СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РЕДУКТОРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач КПП и редукторов ведущих мостов при эксплуатации транспортного средства в зимний период.
Работоспособность транспортного средства в значительной степени определяется стабильностью показателей работы трансмиссии. При увеличении теплоотдачи агрегатами трансмиссии в окружающую среду нарушается их тепловой режим работы, что влечет за собой увеличение внутренних потерь энергии и интенсивности изнашивания поверхностей трения зубчатых зацеплений.
При исследовании приспособленности автомобилей к зимним условиям эксплуатации было установлено, что при понижении температуры окружающего воздуха от 0 до минус 40°С и работе на городских маршрутах средняя температура основных агрегатов автобуса ПА3-672 составила: 3°С для ведущего моста, 33°С для коробки передач; у автомобиля ГА3-65 эти агрегаты имели температуры 2 и 39°С соответственно. На загородных маршрутах в этих условиях средняя температура ведущих мостов на 10°С выше, а коробки передач на 10-15°С ниже за счет использования повышенных передач [Кутлин А.А. Исследование влияния режима движения автомобилей на температуру их основных агрегатов и расход топлива в зимних условиях эксплуатации. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Киев, 1981. 20 с.]. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что в некоторых случаях эксплуатации трансмиссий транспортных средств в зимних условиях необходимы дополнительные источники энергии для поддержания их теплового режима или обеспечения рабочей температуры перед началом движения.
В настоящее время известно несколько устройств для обеспечения теплового режима агрегатов трансмиссии транспортных средств.
Известно устройство для подогрева картера КПП теплом отработавших газов (патент на ПМ №74605 опубликован в БИ №19 10.07.08 г). Данное устройство позволяет вторично использовать тепло двигателя транспортного средства на подогрев картера КПП. В качестве недостатков данного устройства можно отметить внедрение в конструкцию выпускной системы транспортного средства при его монтаже, что может привести к увеличению сопротивления выхлопных газов на выпуске, высокую степень пожароопасности и низкий коэффициент полезного действия (КПД).
Для увеличения эффективности нагрева используют СВЧ-нагреватель (патент на ПМ №82506 опубликован в БИ №12 27.04.09 г). Данное устройство также легко монтируется в картер КПП и работает от бортовой сети транспортного средства. Однако использование СВЧ-излучения для подогрева масла имеет ряд недостатков. Наличие большого количества металлических деталей требует проведения дополнительных мер по устранению взаимодействия СВЧ-волн с металлом при работе устройства для исключения возгорания масла.
Известна система для тепловой подготовки и поддержания оптимального теплового режима агрегатов трансмиссии и элементов подвески, взятая за прототип (патент на ПМ №119086 опубликовано 10.08.2012 Бюл. №22). Система обеспечивает прогрев до рабочей температуры и поддержание теплового режима редукторов трансмиссии, однако жидкость, используемая в качестве теплоносителя, теряет свою скорость в импортирующем теплообменнике из-за спиралевидного расположения ребер, необходимых для увеличения интенсивности теплообмена жидкости и выпускной системы двигателя транспортного средства. Вследствие последовательного соединения экспортирующих теплообменников неизолированными жидкостными магистралями, жидкость имеет низкую способность теплоотдачи агрегатам трансмиссии. Температура масла контролируется лишь в КПП, что вызывает разные тепловые режимы работы агрегатов трансмиссии.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение эффективности тепловой подготовки и поддержание теплового режима редукторов трансмиссии при эксплуатации транспортного средства в условиях пониженных температур окружающей среды.
Для достижения технической задачи предлагается заявляемая система обеспечения теплового режима механической трансмиссии транспортного средства, включающая теплоизолированные импортирующие теплообменники для нагрева жидкости системы, например антифриза, выполненные в виде двух полутруб жестко и герметично закрепленных с пластинами и полукольцами при помощи сварного соединения, для лучшей теплоотдачи внутри импортирующих теплообменников по направлению течения жидкости закреплены ребра, экспортирующие теплообменники КПП и ведущих мостов, соединенных параллельно и служащих для передачи теплоты от системы к редукторам трансмиссии, причем экспортирующие теплообменники ведущих мостов установлены на наружной части корпусов дифференциалов и выполнены аналогично их форме, водяной насос для циркуляции жидкости и обмена теплоты между теплообменниками системы, теплоизолированный расширительный бак для жидкости, снабженный пробкой с клапанным механизмом и объем которого превышает объем жидкости всей системы, датчики температуры масла в КПП и ведущих мостах транспортного средства, соединенные с электронным блоком управления ЭБУ для контроля за тепловым режимом агрегатов трансмиссии и управления электронными элементами системы, систему теплоизолированных жидкостных магистралей, теплоизолированный трубопровод, дополнительно соединяющий импортирующий теплообменник с верхней частью теплоизолированного расширительного бака, два электромагнитных клапана одностороннего действия, один из которых установлен в магистраль «теплоизолированный расширительный бак - система теплообменников», а второй электромагнитный клапан установлен между жидкостным насосом и точкой соединения магистралей «теплоизолированный расширительный бак - жидкостный насос - импортирующий теплообменник», предотвращающих в закрытом положении поступление жидкости из расширительного бака в систему и круговое движение жидкости между импортирующими и экспортирующими теплообменниками.
