Система охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Система охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии по первому варианту содержит выхлопную систему, подлежащую охлаждению, один воздушно-жидкостный теплообменник и охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой. При эксплуатации транспортного средства-амфибии охлаждающая жидкость нагревается посредством выхлопной системы и охлаждается посредством одного воздушно-жидкостного теплообменника. Система охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии по второму варианту содержит выхлопную систему, подлежащую охлаждению, один жидкостно-жидкостный теплообменник и охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой. Во время эксплуатации транспортного средства-амфибии охлаждающая жидкость нагревается посредством выхлопной системы и охлаждается посредством одного жидкостно-жидкостного теплообменника. По первому варианту глиссирующее транспортное средство-амфибия - с одним из вышеуказанных вариантов системы охлаждения выхлопных газов. По второму варианту глиссирующее транспортное средство-амфибия - с одним из вышеуказанных вариантов системы охлаждения выхлопных газов, содержащее одно или более убирающихся колес. Достигается повышение эффективности охлаждения выхлопной системы транспортного средства. 4 н. и 33 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к системе охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии.
Для специализированных наземных транспортных средств и морских судов, известных в данной области техники, хорошо известными являются устройства и способы, применяемые для охлаждения в выхлопных системах. В наземном транспортном средстве выхлопная система обычно подвешивается под днищем транспортного средства, так что она подвергается воздействию окружающего атмосферного воздуха, который проходит и охлаждает наружные поверхности выхлопной системы. Достигаемый эффект охлаждения может, конечно, изменяться, но не удовлетворять требованиям в значительной степени в зависимости от таких факторов, как скорость транспортного средства и условия окружающей среды. На морских судах для охлаждения выхлопных систем обычно используют воду. Как правило, это осуществляется за счет использования имеющейся в изобилии неочищенной воды снаружи морского судна, которая всасывается и циркулирует в водяной рубашке, окружающей выхлопную систему, и затем выпускается обратно в источник неочищенной воды. Такие системы охлаждения выхлопных газов являются высокоэффективными, когда морское судно находится на воде, но они не действуют на суше, где такой источник воды больше не присутствует. Однако это не является особенно важным для морского судна, двигатель которого только в редких случаях будет эксплуатироваться на суше, если вообще будет эксплуатироваться (обычно только в связи с техническим обслуживанием, где может быть предусмотрен искусственный источник неочищенной воды, например, посредством шланга).
Из патента США 3884194 на имя Citroen также известна водяная рубашка для выпускного коллектора двигателя с воздушным охлаждением, установленного на наземном транспортном средстве, для осуществления регенерации тепловой энергии. В частности, в патенте США 3884194 раскрывается парогенератор, применяемый для обогрева пассажирского салона транспортных средств, оснащенных двигателями с воздушным охлаждением.
В патенте США 4991546 на имя Sanshin Kogyo Kabushiki Kaisha раскрывается система охлаждения для морского судна с использованием водяной рубашки, применяемой для охлаждения и двигателя внутреннего сгорания и выпускного коллектора. Изобретение направлено на предотвращение образования конденсата в выпускном коллекторе в результате процесса охлаждения. Используется неочищенная вода, которая подается снаружи судна и возвращается после циркуляции в различных водяных рубашках системы. В одном варианте осуществления используется дополнительный радиатор, но только с целью обеспечения герметизированной водяной рубашки для двигателя, выпускного коллектора и части коленчатого патрубка выхлопного коллектора с тем, чтобы можно было использовать другую, кроме чистой воды, охлаждающую жидкость в замкнутой системе, и находится отдельно от неочищенной воды. Неочищенную воду еще требуется добыть, осуществить ее циркуляцию и вернуть в массу воды снаружи корабля. Как таковая, эта система не может использоваться в наземном транспортном средстве.
В транспортном средстве-амфибии, однако, трудности с охлаждением выхлопной системы ставят достаточно сложные задачи, требующие соответствующего решения. Транспортное средство-амфибия широко используется на суше и на воде, и его система охлаждения вынуждена работать, по меньшей мере, в таких же температурных условиях, как и любые другие дорожные транспортные средства. Поскольку в наземных транспортных средствах поддержание систем охлаждения в холодном состоянии зависит от окружающего воздуха, особенно систем с каталитическими дожигателями выхлопных газов, которые, как известно, работают при таких высоких температурах (~900°С), что воспламеняется трава под припаркованными транспортными средствами, днище кузова транспортного средства-амфибии выполняется герметичным, чтобы обеспечить плавучесть или гидродинамические характеристики на воде. Это усложняет задачу по обеспечению соответствующего охлаждения, поскольку герметизация системы охлаждения внутри корпуса в действительности способствует ее изолированию от воздействия внешней среды. Более того, желательно герметизировать выхлопную систему транспортного средства-амфибии, поскольку существует возможность разрушающих последствий теплового удара в результате резкого охлаждения тогда, когда выхлопная система, которая эксплуатировалась в режиме работы на суше, в полностью разогретом состоянии попадает в воду с транспортным средством для эксплуатации в режиме работы на воде. К тому же, каталитический дожигатель выхлопных газов является очень чувствительным элементом, который должен поддерживаться при его оптимальном рабочем температурном режиме для предотвращения повреждения дожигателя. Следовательно, является очевидным, что в транспортном средстве-амфибии представлены несовместимые требования, и специализированные системы предшествующего уровня в недостаточной степени удовлетворяют требованиям транспортного средства-амфибии.
