму, и несколько теплообменников отходят назад от панели 12. В верхней части 20 панели размещен так называемый воздухоохладитель 22. Как видно на фиг.2, охладитель нагнетаемого воздуха включает входной патрубок 24 и выходной патрубок 26. Входной патрубок 24 обычно соединен с выходом турбонагнетателя, который приводится в действие выхлопными газами из двигателя автомобиля. Из выходного патрубка 26 сжатый воздух для сгорания в конце концов направляется в цилиндры двигателя.

К противоположным сторонам 24 и 26 панели 12 примыкают радиаторы 28, которые могут иметь обычную конструкцию. Радиаторы 28 включают нижние отверстия 30 соответствующих головных частей 32, которые соединены со входной стороной системы хладагентов для двигателя. Верхние отверстия 34 (фиг.2) могут быть соединены с поперечной трубой 36, которая в свою очередь имеет входное отверстие 38, соединенное с выходной стороной системы хладагентов для двигателя.

Внизу панели 12 расположен обычный конденсатор или охладитель газа 40. Хотя здесь не показано, он обычно имеет входное и выходное отверстия, причем входное отверстие соединено с компрессором, который приводится от двигателя (не показан), и выходное отверстие соединено с расширительным устройством, таким как капиллярный или дроссельный вентиль.

Обращенные внутрь стороны охладителя нагнетаемого воздуха 22, радиатора 28 и охладителя газа 40 определяют соответствующие лобовые поверхности, через которые может проходить воздух, поступающий через входной патрубок. Необходимо отметить, что соответствующие лобовые поверхности являются особенностью конструкции теплообменника, с которым они связаны. То есть лобовые поверхности не налагаются одна на другую, потому что теплообменник не перекрывается, как во многих обычных конструкциях.

Кроме того, трубки 42 (фиг.2) могут быть соединены с охладителем масла, обычно охладителем трансмиссионного масла, размещенным внутри корпуса, ограниченного теплообменниками 22, 28, 40 и панелью 12.

На одной оси со входным патрубком 14 и на конце вала 16 смонтирована крыльчатка 44 центробежного вытяжного вентилятора. Видно, что крыльчатка окружена теплообменниками 22, 28, 40, и поскольку она имеет радиальный выход, она направляет поток воздуха наружу через теплообменники 22, 28 и 40 для того, чтобы соответственно охлаждать нагнетаемый воздух, хладагент и смазочно-охлаждающее средство двигателя.

Задняя панель (не показана) расположена с противоположной стороны крыльчатки 44 от панели 12, для того, чтобы по существу предотвратить байпас воздуха, входящего через входной патрубок 14, мимо теплообменников 22, 28 и 40. То есть такая панель предназначена для обеспечения того, чтобы весь воздух, входящий через входной патрубок 14, направлялся по отдельным трактам потоков 50, 52, 54 через охладитель нагнетаемого воздуха 22, радиатор 28 и охладитель газа 40 к местам выхода, окружающим конструкцию, показанную на фиг.1. Одно место выхода представляет собой в основном радиальную наружную сторону охладителя нагнетаемого воздуха 22 и обозначено 50а. Места выхода из радиаторов 28 обозначены 52а, в то время как место выхода из конденсатора или охладителя газа 40 обозначено 54а.

Узел жалюзи, в целом обозначенный позицией 56, расположен на радиальной наружной стороне охладителя газа 40 для того, чтобы регулировать проход воздуха, проходящего через конденсатор 40.

Обратимся теперь к фиг.3 и 4, на которых показана система жалюзи 56, выполненная из двух решеток 58 и 60. Каждая решетка 58 и 60 является в основном прямоугольной и включает удлиненные щели 62 в решетке 58 и 64 в решетке 60. Щели 62 и 64 разделены пластинами 66 и 68 соответственно. На фиг.3 показаны щели 62 решетки 58, по существу закрытые полосами 68 решетки 60, что соответствует по существу закрытому положению жалюзи 56. С другой стороны, на фиг.4 показаны щели 62 решетки 58 и 64 решетки 60, расположенные на одной линии друг с другом, что соответствует открытому положению жалюзи 56. Чтобы достичь этого, решетка 60 выполнена так, чтобы перемещаться или скользить по решетке 58, которая в свою очередь закреплена так, что она перекрывает радиальную наружную сторону конденсатора или охладителя газа 40 посредством любых подходящих средств. Скользящее соединение обеспечивается продольными щелями 70 на сторонах решетки 60 со штифтами, имеющими высаженную головку 72, проходящими через щели 70, чтобы удерживать решетку 60 так, чтобы она перекрывала решетку 58, в то же время давая возможность скользящего перемещения между ними.

