Нагреватель вязкой охлаждающей жидкости с переменной скоростью привода насоса системы охлаждения

Изобретение относится к системам дополнительного нагрева для транспортного средства, в частности для автомобиля с дизельным двигателем. Указанная система имеет двигатель, коленчатый вал, элемент насоса для охлаждения жидкости и механизм вязкостных муфт, находящийся в рабочей связи с упомянутым коленчатым валом и элементом насоса. Механизм вязкостных муфт расположен между двигателем и элементом насоса и включает пару внешних поверхностей вязкостных муфт и расположенную между ними вязкостную пластину внутреннего трения. При этом механизм вязкостных муфт включает также бак для хранения жидкости, пару рабочих камер для вязкой жидкости и элемент клапана, находящийся в рабочей связи с упомянутым баком. Первая рабочая камера для вязкой жидкости расположена между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и одной из внешних поверхностей вязкостных муфт. Вторая рабочая камера для вязкой жидкости расположена между упомянутой вязкостной пластиной внутреннего трения и другой внешней поверхностью вязкостной муфты. Элемент клапана избирательно подает вязкую жидкость из упомянутого бака в одну или обе упомянутые рабочие камеры. Дополнительно упомянутая система может включать электронный блок управления. Решение направлено на создание улучшенной системы дополнительного нагрева, особенно на этапах разогрева двигателя. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение касается систем дополнительного нагревания для транспортного средства и в большей степени систем дополнительного нагревания, в частности, автомобилей с дизельным двигателем.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТНИЯ

Для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания существует потребность дополнительного нагревания во время этапа прогрева двигателя, который следует сразу после холодного запуска в холодных (зимних) условиях окружающей среды. Это в особенности верно для автомобилей с дизельными двигателями, поскольку они прогреваются медленнее, чем автомобили с двигателями искрового зажигания. Одним из основных достоинств быстрого прогревания двигателя является улучшение технических характеристик нагревателя и дефростера. Также прогретые двигатели работают более эффективно и выделяют меньше продуктов сгорания с отработавшими газами, чем непрогретые.

Помимо этого, дизельные двигатели приводят к возникновению дополнительной проблемы, которая заключается в обеспечении достаточного тепла, когда автомобиль застрял в дорожной пробке в холодных условиях окружающей среды. При некоторых условиях двигатель естественно не может отдавать достаточно тепла системе охлаждения для сохранения своих заданных регулируемых параметров. В этих случаях после холодного старта дополнительное тепло может требоваться еще долгое время.

К известным в настоящее время методам генерирования дополнительного тепла относятся: (1) электрический обогрев; (2) установка дополнительной топливной горелки и теплообменника; (3) теплообменник в системе выброса выхлопных газов и (4) нагреватель, работающий за счет теплоты внутреннего трения под управлением двигателя.

Известно, что циркуляционный насос для непосредственной подачи охлаждающей жидкости, расположенный в двигателе, подает в двигатель больший, чем нужно, поток охлаждающей жидкости в случае частично открытой дроссельной заслонки или частичной нагрузки, поскольку насос рассчитан на полное открывание дроссельной заслонки или полную нагрузку при всех частотах вращения двигателя. Поскольку дополнительная работа насоса представляет собой паразитные потери, для согласования скорости насоса системы охлаждения с уровнем мгновенной мощности, а не просто с частотой вращения двигателя, были разработаны различные системы. К известным методам обеспечения непрерывно-переменной скорости насоса системы охлаждения относятся применение: (1) насосов системы охлаждения с электроприводом; (2) механических приводов переменной скорости вращения и (3) вязкостных приводов переменной скорости вращения.

