Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства

Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач (КПП) и редукторов ведущих мостов при эксплуатации транспортного средства в зимний период.

Работоспособность транспортного средства в значительной степени определяется стабильностью показателей работы трансмиссии. При увеличении теплоотдачи агрегатами трансмиссии в окружающую среду нарушается их тепловой режим работы, что влечет за собой увеличение внутренних потерь энергии и интенсивности изнашивания поверхностей трения зубчатых зацеплений.

Исследования приспособленности автомобилей ПА3-672, ГА3-66, ГА3-24, М-412, ЗИЛ-130 и др. по тепловому режиму агрегатов показали, что при температуре окружающего воздуха минус 40°С температура масла в картере коробок передач имеет значения от 18 до 33°С, а температура задних мостов составляет от 2 до 43°С (меньшие значения относятся к грузовым автомобилям, большие - к легковым). При этом темп прогрева для коробок передач на стоянке при работающем двигателе равен (18-70)·10^-3 мин^-1, причем минимальные значения относятся к грузовым автомобилям, а максимальные - к легковым. При движении темп прогрева коробок передач увеличивается до (27-99)·10^-3 мин^-1. Для задних мостов грузовых автомобилей темп прогрева составляет (23-63)·10^-3 мин^-1, а для легковых он равен (131-138)·10^-3 мин^-1, т.е. выше примерно в 4 раза [Резник Л.Г. Научные основы приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации: автореф. дис. … д-ра техн. наук / Л.Г. Резник. Тюмень, 1981. - С.16]. При этом оптимальные значения температуры трансмиссионного масла находятся в пределах 60-90°С. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что в некоторых случаях эксплуатации трансмиссий транспортных средств в зимних условиях необходимы дополнительные источники тепловой энергии как для увеличения темпа их прогрева, так и для поддержания их теплового режима в процессе движения.

В настоящее время известно несколько устройств для обеспечения теплового режима агрегатов трансмиссии транспортных средств.

Известно устройство для подогрева картера КПП теплом отработавших газов (патент на ПМ №74605 опубликован в БИ №19 10.07.08 г.). Данное устройство позволяет вторично использовать тепло двигателя транспортного средства на подогрев картера КПП. В качестве недостатков данного устройства можно отметить высокую степень пожароопасности, низкий коэффициент полезного действия (КПД), необходимость демонтажа теплообменников картеров редукторов трансмиссии при эксплуатации автомобиля в летний период вследствие ухудшения теплоотдачи в окружающую среду стенками картеров.

Известна система для тепловой подготовки и поддержания оптимального теплового режима агрегатов трансмиссии и элементов подвески (патент на ПМ №119086 опубликован 10.08.2012, Бюл. №22). Система обеспечивает прогрев до рабочей температуры и поддержание теплового режима редукторов трансмиссии, однако жидкость, используемая в качестве теплоносителя, теряет свою скорость в импортирующем теплообменнике из-за спиралевидного расположения ребер, необходимых для увеличения интенсивности теплообмена жидкости и выпускной системы двигателя транспортного средства. Вследствие последовательного соединения экспортирующих теплообменников неизолированными жидкостными магистралями и их низкого КПД жидкость имеет низкую способность теплоотдачи агрегатам трансмиссии.

Известна система автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин (патент на изобретение №2500899 опубликован 10.12.2013, Бюл. №34). Система обеспечивает подогрев агрегатов и узлов самоходных машин, однако не лишена недостатков. Основным недостатком является сложность подачи масла для его нагрева непосредственно в теплообменнике в силу его начальной высокой вязкости, а также низкая эффективность при наличии большого числа контуров теплопередачи. С точки зрения минимизации затрат энергии на работу системы автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин более эффективным будет подвод непосредственно жидкости утилизационного контура к агрегатам и системам.

Известна система обеспечения теплового режима редукторов механической трансмиссии транспортного средства, взятая за прототип (патент на ПМ №130058 опубликован 10.07.2013, Бюл. №19). Предложенная авторами конструкция позволяет использовать теплоту отработавших газов для подогрева агрегатов трансмиссии, однако, конструкция импортирующих теплообменников не обеспечивает необходимую рекуперацию теплоты отработавших газов для нагрева промежуточного теплоносителя.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение эффективности тепловой подготовки и поддержание теплового режима агрегатов трансмиссии при эксплуатации транспортного средства в условиях пониженных температур окружающей среды.