В результате этой конструкции поток воздуха через охладитель газа 40 будет жестко ограничен, когда решетки 58, 60 находятся в положении, показанном на фиг., в то время, как поток воздуха по существу не ограничен, когда решетки 58, 60 находятся в положении одна относительно другой, показанном на фиг.4. Конечно, путем выбора различных относительных положений решеток 58 и 60, промежуточных между теми, которые показаны на фиг.3 и 4, поток воздуха может быть по желанию изменен между двумя крайними положениями, упомянутыми ранее.

Для обеспечения относительного перемещения двух решеток 58, 60 предусмотрена система соединительных звеньев. Первое соединительное звено обозначено 74 на фиг.3, 4 и 6 и оно соединено со вторым соединительным звеном 76, которое показано только на фиг.3 и 4.

Обратимся кратко к фиг.5, на которой соединительное звено 74 будет описано более подробно. Оно включает отверстие 78, в которое входит штифт шарнира (не показан), посредством которого соединительное звено 74 шарнирно соединено с фиксированной решеткой 58. Напротив отверстия 78 имеется увеличенное отверстие 80, которое может служить как место захвата рукой, посредством которого соединительное звено 74 может быть передвинуто вручную, если это желательно. Между отверстиями 78 и 80 имеется аркообразная щель 82. Щель 82 приспособлена для того, чтобы вставлять в нее штифт шарнира 84, который может быть фиксирован в любом желаемом месте по длине аркообразной щели 82. Положение штифта 84 внутри щели 82 является регулируемым для того, чтобы дать возможность первоначально разместить или откалибровать положение решетки 60 относительно решетки 58. Когда достигнуто желаемое положение штифта 84, он фиксируется на месте и достигается его точное калибрование. Штифт шарнира не может быть повернут внутри щели 82, но соединен шарнирно с верхним концом 86 соединительного звена 76, как это видно на фиг.3. Дополнительный штифт шарнира 84 соединяет нижний конец 88 соединительного звена 76 с подвижной решеткой 60.

В конце концов, соединительное звено 74 снабжено отверстием 86, посредством которого оно может быть соединено с приводом 88 (фиг.5), как например, с пневмоприводом. Таким образом, поворот против часовой стрелки соединительного звена 74 около шарнира, вставленного в отверстие 78, приводит к перемещению решетки 60 по направлению к положению, показанному на фиг.4, в то время как движение по часовой стрелке соединительного звена 74 приводит к такому же перемещению соединительного звена 76 вверх, чтобы переместить решетку 60 в положение, показанное на фиг.3.

Из предшествующего понятно, что поток воздуха через входной патрубок 14, приводимый в движение крыльчаткой 44, может быть увеличен за счет компонентов силовой передачи, а именно охладителя нагнетаемого воздуха 22 и радиаторов 28 посредством закрытия жалюзи 56 и предотвращения выхода воздуха через охладитель газа 40. С другой стороны, поток воздуха через компоненты силовой передачи 22, 28, так же как через охладитель газа 40 будет иметь место, когда жалюзи открыты.

При обычной работе автомобиля, отвод тепла силовой передачи будет низким, в то время как отвод тепла охладителя газа будет высоким во время холостого хода, или когда автомобиль движется при частичной нагрузке двигателя. В этой ситуации желательно, чтобы жалюзи 56 были открыты. С другой стороны, когда высоки обе нагрузки по отводу тепла как силовой передачи, так и смазочно-охлаждающего средства, жалюзи будут закрыты или частично закрыты для того, чтобы дать возможность проходить через охладитель газа 40 только требуемому потоку воздуха, посредством этого доводится до максимума поток воздуха через компоненты силовой передачи. Этот способ управления жалюзи уменьшает требуемую мощность вентилятора путем уменьшения общего объемного расхода воздуха, требуемого для охлаждения силовой передачи. Энергия, расходуемая в противном случае на работу вентилятора, может поэтому быть использована для привода автомобиля, результатом чего является большая мощность, вырабатываемая двигателем, которую можно использовать для движения, и/или уменьшенный расход топлива. Это также уменьшает размер теплообменников силовой передачи.

Также желательно, когда отвод тепла охладителя газа является низким, и отвод тепла силовой передачи является высоким, чтобы система жалюзи работала в заранее заданном, частично закрытом или полностью закрытом положении, обеспечивая тем самым максимально возможный для силовой передачи воздушный поток, чтобы довести до максимума отвод тепла силовой передачи.