Согласно первому варианту настоящее изобретение обеспечивает систему охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии, работающего в режимах на суше и на воде, причем система охлаждения выхлопных газов содержит:
выхлопную систему, подлежащую охлаждению;
по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник;
первую охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой и, по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник, в котором:
при эксплуатации транспортного средства-амфибии первая охлаждающая жидкость нагревается посредством выхлопной системы и охлаждается, по меньшей мере, одним воздушно-жидкостным теплообменником.
Согласно второму варианту настоящее изобретение обеспечивает систему охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии, работающего в режимах на суше и на воде, при этом система охлаждения выхлопных газов содержит:
выхлопную систему, подлежащую охлаждению;
по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник;
первую охлаждающую жидкость в тепловом контакте с системой охлаждения выхлопных газов и, по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник, в котором:
при эксплуатации транспортного средства-амфибии первая охлаждающая жидкость нагревается посредством выхлопной системы и охлаждается, по меньшей мере, одним жидкостно-жидкостным теплообменником.
Далее путем примера будут описаны предпочтительные варианты настоящего осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид сверху, показывающий систему охлаждения согласно первому варианту настоящего изобретения, установленную в спортивном автомобиле, который является разновидностью транспортного средства-амфибии;
Фиг.2 представляет собой схематичный вид сбоку транспортного средства-амфибии, показанного на Фиг.1;
Фиг.3 представляет собой схематичный вид сверху, показывающий систему охлаждения согласно второму варианту настоящего изобретения, установленную в спортивном автомобиле, который является разновидностью транспортного средства-амфибии;
Фиг.4 представляет собой схематичный вид сбоку транспортного средства-амфибии, показанного на Фиг.3;
Фиг.5 представляет собой схематичный вид сверху, показывающий систему охлаждения согласно третьему варианту настоящего изобретения, установленную в квадроцикле, который является разновидностью транспортного средства-амфибии; и
Фиг.6 представляет собой схематичный вид сбоку транспортного средства-амфибии, показанного на Фиг.5.
Со ссылкой сначала на Фиг.1 и 2 показан схематичный вид системы охлаждения согласно первому варианту настоящего изобретения, установленной в транспортном средстве 10. Первичный двигатель 40 подает энергию для передвижения транспортного средства-амфибии 10 при эксплуатации в режимах на суше и на воде. При режиме на суше энергия передается на средства передвижения по земле, такие как, например, ходовые колеса 20. В режиме на воде энергия передается на средства приведения в движение, такие как, например, водометный движитель 30. В этом предпочтительном варианте осуществления первичный двигатель 40 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, из которого продукты сгорания удаляются через выхлопную систему 50.
Выхлопная система 50 содержит каталитический дожигатель 51 выхлопных газов и глушитель 52, каждый заключен в водяную рубашку 53. Водяная рубашка 53 имеет впуск 54 для жидкости у первого отдаленного конца выхлопной системы 50 и выпуск 55 для жидкости у второго ближнего конца.
Предусмотрен воздушно-жидкостный теплообменник 60 в виде обычного радиатора, который содержит впуск 61 для жидкости и выпуск 62 для жидкости. Удлиненный трубопровод для охлаждающей жидкости соединяет впуск 61 для жидкости и выпуск 62 для жидкости и выполнен в виде змеевика, лабиринтообразным и извилистой формы для того, чтобы максимально увеличить длину потока между впуском 61 для жидкости и выпуском 62 для жидкости. Этот трубопровод снабжен матрицей ребер, расположенных в тепловом контакте на его внешней поверхности таким образом, чтобы большая площадь поверхности оказывалась под воздействием проходящего воздуха для максимального увеличения длины существующего теплового потока и теплообмена, возможного между охлаждающим, проходящим через матрицу воздухом, и охлаждающей жидкостью, проходящей по трубопроводу.
Замкнутый контур 80 охлаждающей жидкости образуется посредством последовательного соединения водяной рубашки 53 выхлопной системы 50 и воздушно-жидкостного теплообменника 60.
