Система рекуперации теплоты отработавших газов

Система рекуперации теплоты отработавших газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к системе рекуперации теплоты отработавших газов с возможностью ускорения повышения температуры блока в транспортном средстве, таком как автомобиль, требующем нагрева, с использованием теплоты отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Известны примеры использования теплоты отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, установленного на транспортном средстве, таком как автомобиль, поглощаемой с помощью тепловой трубки, например, для облегчения активизации каталитического нейтрализатора и ускорения прогрева двигателя внутреннего сгорания (смотрите публикацию заявки на полезную модель Японии № 63-22321 (JP-U-63-22321) и заявку на патент Японии № 2008-14304 (JP-A-2008-14304)).

В JP-U-63-22321 описана конструкция, в которой один конец тепловой трубки, служащий нагревателем (соответствующий теплоприемнику), соединен с выпускным каналом двигателя внутреннего сгорания с нижней по потоку стороны от каталитического устройства, а другой конец тепловой трубки, служащий холодильником (соответствующий теплоизлучателю), соединен с выпускным каналом с верхней по потоку стороны от каталитического устройства, причем непрямое повышение температуры каталитического устройства обеспечивается за счет нагрева и повышения температуры отработавшего газа с верхней по потоку стороны от каталитического устройства.

В этом примере внутренняя полость герметичной тепловой трубки заполнена рабочей текучей средой, например чистой водой. В результате нагрева на одном конце трубки рабочая текучая среда испаряется и в виде пара переносится на другой конец, на котором конденсируется в результате излучения теплоты и возвращается на первый конец.

В JP-A-2008-14304 описана система рекуперации теплоты отработавших газов. Система рекуперации теплоты отработавших газов включает в себя испаритель (соответствующий теплоприемнику) и конденсатор (соответствующий теплоизлучателю). В результате поглощения теплоты отработавших газов в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания испаритель обеспечивает испарение рабочей текучей сред, а конденсатор обеспечивает конденсацию пара рабочей текучей среды. Испаритель и конденсатор объединены в одну конструкцию, образующую замкнутый контур. Для обеспечения теплообмена между хладагентом и газообразной рабочей текучей средой часть канала хладагента двигателя внутреннего сгорания размещена рядом с конденсатором.

В этом примере используется петлеобразная тепловая трубка, в которой испаритель и конденсатор объединены один с другим, и испаритель размещен в выпускном канале.

Известна также, например, публикация заявки на полезную модель Японии № 2-76508 (JP-U-2-76508), в которой теплоприемник и конденсатор (соответствующий теплоизлучателю) петлеобразной тепловой трубки размещены на расстоянии один от другого. В JP-U-2-76508 описана конструкция, в которой теплоприемник петлеобразной тепловой трубки размещен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания с нижней по потоку стороны от каталитического нейтрализатора, и конденсатор петлеобразной тепловой трубки установлен около радиатора воздушного отопителя, размещенного на полпути по длине канала хладагента, предназначенного для подачи и возврата хладагента двигателя внутреннего сгорания.

Описанные выше системы рекуперации теплоты отработавших газов включают в себя только тепловую трубку для повышения температуры каталитического нейтрализатора, установленного в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, или только тепловую трубку для повышения температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания, но ни одна из этих систем не содержит обе трубки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение позволяет в случае необходимости обеспечивать как ускорение повышения температуры каталитического нейтрализатора, установленного в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, так ускорение повышения температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания.

Первый объект изобретения относится к системе рекуперации теплоты отработавших газов. Система рекуперации теплоты отработавших газов включает в себя: первую петлеобразную тепловую трубку, поглощающую теплоту отработавших газов в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания с нижней по потоку стороны от первого каталитического нейтрализатора и обеспечивающая теплообмен с первым каталитическим нейтрализатором; и вторую петлеобразную тепловую трубку, поглощающую теплоту первого каталитического нейтрализатора и обеспечивающую теплообмен с хладагентом, подаваемым из двигателя внутреннего сгорания.

