СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ БЕЗРЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ РЕТАРДЕРОМ
COOLING SYSTEM FOR TRACKLESS VEHICLE WITH HYDRODYNAMIC RETARDER

Данное изобретение касается системы охлаждения для безрельсового транспортного средства, в котором установлен гидродинамический ретардер, в частности согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения.
Помимо так называемых масляных ретардеров, в которых в качестве рабочей среды используется масло, циркулирующее в собственном контуре рабочей среды этого ретардера, известны так называемые водяные ретардеры, которые подключены непосредственно в систему охлаждения безрельсового транспортного средства, в которой, как правило, в качестве охлаждающей среды используется вода или водяная смесь. Соответственно, рабочая среда ретардера одновременно является охлаждающей средой системы охлаждения.
В то время как в упомянутых первыми масляных ретардерах должен быть предусмотрен дополнительный теплообменник, чтобы отводить из рабочей среды тепло, выделяющееся в режиме торможения гидродинамического ретардера, например, в систему охлаждения безрельсового транспортного средства, в названных вторыми водяных ретардерах необходимость в таком отдельном теплообменнике отпадает, поскольку тепло гидродинамического ретардера отбирается непосредственно в ретардере охлаждающей средой и тем самым может быть отведено через уже имеющийся теплообменник системы охлаждения (автомобильный радиатор).
Примеры таких гидродинамических ретардеров, включенных в систему охлаждения безрельсового транспортного средства, к которым относится и данное изобретение, раскрыты в следующих публикациях:
EP 0 719 683 A2,
DE 297 07 304 U1,
DE 196 16 427 A1,
EP 1 251 050 B1,
DE 1 530 672 A,
EP 1 646 771 B1.
На практике оказалось, что их недостатком является то, что из-за включения гидродинамического ретардера непосредственно в систему охлаждения автомобиля может возникнуть повышенное с помощью насоса для охлаждающей среды сопротивление потоку, которое должна преодолевать охлаждающая среда. Таким образом, в неблагоприятных случаях требуется применение насоса для охлаждающей среды относительно большей мощности по сравнению с системами охлаждения без гидродинамических ретардеров. Согласно EP 1 646 771 B1 предлагаются поэтому различные меры, чтобы избежать необходимости в более мощном насосе для охлаждающей среды, который может привести к повышенному потреблению топлива.
В WO 97/33077 описан пример осуществления с гидродинамическим ретардером в системе охлаждения безрельсового транспортного средства, при котором посредством циркуляции жидкости по малому контуру, который ответвляется по потоку за гидродинамическим ретардером и возвращается перед насосом для охлаждающей среды, может быть установлено особенно маленькое значение минимального тормозного момента ретардера.
Вследствие возрастающего значения минимального потребления мощности насосом для охлаждающей среды, несмотря на уже предложенные меры, возникает потребность в снижении сопротивления потоку в системе охлаждения для безрельсового транспортного средства с непосредственно включенным в систему гидродинамическим ретардером.
Поэтому перед данным изобретением поставлена задача создать систему охлаждения для безрельсового транспортного средства, которая делает возможным включение гидродинамического ретардера в эту систему охлаждения с наиболее низкими потерями.
Поставленная задача решается согласно изобретению с помощью системы охлаждения для безрельсового транспортного средства, обладающего признаками, приведенными в независимом пункте 1 формулы. В зависимых пунктах формулы приведены предпочтительные и наиболее целесообразные варианты осуществления данного изобретения.
Предлагаемая изобретением система охлаждения для безрельсового транспортного средства содержит насос для охлаждающей среды, который обеспечивает циркуляцию охлаждающей среды в этой системе охлаждения. Кроме того, предусмотрен гидродинамический ретардер, содержащий облопаченное насосное колесо и облопаченное турбинное колесо, которые совместно образуют заполняемую рабочей средой рабочую полость. В этой рабочей полости путем приведения в действие насосного колеса может быть создан гидродинамический циркулирующий поток рабочей среды, посредством которого приводная мощность гидродинамически передается от насосного колеса на турбинное колесо, за счет чего насосное колесо затормаживается. Турбинное колесо может быть предусмотрено в качестве невращающегося статора или в качестве ротора, вращающегося в противоположном направлении относительно насосного колеса.