В процессе работы охлаждающая жидкость может просто прокачиваться по замкнутому контуру 80 охлаждающей жидкости или прокачиваться в режиме регулирования температуры с помощью термореле и/или в других режимах контроля, хорошо известных из уровня техники (например, регулирования с помощью электронного блока управления (ЭБУ) в зависимости от рабочих параметров транспортного средства). Когда транспортное средство-амфибия находится в состоянии эксплуатации, охлаждающая жидкость при первой температуре охлаждения поступает в выхлопную систему 50, впуск 54 для жидкости и проходит по водяной рубашке 53, содержащей выхлопную систему 50, проходя от более холодного конца выхлопной системы 50 в задней части транспортного средства 10 к более горячему концу около выпускного коллектора (коллекторов) (чтобы таким образом избежать резкого охлаждения выхлопной системы и предотвратить образование конденсата в выпускном коллекторе вследствие холодного запуска). Присутствующее в выхлопной системе 50 тепло передается охлаждающей жидкости при прохождении по установленному каналу передачи тепла, нагревая при этом охлаждающую жидкость и охлаждая выхлопную систему 50. Охлаждающая жидкость при второй повышенной температуре уходит из водяной рубашки 53 через выпуск 55 для жидкости. Охлаждающая жидкость затем проходит через соединительный трубопровод к воздушно-жидкостному теплообменнику 60, проходя через впуск 61 для жидкости. В то время как охлаждающая жидкость проходит по трубопроводу внутри теплообменника 60, воздух, проходящий над матрицей ребер, расположенных в тепловом контакте с трубопроводом, забирает тепло из охлаждающей жидкости при второй повышенной температуре, тем самым охлаждая охлаждающую жидкость до температуры ниже второй повышенной температуры. Воздух может проходить над матрицей ребер свободным потоком (эффект скоростного напора) через средства с каналами (для повышения эффекта скоростного напора) и/или принудительно или с применением вспомогательных средств, таких как дополнительный вентилятор (не показан). Охлаждающая жидкость затем выходит из теплообменника 60 через выпуск 62 для жидкости и по трубопроводу направляется во впуск 54 для жидкости выхлопной системы, и вышеописанный процесс повторяется, при этом охлаждающая жидкость рециркулирует.
На Фиг.3 и 4 показан схематичный вид системы охлаждения согласно второму варианту настоящего изобретения. Второй вариант отличается от первого прежде всего тем, что предусмотрен водно-водяной теплообменник 70 в дополнение к воздушно-жидкостному теплообменнику 60. Водно-водяной теплообменник содержит два впуска 71, 73 для жидкости и два выпуска 72, 74 для жидкости и расположен между воздушно-жидкостным теплообменником 60 и водяной рубашкой 53 выхлопной системы 50 (хотя он может быть расположен в любом месте в контуре). Первый трубопровод для охлаждающей жидкости соединяет впуск 71 для жидкости с выпуском 72 для жидкости и выполнен в виде змеевика, лабиринтообразным или другой подобной извилистой формы, также для максимального увеличения длины потока между впуском 71 для жидкости и выпуском 72 для жидкости. Второй трубопровод для неочищенной воды соединяет впуск 73 для жидкости с выпуском 74 для жидкости и также выполнен в виде змеевика, лабиринтообразным или другой подобной извилистой формы для максимального увеличения длины потока между впуском 73 для жидкости и выпуском 74 для жидкости. Эти трубопроводы расположены друг относительно друга так, чтобы максимально увеличить тепловой поток между двумя трубопроводами и теплопередачу, возможную между охлаждающей неочищенной водой, проходящей по второму трубопроводу, и охлаждающей жидкостью, проходящей по первому трубопроводу.
Замкнутый контур 80 охлаждающей жидкости образован последовательным соединением водяной рубашки 53 выхлопной системы 50 и первого трубопровода водно-водяного теплообменника 70 с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости. Разомкнутый контур 90 неочищенной воды образован с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости, и неочищенная вода в режиме на воде поступает или закачивается снаружи транспортного средства-амфибии 10 через экран или фильтр (не показан) по второму трубопроводу водно-водяного теплообменника 70 и обратно - во внешний источник воды. Неочищенная вода может поступать из источника, например, в нагнетательной части водометного движителя 30, чтобы избежать необходимости в отдельном насосе.
Когда транспортное средство-амфибия 10 находится в эксплуатации, процесс является идентичным процессу согласно первому варианту, за исключением того, что этап охлаждения, обеспеченный воздушно-жидкостным теплообменником 60, или дополняется или заменяется этапом охлаждения, выполняемым тогда, когда охлаждающая жидкость проходит через водно-водяной теплообменник 70. Охлаждающая жидкость поступает в водно-водяной теплообменник 70 или при повышенной температуре, по сравнению с первой температурой охлаждения (в случае, когда воздушно-жидкостный теплообменник 60 является эффективным на один градус или два), или при второй повышенной температуре (в случае, когда воздушно-жидкостный теплообменник 60 не задействуется), и охлаждающая жидкость проходит по первому трубопроводу внутри теплообменника 70. В то же время неочищенная вода при температуре окружающей воды из внешнего источника закачивается в транспортное средство-амфибию 10 (или из хранилища воды на борту) через впуск 73 для неочищенной воды. Эта неочищенная вода проходит по второму трубопроводу внутри водно-водяного теплообменника 70, выходит через выпуск 74 для неочищенной воды и выпускается обратно в массу воды за бортом (или обратно в хранилище воды на борту). Расположение первого и второго трубопроводов (с обратным потоком по отношению друг к другу) максимально увеличивает существующий между двумя трубопроводами тепловой поток и получающийся в результате возможный теплообмен так, что охлаждающая жидкость охлаждается, тогда как неочищенная вода нагревается до степени, когда охлаждающая жидкость выходит через выпуск 72 для жидкости при температуре ниже второй повышенной температуры. Затем охлаждающая жидкость рециркулирует.