Для достижения технической задачи предлагается система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства, включающая теплоизолированный глушитель-рекуператор для нагрева жидкости системы, например антифриза, без изменения уровня шума отработавших газов на выходе в окружающую среду, выполненный в виде теплообменника типа «труба в трубе», на внутренней трубе которого имеются отверстия для прохождения отработавших газов с внешней стороны вовнутрь трубы, для теплообмена между отработавшими газами и жидкостью системы в глушителе-рекуператоре установлены трубки теплопередачи, жестко и герметично закрепленные между собой торцевыми фланцами при помощи сварного соединения таким образом, что образованные полости между фланцами обеих сторон глушителя-рекуператора соединяют между собой внутренние полости трубок теплопередачи, теплообменники КПП и ведущих мостов, соединенных параллельно и служащих для передачи теплоты от системы к редукторам трансмиссии, причем теплообменник КПП установлен на внутренней стороне стенки КПП, и его форма аналогична форме стенки, а теплообменники ведущих мостов установлены на наружной части картеров главных передач и выполнены аналогично их форме, жидкостный насос для циркуляции жидкости и обмена теплоты между глушителем-рекуператором и теплообменниками системы, теплоизолированный расширительный бак для жидкости, снабженный пробкой с клапанным механизмом, датчик температуры жидкости в системе, соединенный с электронным блоком управления ЭБУ для контроля за тепловым режимом системы подогрева и управления ее электронными элементами, систему теплоизолированных жидкостных магистралей, коробку переключения отработавших газов для подачи отработавших газов в рекуператор или в стандартный глушитель, электромагнит для управления коробкой переключения отработавших газов.

На фиг. 1 представлена система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства в общем виде; на фиг. 2 - конструкция глушителя-рекуператора; на фиг. 3 - блок-схема работы системы в автоматическом режиме.

Основным звеном системы является глушитель-рекуператор 1, установленный на трубе 2 выпускной системы двигателя транспортного средства таким образом, что температура отработавших газов достаточна для нагрева жидкости в глушителе-рекуператоре до величины не менее 95°С. Для контроля теплового состояния жидкости системы на выходе из глушителя-рекуператора установлен датчик температуры 3. Циркуляция нагретой жидкости внутри системы производится при помощи жидкостного насоса 4, работа которого осуществляется от бортовой сети транспортного средства. С целью предотвращения возникновения повышенного давления жидкости в системе в теплоизолированном расширительном баке 5 предусмотрена пробка 6 с клапанным механизмом. Теплопередача от системы подогрева к редукторам трансмиссии производится при помощи теплообменников 7, 8 и 9, установленных в картере КПП и на наружной части корпусов дифференциалов ведущих мостов соответственно. Теплообменник 7 плотно прилегает к внутренней части правой стенки картера КПП, выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, а его форма аналогична форме внутренней поверхности правой стенки картера КПП. Форма теплообменников 8 и 9 аналогична форме картера главной передачи, плотно прилегает к его наружной части и их количество варьируется в зависимости от числа ведущих мостов транспортного средства, тепловой режим которых необходимо поддерживать. Отдельные звенья системы соединяются между собой при помощи системы теплоизолированных жидкостных магистралей 10, тройников 11 и червячных хомутов 12. Изменение направления движения отработавших газов из глушителя-рекуператора (направление а) в штатный глушитель (направление б) осуществляется при помощи коробки переключения отработавших газов 13, например, производства КамАЗ, дополнительно установленной в штатную систему выпуска, управление которой осуществляется электромагнитом 14.