Описанная выше конструкция позволяет в результате поглощения теплоты отработавших газов с помощью первой петлеобразной тепловой трубки осуществлять нагрев каталитического нейтрализатора снаружи и, таким образом, обеспечивать ускорение повышения температуры каталитического нейтрализатора, а в результате поглощения теплоты каталитического нейтрализатора с помощью второй петлеобразной тепловой трубки - осуществлять охлаждение каталитического нейтрализатора и, таким образом, обеспечивать ускорение повышения температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания.

В результате обеспечивается возможность эффективного повышения температуры каталитического нейтрализатора, закрепленного на двигателе внутреннего сгорания, и эффективного повышения температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания.

Первая петлеобразная тепловая трубка может включать в себя первый теплоприемник, обеспечивающий испарение герметизированной внутри него рабочей текучей среды за счет теплоты отработавших газов в выпускном канале с нижней по потоку стороны от первого каталитического нейтрализатора, первый теплоизлучатель, закрепленный на участке первого каталитического нейтрализатора с верхней по потоку стороны и предназначенный для обеспечения теплообмена между рабочей текучей средой, подаваемой из первого теплоприемника, и первым каталитическим нейтрализатором для конденсации рабочей текучей среды, первую подающую трубку, используемую для подачи рабочей текучей среды из первого теплоприемника в первый теплоизлучатель, и первую возвратную трубку, используемую для возврата рабочей текучей среды из первого теплоизлучателя в первый теплоприемник, а вторая петлеобразная тепловая трубка может включать в себя второй теплоприемник, закрепленный на участке первого каталитического нейтрализатора с нижней по потоку стороны и предназначенный для обеспечения испарения герметизированной внутри него рабочей текучей среды за счет теплоты первого каталитического нейтрализатора, второй теплоизлучатель, предназначенный для обеспечения теплообмена между рабочей текучей средой, подаваемой из второго теплоприемника, и хладагентом, подаваемым из двигателя внутреннего сгорания для конденсации рабочей текучей среды, вторую подающую трубку, используемую для подачи рабочей текучей среды из второго теплоприемника во второй теплоизлучатель, и вторую возвратную трубку, используемую для возврата рабочей текучей среды из второго теплоизлучателя во второй теплоприемник.

Приведенное выше подробное описание конструкции и первой и второй петлеобразных тепловых трубок обеспечивает возможность реализации системы рекуперации теплоты отработавших газов без особых трудностей.

В первой возвратной трубке или в первой подающей трубке может быть установлен первый клапанный механизм, а во второй возвратной трубке или во второй подающей трубке может быть установлен второй клапанный механизм.

В описанной выше конструкции циркуляция теплоты или прекращение циркуляции теплоты может обеспечиваться с помощью первой петлеобразной тепловой трубки в результате открытия или закрытия первого клапанного механизма. Кроме того, циркуляция теплоты или прекращение циркуляции теплоты может обеспечиваться с помощью второй петлеобразной тепловой трубки в результате открытия или закрытия второго клапанного механизма. Поэтому, например, в случае необходимости нагрева каталитического нейтрализатора можно осуществить предпочтительный нагрев каталитического нейтрализатора теплотой отработавших газов с использованием только первой петлеобразной тепловой трубки. Прогрев же двигателя внутреннего сгорания по окончании прогрева каталитического нейтрализатора, в случае возникновения такой необходимости, может быть осуществлен с использованием только второй петлеобразной тепловой трубки, обеспечивающей в результате поглощения теплоты каталитического нейтрализатора его охлаждение и ускорение повышения температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания.

При этом в случае размещения первого и второго клапанных механизмов в первой и второй возвратных трубках при закрытии первого и второго клапанных механизмов рабочая текучая среда конденсируется в первом и втором теплоизлучателях и ее возврат в первый и второй теплоприемники прекращается. В результате, прекращается циркуляция теплоты с помощью первой и второй петлеобразных тепловых трубок. В случае же размещения первого и второго клапанных механизмов в первой и второй подающих трубках при закрытии первого и второго клапанных механизмов прекращается подача рабочей текучей среды, превращенной в пар в первом и втором теплоприемниках, в первый и второй теплоизлучатели. В результате прекращается циркуляция теплоты с помощью первой и второй петлеобразных тепловых трубок.

