Выхлопная охлаждаемая система транспортного средства амфибии, транспортное средство амфибия и глиссирующее транспортное средство амфибия, содержащие такую систему
Изобретение может быть использовано в выхлопной охлаждающей системе транспортного средства (110) амфибии, работающего в наземном и морском режимах. Выхлопная охлаждающая система транспортного средства амфибия содержит выхлопную систему (150), подлежащую охлаждению, по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник (160, 165), по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник (170) и охлаждающую жидкость, находящуюся в тепловом контакте с выхлопной системой, подлежащей охлаждению, воздушно-жидкостным теплообменником (теплообменниками) и/или жидкостно-жидкостным теплообменником (теплообменниками) и нагреваемую выхлопной системой (150). Когда транспортное средство (110) амфибию приводят в действие в наземном режиме, охлаждающая жидкость охлаждается воздушно-жидкостным теплообменником (теплообменниками). Когда транспортное средство приводят в действие в морском режиме, охлаждающая жидкость охлаждается жидкостно-жидкостным теплообменником (теплообменниками). Воздушно-жидкостной теплообменник (теплообменники) можно также использовать на воде. Раскрыты транспортное средство амфибия, имеющее выхлопную охлаждающую систему, и глиссирующее транспортное средство амфибия, имеющее выхлопную охлаждающую систему. Технический результат заключается в улучшении охлаждения. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к выхлопной охлаждаемой системе транспортного средства амфибии.
В случае наземных транспортных средств и морских судов, известных из уровня техники, известны устройства и способы, используемые для выхлопных охлаждающих систем. В случае наземного транспортного средства, выхлопную систему обычно подвешивают под панелью перекрытия транспортного средства так, что она подвергается воздействию окружающего атмосферного воздуха, который проходит сверху и охлаждает наружные поверхности выхлопной системы. Достигаемый эффект охлаждения является, конечно, переменным, но удовлетворительным, зависящим в значительной степени от таких факторов, как скорость транспортного средства и атмосферные условия. В случае морских судов, выхлопные системы обычно охлаждают водой. Этого обычно достигают, используя имеющийся в обилии ресурс неочищенной воды с наружной стороны судна, которая втягивается и циркулирует вокруг водяной рубашки, защищающей выхлопную систему, и затем выпускается обратно в источник неочищенной воды. Такие выхлопные охлаждаемые системы очень эффективны, когда морское судно находится на воде, но не функционируют, когда оно находится на земле, где источник неочищенной воды больше не доступен. Однако это не является особенно важным для морского судна, двигатель которого только изредка работает на земле, если вообще там работает (обычно только по причине технического обслуживания и ремонта, когда можно обеспечивать искусственный источник неочищенной воды, например, через шланг).
Из патента США №3884194 на имя Citroen также известно обеспечение водяной рубашки для выпускного коллектора охлаждаемого воздухом двигателя, используемого в наземном транспортном средстве, для регенерации тепловой энергии. В частности, патент США №3884194 раскрывает паровой генератор, используемый для нагревания пассажирского салона транспортных средств, оборудованных охлаждаемым воздухом двигателем.
В патенте США №4991546 на имя Sanshin Kogyo Kabushiki Kaisha раскрыта основанная на водяной рубашке система охлаждения для морского судна, используемая для охлаждения и двигателя внутреннего сгорания, и выпускного коллектора. Изобретение относится к предотвращению конденсации, образующейся в выпускном коллекторе в результате процесса охлаждения. Используют неочищенную воду, которую берут с наружной стороны судна и возвращают после циркуляции по различным водяным рубашкам системы. В одном варианте осуществления используют дополнительный радиатор, но только с целью обеспечения герметизированной охлаждающей рубашки для двигателя, выпускного коллектора и участка колена выхлопного коллектора так, что в замкнутой системе можно использовать охладитель, отличающийся от чистой воды, и содержать его отдельно от неочищенной воды. Неочищенная вода все еще требуется в качестве источника, циркулирует и возвращается к массе воды с наружной стороны судна. По существу эту систему нельзя использовать в наземном транспортном средстве.
Однако, в случае транспортного средства амфибии, проблемы охлаждения выхлопной системы представляют собой весьма уникальные проблемы и соображения. Транспортное средство амфибия экстенсивно используют на земле и на воде, и его выхлопная система подвержена при работе по меньшей мере такому же нагреванию, как и выхлопная система любого другого дорожного транспортного средства. Принимая во внимание, что наземные транспортные средства зависят от окружающего воздуха, чтобы поддерживать охлаждение их выхлопных систем, особенно каталитические преобразователи, которые, как известно, при работе настолько разогреваются (~900°С), что могут воспламенять траву под находящимися на стоянке транспортными средствами, нижнюю сторону транспортного средства амфибии герметизируют, чтобы обеспечивать плавучесть и гидродинамическое функционирование на воде. Это составляет проблему обеспечения соответствующего охлаждения, поскольку герметизация выхлопной системы внутри корпуса фактически служит для изолирования ее от влияний внешнего охлаждения. Кроме того, желательна герметизация в выхлопной системе транспортного средства амфибии, поскольку в ней существует потенциальная возможность для повреждающих воздействий тепловых ударов от резкого охлаждения, когда полностью нагретая выхлопная система, которая работала в наземном режиме, входит в воду для работы транспортного средства в морском режиме. Кроме того, каталитический преобразователь является очень чувствительным элементом, который необходимо поддерживать при его оптимальной рабочей температуре для предотвращения повреждения катализатора. Поэтому ясно, что транспортное средство амфибия представляет противоречивые требования и специализированные системы предшествующего уровня техники плохо подходят для требований транспортного средства амфибии.