С этой целью предусмотрена система управления, такая как показана в форме блоков на фиг.6. В автомобилях большой сложности обычно используются устройства управления приводов вентиляторов, показанные как 90 на фиг.6. Управляющее устройство привода вентилятора принимает все обычные входные данные и вырабатывает обычные выходные данные, по которым он выдает сигналы по линии 92 к обычному устройству управления скоростью привода вентилятора 94, чтобы регулировать скорость вентилятора от нуля об/мин вплоть до максимальной скорости вентилятора для системы. Контроль положения сигнала обратной связи скорости предусмотрен на линии 96.

Устройство управления привода вентилятора модифицировано для того, чтобы включать входные данные от преобразователей температуры силовой передачи 98. То есть, устройства для текущего контроля температуры в форме преобразователей используются в различных линиях потоков жидкостей для текущего контроля температуры потока нагнетаемого воздуха через охладитель нагнетаемого воздуха 22, а также как потока хладагента двигателя через радиаторы 28, а также температуры трансмиссионного масла, если это желательно. Контрольная точка температур запрограммирована в устройстве управления привода вентилятора 90, которое служит для того, чтобы сравнивать температуры текущего контроля с контрольной точкой для выработки сигнала на устройство управления скоростью привода вентилятора 94, а также на привод. Кроме того, преобразователь давления 100 в системе кондиционирования воздуха осуществляет текущий контроль давления в системе, как показатель нагрузки по отводу тепла системы кондиционирования воздуха, так же как преобразователи 98 обеспечивают показатели нагрузки по отводу тепла, производимому компонентами силовой передачи. Логическая схема в контроллере 90 производит сравнение в блоке 102 на фиг.7 путем определения, находится ли температура какой-либо жидкости выше установленного значения "вентилятор включен", то есть, является ли температура достаточно высокой для того, чтобы вентилятор работал с высокой скоростью. Если это имеет место, как показано на блоке 104, устройство управления привода вентилятора перемещает жалюзи 88 в частично закрытое или полностью закрытое положение для того, чтобы направить минимально требуемый расход воздуха в охладитель газа 40, в то же время доводя до максимума поток воздуха через теплообменники силовой передачи 22, 28. С другой стороны, если сопоставление выдает информацию, что температуры жидкости силовой передачи не превышают контрольную точку вентилятор включен, устройство управления привода вентилятора 90 дает команду приводу переместить жалюзи 56 в открытое положение, тем самым давая возможность неограниченного потока воздуха через охладитель газа 40. Это показано в блоке 106.

В результате вышеуказанного, описанные выше преимущества достигаются путем управления потоком газа через охладитель газа 40 в соответствии с условиями работы как в части силовой передачи системы охлаждения, так и в части кондиционирования воздуха в системе. Кроме того, очевидно, что требуемые мощности вентилятора понижаются, как и размер теплообменников силовой передачи, таких, как охладитель 22 нагнетаемого воздуха и радиаторы 28.

И, несмотря на то, что система охлаждения описана с системой жалюзи, в которой используются решетки, перемещающиеся относительно друг друга, может быть также использована система жалюзи с лопастями, с использованием движущихся лопастей или заслонок. Система жалюзи с перемещающимися решетками является предпочтительной, поскольку она занимает меньше пространства, что часто пользуется большим спросом в применениях в автомобилях.

Реферат

Изобретение относится к системам охлаждения автомобилей, в частности к системе охлаждения автомобиля, которая уменьшает расход топлива и обеспечивает большую силу тяги. Система охлаждения автомобиля содержит входной патрубок 14 для приема окружающего воздуха, первый и второй теплообменники 28, 40, расположенные вблизи входного патрубка 14 и предназначенные для приема первого и второго жидких теплоносителей для охлаждения их окружающим воздухом. Первый и второй теплообменники 28, 40 находятся в непосредственной близости, причем по существу не перекрываются. Указанные теплообменники 28, 40 образуют первый и второй тракты потоков воздуха 52, 54, проходящих в потоке жидкости параллельно через один из теплообменников 28, 40, от входного патрубка 14 к местам выхода 50, 52, 54. Вентилятор 44 предусмотрен для создания потока воздуха от входного патрубка через первый и второй тракты потоков. Жалюзи 56, расположенные в одном из трактов потоков 54, перемещаются между первым и вторым положениями, ограничивая поток воздуха и создавая возможность относительно неограниченного потока воздуха. Привод предусмотрен для перемещения жалюзи 56 между положениями. Также предусмотрена система управления для привода, которая выдает сигналы на условия работы силовой передачи и системы кондиционирования воздуха. Технический результат заключается в создании системы охлаждения, в которой сведены к минимуму требуемые мощности вентиляторов и которая дает возможность использовать меньшие теплообменники, чем требуемые для обычной системы охлаждения подобного автомобиля. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула