Контур охлаждения автомобиля с насосом и тормозом-замедлителем - RU2347085C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к контуру охлаждения автомобиля, содержащему как насос для подачи охлаждающего средства, так и тормоз-замедлитель, при этом рабочей средой тормоза-замедлителя является охлаждающее средство.

Обычно в качестве рабочей среды тормоза-замедлителя в приводном агрегате автомобиля используется масло для гидросистем. В связи с образованием тепла в режиме торможения масло для гидросистем требует охлаждения. Для этого, как правило, между контуром охлаждения и контуром рабочей среды тормоза-замедлителя предусмотрен масло-водяной теплообменник, через который необходимое количество тепла из контура тормоза-замедлителя отводится в контур охлаждения автомобиля.

В последнее время известны также тормозы-замедлители, которые установлены непосредственно в обычном контуре охлаждения автомобиля и рабочей средой которых является охлаждающая среда контура охлаждения. Благодаря установке такого тормоза-замедлителя в контуре охлаждения может возрасти суммарное сопротивление потока и, соответственно, гидродинамическое сопротивление охлаждающей среды в контуре охлаждения.

Такое увеличение суммарного сопротивления потока имеет место также в значительной мере с так называемыми масляными тормозами-замедлителями в связи с наличием дополнительных деталей в контуре охлаждения, например, масло-водяного теплообменника. Это увеличение гидродинамического сопротивления имеет свои недостатки. Соответственно, не может быть использован подобранный обычным образом насос для подачи охлаждающего средства, как это имеет место в контуре охлаждения без тормоза-замедлителя, вместо него необходим более мощный насос для подачи охлаждающего средства.

Привод более мощного насоса для подачи охлаждающего средства требует больше энергии, что приводит к повышенному потреблению топлива автомобилем. Это особенно сказывается в связи с тем, что этот повышенный расход мощности насоса для подачи охлаждающего средства имеет место также и тогда, когда тормоз-замедлитель вообще не включен, например когда он опорожнен. Как правило, тормоз-замедлитель используется вообще лишь сравнительно короткий промежуток времени относительно нормального режима эксплуатации автомобиля (без торможения автомобиля с тормозом-замедлителем). Наконец, более мощный насос для подачи охлаждающего средства увеличивает дополнительно вес автомобиля, что также приводит к повышенному расходу топлива.

Патент США 2287130 описывает гидродинамический тормоз с предвключением в направлении по потоку 3-ходового клапана для открывания и перекрытия пути потока к гидродинамическому тормозу. В европейском патенте ЕР 0794326 А1 описывается тормоз-замедлитель в совмещенном контуре охлаждения и торможения.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить контур охлаждения с насосом для подачи охлаждающего средства и тормозом-замедлителем, усовершенствованный по сравнению с уровнем техники. В частности, может быть использован насос для подачи охлаждающего средства, который не требует повышенной полезной или расходуемой мощности по сравнению с насосами для подачи охлаждающего средства в контурах охлаждения без тормоза-замедлителя.

Задача согласно изобретению решается за счет того, что в контуре охлаждения автомобиля, содержащем охлаждающее средство, в частности воду или водяную смесь; насос для подачи охлаждающего средства с выпуском для охлаждающего средства; тормоз-замедлитель, содержащий статор и среднее кольцо и рабочей средой которого является охлаждающее средство; переключающий клапан, расположенный в направлении по потоку перед тормозом-замедлителем, и обводной участок, чтобы обойти тормоз-замедлитель, так что тормоз-замедлитель подключается и отключается относительно контура охлаждения; при этом насос для подачи охлаждающего средства в направлении по оттоку расположен перед тормозом-замедлителем таким образом, что при включенном тормозе-замедлителе он закачивает охлаждающее средство в тормоз-замедлитель, а при отключенном тормозе-замедлителе прокачивает охлаждающее средство по обводному участку мимо тормоза-замедлителя; при этом суммарное гидродинамическое сопротивление от выпуска насоса для подачи охлаждающего средства до среднего кольца тормоза-замедлителя при подключенном тормозе-замедлителе меньше, чем суммарное гидродинамическое сопротивление контура охлаждения, преодолеваемое насосом для подачи охлаждающего средства в режиме неторможения.