Настоящее изобретение обеспечивает, в первом варианте, выхлопную охлаждаемую систему транспортного средства амфибии, работающего в наземном и морском режимах, содержащую: выхлопную систему, подлежащую охлаждению, по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник, по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник, и охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой и по меньшей мере одним воздушно-жидкостным теплообменником и/или по меньшей мере одним жидкостно-жидкостным теплообменником, при этом
когда транспортное средство амфибию приводят в действие в наземном режиме, охлаждающая жидкость нагревается выхлопной системой и охлаждается по меньшей мере одним воздушно-жидкостным теплообменником, а
когда транспортное средство амфибию приводят в действие в морском режиме, охлаждающая жидкость нагревается выхлопной системой и охлаждается по меньшей мере одним жидкостно-жидкостным теплообменником.
Предпочтительно, когда транспортное средство амфибию приводят в действие в морском режиме, охлаждающая жидкость может дополнительно охлаждаться посредством управляемого использования по меньшей мере одного воздушно-жидкостного теплообменника.
Выхлопная охлаждаемая система предпочтительно содержит по меньшей мере один выпускной коллектор и по меньшей мере один глушитель.
Выхлопная система предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один каталитический преобразователь.
По меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник предпочтительно расположен в канале, предусмотренном внутри кузова транспортного средства.
Канал предпочтительно имеет впуск для воздуха и выпуск для воздуха, причем впуск для воздуха по меньшей мере расположен над статической ватерлинией указанного транспортного средства амфибии.
Канал предпочтительно дополнительно содержит запирающее средство для выборочного и управляемого запирания впуска для воздуха и/или выпуска для воздуха.
Запирающее средство предпочтительно содержит одну или более шарнирных заслонок или скользящих элементов, приводимых в действие автоматически и/или вручную.
Канал предпочтительно герметизирован по меньшей мере от канала другого внутреннего отсека, предусмотренного внутри транспортного средства.
Выхлопная охлаждаемая система предпочтительно дополнительно содержит один или более вентиляторов, предусмотренных для увеличения потока воздуха, доступного для одного или более воздушно-жидкостных теплообменников.
По меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник предпочтительно предусмотрен в передней части транспортного средства.
По меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник предпочтительно предусмотрен в кормовой части транспортного средства.
Выхлопная охлаждаемая система, по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник и по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник предпочтительно соединены последовательно с использованием трубопроводов, через которые циркулирует охлаждающая жидкость.
Охлаждающая жидкость предпочтительно содержится внутри и рециркулирует по замкнутому контуру, образованному последовательным соединением выхлопной системы, подлежащей охлаждению, по меньшей мере одним воздушно-жидкостным теплообменником и по меньшей мере одним жидкостно-жидкостным теплообменником.
Жидкостно-жидкостной теплообменник предпочтительно охлаждается с использованием неочищенной воды с наружной стороны транспортного средства.
Неочищенная вода предпочтительно втягивается из внешнего источника неочищенной воды и возвращается в источник неочищенной воды с наружной стороны транспортного средства после использования.
Неочищенная вода предпочтительно нагнетается через жидкостно-жидкостной теплообменник и выкачивается из него.
Неочищенная вода предпочтительно поставляется с находящейся под давлением стороны средства морского передвижения реактивного движителя, предусмотренного в транспортном средстве амфибии.
По меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник предпочтительно образован по меньшей мере частично с использованием внешней поверхности корпуса транспортного средства амфибии.
Внешняя поверхность корпуса транспортного средства амфибии, используемая в жидкостно-жидкостном теплообменнике, предпочтительно выполнена из хорошего проводника тепла.
Внешняя поверхность корпуса транспортного средства амфибии предпочтительно содержит алюминий.
Охлаждающая жидкость предпочтительно контактирует с внутренней поверхностью корпуса и охлаждается внешним источником неочищенной воды, присутствующей на внешней поверхности корпуса, в которой транспортное средство функционирует, когда находится в морском режиме.
Источник неочищенной воды, требуемой и используемой для охлаждения жидкостно-жидкостного теплообменника, предпочтительно остается снаружи транспортного средства.
Предпочтительно один или более жидкостно-жидкостных теплообменников могут быть обводными.
По меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник предпочтительно образован по меньшей мере частично с использованием компонента средства морского передвижения.
Средство морского передвижения предпочтительно содержит реактивный движитель.
По меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник предпочтительно охлаждают, используя неочищенную воду, проходящую над средством морского передвижения и/или через него.
Дополнительное охлаждение выхлопной системы предпочтительно обеспечивают путем введения неочищенной воды непосредственно в выхлопной поток выхлопного газа, проходящего через выхлопную систему и из нее.
Систему предпочтительно дополнительно используют для охлаждения других источников генерации тепла.
Другие источники генерации тепла предпочтительно содержат средство морского передвижения, первичный движитель и/или тормозные компоненты.