Согласно изобретению охлаждающая среда системы охлаждения одновременно является рабочей средой гидродинамического ретардера.
Такая система охлаждения включает в себя основной контур, в котором установлен насос для охлаждающей среды. Кроме того, в основном контуре предусмотрен приводной двигатель и/или другой агрегат безрельсового транспортного средства, охлаждаемый посредством охлаждающей среды. И наконец, в основном контуре установлен теплообменник для отвода полученного приводным двигателем или упомянутым другим агрегатом тепла охлаждающей среды, так что за счет приведения в действие насоса для охлаждающей среды, который предпочтительно находится в кинематической связи с указанным приводным двигателем или же может приводиться в действие другим двигателем, охлаждающая среда может циркулировать в основном контуре, чтобы сначала воспринимать указанное тепло в приводном двигателе и/или другом агрегате, а затем отдавать его в теплообменнике, например, в окружающую среду или во вторичный контур.
Согласно изобретению гидродинамический ретардер установлен в боковом ответвлении системы охлаждения. Боковое ответвление содержит подвод, который выходит из основного контура в месте ответвления и входит в гидродинамический ретардер, а также слив, выходящий из гидродинамического ретардера и входящий в месте вхождения в основной контур. Таким образом, охлаждающая среда в качестве рабочей среды гидродинамического ретардера отводится из основного контура, направляется через подвод в рабочую полость гидродинамического ретардера и, как правило, после прохождения в потоке гидродинамического контура возвращается из рабочей полости гидродинамического ретардера через слив снова в основной контур.
Согласно изобретению указанный слив, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, заканчивается в основном контуре перед местом ответвления упомянутого подвода или в месте ответвления этого подвода. Это значит, что в отличие от обычных до сих пор схем вхождение слива в основной контур предусмотрено не за местом ответвления подвода, а в любом случае в зоне общего узла этого места ответвления и места вхождения в основном контуре. Однако, если указанный слив - в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре - заканчивается перед местом ответвления упомянутого подвода, то место входа слива и место ответвления подвода расположены на одной общей стороне насоса для охлаждающей среды в основном контуре, т.е. либо оба за насосом для охлаждающей среды, т.е. на его стороне нагнетания, либо оба перед насосом для охлаждающей среды, т.е. на его стороне всасывания.
Под таким общим узлом и, соответственно, местом входа слива в месте ответвления подвода следуют все такие варианты выполнения, при которых это место входа предусмотрено в том же осевом участке основного контура, что и место ответвления. Как правило, при этом живое сечение потока места входа и живое сечение потока места ответвления не совпадают, а, например, предусмотрено их смещение относительно друг друга по периметру живого сечения потока основного контура. Возможно также, что в основном контуре в зоне указанного места вхождения и места ответвления предусмотрено общее живое сечение, так что, например, указанный подвод, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, ответвляется в осевом направлении рядом со сливом, над ним или под ним.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что указанное место ответвления подвода в основном контуре не содержит клапана, отклоняющего поток в упомянутый подвод, в частности не содержит никаких клапанов. Помимо этого, или в порядке альтернативы место вхождения слива в основной контур тоже не содержит клапана, регулирующего поток в сливе, в частности не содержит никаких клапанов.
Особенно благоприятно, если по меньшей мере в зоне места вхождения и места ответвления основной контур образован основным каналом, подвод образован подводящим каналом, а слив образован сливным каналом, причем эти разные каналы могут быть интегрированы, например, в один общий конструктивный элемент, в частности литой конструктивный элемент, и первый в осевом направлении участок основного канала, который, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположен непосредственно перед местом ответвления, проходит параллельно осевому направлению осевого участка подводящего канала, примыкающего непосредственно к месту ответвления, в частности соосен с ним. Модификация такого варианта выполнения предусматривает, что второй осевой участок основного канала, который, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположен непосредственно за местом ответвления, охватывает указанный осевой участок подводящего канала в окружном направлении или охватывается им в окружном направлении.