Таким образом, возникает необходимость в создании улучшенных источников и систем получения дополнительного тепла, особенно на этапах разогрева двигателя и собственно для дизельных двигателей. Также возникает необходимость в создании насоса системы охлаждения переменной скорости, особенно применительно к решению задачи получения дополнительного тепла для автомобиля.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение преодолевает вышеуказанные проблемы и обеспечивает создание улучшенной системы дополнительного подогрева, которая имеет особое применение в дизельных двигателя в автомобилях. Изобретение реализует функции нагревателя вязкой охлаждающей жидкости (ВОЖ) и привода насоса для подачи вязкой охлаждающей жидкости (ВОЖ), которые объединены в один блок. Изобретение обеспечивает независимое управление выходной мощностью нагревателя и процентное включение насоса для подачи охлаждающей жидкости от входного источника питания.

Представлена приводимая в действие вязкостная пластина внутреннего трения, которая имеет различные внешние поверхности вязкостной муфты на каждой стороне. Одна из сторон вязкостной муфты сцепляется с конструкцией двигателя (земля) для генерирования тепла. Другая сторона вязкостной муфты сцепляется с насосом системы охлаждения и изменяет скорость привода насоса. Две стороны снабжаются и управляются клапаном, который в автономном режиме может изменять уровень подачи вязкой жидкости, поступающей из обычного бака, на обе стороны. Работа, согласно изобретению, обычно управляется сигналами, поступающими из системы управления двигателем (СУД, которая также известна под названием «компьютер управления двигателем»), и предпочтительно определяется потребностью в незамедлительно необходимом дополнительном тепле и потоке охлаждающей жидкости.

Другие объекты и характерные особенности настоящего изобретения станут очевидными из подробного описания предпочтительного варианта осуществления такого изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами и формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГУРЕ 1 схематически представлен один вариант осуществления настоящего

изобретения.

На ФИГУРЕ 2 представлен другой вариант осуществления настоящего изобретения.

На ФИГУРЕ 3 представлен один этап применения варианта осуществления настоящего изобретения.

На ФИГУРАХ 4-6 представлены другие этапы исполнения изобретения в соответствии с одним из его осуществлений.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дополнительные нагреватели охлаждающей жидкости для автомобилей с дизельными двигателями обычно характеризуются мощностью, изменяющейся в диапазоне от 2 до 4 кВт пиковой мощности, и требуются для быстрого достижения рабочего состояния нагревателя/дефростера после холодного старта в холодных (зимних) условиях окружающей среды. Для некоторых дизельных двигателей также требуется непрерывная подача дополнительного тепла в течение продолжительного периода времени холостого хода в холодных условиях окружающей среды.

Для подачи охлаждающей жидкости пропорционально генерированной мощности требуются насосы системы охлаждения для дизельных двигателей. Требования по рассеиванию мощности, предъявляемые к нагревателю трением (предположительно во время холостой работы двигателя), и по полной нагрузке передачи мощности (при пиковой частоте вращения двигателя), предъявляемые к приводу насоса вязкой жидкости автомобиля, приблизительно одинаковы.

На этапе начального разогрева дизельного двигателя нагреватель внутренним трением должен быть заполнен и пробуксовывать, а вязкостная муфта насоса обязана работать в условиях где-то между низким и высоким уровнем ее пробуксовывания. Чем холоднее охлаждающая жидкость, тем медленнее насос может проскальзывать при вращении.

На Фигуре 1 показан один вариант осуществления настоящего изобретения. Этот вариант обычно обозначается цифрой 10 и используется по отношению к автомобилю 12 с дизельным двигателем 14. Коленчатый вал двигателя 16 приводит в действие насос системы охлаждения 18. На противоположных сторонах насоса 18 устанавливается пара вязкостных муфт 20 и 22.

Вскоре после установления условий начального запуска для автомобиля 12 и обеспечения некоторого нагревания вязкой жидкости выполняется заполнение вязкостной муфты 20 для получения максимального сцепления с насосом системы охлаждения 18. В то же самое время вязкостная муфта 22 входит только в частичное зацепление и действует как тормоз для замедления скорости насоса. Таким способом вязкостные муфты 20 и 22 проскальзывают и генерируют тепло. Крыльчатка насоса работает только на медленной скорости, однако этой скорости достаточно для рассеивания тепла.