Каждый теплообменник предпочтительно предусмотрен в общем контуре, имеющем совместно используемую охлаждающую жидкость.
Каждый теплообменник предпочтительно предусмотрен в отдельном контуре.
Согласно другому аспекту обеспечивается применение вышеописанной выхлопной охлаждаемой системы в глиссирующем транспортном средстве амфибии.
Согласно еще одному аспекту обеспечивается применение вышеописанной выхлопной охлаждаемой системы в глиссирующем транспортном средстве амфибии, имеющем одно или более убирающихся колес.
Теперь будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения только путем примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид в плане, показывающий систему охлаждения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, установленную в варианте спортивного автомобиля транспортного средства амфибии;
Фиг.2 представляет собой схематичный вид сбоку транспортного средства амфибии, показанного на Фиг.1;
Фиг.3 представляет собой схематичный вид в плане, показывающий систему охлаждения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, установленную в варианте четырехколесного мотоцикла транспортного средства амфибии;
Фиг.4 представляет собой схематичный вид сбоку транспортного средства амфибии, показанного на Фиг.3.
Со ссылкой сначала на Фиг.1 и 2, отметим, что здесь показан схематичный вид системы охлаждения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, установленной в транспортном средстве 10 амфибии. Первичный движитель 40 обеспечивает энергию для приведения в движение транспортного средства 10 амфибии, когда его приводят в действие в наземном и морском режимах. В наземном режиме энергию подают к наземному силовому средству, такому, например, как ходовые колеса 20. В морском режиме энергию подают к морскому силовому средству, такому, например, как реактивный движитель 30. В этом предпочтительном варианте осуществления первичный движитель 40 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, из которого продукты сгорания выходят через выхлопную систему 50.
Выхлопная система 50 содержит каталитический преобразователь 51 и глушитель 52, каждый из которых заключен внутри водяной рубашки 53. Водяная рубашка 53 имеет впуск 54 для жидкости на первом отдаленном от центра конце выхлопной системы 50 и выпуск 55 для жидкости на втором ближнем конце.
Предусмотрен воздушно-водяной теплообменник 60 в виде обычного радиатора, и он имеет впуск 61 для жидкости и выпуск 62 для жидкости. Удлиненный трубопровод для охлаждающей текучей среды соединяет впуск 61 для жидкости с выпуском 62 для жидкости и размещен в змеевидной, лабиринтообразной или другой подобной извилистой форме, чтобы увеличивать до максимума длину пути потока жидкости между впуском 61 для жидкости и выпуском 62 для жидкости. Этот трубопровод снабжен матрицей из пластин, установленных в тепловом контакте на его внешней поверхности так, что большая площадь поверхности представлена для проходящего воздуха, чтобы увеличивать до максимума доступную тепловую траекторию и теплопередачу, возможную между охлаждающим воздухом, проходящим через матрицу, и охлаждающей жидкостью, проходящей через трубопровод.
Также предусмотрен водо-водяной теплообменник 70 с двумя впусками 71, 73 для жидкости и двумя выпусками 72, 74 для жидкости. Первый трубопровод для охлаждающей жидкости соединяет впуск 71 для жидкости с выпуском 72 для жидкости и размещен в змеевидной, лабиринтообразной или другой подобной извилистой форме, чтобы увеличивать до максимума длину пути потока жидкости 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 аналогично размещен в змеевидной, лабиринтообразной или другой подобной извилистой форме, чтобы увеличивать до максимума длину пути потока жидкости между впуском 73 для жидкости и выпуском 74 для жидкости. Эти трубопроводы расположены относительно друг друга так, чтобы увеличивать до максимума имеющуюся тепловую траекторию между этими двумя трубопроводами и возможный теплообмен между охлаждающей неочищенной водой, проходящей через второй трубопровод, и охлаждающей жидкостью, проходящей через первый трубопровод.
Замкнутый контур 80 охлаждающей жидкости образован с помощью последовательного соединения водяной рубашки 53 выхлопной системы 50, воздушно-водяного теплообменника 60 и первого трубопровода водо-водяного теплообменника 70 с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости. Разомкнутый контур 90 неочищенной воды образован с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости, и в морском режиме неочищенную воду вводят или закачивают с наружной стороны транспортного средства 10 амфибии, через экран или фильтр (не показан), через второй трубопровод водо-водяного теплообменника 70 и обратно во внешний водный источник. Неочищенную воду можно подавать, например, с находящейся под давлением стороны реактивного движителя 30, чтобы избежать необходимости в отдельном насосе.
