Способ управления приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины и устройство для его осуществления
METHOD FOR OPERATION OF TRACK VEHICLE POWER UNIT COOLING SYSTEM FAN DRIVE AND APPARATUS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к эксплуатации транспортного средства, а именно к обеспечению охлаждения силовой установки гусеничной военной машины, осуществляемому гидродинамической приводной системой вентилятора.
Охлаждение силовой установки транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания осуществляется приводным управляемым вентилятором, интенсивность работы которого изменяется в зависимости от режима работы двигателя в реальных условиях и потребности изделия в кратковременном повышении располагаемой мощности на ведущих колесах для совершения маневра за счет отключения вентилятора.
Технический результат заключается в повышении эффективности системы охлаждения силовой установки транспортного средства, обеспечении многорежимности работы привода вентилятора, компактности размещения оборудования системы охлаждения, повышении динамических характеристик и живучести транспортного средства.
Известен дизельный двигатель внутреннего сгорания [1] с V-образным расположением цилиндров, с системой охлаждения, содержащей крыльчатку вентилятора, муфту привода крыльчатки вентилятора, ременный привод муфты от шкива коленчатого вала двигателя, отличающийся тем, что содержит электронный блок управления работой дизельного двигателя, датчик частоты вращения крыльчатки вентилятора и датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, электрически соединенные с электронным блоком управления работой двигателя, при этом электронный блок управления выполнен с функцией отключения шкива муфты от крыльчатки вентилятора при резком останове двигателя. Недостаток данного решения в применении ременной передачи, имеющей низкую надежность для приводов вентилятора гусеничных машин.
В качестве другого аналога уместно привести систему охлаждения танка [2], позволяющую автоматически поддерживать рациональный температурный режим силовой установки, чем обеспечивается облегчение условий деятельности механика-водителя путем замены фрикциона вентилятора магнитореологической муфтой, кинематически соединенной с муфтой выключения вентилятора, управляемой электронным блоком. Заявленная гидромуфта, содержащая жидкость, обладающую обратимой способностью изменения вязкости под действием электрического поля, сложна для реализации, так как требует относительно высокого потребления электрической энергии при создании электромагнитного поля в магнитореологической жидкости для получения вязкости, при которой будет обеспечиваться требуемое вращение вентилятора.
Известен привод вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания [3], в котором фрикцион вентилятора выполнен с возможностью прерывания кинематической связи между двигателем и вентилятором системы охлаждения транспортного средства, за счет бустера, в полость которого осуществляется подача масла после включения электромагнита золотниковой коробки. Масло, преодолевая силу пружин, оттягивает нажимной диск, освобождая пакет дисков. Кинематическая цепь разъединяется, мощность двигателя к вентилятору не передается. При этом в источнике [3] не сделан акцент на параметрах, при которых происходит срабатывание «электромагнита золотниковой коробки», что делает невозможным осуществление технического решения третьими лицами в соответствии с заявленной формулой. При управлении приводом вентилятора системы охлаждения посредством замыкания фрикционных дисков с пружинами, при относительно высоких оборотах вращения вентилятора и передаваемой мощности происходит значительная пробуксовка и износ фрикционных дисков, при этом передаваемый крутящий момент изменяется в широком диапазоне, оптимальный температурный режим двигателя внутреннего сгорания на протяжении всего рабочего времени работы гусеничной машины не достигается.
Эффективным способом передачи крутящего момента от двигателя транспортного средства является гидромуфта. Мотивация известна [4], [5], [6], но заявитель рассматривает гидродинамическую приводную систему, содержащую гидромуфту, как наиболее приемлемую в сочетании с современными элементами управления, поскольку гидромуфты обладают рядом технических достоинств - простотой конструкции, обеспечением плавности изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя, снижением ударных нагрузок на трансмиссию.