С первым теплоизлучателем и вторым теплоприемником может быть соединен соединительный канал, и в этом соединительном канале может быть установлен третий клапанный механизм.

В описанной выше конструкции при закрытии третьего клапанного механизма первый теплоизлучатель и второй теплоприемник работают в качестве отдельных теплообменных блоков, а при открытии третьего клапанного механизма объединяются в отдельный теплообменный блок большого объема.

Например, в случае необходимости прогрева каталитического нейтрализатора циркуляция теплоты с использованием только первой петлеобразной тепловой трубки и закрытие третьего клапана обеспечивают возможность нагрева верхней по потоку стороны каталитического нейтрализатора за счет теплоты отработавших газов. В случае же, например, необходимости прогрева двигателя внутреннего сгорания по окончании прогрева каталитического нейтрализатора циркуляция теплоты с использованием только второй петлеобразной тепловой трубки и открытие третьего клапана обеспечивают возможность охлаждения каталитического нейтрализатора и ускоренное повышение температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания за счет поглощения теплоты всего каталитического нейтрализатора.

Система рекуперации теплоты отработавших газов может дополнительно включать в себя контроллер, обеспечивающий регулирование степени открытия первого, второго и третьего клапанных механизмов с помощью приводов, причем в случае принятия решения о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора контроллер обеспечивает открытие первого клапанного механизма и закрытие второго и третьего клапанных механизмов, а в случае принятия решения о необходимости нагрева хладагента при активизированном состоянии первого каталитического нейтрализатора контроллер может обеспечивать закрытие первого клапанного механизма и открытие второго и третьего клапанных механизмов.

В описанной выше конструкции управление открытием и закрытием клапанных механизмов с первого по третий может осуществляться с помощью контроллера в соответствующие моменты времени. Открытие или закрытие клапанных механизмов с первого по третий, осуществляемое в зависимости от температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания и температуры каталитического нейтрализатора, обеспечивает возможность оптимизации использования первой петлеобразной тепловой трубки и второй петлеобразной тепловой трубки.

Например, в случае повышения температуры каталитического нейтрализатора до температуры активизации циркуляция теплоты с использованием только первой петлеобразной тепловой трубки может обеспечивать предпочтительный нагрев каталитического нейтрализатора за счет теплоты отработавших газов. В случае же возникновения необходимости прогрева двигателя внутреннего сгорания по окончании прогрева каталитического нейтрализатора циркуляция теплоты с использованием только второй петлеобразной тепловой трубки может обеспечивать охлаждение каталитического нейтрализатора и ускоренное повышение температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания за счет поглощения теплоты каталитического нейтрализатора.

В случае принятия решения о недостижении верхней предельной температуры первого каталитического нейтрализатора при его активизированном состоянии и принятия решения о недостижении верхней предельной температуры хладагента при его нагретом состоянии контроллер может обеспечивать закрытие первого клапанного механизма и открытие второго и третьего клапанных механизмов, а в случае принятия решения о достижении верхней предельной температуры первого каталитического нейтрализатора и принятия решения о достижении верхней предельной температуры хладагента контроллер может обеспечивать закрытие первого и второго клапанных механизмов и открытие третьего клапанного механизма.

В этом случае, кроме того, при условии чрезмерного повышения температуры каталитического нейтрализатора или температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания обеспечивается прекращение циркуляции теплоты с использованием первой и второй петлеобразных тепловых трубок, что позволяет предотвратить ухудшение каталитических характеристик каталитического нейтрализатора вследствие чрезмерного нагрева и перегрев двигателя внутреннего сгорания.