При работе охлаждающую жидкость можно просто нагнетать по замкнутому контуру 80 охлаждающей жидкости или нагнетать в термостатическом и/или другом режимах управления, как известно из уровня техники (например, под управлением электронного блока управления (ЭБУ) в зависимости от рабочих параметров транспортного средства). Когда транспортное средство амфибию приводят в действие в наземном режиме, охлаждающая жидкость при первой охлажденной температуре входит в выхлопную систему 50 через впуск 54 для жидкости и проходит по водяной рубашке 53, содержащей выхлопную систему 50, проходя от более холодного конца выхлопной системы 50 на кормовой части транспортного средства 10 к более горячему концу около выпускного коллектора (выпускных коллекторов) (во избежание резкого охлаждения выхлопной системы и для предотвращения образования конденсации в выпускном коллекторе при холодном запуске). Тепло, присутствующее в выхлопной системе 50, передается охлаждающей жидкости через установленную траекторию теплообмена, нагревая охлаждающую жидкость и охлаждая выхлопную систему 50. Охлаждающая жидкость при второй повышенной температуре выходит из водяной рубашки 53 через выпуск 55 для жидкости. Затем охлаждающая жидкость проходит через соединительный трубопровод к воздушно-водяному теплообменнику 60, входя через впуск 61 для жидкости. Когда охладитель проходит по трубопроводу внутри теплообменника 60, воздух проходит по матрице из пластин, установленных в тепловом контакте с трубопроводом, вытягивая тепло из охлаждающей жидкости при второй повышенной температуре, таким образом охлаждая охлаждающую жидкость до температуры, которая ниже второй повышенной температуры. Прохождение воздуха по матрице из пластин может быть безнапорным (эффект скоростного напора), через канальное средство (для увеличения эффекта скоростного напора) и/или может быть принудительным или дополняемым с помощью средства, такого как вентилятор частичного проветривания (не показан). Затем охладитель покидает теплообменник 60 через выпуск 62 для жидкости и далее проходит к водо-водяному теплообменнику 70, следуя через соединительный трубопровод и входя через впуск 71 для жидкости. В этом наземном режиме водо-водяной теплообменник 70 обеспечивает небольшое или не обеспечивает никакого воздействия, поскольку нет никакой доступной подачи неочищенной воды через разомкнутый контур 90 неочищенной воды. Соответственно, охлаждающая текучая среда выходит через выпуск 72 для жидкости по существу при такой же температуре, при которой она входит. Наконец, трубопровод передает охлаждающую жидкость от выпуска 72 для жидкости к впуску 54 для жидкости выхлопной системы, и вышеописанный процесс повторяется с рециркулируемой охлаждающей жидкостью.
Когда транспортное средство 10 амфибию приводят в действие в морском режиме, процесс идентичен процессу, описанному выше, но этап охлаждения, обеспечиваемый воздушно-водяным теплообменником 60, является либо добавленным, либо замененным этапом охлаждения, осуществляемым, когда охлаждающая жидкость проходит через водо-водяной теплообменник 70. В этом морском режиме охлаждающая жидкость входит в водо-водяной теплообменник 70 либо при повышенной температуре по сравнению с первой охлаждающей температурой (в случае когда воздушно-водяной теплообменник 60 эффективен до одной или другой степени), либо при второй повышенной температуре (в случае когда воздушно-водяной теплообменник 60 не эффективен) и проходит по первому трубопроводу внутри теплообменника 70. В то же время, неочищенную воду при внешней окружающей температуре воды закачивают с наружной стороны транспортного средства 10 амфибии через впуск 73 для жидкости неочищенной воды. Эта неочищенная вода проходит через второй трубопровод внутри водо-водяного теплообменника 70, выходит через выпуск 74 для жидкости неочищенной воды и выпускается обратно в наружную массу воды. Выполнение первого и второго трубопроводов (обратный поток относительно друг друга) увеличивает до максимума тепловую траекторию, имеющуюся между этими двумя трубопроводами и приводит к возможной теплопередаче так, что охлаждающая жидкость охлаждается, поскольку неочищенная вода нагревается до степени, при которой охлаждающая жидкость выходит через выпуск 72 для жидкости при температуре ниже второй повышенной температуры. Затем охлаждающая жидкость рециркулирует.
Следует понимать, что описанный выше предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения является только одним примером из множества различных компоновок, возможных в соответствии с настоящим изобретением. В частности, описанный предпочтительный вариант осуществления принимает компоновку, подходящую для версии легкового спортивного автомобиля с двигателем, расположенным в средней части транспортного средства 10 амфибии. В этой версии транспортного средства амфибии 10 предпочтительно, чтобы выхлопная охлаждаемая система согласно настоящему изобретению была размещена так, как показано. Однако выхлопная охлаждаемая система согласно настоящему изобретению является очень гибкой и приспосабливаемой для размещения в различных типах транспортного средства амфибии, таких, например, как трехколесный мотоцикл, четырехколесный мотоцикл или внедорожное транспортное средство.
В качестве примера, на Фиг.3 и 4 показан схематичный вид системы охлаждения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, установленной в транспортном средстве 110 амфибии в форме четырехколесного мотоцикла. Оно представляет собой транспортное средство, позволяющее «сидеть верхом», с передним сиденьем 113 и задним сиденьем 116, установленными в тандеме. Как и в первом варианте осуществления, описанном выше, первичный движитель 140 обеспечивает энергию для приведения в движение транспортного средства 110 амфибии при его приведении в действие в наземном и морском режимах. В наземном режиме энергия подается на средство наземного передвижения, такое, например, как ходовые колеса 120. В морском режиме энергия подается на средство морского передвижения, такое, например, как реактивный движитель 130. В этом предпочтительном варианте осуществления первичный движитель 140 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, из которого продукты сгорания выходят через выхлопную систему 150. Выхлопная система 150 содержит каталитический преобразователь 151 и глушитель 152, каждый из которых помещен внутрь водяной рубашки 153. Водяная рубашка 153 имеет впуск 154 для жидкости на первом отдаленном от центра конце выхлопной системы 150 и выпуск 155 для жидкости на втором ближнем конце.