Авторами разработан способ управления приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины как технологические операции, действия и усовершенствования элементов оборудования,  решающих поставленную проблему - повышение эффективности системы охлаждения силовой установки транспортного средства, обеспечение многорежимности работы привода вентилятора, компактности размещения оборудования системы охлаждения, повышение динамических характеристик и живучести транспортного средства, выразившийся в заявляемом «Способе управления приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины..» и  «Устройстве..» для его осуществления. Технический результат, как отмечено, включает в себя повышение живучести гусеничной машины, выраженную в большей маневренности, ускорении движения транспортного средства за счет кратковременного высвобождения мощности, расходуемой на обеспечение работы вентилятора системы охлаждения силовой установки.
На Фиг.1 представлена кинематическая схема устройства для осуществления заявляемого «Способа управления приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины» и обозначены позиции:
1 - двигатель внутреннего сгорания силовой установки гусеничной машины;
2 - входной редуктор трансмиссии, осуществляющий передачу мощности с требуемым числом оборотов от двигателя внутреннего сгорания к коническому редуктору;
3 - ведущая шестерня, осуществляющая передачу вращения к насосному колесу гидромуфты;
4 - электромагнитный клапан, производящий открытие и закрытие канала подачи масла в рабочую полость гидромуфты;
5 - шестерня, передающая крутящий момент на насосное колесо;
6 - насосное колесо, осуществляющее формирование потока масла в рабочей полости гидромуфты для вращения турбинного колеса;
7 - турбинное колесо, передающее крутящий момент на карданный вал к коническому редуктору;
8 - радиатор охлаждения, осуществляющий охлаждение охлаждающей жидкости (воды или антифриза), циркулирующей в системе охлаждения силовой установки;
9 - карданный вал, передающий вращение на конический редуктор;
10 - конический редуктор, обеспечивающий изменение направления и частоты вращения вала привода вентилятора;
11 - вентилятор, осуществляющий циркуляцию охлаждающего воздуха через радиатор;
12 - блок управления гидромуфтой, электронный блок, осуществляющий включение и выключение электромагнитного клапана;
13 - датчик температуры охлаждающей жидкости;
14 - датчик положения педали подачи топлива;
15 - карданный вал, передающий вращение от конического редуктора на вентилятор;
16 - гидромуфта;
17 - корпус входного редуктора.
Взаимодействие элементов кинематической схемы: крутящий момент, создаваемый двигателем 1, поступает на шестерню 3 входного редуктора 2; входной редуктор 2 посредством карданного вала 9 связан с коническим редуктором 10, связанный, в свою очередь, посредством карданного вала 15  с вентилятором 11, осуществляющим циркуляцию воздуха через радиатор 8; в корпусе 17 входного редуктора 2 установлено насосное 6 и турбинное 7 колеса гидромуфты 16, приводимой во вращение от шестерни 5 входного редуктора 2; электромагнитный клапан 4 подключен к блоку 12 управления гидромуфтой; упомянутый блок управления электрически связан с датчиком 13 температуры охлаждающей жидкости и датчиком 14 положения педали подачи топлива.
Работа привода вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины при прерывании или замыкании кинематической связи между двигателем внутреннего сгорания силовой установки гусеничной машины и вентилятором посредством гидромуфты осуществляют следующим образом. Блок 12 управления гидромуфтой обеспечивает включение или выключение электромагнитного клапана 4, регулирующего подачу масла в гидромуфту 16, в зависимости от сигналов датчика 13 температуры охлаждающей жидкости и датчика 14 положения педали подачи топлива. В таблице 1 приведен пример осуществления способа управления приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины во всем диапазоне рабочих температур и режимов работы, от пуска двигателя до движения при предельных значениях температуры охлаждающей жидкости.
Таблица 1
Пример осуществления способа управления приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины
№
Температура охлаждающей жидкости, °С
Состояние вентилятора
Положение педали подачи топлива
Ход педали, %
Состояние электромагнитного клапана
Прим.