Один вариант осуществления предусматривает, что второй осевой участок основного канала, который, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположен непосредственно за местом ответвления, проходит параллельно осевому направлению осевого участка сливного канала, который примыкает непосредственно к месту вхождения, в частности соосен с ним.
Другое предлагаемое изобретением предпочтительное выполнение предусматривает, что, как указано выше, по меньшей мере в зоне места вхождения и места ответвления основной контур образован основным каналом, подвод образован подводящим каналом, а слив образован сливным каналом, но теперь, в отличие от предыдущего варианта, первый осевой участок основного канала, который, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположен непосредственно перед местом ответвления параллельно осевому направлению второго осевого участка основного канала, который, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположен непосредственно за местом ответвления, в частности соосен с ним.
Еще один предпочтительный вариант осуществления получается, если осевой участок подводящего канала, который непосредственно примыкает к месту ответвления, проходит параллельно осевому направлению осевого участка сливного канала, который примыкает непосредственно к месту вхождения, в частности соосен с ним. Модификация предусматривает, что этот осевой участок сливного канала в осевом направлении смещен относительно осевого участка подводящего канала, в частности расположен под ним или над ним.
Указанные первый осевой участок и второй осевой участок основного канала могут примыкать непосредственно друг к другу и образовывать линейный проточный канал постоянного сечения, в частности, с круглым или эллиптическим поперечным сечением. При таком варианте выполнения указанный подвод ответвляется из трубчатого канала под углом или перпендикулярно. Соответственно и слив тоже может выходить в этот проточный канал перед местом ответвления или в зоне места ответвления или соответственно в месте ответвления.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления указанный подвод имеет меньшее живое сечение потока, чем основной контур, по крайней мере относительно живого сечения потока основного контура в зоне места ответвления. Указанный слив тоже может - в дополнение или альтернативно - иметь меньшее живое сечение потока, чем основной контур, в частности, относительно живого сечения потока основного контура в зоне места вхождения. В порядке альтернативы живое сечение потока подвода и/или слива и, в частности, всего бокового ответвления может также быть больше, чем живое сечение потока основного контура по меньшей мере в зоне места ответвления.
Один вариант осуществления предусматривает, что упомянутое место ответвления и упомянутое место вхождения, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположены позади насоса для охлаждающей среды и тем самым на его стороне нагнетания. При этом отрезки в основном контуре между насосом для охлаждающей среды и местом ответвления, а также местом входа могут не содержать орган, регулирующий течение, и/или подлежащий охлаждению агрегат или соответственно приводной двигатель.
Один вариант осуществления предусматривает, что место ответвления и место вхождения, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре, расположены перед приводным двигателем или другим агрегатом, охлаждаемым охлаждающей средой. И в этом случае может быть предусмотрено, что между местом ответвления, соответственно местом вхождения, и приводным двигателем и соответственно упомянутым другим агрегатом нет регулирующего течение клапана и/или другого агрегата, подлежащего охлаждению.
Согласно одному варианту осуществления (в качестве примера) указанный слив выходит в патрубок в основном контуре, причем этот выходной конец патрубка выступает в поток охлаждающей среды в основном контуре. Таким образом, это место вхождения предусмотрено не непосредственно на внешнем периметре живого сечения потока основного контура, а дальше в направлении центра живого сечения потока основного контура. Благодаря этому, как будет пояснено ниже на одном примере осуществления, выходящая из слива охлаждающая среда может полностью или по меньшей мере в значительной степени выводиться через впускное сечение подвода.