В первой возвратной трубке или в первой подающей трубке может быть установлен первый клапанный механизм, со второй подающей трубкой и со второй возвратной трубкой может быть соединена перепускная трубка, установленная в обход второго теплоизлучателя, а на участке соединения перепускной трубки со второй подающей трубкой может быть установлен переключающий клапан, который может быть использован для переключения маршрута теплообмена с второй подающей трубки на второй теплоизлучатель, а обходного маршрута - с второй подающей трубки на перепускную трубку.

В описанной выше конструкции открытие или закрытие первого клапанного механизма позволяет осуществлять или прекращать циркуляцию теплоты с помощью первой петлеобразной тепловой трубки. Кроме того, при задании маршрута теплообмена с помощью переключающего клапана становится возможным осуществление циркуляции теплоты с использованием второй петлеобразной тепловой трубки, а при задании обходного маршрута с помощью переключающего клапана становится возможным прекращение циркуляции теплоты с использованием второй петлеобразной тепловой трубки. Поэтому, например, в случае необходимости прогрева каталитического нейтрализатора использование только первой петлеобразной тепловой трубки обеспечивает возможность предпочтительного прогрева каталитического нейтрализатора за счет теплоты отработавших газов. В случае же, например, необходимости нагрева хладагента двигателя внутреннего сгорания по окончании каталитического нейтрализатора использования только второй петлеобразной тепловой трубки обеспечивает возможность охлаждения каталитического нейтрализатора и ускоренное повышение температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания за счет поглощения теплоты каталитического нейтрализатора.

Система рекуперации теплоты отработавших газов может включать в себя контроллер, обеспечивающий регулирование степени открытия первого клапанного механизма с помощью привода, причем переключающий клапан может представлять собой трехходовой клапан, а контроллер может управлять переключающим клапаном с помощью привода и в случае принятия решения о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора может обеспечивать открытие первого клапанного механизма и задание обходного маршрута с помощью переключающего клапана, в случае принятия решения о необходимости нагрева хладагента при активизированном состоянии первого каталитического нейтрализатора может обеспечивать закрытие первого клапанного механизма и задание маршрута теплообмена с помощью переключающего клапана, а в случае принятия решения о достижении верхней предельной температуры хладагента - закрытие первого клапанного механизма и задание обходного маршрута с помощью переключающего клапана.

В описанной выше конструкции регулирование степени открытия и закрытия первого клапанного механизма может осуществляться с помощью контроллера в соответствующие моменты времени. Управление первым клапанным механизмом и переключающим клапаном, осуществляемое в зависимости от температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания и температуры каталитического нейтрализатора, обеспечивает возможность оптимизации использования первой петлеобразной тепловой трубки и второй петлеобразной тепловой трубки.

С первым теплоизлучателем и вторым теплоприемником может быть соединен соединительный канал, и в этом соединительном канале может быть установлен третий клапанный механизм.

В описанной выше конструкции при закрытии третьего клапанного механизма первый теплоизлучатель и второй теплоприемник работают в качестве отдельных теплообменных блоков, а при открытии третьего клапанного механизма объединяются в отдельный теплообменный блок большого объема.

Например, в случае необходимости прогрева каталитического нейтрализатора циркуляция теплоты с использованием только первой петлеобразной тепловой трубки и закрытие третьего клапана обеспечивают возможность нагрева верхней по потоку стороны каталитического нейтрализатора за счет теплоты отработавших газов. В случае же, например, необходимости прогрева двигателя внутреннего сгорания по окончании прогрева каталитического нейтрализатора циркуляция теплоты с использованием только второй петлеобразной тепловой трубки и открытие третьего клапана обеспечивают возможность нагрева хладагента двигателя внутреннего сгорания за счет поглощения теплоты всего каталитического нейтрализатора, причем при поглощении теплоты от каталитического нейтрализатора каталитический нейтрализатор охлаждается.