Предусмотрены два воздушно-водяных теплообменника 160, 165 в виде обычных радиаторов (разных размеров по причине размещения), и они имеют 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, и каждый из них размещен в змеевидной, лабиринтообразной или другой подобной извилистой форме, чтобы увеличивать до максимума путь потока жидкости между впусками 161, 166 для жидкости и выпусками 162, 167 для жидкости. Эти трубопроводы снабжены матрицей из пластин, расположенных в тепловом контакте на их внешних поверхностях так, что для прохождения воздуха представлена большая площадь поверхности, чтобы увеличивать до максимума доступную тепловую траекторию и возможную теплопередачу между охлаждающим воздухом, проходящим через матрицы, и охлаждающей жидкостью, проходящей через трубопроводы. Эти два воздушно-водяных теплообменника 160, 165 на чертежах соединены параллельно, но следует понимать, что в качестве альтернативы их можно соединять последовательно.
Также предусмотрен водо-водяной теплообменник 170 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 размещен в змеевидной, лабиринтообразной или другой подобной извилистой форме, чтобы увеличивать до максимума длину пути потока жидкости между впуском 171 для жидкости и выпуском 172 для жидкости. Второй трубопровод для неочищенной воды соединяет впуск 172 для жидкости с выпуском 174 для жидкости и аналогично размещен в змеиной, лабиринтообразной или другой подобной извилистой форме так, чтобы увеличивать до максимума длину пути потока жидкости между впуском 172 для жидкости и выпуском 174 для жидкости. Эти трубопроводы выполнены относительно друг друга так, чтобы увеличивать до максимума тепловую траекторию, имеющуюся между этими двумя трубопроводами, и возможную теплопередачу между охлаждающей неочищенной водой, проходящей через второй трубопровод, и охлаждающей жидкостью, проходящей через первый трубопровод.
Замкнутый контур 180 охлаждающей жидкости образован посредством последовательного соединения водяной рубашки 153 выхлопной системы 150, воздушно-водяных теплообменников 160, 165 и первого трубопровода водо-водяного теплообменника 170 с использованием соответствующих трубопроводов для жидкости. В показанном варианте осуществления воздушно-водяные теплообменники 160, 165 непосредственно соединены параллельно друг с другом, но в качестве альтернативы их можно соединять последовательно. Разомкнутый контур 190 неочищенной воды образуют, используя соответствующие трубопроводы для жидкости, а в морском режиме неочищенная вода закачивается с наружной стороны транспортного средства 110 амфибии, через экран или фильтр (не показан), через второй трубопровод водо-водяного теплообменника 170 и возвращается обратно в наружный водный источник.
Работа выхлопной охлаждаемой системы осуществляется так, как описано выше для первого варианта осуществления, за исключением охлаждающей жидкости, проходящей через два воздушно-водяных теплообменника 160, 165, расположенных параллельно.
В обоих вариантах осуществления, описанных выше, может быть предусмотрено запирающее средство, например шарнирные или скользящие заслонки, чтобы защищать воздушно-водяной теплообменник (теплообменники) от воды, ударов волн и плавающих обломков и груза, с которыми сталкиваются при работе транспортного средства амфибии. Запирающее средство может обеспечивать выборочное или полное экранирование воздушно-жидкостного теплообменника (теплообменников), и им можно управлять автоматически (например, с помощью ЭБУ) или вручную, когда требуются такие рабочие режимы. Запирающее средство может быть использовано для защиты теплообменника (теплообменников) от повреждения и/или для управления или оптимизирования режима охлаждения.
Следует понимать, что хотя в описанном предпочтительном варианте осуществления составляющие части и пути потока охлаждающей жидкости расположены в конкретных компоновках, возможно множество других компоновок. Например, в альтернативном варианте осуществления в настоящем изобретении можно использовать воздушно-водяной теплообменник, уже имеющийся для охлаждения двигателя. В качестве альтернативы, воздушно-водяной теплообменник, как описано в предпочтительном варианте осуществления, может быть предусмотрен в дополнение к воздушно-водяному теплообменнику, предусмотренному для двигателя. Действительно, может быть предусмотрено множество воздушно-водяных теплообменников (например, меньших блоков) для размещения или по другим причинам, и распределено по транспортному средству. Аналогично, может быть предусмотрено множество водо-водяных теплообменников и распределено соответствующим образом. Хотя составляющие части контура, показанного в предпочтительном варианте осуществления, расположены последовательно с охлаждающей жидкостью, нагнетаемой последовательно по контуру, следует понимать, что составляющие части могут быть расположены параллельно в дополнение к настоящему расположению или вместо него. Кроме того, каждый теплообменник (либо воздушно-водяного, либо водо-водяного типа) может быть предусмотрен в отдельном контуре, имеющем свою собственную или совместно используемую охлаждающую жидкость. В таком случае, каждый контур может быть снабжен своей собственной отдельной водяной рубашкой, имеющей доступ к участку или подконтуру внутри общей водяной рубашки или имеющей доступ к одной общей водяной рубашке, под управлением системы управления потоком. Кроме того, конечно, можно вводить регулирующие клапаны для управления потоком охлаждающей жидкости, и ими можно управлять с помощью клапанов с электроприводами или клапанов, регулирующих поток с помощью термореле, и связанного средства электронной обработки данных/управления, такого, например, как электронный блок управления (ЭБУ), предусмотренный как часть или в дополнение к уже имеющемуся ЭБУ транспортного средства 10 амфибии. Это обеспечивает возможность для включения и выключения отдельных компонентов или каждого контура по мере необходимости, чтобы оптимизировать работу системы. Необязательно, для каждого компонента могут быть предусмотрены обводные трубопроводы.