Следует отметить, что описанные выше предпочтительные варианты изобретения являются только примерами различных схем расположения, возможных согласно настоящему изобретению. В частности, в предпочтительных вариантах используется схема расположения, подходящая для варианта транспортного средства-амфибии 10 - спортивного автомобиля с центральным расположением двигателя. Предпочтительно, чтобы в таком транспортном средстве-амфибии 10 присутствовала система охлаждения выхлопных газов согласно настоящему изобретению с конструкцией, показанной на чертежах. Однако система охлаждения выхлопных газов согласно настоящему изобретению является очень гибкой и приспособляемой для размещения в весьма разных типах транспортного средства-амфибии, таких как, например, трехколесное транспортное средство, квадроцикл или вездеход.
На Фиг. 5 и 6 для пояснения схематично показан вид системы охлаждения, согласно третьему варианту настоящего изобретения, установленной в транспортном средстве-амфибии 110 типа квадроцикла. Это транспортное средство с «посадкой верхом» с последовательным расположением переднего сиденья 113 и заднего сиденья 116 один за другим. Как описано выше в первом варианте осуществления, первичный двигатель 140 вырабатывает энергию для передвижения транспортного средства-амфибии 110 в режимах на суше и на воде. В режиме на суше энергия передается на средства передвижения по земле, такие как, например, ходовые колеса 120. В режиме на воде энергия передается на средство передвижения по воде, такое как, например, водометный движитель 130. В этом предпочтительном варианте осуществления первичный двигатель 140 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, продукты сгорания из которого удаляются посредством выхлопной системы 150. Выхлопная система 150 содержит каталитический дожигатель 151 выхлопных газов и глушитель 152, каждый из которых заключен внутри водяной рубашки 153. Водяная рубашка 153 содержит впуск 154 для жидкости у первого отдаленного конца выхлопной системы 150 и выпуск 155 для жидкости у второго ближнего конца.
Предусмотрены два воздушно-водяных теплообменника 160, 165 в виде обычных радиаторов (различных размеров по причинам компоновки) и соответствующие впуски 161, 166 для жидкости и выпуски 162, 167 для жидкости. Удлиненные трубопроводы для охлаждающей жидкости соединяют соответствующие впуски 161, 166 для жидкости с соответствующими выпусками 162, 167 для жидкости, каждый из которых выполнен в виде змеевика, лабиринтообразным или другой подобной извилистой формы для того, чтобы максимально увеличить длину потока между впусками 161, 166 для жидкости и выпусками 162, 167 для жидкости. Эти трубопроводы снабжены матрицами ребер, расположенных в тепловом контакте на их внешней поверхности таким образом, что большая площадь поверхности оказывается под воздействием проходящего воздуха для максимального увеличения длины существующего теплового потока и теплообмена, возможного между охлаждающим, проходящим через матрицы воздухом и охлаждающей жидкостью, проходящей по трубопроводам. Эти два воздушно-водяных теплообменника 160, 165 соединены параллельно, как показано на фигурах, но следует отметить, что в качестве альтернативы они могут быть соединены последовательно.
При необходимости можно установить водно-водяной теплообменник 170, как показано, с двумя впусками 171, 173 для жидкости и двумя выпусками 172, 174 для жидкости. Первый трубопровод для охлаждающей жидкости соединяет впуск 171 для жидкости с выпуском 172 для жидкости и выполнен в виде змеевика, лабиринтообразным или в другой извилистой форме для того, чтобы также максимально увеличить длину потока между впуском 171 для жидкости и выпуском 172 для жидкости. Второй трубопровод для неочищенной воды соединяет впуск 173 для жидкости с выпуском 174 для жидкости и также выполнен в виде змеевика, лабиринтообразным или в другой извилистой форме для того, чтобы также максимально увеличить длину потока между впуском 173 для жидкости и выпуском 174 для жидкости. Эти трубопроводы расположены друг относительно друга так, чтобы максимально увеличить тепловой поток, существующий между двумя трубопроводами, и теплообмен, возможный между охлаждающей неочищенной водой, проходящей по второму трубопроводу, и охлаждающей жидкостью, проходящей по первому трубопроводу.