Суммарное гидродинамическое сопротивление от выпуска насоса для подачи охлаждающего средства до среднего кольца тормоза-замедлителя при подключенном тормозе-замедлителе на 5-30% меньше, чем суммарное гидродинамическое сопротивление контура охлаждения, преодолеваемое насосом для подачи охлаждающего средства в режиме неторможения.

Насос для подачи охлаждающего средства, переключающий клапан и тормоз-замедлитель расположены в направлении по потоку в указанной последовательности непосредственно друг за другом в контуре охлаждения при включенном тормозе-замедлителе.

В контуре охлаждения при включенном тормозе-замедлителе в направлении по потоку перед тормозом-замедлителем и после насоса для подачи охлаждающего средства установлен подлежащий охлаждению двигатель, в частности ДВС.

В контуре охлаждения при включенном тормозе-замедлителе в направлении по потоку после тормоза-замедлителя и перед насосом для подачи охлаждающего средства установлен подлежащий охлаждению двигатель, в частности ДВС.

Тормоз-замедлитель представляет собой вторичный тормоз-замедлитель.

Переключающий клапан выполнен как клапан с поворотным затвором, содержащий один впуск и два выпуска, а также поворачивающийся вокруг своей продольной оси цилиндрический поршень, который имеет выпускное сверление, выполненное в радиальном направлении в поршне клапана и соосно совмещаемое при повороте поршня клапана с каждым из выпусков; а также впускное сверление, выполненное в радиальном направлении в поршне клапана и соединенное с возможностью пропускания потока с выпускным сверлением, при этом впускное сверление выполнено в радиальном направлении сужающимся на конус снаружи внутрь, при этом наружная в радиальном направлении поверхность отверстия имеет до такой степени увеличенный диаметр, что независимо от совмещенности выпускного сверления с выпуском оно постоянно находится в пропускающем поток соединении с впуском.

Статор тормоза-замедлителя имеет расточки для подвода рабочей среды в рабочее пространство тормоза-замедлителя и внутри него со стороны впуска рабочей среды по всей окружности предусмотрены направляющие элементы, в частности ребра, для равномерного распределения рабочей среды по периметру статора.

Статор тормоза-замедлителя имеет расточки для подвода рабочей среды в рабочее пространство тормоза-замедлителя, при этом расточки расширяются на конус в направлении потока.

Статор тормоза-замедлителя имеет расточки, выполненные в некоторых заданных лопатках для подвода рабочей среды в рабочее пространство тормоза-замедлителя, при этом в каждой расточенной лопатке предусмотрено несколько расточек, в частности параллельных расточек.

В зависимых пунктах описываются особенно предпочтительные варианты реализации.

Ниже изобретение и его преимущества относительно уровня техники поясняются с привлечением чертежей, причем на фиг.1 представлен контур охлаждения согласно уровню техники, а на фиг.2-11 - предпочтительные варианты реализации или детали предпочтительных вариантов выполнения контуров охлаждения согласно изобретению. В частности показаны:

Фиг.1 - схематическое изображение контура охлаждения автомобиля с отдельно установленным контуром рабочей среды замедлителя с масляным тормозом-замедлителем;

Фиг.2 - первый вариант реализации контура охлаждения согласно изобретению;

Фиг.3 - второй вариант реализации контура охлаждения согласно изобретению;

Фиг.4 - третий вариант реализации контура охлаждения согласно изобретению;

Фиг.5а, 5b - изображение в разрезе по переключающему клапану;

Фиг.6 - развернутое изображение статора тормоза-замедлителя;

Фиг.7 - предпочтительный вариант выполнения расточек в полых лопатках тормоза-замедлителя;

Фиг.8 - другой вариант выполнения расточки в полой лопатке тормоза-замедлителя;

Фиг.9 - третий возможный вариант выполнения расточек в полой лопатке тормоза-замедлителя;

Фиг.10 - четвертый возможный вариант выполнения расточек в полой лопатке тормоза-замедлителя;

Фиг.11 - пятый возможный вариант выполнения расточек в полой лопатке тормоза-замедлителя.