1
˂83<u>+</u>3
Не работает
I
0/старт
включен
Рабочее значение температуры
2
≥ 90<u>+</u>3
Работает
II
˂ 90
выключен
Превышение  рабочего значениятемпературы
3
˂ 110
Не работает
III
90 -100
включен на 30<u>+</u>2сек.
Кратковременное включение
4
≥110
Работает
III
90-100
выключен
При входе в режим III
5
≥ 117<u>+</u>3
Работает
III
90 -100
выключен
В режиме III
При работающей силовой установке гусеничной машины электромагнитный клапан 4 включается и выключается в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в следующем порядке:
+
1.  I положение педали подачи топлива. При температуре охлаждающей жидкости до (833)°С  по сигналу датчика 13 температуры охлаждающей жидкости электромагнитный клапан 4 включен, подвод масла к гидромуфте 16 закрыт. Вентилятор 11 не работает. Мощность, передаваемая на ведущие колеса максимальна.
+
2. II положение педали подачи топлива. При достижении температуры (903)°С по сигналу датчика 13 температуры охлаждающей жидкости электромагнитный клапан 4 выключается, открывается подвод масла к гидромуфте 16, заполнение маслом которой обеспечивает включение вентилятора. При дальнейшем повышении температуры электромагнитный клапан 4 выключен. Вентилятор 11 работает. Мощность, передаваемая на ведущие колеса гусеничной машины снижается на величину мощности потребляемой приводом вентилятора.
+
+
+
3. III положение педали подачи топлива. Гусеничная машина в движении. При положении педали подачи топлива более 90 % ее хода по сигналу датчика 14 педали подачи топлива блок 12 управления гидромуфтой включает электромагнитный клапан 4 на время (302) с, что приводит к прекращению подачи масла в гидромуфту и ее опорожнению, при этом вентилятор 11 отключается.   Высвобожденную мощность силовой установки  гусеничной машины в течение (302) с используют для выполнения маневра или ускорения машины. Данный прием может быть повторен. По истечении указанного времени управление электромагнитным клапаном 4 и вентилятором 11 системы охлаждения осуществляют в соответствии с сигналами датчика 13 температуры охлаждающей жидкости. При температуре охлаждающей жидкости более (1173)°С управление электромагнитным клапаном 4 и вентилятором 11 системы охлаждения осуществляют в соответствии с п.2, при этом вентилятор 11 работает постоянно, независимо от положения педали подачи топлива.
В результате применения «Способа…», на взгляд заявителя, получен ожидаемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности системы охлаждения силовой установки транспортного средства, обеспечении многорежимности работы привода вентилятора, компактности размещения оборудования системы охлаждения, повышении динамических характеристик и живучести транспортного средства. Управление приводом вентилятора системы охлаждения силовой установки гусеничной машины заключается в осуществлении прерывания или замыкания гидромуфтой кинематической связи между двигателем силовой установки и вентилятором посредством блока управления гидромуфтой.
Управление работой вентилятора 11 осуществляют положением педали подачи топлива, оснащенной датчиком 14 положения, посредством блока 12  управления  гидромуфтой, с учетом сигнала датчика 13 температуры охлаждающей жидкости. При этом в положении от 0 % до 90 % хода педали подачи топлива обеспечивают прерывание кинематической связи между силовой установкой 1 и вентилятором 11 по сигналу датчика 13 температуры охлаждающей жидкости в интервале от минимального до заданного рабочего значения температуры. При превышении рабочего значения температуры по сигналу датчика 13 и положении педали до 90% хода посредством блока 12 управления гидромуфтой 16 осуществляют замыкание кинематической связи между силовой установкой 1 и вентилятором 11. При этом мощность, передаваемая от двигателя силовой установки 1 на ведущие колеса гусеничной машины снижается на величину мощности, потребляемой приводом вентилятора для охлаждения силовой установки. Указанные циклы включения и отключения привода вентилятора могут повторяться непрерывно вплоть до завершения движения машины и останова двигателя.