Замкнутый контур 180 охлаждающей жидкости образован последовательным соединением водяной рубашки 153 выхлопной системы 150, воздушно-водяных теплообменников 160, 165 и, если предусмотрены, первым трубопроводом водно-водяного теплообменника 70 с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости. В показанном варианте осуществления воздушно-водяные теплообменники 160, 165 сами соединены параллельно один с другим, но в качестве альтернативы они могут быть соединены последовательно. Разомкнутый контур 190 неочищенной воды образован с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости, и неочищенная вода в режиме на воде закачивается снаружи транспортного средства-амфибии 110 через экран или фильтр (не показан) по второму трубопроводу водно-водяного теплообменника 170 и обратно - во внешний источник воды.
Работа системы охлаждения выхлопных газов осуществляется так же, как и в первом и втором вариантах осуществления, за исключением того, что охлаждающая жидкость проходит через два воздушно-водяных теплообменника 160, 165, установленных параллельно.
Во всех описанных выше вариантах осуществления может предусматриваться защитное средство, например откидные или раздвижные заслонки, для защиты воздушно-жидкостного(ых) теплообменника(ов) от воды, ударов волн, обломков, с которыми можно столкнуться во время использования транспортного средства-амфибии. Защитное средство может обеспечивать частичное или полное экранирование воздушно-жидкостного(ых) теплообменника(ов), и управление им может осуществляться автоматически (например, посредством электронного блока управления (ЭБУ)) или вручную, как требуется в условиях эксплуатации. Защитное средство может использоваться для защиты воздушно-жидкостного(ых) теплообменника(ов) от повреждения и/или для контроля или оптимизации режима охлаждения.
Следует отметить, что описанные в предпочтительных вариантах осуществления составные части и протоки охлаждающей жидкости располагаются по отдельным схемам расположения, при этом возможны различные схемы размещения. Например, в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения может использоваться воздушно-водяной теплообменник, уже установленный для охлаждения двигателя. В качестве альтернативы, как описано в предпочтительном варианте осуществления, воздушно-водяной теплообменник может предусматриваться в дополнение к воздушно-водяному теплообменнику, предусмотренному для двигателя. Конечно, можно предусмотреть множество воздушно-водяных теплообменников (например, устройств меньшего размера) для установки в корпусе или по другим причинам, располагаемых в транспортном средстве. Подобным образом, где предусмотрено, возможна соответствующая установка и размещение множества водно-водяных теплообменников. В качестве альтернативы, воздушно-водяной(ые) теплообменник(и) может заменяться одним или более водно-водяным(и) теплообменником(ами). В то время как составные элементы контура, показанные в предпочтительном варианте осуществления, расположены последовательно, а охлаждающая жидкость прокачивается последовательно по контуру, следует отметить, что составные части могут быть расположены параллельно в дополнение или вместо существующего расположения. Более того, каждый теплообменник (будь он воздушно-водяной или водно-водяной) может обеспечиваться в отдельном контуре, содержащем собственную охлаждающую жидкость или отдельную. В таком случае каждый контур может обеспечиваться собственной отдельной водяной рубашкой, иметь доступ к части или к отдельным частям контура внутри общей водяной рубашки или иметь доступ к единственной общей водяной рубашке под контролем системы управления потоком. Также, конечно, является возможным предусмотреть в конструкции регулирующие клапаны для управления потоком охлаждающей жидкости в любом одном или более из установленных контуров, и этим можно управлять электрическими или термостатическими регуляторами потока и вспомогательными средствами электронной обработки/управления, такими как, например, электронный блок управления (ЭБУ), установленный в виде части или в дополнение к уже имеющемуся электронному блоку управления (ЭБУ) транспортного средства-амфибии 10. Это обеспечивает легкость для включения и отключения отдельных компонентов каждого контура или каждого контура для оптимизации, при необходимости, эксплуатационных параметров системы. При необходимости, перепускные трубопроводы могут быть предусмотрены для каждого компонента.