В этом варианте осуществления изобретения полагается, что в таких условиях требуемый поток жидкости должен приблизительно соответствовать потоку, вытекающему при работе насоса с полной скоростью на холостом ходу при применении обычного насоса системы охлаждения. Это происходит из-за того, что большинство насосов системы охлаждения двигателя в автомобилях имеют только более или менее достаточно большой размер для удовлетворения требований, предъявляемых к нагревателю/дефростеру, когда двигатель работает вхолостую. Также насос системы охлаждения, приводимый в действие трением, как правило, имеет размер больше обычного для достижения максимального проскальзывания вязкостной муфты, которое обычно составляет порядка 2-3 процентов.

Когда дополнительное тепло не требуется, из вязкостной муфты 22 выпускается жидкость, и скорость насоса системы охлаждения регулируется только вязкостной муфтой 20.

На Фигуре 2 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, а несколько этапов его работы схематически представлены на Фигурах 3-6. Этот вариант осуществления изобретения обычно обозначается цифрой 25. В этом варианте осуществления изобретения прохождение потока охлаждающей жидкости и получение тепла трением осуществляются независимо друг от друга.

Автомобиль 30 имеет дизельный двигатель 32 с коленчатым валом 34. Коленчатый вал приводит в действие насос системы охлаждения 36. Рядом с насосом 36 размещается двухступенчатый механизм вязкостных муфт, в состав которого входят вязкостные муфты 38 и 40. Вязкостная муфта 38 расположена между крыльчаткой насоса 36 и вязкостной муфтой 40, тогда как вязкостная муфта 40 расположена между вязкостной муфтой 38 и двигателем (земля) 32.

Две муфты желательно объединить в одну установку или корпус, снабженный обычным клапаном для тормозной жидкости на силиконовой основе и обычным баком для хранения этой жидкости. Можно использовать любую обычную вязкую жидкость, такую как тормозная жидкость на силиконовой основе. Гидравлический клапан работает на передачу вязкой жидкости либо в одну или в две вязкостные муфты 38 и 40.

Для начального холодного запуска с помощью системы 25 насос 36 следует только очень медленно повернуть. Соответственно рабочая камера вязкостной муфты 38 пуста. В это же время рабочая камера вязкостной муфты 40 полна и генерирует тепло, не влияя отрицательно на число оборотов ведущего вала насоса. По мере генерирования тепла насос 36 может быть выведен на скорость для циркуляции подогретой охлаждающей жидкости. В течение этого времени тепло будет генерироваться, главным образом, вязкостной муфтой 40 и также пробуксовкой вязкостной муфты 38 в составе привода насоса системы охлаждения.

С помощью системы 25 независимое управление скоростью работы насоса в составе системы охлаждения нагревателя трением представлено на этапе разогрева двигателя 32. При нормальной температуре, когда не требуется дополнительное тепло, рабочая камера вязкостной муфты 40 будет пуста, а вязкостная муфта 38 продолжит регулировать скорость работы насоса 36.

В случае использования этого варианта осуществления этого изобретения два механизма генерирования тепла трением объединяются в один блок. Отдельный регулятор распределяет тормозную жидкость на силиконовой основе (или рабочую жидкость) на соответствующую сторону для дополнительного генерирования необходимого тепла.

Как показано на Фигуре 3, элемент клапана 50 располагается между баком для хранения рабочей жидкости 52 и двумя вязкостными муфтами 38 и 40. Элемент клапана 50 избирательно направляет рабочую жидкость в одну или в обе муфты. Работа системы 25 схематически показана на Фигурах 4-6.