Система рекуперации теплоты отработавших газов может включать в себя контроллер, обеспечивающий регулирование степеней открытия первого и третьего клапанных механизмов с помощью приводов, причем переключающий клапан может представлять собой трехходовой клапан, а контроллер может управлять переключающим клапаном с помощью привода и в случае принятия решения о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора может обеспечивать открытие первого клапанного механизма, закрытие третьего клапанного механизма и задание обходного маршрута с помощью переключающего клапана, в случае принятия решения о необходимости нагрева хладагента при активизированном состоянии первого каталитического нейтрализатора может обеспечивать закрытие первого клапанного механизма, открытие третьего клапанного механизма и задание маршрута теплообмена с помощью переключающего клапана, а в случае принятия решения о достижении верхней предельной температуры хладагента - закрытие первого клапанного механизма, открытие третьего клапанного механизма и задание обходного маршрута с помощью переключающего клапана.

В описанной выше конструкции регулирование степени открытия и закрытия первого клапанного механизма может осуществляться с помощью контроллера в соответствующие моменты времени. Управление первым клапанным механизмом, переключающим клапаном и третьим клапанным механизмом, осуществляемое в зависимости от температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания и температуры каталитического нейтрализатора, обеспечивает возможность оптимизации использования первой петлеобразной тепловой трубки и второй петлеобразной тепловой трубки.

Например, в случае повышения температуры каталитического нейтрализатора до температуры активизации циркуляция теплоты с использованием только первой петлеобразной тепловой трубки может обеспечивать предпочтительный нагрев каталитического нейтрализатора за счет теплоты отработавших газов. В случае же возникновения необходимости нагрева хладагента двигателя внутреннего сгорания по окончании прогрева каталитического нейтрализатора циркуляция теплоты с использованием только второй петлеобразной тепловой трубки может обеспечивать охлаждение каталитического нейтрализатора и ускоренное повышение температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания за счет поглощения теплоты каталитического нейтрализатора.

В этом случае, кроме того, при условии чрезмерного повышения температуры каталитического нейтрализатора или температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания обеспечивается прекращение циркуляции теплоты с использованием первой второй петлеобразных тепловых трубок, что позволяет предотвратить ухудшение каталитических характеристик каталитического нейтрализатора вследствие чрезмерного нагрева и перегрев двигателя внутреннего сгорания.

Каждый из клапанных механизмов с первого по третий может представлять собой самоприводной клапанный механизм, степень открытия которого автоматически регулируется в соответствии с определенным условием срабатывания.

При этом открытие первого самоприводного клапанного механизма может осуществляться в случае выполнении условия о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора, а закрытие - в случае выполнении условия о необходимости нагрева хладагента при активизированном состоянии первого каталитического нейтрализатора.

Второй же самоприводной клапанный механизм может закрываться в случае выполнения условия о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора, а открываться - в случае выполнения условия о том, первый каталитический нейтрализатор находится в активизированном состоянии. Альтернативный второй клапанный механизм может закрываться в случае выполнения условия о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора или в случае принятия решения о достижении верхней предельной температуры хладагента, а открываться - в случае выполнения условия о необходимости нагрева хладагента при активизированном состоянии первого каталитического нейтрализатора.

Закрытие третьего самоприводного клапанного механизма может осуществляться в случае выполнения условия о необходимости активизации первого каталитического нейтрализатора, а открытие третьего самоприводного клапанного механизма может осуществляться в случае выполнения условия о необходимости нагрева хладагента при активизированном состоянии первого каталитического нейтрализатора или в случае выполнении условия достижения верхней предельной температуры хладагента.

Таким образом, в случае, когда каждый клапанный механизм с первого по третий являются самоприводными клапанными механизмами, необходимость в системе управления (например, необходимость в программах управления, электропроводке и т.п.) для клапанных механизмов с первого по третий отсутствует, что дает такой полезный эффект, как сокращение затрат на оборудование.