Тогда как описанные выше воздушно-водяные и водно-водяные теплообменники 60, 160, 165 и 70, 170 являются теплообменниками обычной конструкции, следует отметить, что могут также использоваться альтернативные или специальные теплообменники. Например, заявитель разработал специальный жидкостно-жидкостный теплообменник, который является встроенным в корпус одного из транспортных средств-амфибий. Данное транспортное средство-амфибия содержит выполненный из алюминия корпус, который является хорошим проводником тепла. Продольный профиль корпуса является замкнутым для образования замкнутого объема, причем корпус образует одну сторону этого замкнутого объема. Охлаждающая жидкость может прокачиваться по замкнутому объему, и, когда транспортное средство-амфибия находится в режиме на воде, охлаждающая жидкость охлаждается внешней неочищенной водой, которая находится в непосредственном контакте с поверхностью корпуса. Использование этой конструкции не требует брать неочищенную воду снаружи транспортного средства, и, таким образом, в описанном выше предпочтительном варианте осуществления не требуется контура 90 неочищенной воды. Эта конструкция водно-водяного теплообменника оказалась настолько эффективной, что скорость потока охлаждающей жидкости по замкнутому объему должна была ограничиваться, чтобы поддержать эффективную рабочую температуру двигателя. Следовательно, является предпочтительным обеспечить водно-водяной теплообменник перепускным контуром, чтобы иметь возможность отключать его, например, когда двигатель прогревается. Таким перепускным контуром можно управлять вручную, посредством термостата, выключателем с таймером или с помощью какого-либо другого подходящего управляющего средства (например, электронного блока управления (ЭБУ)). В качестве альтернативы или дополнения к вышеизложенному, водно-водяной теплообменник может быть установлен в существующем устройстве транспортного средства, таком как, например, водометный движитель 30. Охлаждающая жидкость может циркулировать внутри или вокруг составных элементов водометного движителя и/или элементов в пределах решетки водометного движителя 30, защищающей от камней. Большие объемы неочищенной воды при температуре окружающей среды проходят по этим компонентам, выполненным из металлов, которые являются хорошими проводниками тепла. Кроме того, может предусматриваться дополнительное охлаждение посредством принудительной подачи неочищенной воды непосредственно в поток выхлопных газов, проходящих и выходящих из выхлопной системы.
Следует отметить, что, тогда как первичный двигатель 40, 140 в описанных выше предпочтительных вариантах осуществления представляет собой двигатель внутреннего сгорания, первичный двигатель 40, 140 может представлять собой топливный элемент, гибридный двигатель, газотурбинный двигатель или их комбинацию. Кроме того, поскольку система охлаждения представлена для охлаждения выхлопной системы, она также может использоваться для охлаждения других источников, вырабатывающих тепло, например, таких как средства 30, 130 передвижения на воде, первичного двигателя 40, 140 и/или тормозных элементов.
Кроме того, первичный двигатель 40, 140 может устанавливаться поперек, как показано на Фиг.1 и 2 и как описано в находящейся на рассмотрении заявке, опубл. WO 02/07999 на имя заявителя, или вдоль, что считается более подходящим. Пример силовой передачи, содержащей продольно установленный первичный двигатель, можно найти в находящейся на рассмотрении заявке, опубл. WO 02/12005 на имя заявителя.
Как описано выше, охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру 80, 180, тогда как неочищенная вода закачивается и откачивается из незамкнутого контура 90, 190, когда он работает (т.е. в режиме на воде). Так как охлаждающая жидкость находится отдельно от неочищенной воды и всегда удерживается в замкнутом контуре 80, 180, в охлаждающей жидкости могут использоваться антифриз и ингибиторы коррозии в соединении с ним для защиты компонентов системы от воздействий низкой температуры и коррозии. Из-за окружающей среды это было бы невозможным в случае с известными системами охлаждения выхлопных газов для морских судов, которые выкачивают охлаждающую жидкость обратно в источник неочищенной воды. Однако, если требуется обеспечить дополнительное охлаждение при эксплуатации транспортного средства 10, 110 в режиме на суше, система может устанавливаться для удержания неочищенной воды в незамкнутом контуре 90, 190 и/или в замкнутом контуре 80, 180 при движении транспортного средства на суше. Такая система может иметь дополнительные преимущества в условиях обеспечения балласта, который мог бы распределяться по транспортному средству с возможностью изменения, например, для дальнейшей оптимизации эксплуатационных характеристик. В этом случае могут быть предусмотрены защитные устройства для защиты системы от разрушения под действием мороза, в случае если неочищенная вода случайно останется во время холодных атмосферных условий. Например, могут предусматриваться разрывные мембраны для ослабления избыточного давления, известные в конструировании и на химических производственных предприятиях.
Следует отметить, что замкнутый контур 80, 180 необязательно должен быть закрытым контуром в том случае, когда не требуется присутствия в охлаждающей жидкости антифриза и ингибиторов коррозии в соединении с ним. Вместо этого, в таком случае, может засасываться неочищенная вода, циркулировать по так называемому замкнутому контуру 80, 180 и/или оставаться для дальнейшей циркуляции или выкачиваться обратно в источник неочищенной воды. В случае когда неочищенная вода удерживается для дальнейшей циркуляции (например, при эксплуатации транспортного средства в режиме на суше), разрывные мембраны или другие защитные элементы, как описано выше, могут применяться в замкнутом контуре для защиты. В еще одном варианте осуществления, предпочтительно, когда транспортное средство эксплуатируется в режиме на воде, неочищенная вода может засасываться и проходить непосредственно через водяную рубашку 53, 153 выхлопной системы 50, 150 только перед тем, как будет выкачана обратно в источник неочищенной воды. Это обеспечивает охлаждение выхлопной системы 50, 150 без необходимости циркуляции охлаждающей жидкости по оставшейся части замкнутого контура 80, 180. Такая схема работы может обеспечиваться при использовании, например, регулятора потока.