В боковом ответвлении системы охлаждения с гидродинамическим ретардером может быть предусмотрен байпас для обхода гидродинамического ретардера, ответвляющийся от подвода и входящий в слив. Этот байпас и, в частности, место ответвления и/или место вхождения байпаса могут не содержать регулирующего поток клапана или любых клапанов.
В подводе может быть предусмотрен отключающий клапан для выборочного открытия или перекрытия живого сечения потока для охлаждающей среды в направлении гидродинамического ретардера. Такой отключающий клапан может быть выполнен, в частности, как двухпозиционный клапан, т.е. может не иметь никаких промежуточных положений для частичного перекрытия живого сечения потока.
В сливе может быть предусмотрен регулирующий клапан для вариативного регулирования живого сечения потока охлаждающей среды из ретардера. Такой регулирующий клапан предпочтительно имеет промежуточные положения для частичного перекрытия живого сечения потока, а также одно положение для полного перекрытия живого сечения потока и одно положение для полного открытия живого сечения потока и выполнен, например, в виде клапана непрерывного регулирования.
Далее изобретение будет пояснено на примерах различных вариантов осуществления.
На прилагаемых чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - первый вариант выполнения предлагаемой изобретением системы охлаждения с подключенным через узловой участок гидродинамическим ретардером;
Фиг. 2 - один вариант осуществления изобретения, при котором слив подключен к основному контуру перед местом ответвления подвода;
Фиг. 3 - пример выполнения узлового участка для подключения бокового ответвления с гидродинамическим ретардером к основному контуру;
Фиг. 4 - другой пример выполнения узлового участка;
Фиг. 5 - вариант выполнения узлового участка, при котором основная ветвь в зоне узлового участка может быть выполнена линейной;
Фиг. 6 - возможный вариант расположения подвода в осевом направлении параллельно сливу, однако со смещением относительно него;
Фиг. 7 - пример узлового участка с неперпендикулярным прохождением подвода и слива относительно основной ветви;
Фиг. 8 - пример выполнения, при котором подвод концентрично охвачен проточным каналом основной ветви;
Фиг. 9 - пример выполнения, при котором подвод и слив подключены к спиральному каналу насоса для охлаждающей среды на его стороне нагнетания;
Фиг. 10 пример выполнения с различными живыми сечениями потока основного канала в месте ответвления и в месте вхождения.
На Фиг. 1 схематично представлена система охлаждения безрельсового транспортного средства, в которой насос 1 для охлаждающей среды перекачивает охлаждающую среду через основной контур 2, в котором, помимо насоса 1 для охлаждающей среды, предусмотрен приводной двигатель 3 и теплообменник 4. Как показано пунктирной линией, этот насос 1 для охлаждающей среды может приводиться в действие, например, посредством приводного двигателя 3, который приводит в действие также и приводные колеса безрельсового транспортного средства (здесь подробно не показано).
Нагретая в приводном двигателе 3 охлаждающая среда охлаждается в теплообменнике 4. В показанном примере выполнения предусмотрен регулируемый посредством термостатного клапана 5 байпас 6 теплообменника в основном контуре 2 системы охлаждения.
В боковом ответвлении 7 расположен гидродинамический ретардер 8, в котором в качестве рабочей среды используется охлаждающая среда. В направлении течения охлаждающей среды в боковом ответвлении 7 по потоку выше гидродинамического ретардера 8 (перед ним) предусмотрен отключающий клапан 9, посредством которого может по выбору открываться или перекрываться живое сечение потока в подводе 11, ведущем к гидродинамическому ретардеру 8. В направлении течения охлаждающей среды в боковом ответвлении 7 по потоку ниже (позади) гидродинамического ретардера 8 предусмотрен регулирующий клапан 10, посредством которого может вариативно регулироваться живое сечение потока охлаждающей среды из гидродинамического ретардера 8 и, тем самым, в сливе 12, чтобы изменять тормозной момент гидродинамического ретардера 8.