На фиг.1 виден контур 10 охлаждения и контур 11 рабочей среды тормоза-замедлителя. Согласно уровню техники оба контура выполнены отдельно. Охлаждающее средство в контуре 10 охлаждения циркулирует с помощью насоса 1 для подачи охлаждающего средства, а рабочая среда в контуре 11 тормоза-замедлителя циркулирует под действием тормоза-замедлителя 2. Оба контура соединены между собой посредством масло-водяного теплообменника 12', так что произведенная в тормозе-замедлителе 2 теплота передается на контур 10 охлаждения. Из контура 10 охлаждения теплота обычно отводится посредством радиатора 12 вместе с крыльчаткой 13. Если температура охлаждающего средства не создает необходимость отвода тепла из контура 10 охлаждения, охлаждающее средство через обводную трубу 14 направляется мимо радиатора. Для соответствующего регулирования предусмотрен термостат 15.

Насос 1 перекачивает необходимый для энергии транспорта поток охлаждающего средства, в частности поток охлаждающей воды, через двигатель 5, водонаправляющую часть масло-водяного теплообменника 12', термостат 15 и водо-воздушный радиатор 12 к всасывающей стороне насоса 1. При этой циркуляции насос 1 должен преодолеть имеющие место в контуре гидродинамические сопротивления, то есть насос должен получать или соответственно отдавать такую мощность, чтобы давление рабочей среды в результате созданного насосом уровня давления на выходе 1.1 насоса настолько превышало уровень давления на стороне всасывания, что обеспечивалось бы регулирование соответствующего циркулирующего потока по всему контуру охлаждения.

Дополнительные сопротивления в контуре охлаждения снижают и затрудняют циркуляцию потока охлаждающей воды и, следовательно, эффективную передачу тепла или требуют при одинаковом потоке охлаждающей воды использования более мощного насоса, результатом чего будет повышенный расход мощности. Такой повышенный расход мощности ведет к увеличению потребления топлива, что является нежелательным.

Такое дополнительное сопротивление представляет собой, например, масло-водяной теплообменник 12'. Если представить, что тормоз-замедлитель необходим лишь во время приблизительно 10% эксплуатации автомобиля, то остальные 90% эксплуатации автомобиля означают работу насоса с неоправданно высоким потреблением мощности.

На фиг.2 показан выполненный согласно изобретению контур охлаждения. При этом соответствующие элементы обозначены теми же позициями, что и на фиг.1.

Как видно, тормоз-замедлитель 2 установлен непосредственно в контуре охлаждения и может быть обойден благодаря обводному участку 4. В направлении по потоку перед тормозом-замедлителем 2 для регулирования потока либо через тормоз-замедлитель 2, либо через обводной участок 4 установлен переключающий клапан 3.

Установленный перед переключающим клапаном 3 насос 1 для подачи охлаждающего средства соответствует по своему диапазону мощности насосу для подачи охлаждающего средства контура охлаждения без подключенного непосредственно тормоза-замедлителя или без подключенного масло-водяного теплообменника для отдельного контура тормоза-замедлителя, как это представлено на фиг.1. В режиме неторможения (относительно тормоза-замедлителя) с помощью насоса 1 для подачи охлаждающего средства обеспечивается циркуляция охлаждающего средства в контуре 10 охлаждения и, начиная именно с уровня давления охлаждающего средства на выходе 1.1 насоса 1, через переключающий клапан 3, обводной участок 4, двигатель 5, термостат 15, радиатор 12 (или при необходимости, по меньшей мере, частично через обводную трубу 14 мимо радиатора 12) на сторону всасывания насоса 1. Несмотря на то, что тормоз-замедлитель подключен в контур охлаждения, это не ведет к необходимости преодоления дополнительного сопротивления потока. При этом особым преимуществом является то, что переключающий клапан 3 выполнен таким образом, что не представляет дополнительного препятствия для поточного контура. Особенно преимущественный вариант реализации такого переключающего клапана представлен на фиг.5 и дополнительно описывается ниже.