Тогда как в описанных выше предпочтительных вариантах осуществления охлаждение выхлопной системы 50, 150 обеспечивается посредством использования охлаждающей жидкости, которая проходит через водяную рубашку 53, 153, непосредственно заключающую компоненты выхлопной системы 50, 150, следует отметить, что используемое устройство для выполнения этого теплообмена и осуществления, вследствие этого, контроля может быть любого подходящего вида. Например, водяная рубашка 53, 153 необязательно должна вмещать все компоненты выхлопной системы. Вместо этого могут быть заключены только выбранный компонент или компоненты. Действительно, может эффективно использоваться множество отдельных водяных рубашек, причем каждая отдельно может заключать один или более компонентов. Каждая водяная рубашка может быть выборочно «подключена» и «выключена» из контура посредством использования регулирующих клапанов или других средств управления потоком. Кроме того, все водяные рубашки или каждая могут быть термоизолированы на один или несколько градусов по сравнению с компонентами выхлопной системы и/или выполнены так, чтобы предотвратить возможность вхождения охлаждающей жидкости в непосредственный контакт с ними. Это может достигаться, например, путем заполнения зазора воздухом, газом или жидкостью непосредственно между водяной рубашкой и компонентом выхлопной системы (например, используя охлаждающие ребра, пластины или другие элементы конструкции для обеспечения постоянного (линейного или дифференциального) пространственного соотношения между ними). Такой заполненный воздухом, газом или жидкостью зазор может в качестве дополнения или альтернативы быть частично или полностью заполнен или выполнен с теплоизоляцией из изоляционного материала. Каждый из этих вариантов может использоваться по отдельности или в комбинации для оптимизации режима охлаждения выхлопных газов транспортного средства. Следует также отметить, что управление потоком охлаждающей жидкости является крайне необходимым для оптимизации режима охлаждения транспортного средства и, в особенности, для оптимального охлаждения каждого отдельного компонента в выхлопной системе во время эксплуатации в различных режимах, таких как режим на суше, режим на воде, запуск двигателя, нормальная работа и прекращение работы двигателя транспортного средства. Каталитический дожигатель выхлопных газов является одним таким компонентом, для которого оптимальные рабочие параметры являются критическими. Также важным является контролировать охлаждение выпускных коллекторов для предотвращения конденсации и нарастания осадка. Более того, следует принимать во внимание последствия теплового удара.
Система охлаждения выхлопных газов согласно настоящему изобретению может особенно применяться в глиссирующем плавающем транспортном средстве и, кроме того, в транспортном средстве с колесами, которые могут убираться, когда транспортное средство приводится в движение по воде в режиме на воде. Управление системой охлаждения выхлопных газов может быть связанным с системой управления транспортным средством, которое предлагает режим на суше и отдельный режим на воде. Оно также может иметь особое преимущество для системы охлаждения выхлопных газов согласно настоящему изобретению для охлаждения выпускных коллекторов двигателя с возможностью регулирования для предотвращения образования конденсата в выпускном коллекторе после холодного запуска двигателя.
Тогда как на описанные здесь теплообменники делались ссылки как на «воздушно-водяные» и «водно-водяные» теплообменники, следует отметить, что под термином «водяные» подразумевается любая подходящая жидкость, например вода с антифризом и ингибиторами коррозии в соединении.
1. Система охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии, работающего в режимах на суше и на воде, содержащая:
выхлопную систему, подлежащую охлаждению;
по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник; и
первую охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой и, по меньшей мере, одним воздушно-жидкостным теплообменником, при этом
при эксплуатации транспортного средства-амфибии первая охлаждающая жидкость нагревается посредством выхлопной системы и охлаждается, по меньшей мере, посредством одного воздушно-жидкостного теплообменника.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник в тепловом контакте или с первой или со второй охлаждающей жидкостью, при этом при эксплуатации транспортного средства-амфибии первая или вторая охлаждающая жидкость могут охлаждаться посредством, по меньшей мере, одного жидкостно-жидкостного теплообменника.
3. Система по п.1, в которой выхлопная система, подлежащая охлаждению, содержит, по меньшей мере, один выпускной коллектор и, по меньшей мере, один глушитель.
4. Система по п.3, в которой выхлопная система дополнительно содержит, по меньшей мере, один каталитический дожигатель выхлопных газов.
5. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник расположен в канале, выполненном внутри кузова транспортного средства.
6. Система по п.5, в которой канал имеет впуск для воздуха и выпуск для воздуха, причем впуск для воздуха расположен выше статичной ватерлинии.
7. Система по п.5, в которой канал дополнительно содержит запирающее устройство для избирательного и регулируемого закрытия впуска для воздуха и/или выпуска для воздуха.