В показанном на Фиг. 1 примере выполнения слив 12 входит в основной контур 2 в том месте, в котором предусмотрено также и место 13 ответвления подвода 11. Тем самым можно избежать выполнения байпаса в основном контуре 2 для гидродинамического ретардера 8, который вызвал бы увеличение пропускающей поток осевой длины основного контура 2 и тем самым привел бы к сравнительно большим гидравлическим потерям.
Вариант осуществления согласно Фиг. 2 в значительной степени соответствует варианту по Фиг. 1, и соответствующие конструктивные элементы обозначены теми же ссылочными позициями. Однако в отличие от первого варианта здесь слив 12, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре 2, перед местом 13 ответвления подвода 11. При показанном здесь в качестве примера расположении места 14 вхождения и места 13 ответвления на стороне нагнетания насоса 1 для охлаждающей среды указанное место 14 вхождения слива 12 располагается соответственно ближе к насосу 1 для охлаждающей среды, чем место 13 ответвления. При варианте осуществления согласно Фиг. 1, напротив, место 14 вхождения и место 13 ответвления были примерно или совсем одинаково удалены от насоса 1 для охлаждающей среды.
В варианте осуществления по Фиг. 2 в основном контуре 2 в направлении к гидродинамическому ретардеру 8 тоже не предусмотрен байпас, по которому непроходящая через гидродинамический ретардер 8 доля охлаждающей среды обводится мимо гидродинамического ретардера 8.
На Фиг. 3-8 в качестве примеров показаны возможные варианты выполнения узловых участков, т.е. варианты осуществления, при которых место 14 вхождения позиционировано в месте 13 ответвления в основном контуре 2. Представленные варианты осуществления могут быть реализованы и отличным образом с размещением места 14 вхождения перед местом 13 ответвления в основном контуре 2.
Во всех рассматриваемых ниже вариантах выполнения основной контур 2 в зоне места 13 ответвления и места 14 вхождения образован основным каналом 15, имеющим первый осевой участок 15.1 в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре 2 непосредственно перед местом 13 ответвления и второй осевой участок 15.2 в направлении течения охлаждающей среды в основном контуре 2 непосредственно за местом 13 ответвления. Подвод 11 образован подводящим каналом 16, а слив 12 образован сливным каналом 17.
Согласно Фиг. 3 осевое направление подводящего канала 16 подвода 11 проходит параллельно осевому направлению первого осевого участка 15.1 основного канала 15, в частности совпадает с ним, а осевое направление сливного канала 17 слива 12 проходит параллельно осевому направлению второго осевого участка 15.2 основного канала 15, в частности совпадает с ним, в каждом случае это относится к осевому участку подводящего канала 16 и, соответственно, сливного канала 17, который примыкает непосредственно к месту 13 ответвления и, соответственно, к месту 14 вхождения.
В представленном на Фиг. 3 примере выполнения сливной канал 17 имеет также патрубок 18, выходной конец которого выступает в поток охлаждающей среды в основном контуре 2, т.е. в первый осевой участок 15.1 основного канала 15. Патрубок 18 при этом может выступать в первый осевой участок 15.1 так далеко, что он частично или полностью перекрывает площадь сечения потока в месте 13 ответвления, препятствуя тем самым тому, чтобы вытекающая из слива 12 охлаждающая среда тут же обратно втекала в подвод 11, обеспечивая вместо этого ее течение дальше через основной контур 2, а именно во второй осевой участок 15.2 основного канала 15.
В представленном на Фиг. 3 варианте осуществления в качестве примера показан также байпас 19 в боковом ответвлении 7, через который может течь та охлаждающая среда бокового ответвления 7, которая не проводится через гидродинамический ретардер 8.
На Фиг. 3 схематично представлена конструкция ретардера 8 с насосным колесом 21 и турбинным колесом 22. Насосное колесо 21 и турбинное колесо 22 расположены в осевом направлении напротив друг друга и в своих облопаченных зонах образуют между собой рабочую полость 23.