В режиме торможения с тормозом-замедлителем сопротивление потоку между выходом 1.1 насоса и положением в среднем кольце (Kernring) тормоза-замедлителя 2 рассчитано таким образом, что оно ниже ранее описанного суммарного гидродинамического сопротивления контура охлаждения в режиме неторможения. Следовательно, мощность насоса 1 достаточна для того, чтобы создать для тормоза-замедлителя 2 достаточное давление наложения (Uberlagerungsdruck), так что он принимает на себя остальную работу насоса по циркуляции охлаждающего средства в контуре 10 охлаждения вплоть до стороны всасывания насоса 1. Один из аспектов представленного варианта реализации состоит, следовательно, в том, что насос 1 преодолевает лишь участок сопротивления от выпуска 1.1 охлаждающего средства из насоса до тормоза-замедлителя 2, то есть, точнее говоря, до среднего кольца тормоза-замедлителя 2. Гидродинамическое сопротивление в остальной части контура охлаждения преодолевается включенным тормозом-замедлителем. Это достигается очень легко, если представить, что насос для подачи охлаждающего средства имеет диапазон мощности по сравнению с диапазоном мощности тормоза-замедлителя относительно возможной мощности насоса в соотношении 1:100. Например, насос имеет мощность примерно 6 киловатт, а тормоз-замедлитель - диапазон мощности от 500 до 600 киловатт.

В связи с тем, что согласно изобретению преодолеваемое насосом для подачи охлаждающего средства сопротивление потоку в режиме торможения меньше, чем в режиме неторможения, в циркуляцию поступает большее количество охлаждающего средства. В режиме торможения с тормозом-замедлителем это представляет преимущество в связи с тем, что повышает термостойкость такого рода тормозной системы и тем самым расширяет возможный безызносный режим торможения, что ведет к снижению предусмотренного для автомобиля износа за счет торможения. В связи с тем, что тормоз-замедлитель расположен в направлении по потоку перед охлаждаемым двигателем 5, преодолеваемое насосом для подачи охлаждающего средства сопротивление потоку может поддерживаться особенно низким, что повышает проходную способность при одинаковом числе оборотов и, с другой стороны, рабочая среда в тормозе-замедлителе имеет относительно невысокую температуру.

На фиг.3 показан альтернативный вариант выполнения контура 10 охлаждения. В этом случае двигатель 5 расположен в направлении по потоку позади насоса 1 для подачи охлаждающего средства и перед переключающим клапаном 3. Несмотря на это, согласно изобретению сопротивление потоку между выпуском 1.1 охлаждающего средства из насоса 1 и средним кольцом тормоза-замедлителя 2 выбрано таким образом, что оно меньше, чем суммарное гидродинамическое сопротивление в контуре охлаждения при отключенном тормозе-замедлителе 2, то есть при протекании через обводной участок 4.

Преимуществом этой конструкции является то, что нагретое в тормозе-замедлителе охлаждающее средство сразу же вслед за этим охлаждается в радиаторе 12 автомобиля. При соответствующем выполнении тормоза-замедлителя могут допускаться температуры охлаждающего средства, лежащие выше допустимых температур охлаждающего средства на двигателе 5.

В показанном варианте реализации согласно фиг.2 особенно короткий путь прохождения охлаждающего средства между насосом 1 для подачи охлаждающего средства и тормозом-замедлителем 2 может быть получен в том случае, если тормоз-замедлитель относительно своего механического включения в систему выполнен как первичный тормоз-замедлитель. Первичный тормоз-замедлитель означает, что тормоз-замедлитель в передаточном соединении расположен между двигателем 5 и непредставленным редуктором со стороны привода. В связи с тем, что оба, водяной насос и тормоз-замедлитель, расположены таким образом относительно редуктора со стороны двигателя, то становится возможной реализация, предусматривающая короткую линию потока охлаждающего средства между насосом 1 и тормозом-замедлителем 2 и, соответственно, незначительное сопротивление потоку.

Конструкция согласно фиг.3 предлагает наряду с названными преимуществами другое преимущество, состоящее в том, что тормоз-замедлитель 2 может быть легко выполнен как вторичный тормоз-замедлитель. Вторичный тормоз-замедлитель означает, что тормоз-замедлитель в передаточном соединении расположен с выходной стороны редуктора, то есть между редуктором и колесами автомобиля. Это имеет преимущество, что с выходной стороны редуктора в зоне рамы автомобиля остается больше конструктивного пространства, чем в зоне подкапотного пространства с приводной стороны редуктора.