Глушитель-рекуператор 1 представляет собой теплообменник типа «труба в трубе», состоящий из внутренней трубы 15 с отверстиями 16 для прохождения отработавших газов с внешней стороны вовнутрь трубы, внешней трубы 17, служащей кожухом для глушителя-рекуператора, трубок теплопередачи 18 для теплообмена между отработавшими газами и жидкостью системы, жестко и герметично закрепленных между собой торцевыми фланцами 19, 20 и 21 при помощи сварного соединения таким образом, что образованные полости между фланцами 19 и 20, 21 и 22 соединяют между собой внутренние полости трубок теплопередачи. Для подвода и отвода жидкости системы имеются штуцеры 23, для подвода отработавших газов имеется входной патрубок 24. Стоит отметить, что глушитель-рекуператор 1 выполнен по противоточной схеме движения теплоносителей, при этом сопротивление движению отработавших газов, создаваемое глушителем-рекуператором 1, не превышает сопротивления штатного глушителя.

Система подогрева работает следующим образом.

При работе двигателя транспортного средства отработавшие газы, движущиеся по трубе выпускной системы 2 двигателя, направляются в глушитель-рекуператор 1 при помощи коробки переключения газов 13. Теплота отработавших газов посредством теплоотдачи передается трубкам теплопередачи, внутри которых находится жидкость, а уровень шума отработавших газов снижается за счет потери скорости при обтекании трубок теплопередачи и прохождения через отверстия 16. Нагретая жидкость циркулирует по системе подогрева и подается к теплообменникам 7, 8 и 9 за счет давления, создаваемого жидкостным насосом 4, в результате чего происходит нагрев масла в редукторах трансмиссии.

При температуре жидкости в системе подогрева ниже 80°С датчик температуры жидкости 3 подает сигнал на ЭБУ 25, питающиеся от бортовой сети 26 транспортного средства. ЭБУ 25 воздействует на электромагнит 14, одновременно включает жидкостный насос 4, и отработавшие газы поступают из системы выпуска в глушитель-рекуператор 1, при этом часть жидкости подается в теплообменник 7 КПП, другая часть - к теплообменникам 8 и 9 ведущих мостов, таким образом обеспечивается параллельное движение жидкости по системе: «глушитель-рекуператор 1 - теплообменник 7 КПП» и «глушитель-рекуператор 1 - теплообменники 8 и 9 ведущих мостов». При достижении температуры жидкости системы подогрева значения 95°С ЭБУ 25 направляет отработавшие газы из глушителя-рекуператора 1 в штатный глушитель (на фиг. 1 не указан), т.е. меняет направление движения газов с а на 6, предотвращая тем самым перегрев жидкости системы подогрева и масла редукторов трансмиссии. Учитывая, что трансмиссионное масло современных автомобилей работоспособно до 120°С, работа системы подогрева не изменит его работоспособность путем нагрева до 95°С. Стоит отметить, что теплообменники 7 КПП, 8 и 9 ведущих мостов монтируются при установке системы подогрева на автомобиль и не снимаются при эксплуатации в летний период, т.к. теплоотдача в окружающую среду стенками агрегатов трансмиссии практически не уменьшается.

Предлагаемая система повышает эффективность тепловой подготовки редукторов трансмиссии в первые минуты работы транспортного средства, а также обеспечивает поддержание теплового режима в процессе их работы.

1. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства, включающая глушитель-рекуператор, теплообменники КПП и ведущих мостов, теплоизолированный расширительный бак для жидкости, снабженный пробкой с клапанным механизмом, и систему теплоизолированных трубопроводов, отличающаяся тем, что глушитель-рекуператор представляет собой теплообменник типа «труба в трубе», состоящий из внутренней трубы с отверстиями для прохождения отработавших газов с внешней стороны вонутрь трубы, внешней трубы, служащей кожухом для глушителя-рекуператора, трубок теплопередачи для теплообмена между отработавшими газами и жидкостью системы, жестко и герметично закрепленных между собой торцевыми фланцами и при помощи сварного соединения таким образом, что образованные полости между фланцами обеих сторон глушителя рекуператора соединяют между собой полости трубок теплопередачи.

2. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно в штатную систему выпуска устанавливается коробка переключения отработавших газов с электромагнитом для изменения направления движения отработавших газов из глушителя-рекуператора в штатный глушитель.

3. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что датчик температуры жидкости системы установлен на выходе из глушителя-рекуператора.

4. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник КПП плотно прилегает к внутренней части правой стенки картера КПП, выполнен из материала с высокой теплопроводностью, а его форма аналогична форме внутренней поверхности правой стенки картера КПП.