8. Система по п.7, в которой запирающее средство содержит одну или более откидных заслонок или раздвижных элементов, выполненных с возможностью автоматического и/или ручного управления.
9. Система по п.5, в которой канал является изолированным от, по меньшей мере, одного другого внутреннего отсека, предусмотренного внутри транспортного средства.
10. Система по п.1, дополнительно содержащая один или более вентиляторов для увеличения воздушного потока, расположенных на одном или более воздушно-жидкостном теплообменнике.
11. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник установлен впереди транспортного средства.
12. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник установлен сзади транспортного средства.
13. Система по п.1, в которой выхлопная система, подлежащая охлаждению и, по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник соединены последовательно с использованием трубопроводов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.
14. Система по п.1, в которой охлаждающая жидкость находится и рециркулирует по замкнутому контуру, образованному последовательным соединением выхлопной системы, подлежащей охлаждению, с, по меньшей мере, одним воздушно-жидкостным теплообменником.
15. Система по п.2, в которой жидкостно-жидкостный теплообменник охлаждается с использованием неочищенной воды снаружи транспортного средства.
16. Система по п.15, в которой неочищенная вода всасывается из внешнего источника неочищенной воды и после использования возвращается в источник неочищенной воды снаружи транспортного средства.
17. Система по п.15, в которой неочищенная вода закачивается, прокачивается и выкачивается из жидкостно-жидкостного теплообменника.
18. Система по п.15, в которой неочищенная вода подается из нагнетательной части водометного движителя средства передвижения на воде, установленного в транспортном средстве-амфибии.
19. Система по п.2, в которой, по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник выполнен, по меньшей мере, частично, с использованием внешней поверхности корпуса транспортного средства-амфибии.
20. Система по п.19, в которой внешняя поверхность корпуса транспортного средства-амфибии, используемая в жидкостно-жидкостном теплообменнике, выполнена из хорошего проводника тепла.
21. Система по п.20, в которой внешняя поверхность корпуса транспортного средства-амфибии выполнена из алюминия.
22. Система по п.19, в которой охлаждающая жидкость входит в контакт с внутренней поверхностью корпуса и охлаждается неочищенной водой из внешнего источника, находящегося с внешней стороны корпуса, когда транспортное средство-амфибия эксплуатируется в режиме на воде.
23. Система по п.19, в которой необходимый источник неочищенной воды, используемый для охлаждения жидкостно-жидкостного теплообменника, находится снаружи транспортного средства.
24. Система по п.2, в которой один или более жидкостно-жидкостных теплообменников может быть перепускным.
25. Система по п.2, в которой, по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник образован, по меньшей мере, частично, с использованием компонента средства передвижения на воде.
26. Система по п.25, в которой средство передвижения на воде представляет собой водометный движитель.
27. Система по п.25, в которой, по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник охлаждается с использованием неочищенной воды, проходящей над и/или через средство передвижения на воде.
28. Система по п.1, в которой дополнительное охлаждение выхлопной системы обеспечивается впрыскиванием неочищенной воды непосредственно в выхлопной поток газов, проходящих через выхлопную систему и выходящих из нее.
29. Система по п.1, в которой дополнительное охлаждение выхлопной системы обеспечивается путем приведения неочищенной воды, которая проходит через выхлопную систему в непосредственный тепловой контакт с ней, и затем она выпускается обратно в источник неочищенной воды.
30. Система по п.1, в которой система дополнительно используется для охлаждения других источников тепловыделения.
31. Система по п.30, в которой другие источники тепловыделения представляют собой средство передвижения на воде, первичный двигатель и/или тормозные элементы.
32. Система по п.1, в которой все или каждый теплообменник предусмотрены в общем контуре, имеющем совместно используемую охлаждающую жидкость.
33. Система по п.2, в которой каждый теплообменник предусмотрен в отдельном контуре.
34. Система охлаждения выхлопных газов транспортного средства-амфибии, работающего в режимах на суше и на воде, содержащая:
выхлопную систему, подлежащую охлаждению;
по меньшей мере, один жидкостно-жидкостный теплообменник; и
первую охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой и, по меньшей мере, одним жидкостно-жидкостным теплообменником, при этом
во время эксплуатации транспортного средства-амфибии первая охлаждающая жидкость нагревается посредством выхлопной системы и охлаждается, по меньшей мере, посредством одного жидкостно-жидкостного теплообменника.
35. Система по п.34, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один воздушно-жидкостный теплообменник в тепловом контакте или с первой или со второй охлаждающей жидкостью, причем во время эксплуатации транспортного средства-амфибии первая или вторая охлаждающая жидкость может охлаждаться, по меньшей мере, посредством одного воздушно-жидкостного теплообменника.
36. Применение системы охлаждения выхлопных газов по п.1 в глиссирующем транспортном средстве-амфибии.
37. Применение системы охлаждения выхлопных газов по п.1 в глиссирующем транспортном средстве-амфибии, содержащем одно или более убирающихся колес.