Первый теплоизлучатель может включать в себя первую пустотелую втулку, которая установлена в первом каталитическом нейтрализаторе с охватом его верхнего по потоку участка и в которой имеется внутреннее кольцевое пространство, с которым могут быть соединены первая подающая трубка и первая возвратная трубка, которые могут сообщаться по потоку с этим внутренним кольцевым пространством, и ребро охлаждения, установленное на внутренней окружной стенке первой пустотелой втулки и направленное по радиусу наружу, а второй теплоприемник может включать в себя вторую пустотелую втулку, которая установлена в первом каталитическом нейтрализаторе с охватом его нижнего по потоку участка и в которой имеется внутреннее кольцевое пространство, с которым соединены вторая подающая трубка и вторая возвратная трубка, сообщающиеся по потоку с этим внутренним кольцевым пространством, и ребро охлаждения, установленное на внутренней окружной стенки второй пустотелой втулки и направленное по радиусу наружу, причем первая и вторая пустотелые втулки могут быть соединены одна с другой в осевом направлении в одно целое и на участке соединения имеется соединительный канал.

В рассматриваемом варианте как первый теплоизлучатель, так и второй теплоприемник имеет кольцевую внешнюю форму, обеспечивающую охват верхнего каталитического нейтрализатора и эффективный перенос теплоты к каталитическому нейтрализатору, а также эффективное поглощение теплоты каталитического нейтрализатора.

В выпускном канале на участке рядом с двигателем внутреннего сгорания может быть установлено средство ослабления передачи колебаний, и второй теплоизлучатель может быть закреплен на участке между этим средством ослабления колебаний и первым каталическим нейтрализатором.

При этом, по существу, колебания, передаваемые от двигателя внутреннего сгорания к выпускному каналу, демпфируются с помощью средство ослабления передачи колебаний. Поэтому теплоприемники первой и второй петлеобразных тепловых трубок установлены с нижней по потоку стороны от этого средства ослабления передачи колебаний в выпускном канале.

Это означает, что при возникновении колебаний с нижней по потоку стороны от средства ослабления передачи колебаний в выпускном канале перемещение теплоприемников и теплоизлучателей первой и второй петлеобразных тепловых трубок будет происходить практически синхронно, что будет затруднять возникновение изгибающих напряжений, вызываемых колебаниями, на проксимальных концах подающих и возвратных трубок, соединенных с теплоприемниками и теплоизлучателями и сообщающихся с ними по потоку.

В результате, появляется возможность достижения длительного срока эксплуатации, например, до момента временного усталостного разрушения первой и второй петлеобразных тепловых трубок. При этом в случае вероятности возникновения изгибающих напряжений требуется принятие соответствующих мер, таких как увеличение толщины или наружного диаметра каждой из подающих и возвратных трубок, позволяющее увеличить их жесткость или использование гибких трубок. Однако использование указанного выше средства ослабления передачи колебаний позволяет избежать необходимости принятия таких мер.

Система рекуперации теплоты отработавших газов согласно настоящему изобретению обеспечивает, в случае необходимости, возможность ускоренного повышения температуры каталитического нейтрализатора, устанавливаемого в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и ускоренного повышения температуры хладагента двигателя внутреннего сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные выше и дополнительные объекты, признаки и преимущества изобретения очевидны из следующего ниже описания вариантов осуществления, сопровождаемых со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями и на которых:

фиг.1 - схематическое изображение принципиальной конструкции системы рекуперации теплоты отработавших газов согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.2 - сечение шарового шарнира, показанного на фиг.1;

фиг.3 - представленная на фиг.1 система рекуперации теплоты отработавших газов конкретной конструкции в сечении;

фиг.4 - блок-схема последовательности процесса работы системы рекуперации теплоты отработавших газов, представленной на фиг.1;

фиг.5 - схематическое изображение принципиальной конструкции системы рекуперации теплоты отработавших газов согласно другому варианту осуществления изобретения;

фиг.6A и 6B - показанный на фиг.5 второй клапанный механизм конкретной конструкции в сечении;