Бак для хранения жидкости 52 через клапан 50 подсоединяется к вязкостным муфтам 38 и 40. Входной элемент 60 двух комбинированных механизмов вязкостных муфт 38 и 40 приводится в действие оборотами ведущего коленчатого вала 34 двигателя 32. Приводимый в действие элемент вязкостной муфты 38 отмечен цифрой 62, тогда как приводимый в действие элемент вязкостной муфты 40 -цифрой 64. Насос системы охлаждения 36 запускается приводимым в действие элементом 62 вязкостной муфты 38. Тепло, генерируемое системой 25, указано стрелкой 70 "Q Out". Часть 66 вязкостной муфты 40 закреплена и не вращается. Имеется очень плотный зазор между другим диаметром входного элемента 60 и элементом корпуса 68. Этот плотный зазор обозначается цифрой 72.

Как показано на Фигуре 4, если рабочие камеры обеих вязкостных муфт полны, то двигатель и насос вращаются с одинаковой скоростью.

На Фигуре 5 схематически показана ситуация, когда режим работы нагревателя соответствует полностью «включенному» состоянию. Работа клапана 50 регулируется блоком системы управления двигателем (СУД) или компьютером управления двигателем 80 возможности вхождения тормозной жидкости на основе силикона непосредственно в пространство между входным элементом 60 и вращающимся выходным элементом 64 вязкостной муфты 40. В этот момент насос системы охлаждения не работает, и тепло полностью генерируется вязкостной муфтой 40.

Ситуация, когда нагреватель «выключен», показана на Фигуре 6. Для подачи жидкости в рабочую камеру вязкостной муфты 38 элемент клапана 50 приведен в действие электронным блоком управления 80. Рабочая камера обозначается цифрой 39 и располагается между входным элементом 60 и выходным элементом 62. В этот момент элемент насоса 36 будет в полностью «включенном» состоянии. Также рабочая камера вязкостной муфты 40 оказывается пустой, а скорость работы насоса системы охлаждения 36 корректируется и регулируется исключительно с помощью вязкостной муфты 38. В результате во время этапа разогрева достигается независимое управление скоростью работы насоса системы охлаждения в нагревателе трением.

Тогда как изобретение описано в связи с его одним или несколькими вариантами осуществления, должно быть понятно, что конкретные описанные механизмы и способы носят только иллюстративный характер по отношению к принципам изобретения, причем в способы и устройство могут быть внесены многочисленные поправки без отклонения от сущности и объема изобретения так, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

1. Система дополнительного нагрева для транспортного средства, имеющего двигатель и коленчатый вал, приводимый в движение двигателем, включающая элемент насоса для охлаждения жидкости, подаваемой в двигатель, механизм вязкостных муфт, находящийся в рабочей связи с упомянутым коленчатым валом и элементом насоса и расположенный между двигателем и упомянутым элементом насоса, при этом упомянутый механизм вязкостных муфт включает пару внешних поверхностей вязкостных муфт и приводимую в действие вязкостную пластину внутреннего трения, расположенную между упомянутой парой внешних поверхностей вязкостных муфт, бак для хранения вязкой жидкости, первую рабочую камеру для вязкой жидкости, расположенную между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и одной из внешних поверхностей вязкостных муфт, и вторую рабочую камеру для вязкой жидкости, расположенную между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и другой внешней поверхностью вязкостной муфты, и элемент клапана, находящийся в рабочей связи с упомянутым баком, при этом упомянутый элемент клапана избирательно подает вязкую жидкость из упомянутого бака в одну или в обе упомянутые рабочие камеры.

2. Система дополнительного нагрева по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый двигатель является дизельным.

3. Система дополнительного нагрева по п.1, отличающаяся тем, что в случае необходимости получения дополнительного тепла первая рабочая камера между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и внешней поверхностью вязкостной муфты, примыкающей к двигателю, заполнена, тогда как вторая рабочая камера между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и внешней поверхностью вязкостной муфты, примыкающей к упомянутому элементу насоса, пуста.