Хотя описанные выше воздушно-водяные и водо-водяные теплообменники 60, 160, 165 и 70, 170 имеют обычную конструкцию, следует понимать, что могут быть выгодно использованы альтернативные или сделанные на заказ конструкции. Например, заявитель сконструировал сделанный на заказ водо-водяной теплообменник, который включил в корпус одной из своих конструкций транспортного средства амфибии. Рассматриваемое транспортное средство амфибия содержит корпус, выполненный из алюминия, хорошего проводника тепла. Продольная секция корпуса закрыта, чтобы образовывать закрытый объем, причем корпус образует одну сторону этого закрытого объема. Охлаждающую жидкость можно нагнетать через закрытый объем, и когда транспортное средство амфибию приводят в действие в морском режиме, охлаждающая жидкость охлаждается наружной неочищенной водой, которая находится в прямом контакте с поверхностью корпуса. Эта конструкция избавила от необходимости в источнике неочищенной воды с наружной стороны транспортного средства, и, таким образом, нет никакой необходимости в контуре 90 с неочищенной водой, описанном выше в предпочтительном варианте осуществления. Эта конструкция водо-водяного теплообменника оказалась настолько эффективной, что интенсивность потока охлаждающей жидкости через закрытый объем необходимо измерять, чтобы поддерживать двигатель при эффективной рабочей температуре. Поэтому может быть предпочтительно установлен обводной контур для водо-водяного теплообменника, чтобы обеспечивать его выключение, например, в то время, когда двигатель прогревается. Таким обводом можно управлять вручную, с помощью термореле, выключателем таймера или любым другим подходящим средством управления (например, ЭБУ). В качестве альтернативы или дополнительно к вышеизложенному, водо-водяной теплообменник может быть реализован в имеющемся устройстве транспортного средства, таком, например, как реактивный движитель 30. Охлаждающая жидкость может циркулировать внутри или вокруг компонентов реактивного движителя 30 и/или боковых сторон А-образной рамы внутри решетки, защищающей от ударов камней реактивный движитель 30. Большие объемы неочищенной воды при окружающей температуре проходят через эти компоненты, которые выполнены из металлов, являющихся хорошими проводниками тепла. Кроме того, может быть предусмотрено дополнительное охлаждение, путем введения неочищенной воды непосредственно в выхлопной поток выхлопного газа, проходящего через выхлопную систему и из нее.
Следует понимать, что хотя в описанных выше предпочтительных вариантах осуществления первичный движитель 40, 140 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в качестве альтернативы первичный движитель 40, 140 может представлять собой топливный элемент, комбинированный двигатель, газотурбинный двигатель или какую-либо их комбинацию. Кроме того, хотя система охлаждения представлена как для охлаждения выхлопной системы, ее можно дополнительно использовать для охлаждения других источников генерации тепла, таких, например, как средство 30, 130 морского передвижения, первичный движитель 40, 140 и/или тормозные компоненты.
Кроме того, первичный движитель 40, 140 может быть установлен в поперечном направлении, как показано на Фиг.1 и 2 и как описано в находящейся на рассмотрения заявке заявителя, опубликованной как WO 02/07999; или в продольном направлении, как будет удобно. Пример силовой передачи, содержащей первичный движитель, установленный в продольном направлении, можно найти в находящейся на рассмотрении заявке заявителя, опубликованной как WO 02/12005.
Как описано выше, охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру 80, 180, в то время как неочищенную воду нагнетают в разомкнутый контур 90, 190 и из него, когда это возможно (то есть в морском режиме). Поскольку охлаждающая жидкость отделена от неочищенной воды и ее всегда удерживают в замкнутом контуре 80, 180, в охлаждающей жидкости можно использовать антифриз и его связанные ингибиторы коррозии, чтобы защищать компоненты системы от воздействия низкой температуры и коррозийного воздействия. По экологическим причинам это невозможно в случае известных выхлопных охлаждаемых систем для морских судов, которые выкачивают всю охлаждающую жидкость обратно в источник неочищенной воды. Однако если необходимо обеспечить дополнительное охлаждение при управлении транспортным средством 10, 110 в наземном режиме, систему можно расположить так, чтобы удерживать неочищенную воду в разомкнутом контуре 90, 190 и/или замкнутом контуре 80, 180, когда транспортное средство приводят в действие на земле. Такая система может иметь дополнительные преимущества в отношении обеспечения балласта, который можно управляемым образом распределять по транспортному средству, например, чтобы дополнительно оптимизировать эксплуатационные характеристики. В этом случае, могут быть предусмотрены защитные устройства для защиты системы от разрушения под действием мороза в случае, если неочищенная вода случайно останется там во время холодных атмосферных условий. Например, могут быть предусмотрены разрывные мембраны, чтобы уменьшать избыточное давление, как известно в.конструировании и работе технологических установок для непрерывного химического процесса производства.