На фиг.4 представлен вариант реализации, при котором тормоз-замедлитель 2 по своему механическому принципу действия расположен вторичным, то есть расположен с выходной стороны редуктора, в то время как по своему расположению в контуре охлаждения он расположен все же перед двигателем 5.

Также и в этом варианте направление потока от выпуска 1.1 насоса 1 для подачи охлаждающего средства до среднего кольца тормоза-замедлителя 2 осуществлено таким образом, что сопротивление потоку на этой линии меньше, чем сопротивление потоку в режиме неторможения всего контура 10 охлаждения.

Особенно предпочтительным при всех приведенных вариантах реализации может быть приведение в соответствие сопротивлений потоку между выпуском 1.1 насоса и средним кольцом тормоза-замедлителя 2 за счет заданного числа расточек в системе наполнения тормоза-замедлителя. Количество и/или величина расточек или соответствующих проходных сечений наполнения выбираются предпочтительно согласно соответствующим характеристикам сопротивления используемой системы охлаждения автомобиля.

Ниже представлены некоторые варианты выполнения для регулирования особенно низкого гидродинамического сопротивления.

На фиг.5а и 5b схематически показан предпочтительный вариант выполнения переключающего клапана 3. Представленный переключающий клапан 3 выполнен как клапан с поворотным затвором и включает впуск 3.1, первый выпуск 3.2 и второй выпуск 3.3. Через впуск 3.1 охлаждающее средство подается, по меньшей мере, опосредованно насосом 1 для подачи охлаждающего средства. Через один из выпусков, например через выпуск 3.2, охлаждающее средство направляется по обводному участку 4 мимо тормоза-замедлителя, а через другой выпуск, например выпуск 3.3, к тормозу-замедлителю 2.

Далее, переключающий клапан 3 содержит цилиндрический поршень 3.4, который поворачивается вокруг своей продольной оси. Цилиндрический поршень содержит радиальные сверления, в частности выпускное сверление 3.5 и впускное сверление 3.6. Выпускное сверление 3.5 выполнено, например, цилиндрическим, в то время как впускное сверление 3.6 выполнено сужающимся на конус или в виде воронки. Одно, оба или большее число сверлений могут иметь, разумеется, в своем проходном сечении и другие формы, например продольного паза. За счет поворота цилиндрического поршня 3.4 клапана вокруг своей продольной оси впуск 3.1 целенаправленно соединяется с одним из двух выпусков 3.2 и 3.3.

При вышеописанном переключении выпусков 3.2 и 3.3 на фиг.5а показано положение режима неторможения тормоза-замедлителя, а на фиг.5b - положение режима торможения.

Сужающееся на конус впускное сверление 3.6 имеет впускное отверстие, размеры которого по окружности поршня 3.4 клапана подобраны таким образом, что, несмотря на положение поршня 3.4 клапана, то есть, несмотря на то, соединяет ли он впуск 3.1 с выпуском 3.2 с возможностью пропускания потока или впуск 3.1 с выпуском 3.3, впускное отверстие впускного сверления 3.6 полностью охватывает проходное сечение впуска 3.1.

Благодаря показанному варианту выполнения поворотного затвора достигается решение, исключительно благоприятное для прохождения потока, причем с минимально возможным сопротивлением.

На фиг.6 показан в связи с минимально возможным гидродинамическим сопротивлением в районе среднего кольца тормоза-замедлителя предпочтительный вариант выполнения входной зоны тормоза-замедлителя. При этом участок статора 2.2 тормоза-замедлителя 2 показан в развернутом изображении.

Статор 2.2 включает большое число лопаток 2.7. Заданное число лопаток 2.7 статора снабжено расточкой 2.3 для подачи рабочей среды в рабочее пространство 2.4 тормоза-замедлителя. В показанном варианте выполнения каждая вторая лопатка 2.7 статора имеет такую расточку 2.3. В крайнем случае соответствующую расточку может иметь каждая лопатка статора. Лопатки статора с расточкой обозначаются также как полые лопатки.