4. Система дополнительного нагрева по п.1, отличающаяся тем, что в случае отсутствия необходимости в получении дополнительного тепла первая рабочая камера между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и внешней поверхностью вязкостной муфты, примыкающей к двигателю, пуста, тогда как вторая рабочая камера между упомянутой приводимой в действие вязкостной пластиной внутреннего трения и внешней поверхностью вязкостной муфты, примыкающей к упомянутому элементу насоса, существенно заполнена вязкой жидкостью.

5. Механизм вязкостных муфт для подачи дополнительного тепла в транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания, включающий элемент корпуса, элемент приводимой в действие вязкостной пластины внутреннего трения, расположенный в упомянутом элементе корпуса, элемент внешней поверхности первой вязкостной муфты, расположенный на одной стороне упомянутого элемента вязкостной пластины внутреннего трения, образуя первую рабочую камеру, элемент внешней поверхности второй вязкостной муфты, расположенный на противоположной стороне упомянутого элемента вязкостной пластины внутреннего трения, образуя вторую рабочую камеру, бак для хранения вязкой жидкости, и элемент клапана для избирательной подачи вязкой жидкости в упомянутые первую и вторую рабочие камеры.

6. Механизм вязкостных муфт по п.5, отличающийся тем, что упомянутый двигатель является дизельным.

7. Механизм вязкостных муфт по п.5, отличающийся тем, что дополнительно включает блок управления двигателем для регулирования избирательной работы упомянутого элемента клапана.

8. Механизм вязкостных муфт по п.7, отличающийся тем, что упомянутый блок управления двигателем регулирует избирательную работу упомянутого элемента клапана, основываясь по меньшей мере частично на сигналах, указывающих заданное дополнительное тепло и поток охлаждающей жидкости.

9. Система дополнительного нагрева транспортного средства, имеющего двигатель, коленчатый вал, приводимый в движение двигателем, насос системы охлаждения и электронный блок управления, причем упомянутая система включает первый элемент вязкостной муфты, находящийся в рабочей связи с упомянутым коленчатым валом и упомянутым насосом системы охлаждения, второй элемент вязкостной муфты, находящийся в рабочей связи с упомянутым коленчатым валом, бак для хранения вязкой жидкости, и элемент клапана для избирательной подачи вязкой жидкости в один из упомянутых элементов первой и второй вязкостных муфт либо в оба.

10. Система дополнительного нагрева по п.9, отличающаяся тем, что упомянутый двигатель является дизельным.

11. Система дополнительного нагрева по п.9, отличающаяся тем, что работа упомянутого элемента клапана регулируется электронным блоком управления.

12. Способ обеспечения транспортного средства дополнительным теплом, имеющее двигатель внутреннего сгорания и коленчатый вал, приводимый в движение двигателем, причем упомянутый способ включает обеспечение механизма вязкостных муфт, который включает элемент корпуса, элемент приводимой в действие вязкостной пластины внутреннего трения, расположенной в упомянутом элементе корпуса, элемент внешней поверхности первой вязкостной муфты, расположенный на одной стороне упомянутого элемента вязкостной пластины внутреннего трения, образуя первую рабочую камеру, элемент внешней поверхности второй вязкостной муфты, расположенный на противоположной стороне упомянутого элемента вязкостной пластины внутреннего трения, образуя вторую рабочую камеру, бак для хранения вязкой жидкости, элемент клапана для избирательной подачи вязкой жидкости в упомянутые первую и вторую рабочие камеры, упомянутый механизм вязкостных муфт, находящийся в рабочей связи с коленчатым валом, и заполнение упомянутой первой камеры вязкой жидкостью с одновременным сохранением упомянутой второй рабочей камеры, большей частью, без вязкой жидкости.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что жидкость подают в упомянутую первую рабочую камеру во время начального запуска двигателя.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что двигатель является дизельным.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает электронный блок управления и дополнительно содержит этап регулирования работы упомянутого механизма вязкостных муфт с помощью упомянутого электронного блока управления.