Следует понимать, что замкнутый контур 80, 180 не должен обязательно быть замкнутым контуром в случае, когда антифриз и его связанные ингибиторы коррозии не должны обязательно присутствовать в охлаждающей жидкости. В таком случае, вместо этого, неочищенная вода может втягиваться, циркулировать по так называемому замкнутому контуру 80, 180 и либо удерживаться для дополнительной циркуляции, либо отправляться обратно в источник неочищенной воды. В случае когда неочищенную воду удерживают для дополнительной циркуляции (например, для наземного режима работы транспортного средства), могут быть использованы разрывные мембраны или другие расходуемые элементы в замкнутом контуре по причине безопасности, как описано выше. В еще одном дополнительном варианте осуществления предпочтительно, когда транспортное средство приводят в действие в морском режиме, неочищенную воду можно втягивать и передавать непосредственно через водяную рубашку 53, 153 выхлопной системы 50, 150 только перед отправкой обратно в источник неочищенной воды. Это обеспечивает охлаждение выхлопной системы 50, 150 без необходимости циркуляции охлаждающей жидкости по остальной части замкнутого контура 80, 180. Такого расположения можно добиться, например, используя расходные клапаны.
Хотя в описанных выше предпочтительных вариантах осуществления охлаждение выхлопной системы 50, 150 достигают, используя охлаждающую жидкость, которая проходит через водяную рубашку 53, 153, непосредственно вмещающую компоненты выхлопной системы 50, 150, следует понимать, что устройство, используемое для осуществления этой передачи тепла и управления ею, может принимать любую подходящую форму. Например, водяная рубашка 53, 153 не должна вмещать все компоненты выхлопной системы. Вместо этого она может вмещать только выбранный компонент или выбранные компоненты. Действительно, можно выгодно использовать множество отдельных водяных рубашек, каждая из которых отдельно вмещает один или более компонентов. Каждую водяную рубашку необязательно можно «подвешивать» внутрь и наружу контура, используя регулирующие клапаны или другое средство управления потоком. Кроме того, все или каждая водяная рубашка могут быть термически изолированы до одной или другой степени от компонентов выхлопной системы и/или сконструированы так, чтобы предотвращать вхождение охлаждающей жидкости в прямой контакт с ними. Этого можно достичь, например, путем заполнения промежутков воздухом, газом или жидкостью непосредственно между водяной рубашкой и выхлопным компонентом (например, используя ребра, пластины или другие конструктивные элементы, чтобы достичь неподвижных (линейных или градуированных) пространственных соотношений между ними). Такие заполненные воздухом, газом или жидкостью промежутки можно дополнительно или альтернативно частично или полностью заполнять или покрывать слоем термоизоляционного материала. Каждый из этих альтернативных вариантов можно использовать отдельно или в комбинации, чтобы оптимизировать режим охлаждения выхлопной системы транспортного средства. Также следует понимать, что управление потоком охлаждающей жидкости является обязательным в оптимизации режима охлаждения и, в частности, для оптимального охлаждения каждого отдельного компонента в выхлопной системе во время разных режимов, таких как наземный режим, морской режим, запуск транспортного средства, нормальный ход и остановка транспортного средства. Каталитический преобразователь является одним таким компонентом, для которого оптимальные эксплуатационные параметры являются критическими. Также важно управлять охлаждением выпускных коллекторов для предотвращения конденсации и наращивания отложений. Кроме того, необходимо учитывать тепловые ударные воздействия на выхлопные компоненты.
Выхлопную охлаждаемую систему согласно настоящему изобретению можно особенно предпочтительно применять к глиссирующему амфибийному транспортному средству и, дополнительно, к такому транспортному средству, которое имеет колеса, убирающиеся, когда транспортное средство приводят в действие на воде в морском режиме. Объекты управления выхлопной охлаждаемой системы можно подсоединять к системе управления транспортного средства, что предлагает наземный режим и отдельный морской режим. Также может быть особенно предпочтительно для выхлопной охлаждаемой системы согласно настоящему изобретению охлаждать выпускные коллекторы двигателя управляемым способом, чтобы предотвращать образование конденсации в выпускном коллекторе при холодном запуске.
Хотя описанные здесь теплообменники упоминались как «воздушно-водяные» и «водо-водяные» теплообменники, следует понимать, что термин «вода» означает использование любой подходящей жидкости, например воды с антифризом и связанными ингибиторами коррозии.
1. Выхлопная охлаждаемая система транспортного средства амфибии, работающего в наземном и морском режимах, содержащая:
выхлопную систему, подлежащую охлаждению,
по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник,
по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник и
охлаждающую жидкость в тепловом контакте с выхлопной системой и по меньшей мере одним воздушно-жидкостным теплообменником и/или по меньшей мере одним жидкостно-жидкостным теплообменником, при этом когда транспортное средство амфибию приводят в действие в наземном режиме, охлаждающая жидкость нагревается выхлопной системой и охлаждается по меньшей мере одним воздушно-жидкостным теплообменником, а
когда транспортное средство амфибию приводят в действие в морском режиме, охлаждающая жидкость нагревается выхлопной системой и охлаждается по меньшей мере одним жидкостно-жидкостным теплообменником.
2. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой, когда транспортное средство амфибию приводят в действие в морском режиме, охлаждающая жидкость может дополнительно охлаждаться посредством управляемого использования по меньшей мере одного воздушно-жидкостного теплообменника.
3. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой выхлопная система, подлежащая охлаждению, содержит по меньшей мере один выпускной коллектор и по меньшей мере один глушитель.
4. Выхлопная охлаждаемая система по п.3, в которой выхлопная система дополнительно содержит по меньшей мере один каталитический преобразователь.
5. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник расположен в транспортном средстве амфибии.
6. Выхлопная охлаждаемая система по п.5, в которой канал имеет впуск для воздуха и выпуск для воздуха, причем впуск для воздуха по меньшей мере расположен над статической ватерлинией указанного транспортного средства амфибии.
7. Выхлопная охлаждаемая система по п.6, в которой канал дополнительно содержит запирающее средство для выборочного и управляемого запирания впуска для воздуха и/или выпуска для воздуха.
8. Выхлопная охлаждаемая система по п.7, в которой запирающее средство содержит одну или более шарнирных заслонок или скользящих элементов, приводимых в действие автоматически и/или вручную.
9. Выхлопная охлаждаемая система по п.5, в которой канал герметизирован по меньшей мере от канала другого внутреннего отсека, предусмотренного внутри транспортного средства.
10. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, дополнительно содержащая один или более вентиляторов, предусмотренных для увеличения потока воздуха, доступного для одного или более воздушно-жидкостных теплообменников.
11. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник предусмотрен в передней части транспортного средства.
12. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник предусмотрен в кормовой части транспортного средства.
13. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой выхлопная система, подлежащая охлаждению, по меньшей мере один воздушно-жидкостной теплообменник и по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник соединены последовательно с использованием трубопроводов, через которые циркулирует охлаждающая жидкость.
14. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой охлаждающая жидкость содержится внутри и рециркулирует по замкнутому контуру, образованному последовательным соединением выхлопной системы, подлежащей охлаждению, по меньшей мере одним воздушно-жидкостным теплообменником и по меньшей мере одним жидкостно-жидкостным теплообменником.
15. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой жидкостно-жидкостной теплообменник охлаждается с использованием неочищенной воды с наружной стороны транспортного средства.
16. Выхлопная охлаждаемая система по п.15, в которой неочищенная вода втягивается из внешнего источника неочищенной воды и возвращается в источник неочищенной воды с наружной стороны транспортного средства после использования.
17. Выхлопная охлаждаемая система по п.15, в которой неочищенная вода нагнетается через жидкостно-жидкостной теплообменник и выкачивается из него.
18. Выхлопная охлаждаемая система по п.15, в которой неочищенная вода поставляется с находящейся под давлением стороны средства морского передвижения реактивного движителя, предусмотренного в транспортном средстве амфибии.
19. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник образован по меньшей мере частично с использованием внешней поверхности корпуса транспортного средства амфибии.
20. Выхлопная охлаждаемая система по п.19, в которой внешняя поверхность корпуса транспортного средства амфибии, используемая в жидкостно-жидкостном теплообменнике, выполнена из хорошего проводника тепла.
21. Выхлопная охлаждаемая система по п.20, в которой внешняя поверхность корпуса транспортного средства амфибии содержит алюминий.
22. Выхлопная охлаждаемая система по п.19, в которой охлаждающая жидкость контактирует с внутренней поверхностью корпуса и охлаждается внешним источником неочищенной воды, присутствующей на внешней поверхности корпуса, в которой транспортное средство функционирует, когда находится в морском режиме.
23. Выхлопная охлаждаемая система по п.19, в которой источник неочищенной воды, требуемой и используемой для охлаждения жидкостно-жидкостного теплообменника, остается снаружи транспортного средства.
24. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой один или более жидкостно-жидкостных теплообменников могут быть обводными.
25. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник образован по меньшей мере частично с использованием компонента средства морского передвижения.
26. Выхлопная охлаждаемая система по п.25, в которой средство морского передвижения содержит реактивный движитель.
27. Выхлопная охлаждаемая система по п.25, в которой по меньшей мере один жидкостно-жидкостной теплообменник охлаждают, используя неочищенную воду, проходящую над средством морского передвижения и/или через него.
28. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой дополнительное охлаждение выхлопной системы обеспечивают путем введения неочищенной воды непосредственно в выхлопной поток выхлопного газа, проходящего через выхлопную систему и из нее.
29. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой систему дополнительно используют для охлаждения других источников генерации тепла.
30. Выхлопная охлаждаемая система по п.29, в которой другие источники генерации тепла содержат средство морского передвижения, первичный движитель и/или тормозные компоненты.
31. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой каждый теплообменник предусмотрен в общем контуре, имеющем совместно используемую охлаждающую жидкость.
32. Выхлопная охлаждаемая система по п.1, в которой каждый теплообменник предусмотрен в отдельном контуре.
33. Транспортное средство амфибия, содержащее выхлопную охлаждаемую систему по любому из пп.1-32.
34. Глиссирующее транспортное средство амфибия, содержащее выхлопную охлаждаемую систему по любому из пп.1-32 и по меньшей мере один узел убирающегося колеса.