фиг.7 - схематическое изображение принципиальной конструкции системы рекуперации теплоты отработавших газов согласно второму варианту осуществления изобретения;

фиг.8A, 8B и 8C - показанный на фиг.7 второй клапанный механизм конкретной конструкции в сечении;

фиг.9 - блок-схема процесса работы системы рекуперации теплоты отработавших газов, представленной на фиг.7;

фиг.10 - схематическое изображение принципиальной конструкции системы рекуперации теплоты отработавших газов согласно третьему варианту осуществления изобретения; и

фиг.11 - блок-схема процесса работы системы рекуперации теплоты отработавших газов, представленной на фиг.10.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант осуществления изобретения

Фиг.1-4 иллюстрируют первый вариант осуществления изобретения. В первом варианте осуществления описывается типовая система рекуперации теплоты отработавших газов, которая может быть использована в двигателе внутреннего сгорания, устанавливаемому на транспортном средстве.

Описание принципиальной конструкции системы рекуперации теплоты отработавших газов ведется со ссылками на фиг.1. На этом чертеже в двигателе 1 внутреннего сгорания с водяным охлаждением воздушно-топливная смесь подается в камеру сгорания двигателя 1 внутреннего сгорания для сгорания, а образовавшиеся в результате отработавшие газы выпускаются из камеры сгорания по выхлопной системе в атмосферу. Воздушно-топливную смесь получают путем смешивания воздуха, подаваемого из системы впуска, с топливом, подаваемым из топливной системы, при определенном соотношении между воздухом и топливом.

Выхлопная система включает в свой состав, по меньшей мере, выпускной коллектор 2 и выпускную трубу 4. Выпускной коллектор 2 установлен на двигателе 1 внутреннего сгорания. Выхлопная труба 4 соединена с выпускным коллектором 2 посредством шарового шарнира 3. Выпускной коллектор 2 и выхлопная труба 4 образуют выпускной канал.

Как показано на фиг.2, шаровой шарнир 3 включает в себя плоский фланец 3a, полусферический фланец 3b, прокладку 3c, болты 3d и гайки 3e, а также спиральные пружины 3f. Плоский фланец 3a, направленный по радиусу наружу, установлен на открытом конце выпускного коллектора 2 с его расположенной ниже по потоку стороны. Полусферический фланец 3b располагается выше по потоку на открытом конце выпускной трубы 4. Прокладка 3c установлена между плоским фланцем 3a и полусферическим фланцем 3b. Болты 3d и гайки 3e обеспечивают крепление плоского фланца 3a к полусферическому фланцу 3b. Спиральные пружины 3f установлены в сжатом состоянии между болтами 3d и плоским фланцем 3a.

Одна сторона прокладки 3c, контактирующая с плоским фланцем 3a, имеет плоскую форму, а другая сторона прокладки 3c, контактирующая с внутренней поверхностью полусферического фланца 3b, имеет полусферическую форму, повторяющую форму внутренней поверхности полусферического фланца 3b. Под действием восстанавливающих сил упругости спиральных пружин 3f прокладка 3c обеспечивает уплотнение как поверхности контакта с плоским фланцем 3a, так и поверхности контакта с полусферическим фланцем 3b. При приложении внешнего усилия с целью поворота выпускного коллектора 2 и выхлопной трубы 4 вокруг центра 3g поворота прокладка 3c и полусферический фланец 3b начинают скользить друг относительно друга, что обеспечивает возможность свободного поворота. То есть шаровой шарнир 3 блокирует передачу колебаний и перемещения двигателя 1 внутреннего сгорания на выхлопную трубу 4 или передает эти колебания и перемещение после демпфирования, и поэтому шаровой шарнир 3 можно рассматривать как средство демпфирования передачи колебаний.

На выхлопной трубе 4 последовательно установлены два каталитических нейтрализатора 5 и 6. Эти два каталитических нейтрализатора 5 и 6 осуществляют очистку отработавшего газа.