Вход в зону среднего кольца тормоза-замедлителя соответствует выходу статора, то есть выходу рабочей среды из расточек 2.3 в полых лопатках.

С входной стороны рабочей среды 2.5 рабочая среда протекает через центральную расточку 2.8 по всей окружности статора 2.2. Для достижения особенно равномерного распределения подводимого потока по всему периметру на входной стороне статора предусмотрены направляющие элементы 2.6, в частности, в форме ребер.

За счет равномерного распределения поступающей через центральную расточку 2.8 рабочей среды по всему периметру статора и, следовательно, равномерно на всех полых лопатках, в частности на каждой или на каждой второй лопатке статора, достигается отличающийся особенно незначительным сопротивлением поток вплоть до среднего кольца тормоза-замедлителя, то есть до выхода из статора.

На фиг.7 показан другой благоприятный, с точки зрения гидродинамики, вариант конструкции входной зоны тормоза-замедлителя. При этом в каждой полой лопатке, т.е., в частности, в каждой или в каждой второй лопатке статора, предусмотрены две параллельные расточки 2.3 для подвода рабочей среды в рабочее пространство тормоза-замедлителя. Далее виден впускной канал 2.9 в корпусе 2.10 статора, который выполнен как кольцевой канал (см. намеченную пунктирно среднюю линию). Внутри впускного канала 2.9 статора предусмотрены с входной стороны направляющие элементы 2.6.

Однако не обязательно, чтобы кольцевой канал был осесимметричным относительно средней линии, возможны также варианты с отклоняющимися формами, например обусловленные имеющимся в редукторе конструктивным пространством.

В радиальном направлении снаружи относительно выполненного как кольцевой канал впускного канала 2.9 в корпусе 2.10 статора предусмотрен выполненный также в виде кольцевого канала выпускной канал 2.11 для отвода через выпускное отверстие тормоза-замедлителя рабочей среды из рабочего пространства тормоза-замедлителя.

На фиг.8-11 показаны другие варианты, позволяющие уменьшить сопротивления потока в зоне полых лопаток. Так, согласно фиг.8 в полых лопатках статора выполнены расточки 2.3 в виде сужающегося на конус канала, входное отверстие которого проходит в зоне направляющего элемента 2.6 примерно по всей высоте впускного канала 2.9 и в зоне с выходной стороны статора имеет форму продольного паза или прямоугольника.

На фиг.9 показана комбинация сужающегося на конус входного канала с двумя расточками, при этом входной канал переходит в две расточки.

На фиг.10 показан входной канал, переходящий в четыре лопаточные расточки статора.

Наконец, на фиг.11 показан сужающийся вначале на конус канал в лопатке статора, который затем в направлении по потоку переходит в канал с постоянным проходным сечением.

Реферат

Изобретение относится к контуру охлаждения автомобиля, включающему следующие признаки: охлаждающее средство, в частности воду или водяную смесь; насос для подачи охлаждающего средства с выпуском для охлаждающего средства; тормоз-замедлитель, содержащий среднее кольцо, рабочей средой которого является охлаждающее средство; переключающий клапан, расположенный в направлении по потоку перед тормозом-замедлителем, и обводной участок, чтобы обойти тормоз-замедлитель, так что тормоз-замедлитель подключается и отключается относительно контура охлаждения; при этом насос для подачи охлаждающего средства в направлении по потоку расположен перед тормозом-замедлителем таким образом, что при включенном тормозе-замедлителе насос закачивает охлаждающее средство в тормоз-замедлитель, а при отключенном тормозе-замедлителе прокачивает охлаждающее средство по обводному участку мимо тормоза-замедлителя. Контур охлаждения автомобиля согласно изобретению отличается следующим признаком: суммарное гидродинамическое сопротивление от выпуска насоса для подачи охлаждающего средства до среднего кольца тормоза-замедлителя при подключенном тормозе-замедлителе меньше, чем суммарное гидродинамическое сопротивление контура охлаждения, преодолеваемое насосом для подачи охлаждающего средства в режиме неторможения. Изобретение обеспечивает экономию мощности насоса для подачи охлаждающего средства. 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Формула