+
Для осуществления маневра, связанного с необходимостью максимально интенсивного ускорения гусеничной машины, возможно востребование мощности потребляемой приводом вентилятора, для чего требуется осуществить ее высвобождение за счет отключения  вентилятора. Для этого обеспечивают перемещение педали подачи топлива в положение, соответствующее более 90% хода педали, блок 12 управления гидромуфтой по сигналу датчика 14 положения педали подачи топлива осуществляет прерывание кинематической связи между двигателем силовой установки 1 и вентилятором 11 на заданный интервал времени (302) с. Затем по сигналу датчика 13 температуры охлаждающей жидкости или по истечению заданного интервала времени блок 12 управления гидромуфтой осуществляет замыкание кинематической связи между двигателем силовой установки 1 и вентилятором 11. Вентилятор включается, температура охлаждающей жидкости снижается, привод вентилятора возвращается в состояние готовности к повторному отключению.
Таким образом, применяя заявляемый «Способ…» достигнут технический результат  - повышение эффективности системы охлаждения силовой установки гусеничной машины, обеспечена многорежимность работы привода вентилятора, обеспечено повышение динамических характеристик и живучести транспортного средства при компактном размещении оборудования в машине.
Для осуществления заявляемого «Способа…» заявлено и «Устройство..», представляющее собой совокупность элементов, включающей силовую установку гусеничной машины 1 с двигателем внутреннего сгорания, входной редуктор 2, ведущую шестерню 3, электромагнитный клапан 4, шестерню насосного колеса 5, насосное колесо 6,  турбинное колесо 7, радиатор 8, карданные валы 9 и 15, конический редуктор 10,  вентилятор 11, блок 12 управления гидромуфтой, датчик 13 температуры охлаждающей жидкости, электрически связанный с блоком управления гидромуфтой, гидромуфту 16, датчик 14 положения педали подачи топлива, электрически связанный с блоком управления гидромуфтой.
Заявителю неизвестна совокупность элементов оборудования, позволяющая достичь заявленный технический результат. Проблема повышения эффективности системы охлаждения силовой установки гусеничной машины, на взгляд заявителя, решена, а предложенное техническое решение обладает при этом изобретательским уровнем и перспективой практического применения.
Источники литературы
1. Боженов А.С. и др. Дизельный двигатель внутреннего сгорания. Полезная модель, патент РФ № 158741. МПК F02B 3/06, F01P 5/04. Приоритет 17.08.2015, опубл. 20.01.2016, бюл. №2. Патентообладатель: Российская Федерация,  от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ. (К сведению: адрес для переписки - г. Екатеринбург, ООО «Уральский дизель-моторный завод»).
2. Шабалин Д.В. и др. Система охлаждения танка. Полезная модель, патент РФ № 175715. МПК F01P 5/04, F01P 7/08. Приоритет 28.10.2016, опубл.  15.12.2017 г., бюл. № 35. Патентообладатель - «Общевойсковая  академия Вооруженных сил Российской Федерации», РФ, от имени которой выступает Министерство обороны РФ.
3. Козырьков Д.А., Огибенин П.А. Привод вентилятора системы охлаждения транспортного средства. Патент РФ 2534662. F01P 5/04. F01P 7/08. Патентообладатель ОАО «УКБТМ», Нижний Тагил. Приоритет от 30.04.2013 г. Опубл. 10.12.2014г. Бюл. № 34.
4. Гидромуфта. Выдержка из публикации [Электронный ресурс]. URL: https://seite1.ru/zapchasti/gidromufta-i-vsechto-neobxodimo-o-nej-znat/.html (дата обращения 22.07.2020 г.).
5. Теория и конструкция танка» в десяти томах. Под ред. П.П. Исакова. Том 5. Трансмиссии военных гусеничных машин. М.Машиностроение.1985. С. 111, 114, 115.
6. А.М. Кригер и др. Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей. М., Машиностроение, 1985 г. С.142.