Вариант осуществления по Фиг. 4 в значительной мере соответствует варианту по Фиг. 3. Однако здесь байпас в боковом ответвлении 7 не предусмотрен, равно как и патрубок 18, выступающий в основной канал 15.
Согласно варианту выполнения, представленному на Фиг. 5, первый осевой участок 15.1 основного канала 15 расположен параллельно оси второго осевого участка 15.2, в частности соосен с ним. Кроме того, подводящий канал 16 подвода 11 расположен параллельно оси сливного канала 17 слива 12 или соосен с ним.
На Фиг. 6 представлена возможность позиционирования подводящего канала 16 параллельно сливному каналу 17, однако со смещением относительно него. Тем самым можно избежать того, что охлаждающая среда, втекающая из слива 12 в основной канал 15, будет сразу же течь снова в подвод 11.
Выполнение по Фиг. 7 в значительной степени соответствует выполнению по Фиг. 5, однако подводящий канал 16 и сливной канал 17 расположены не перпендикулярно, а наклонно относительно основного канала 15.
На Фиг. 5 и 7 указано, что живые сечения потоков подводящего канала 16 и, в частности, всего подвода 11 и/или поперечное сечение потока сливного канала 17 и, в частности, всего слива 12 по меньшей мере по существу могут соответствовать поперечному сечению потока основного канала 15. В вариантах осуществления по Фиг. 3, 4 и 6, напротив, показано, что эти каналы имеют сравнительно меньшее поперечное сечение потока. Однако в каждом из показанных вариантов выполнения это может быть предусмотрено и иначе.
На Фиг. 8 представлен пример выполнения, при котором подводящий канал 16 в окружном направлении охвачен вторым осевым участком 15.2 основного канала 15, а сливной канал 17 слива 12 входит в кольцевой канал 20 на основном канале 15.
Согласно Фиг. 9 насос 1 для охлаждающей среды имеет спиральный канал 1.1, по которому рабочее колесо 1.2 насоса перекачивает охлаждающую среду. По этому спиральному каналу 1.1 охлаждающая среда оставляет насос 1 для охлаждающей среды. Как подвод 11, так и слив 12 подключены к спиральному каналу 1.1, т.е. подвод 11 от него ответвляется, а слив 12 входит в него и именно непосредственно рядом друг с другом.
Поперечное сечение потока спирального канала 1.1 возрастает по мере увеличения полезной длины спирального канала 1.1, т.е. с увеличением длины спирального канала 1.1 в направлении течения рабочей среды, так как собирается все больше охлаждающей среды, которая выходит по периметру из рабочего колеса 1.2 насоса.
Как показано пунктирной линией, место входа слива 12 может иметь сопло для охлаждающей среды, выходящей из гидродинамического ретардера (на Фиг. 9 не показан), так что текущая по спиральному каналу 1.1 охлаждающая среда захватывается по типу водоструйного насоса. Гидродинамический ретардер в режиме торможения оказывает на охлаждающую среду именно значительное накачивающее воздействие, так что в этом сопле возникает соответствующее подъемное усилие.
Идея выполнения сопла на конце слива гидродинамического ретардера может быть реализована также независимо от позиционирования слива в системе охлаждения, а также с учетом его положения относительно подвода.
В отличие от показанного на Фиг. 9 слив 12, если смотреть в направлении течения охлаждающей среды через спиральный канал 1.1, может входить в спиральный канал 1.1 перед подводом 11, при необходимости, в виде сопла, которое частично или полностью выходит за впускное сечение подвода 11.
Согласно Фиг. 10 основной канал 15 в месте 14 вхождения слива 12 имеет меньшее поперечное сечение потока, чем в месте 13 ответвления подвода 11. Благодаря этому динамическое давление в основном канале 15 в месте 13 ответвления вследствие меньшей скорости течения охлаждающей среды ниже, чем в месте 14 вхождения, за счет чего статическое давление соответственно выше. Это улучшает течение в боковом ответвлении с гидродинамическим ретардером (на Фиг. 10 отдельно не представлено).