Среди этих каталитических нейтрализаторов 5 и 6 каталитический нейтрализатор 5, установленный выше по потоку в направлении прохождения отработавшего газа по выпускной трубе 4, так называемый стартовый каталитический нейтрализатор (S/C), именуется верхним каталитическим нейтрализатором, а каталитический нейтрализатор 6, установленный ниже по потоку в направлении прохождения отработавшего газа по выпускной трубе 4, так называемый основной каталитический нейтрализатор (M/C) или расположенный под днищем каталитический нейтрализатор (U/F), именуется нижним каталитическим нейтрализатором.

Каждый из этих каталитических нейтрализаторов 5 и 6 может представлять собой, например, трехступенчатый каталитический нейтрализатор. Этот трехступенчатый каталитический нейтрализатор позволяет осуществлять процесс очистки, в результате которого за счет химической реакции обеспечивается одновременное превращение моноксида углерода (CO), углеводородов (HC) и оксидов азота (NOx) в безопасные компоненты.

Охладитель (в дальнейшем просто хладагент), называемый долговечным хладагентом (LLC), находящийся внутри двигателя 1 внутреннего сгорания, подается из канала 8 нагнетания хладагента и поступает в радиатор 7, а затем возвращается из радиатора 7 назад в двигатель 1 внутреннего сгорания по каналу 9 возврата хладагента. Охлаждение хладагента, циркуляция которого обеспечивается водяным насосом 10, осуществляется в радиаторе 7 за счет теплообмена с атмосферным воздухом.

При этом расход хладагента, проходящего через радиатор 7, и расход хладагента, проходящего через перепускной канал 12, регулируется термостатом 11. Например, при прогреве двигателя расход хладагента в перепускном канале 12 увеличивается, что обеспечивает ускорение прогрева двигателя и предотвращение переохлаждения хладагента в радиаторе 7.

На полпути по длине канала 13 отопителя, ответвляющегося от канала 8 хладагента и соединяющегося с водяным насосом 10 в канале 9 возврата хладагента с расположенной выше по потоку стороны этого насоса, установлен радиатор 14 отопителя. Радиатор 14 отопителя является источником теплоты, предназначенным для отопления кабины транспортного средства за счет хладагента. Воздух, нагреваемый с помощью радиатора 14 отопителя, нагнетается в кабину 17 транспортного средства вентилятором 15 отопителя. При этом радиатор 14 отопителя и вентилятор 15 отопителя образуют воздушный отопитель 16. Снижение температуры хладагента на участке канала 13 отопителя с нижней по потоку стороны радиатора 14 отопителя осуществляется за счет тепловыдения радиатора 14 отопителя.

Выхлопная система двигателя 1 внутреннего сгорания, имеющая такую конструкцию, снабжена системой 18 рекуперации теплоты отработавших газов.

В результате поглощения теплоты отработавших газов, вырабатываемых двигателем 1 внутреннего сгорания, система 18 рекуперации теплоты отработавших газов позволяет, например, ускорить повышение температуры верхнего каталитического нейтрализатора 5, а в результате поглощения теплоты верхнего катализатора 5 - обеспечивает возможность ускорения повышения температуры хладагента, возвращаемого из радиатора 14 отопителя в двигатель 1 внутреннего сгорания. В основном, система 18 рекуперации теплоты отработавших газов включает в себя две петлеобразные тепловые трубки 20 и 30 и контроллер 40.

Первая петлеобразная тепловая трубка 20 включает в себя в основном первый теплоприемник 21, первый теплоизлучатель 22, первую подающую трубку 23, первую возвратную трубку 24 и первый клапанный механизм 25. Вторая петлеобразная тепловая трубка 30 включает в себя в основном второй теплоприемник 31, второй теплоизлучатель 32, вторую подающую трубку 33, вторую возвратную трубку 34 и второй клапанный механизм 35.

Весь внутренний объем петлеобразных тепловых трубок 20 и 30 заполнен рабочей текучей средой в вакуумированном состоянии. Рабочая текучая среда представляет собой, например, чи