На фиг.1 представлена система обеспечения теплового режима редукторов механической трансмиссии транспортного средства в общем виде; на фиг.2 - конструкция импортирующих теплообменников в поперечном сечении; на фиг.3 - блок-схема работы системы в автоматическом режиме.
Основными звеньями системы являются импортирующие теплообменники 1, установленные на трубе 2 выпускной системы двигателя транспортного средства таким образом, что температура отработавших газов достаточна для нагрева жидкости в теплообменниках до величины не менее 70°С. Импортирующие теплообменники также соединены через крестовину 3 и дополнительный теплоизолированный трубопровод 4 с верхней частью теплоизолированного расширительного бака 5 для подачи воздуха в систему при необходимости. С целью предотвращения возникновения повышенного давления жидкости в системе, в теплоизолированном расширительном баке 5 предусмотрена пробка 6 с клапанным механизмом. Для изменения направления движения потока жидкости в систему нагрева устанавливаются электромагнитные клапаны одностороннего действия 7 и 8. Циркуляция нагретой жидкости внутри системы производится при помощи жидкостного насоса 9, работа которого осуществляется от бортовой сети транспортного средства. Теплопередача от системы обеспечения теплового режима к редукторам трансмиссии производится при помощи экспортирующих теплообменников 10 и 11, установленных в картере КПП и на наружной части корпусов дифференциалов ведущих мостов соответственно. Форма экспортирующих теплообменников 11 аналогична форме корпуса дифференциала, плотно прилегает к его наружной части и их количество варьируется в зависимости от числа ведущих мостов транспортного средства, тепловой режим которых необходимо поддерживать. Отдельные звенья системы соединяются между собой при помощи тройников 12 и 13, системы теплоизолированных жидкостных магистралей 14 и червячных хомутов 15.
Импортирующий теплообменник 1 представляет собой две полутрубы 16 и 17 разного диаметра, жестко и герметично закрепленных с пластинами 18 полукольцами 19 при помощи сварного соединения. Для лучшей теплоотдачи внутри теплообменника по направлению течения жидкости закреплены ребра 20. Жидкость к теплообменникам подводится и отводится через штуцеры 21, установленные таким образом, чтобы создать оптимальные потоки ее движения внутри теплообменников. С целью снижения потерь теплоты, теплообменники покрыты неорганическим теплоизоляционным слоем 22.
Так же система снабжена датчиками температуры масла 23, 24, 25 в картере КПП, редукторах ведущих мостов соответственно.
Система подогрева работает следующим образом.
При работе двигателя транспортного средства теплота отработавших газов движущихся по трубе выпускной системы 2 двигателя посредством теплопроводности передается импортирующим теплообменникам 1, внутри которых находится жидкость. Нагретая жидкость циркулирует по системе и подается к экспортирующим теплообменникам 10 и 11 за счет давления, создаваемого жидкостным насосом 9, в результате чего происходит нагрев масла в редукторах трансмиссии.
При температуре масла в редукторах трансмиссии транспортного средства ниже оптимальной, датчики температуры масла 23, 24 и 25 подают сигнал на ЭБУ 26, питающиеся от бортовой сети 27 транспортного средства. ЭБУ 26 открывает электромагнитные клапаны 7 и 8, одновременно включает жидкостный насос 9 и жидкость поступает из бака в систему и циркулирует без возврата в расширительный бак. При этом часть жидкости подается в экспортирующий теплообменник 10 КПП, другая часть - к теплообменникам 11, таким образом, обеспечивается параллельное движение жидкости по системе: «импортирующий теплообменник - экспортирующий теплообменник КПП» и «импортирующий теплообменник - экспортирующие теплообменники ведущих мостов». При достижении оптимального температурного режима в редукторах трансмиссии транспортного средства, который контролируется датчиками температуры масла 23, 24 и 25, ЭБУ 26 закрывает клапаны одностороннего действия 7 и 8. Жидкость поступает из системы обратно в расширительный бак, заполняя его до момента остановки жидкостного насоса 9, запрограммированного через ЭБУ 26 на время работы, достаточное для полной перекачки жидкости из системы, тем самым предохраняя жидкость от перегрева.
Предлагаемая система повысит эффективность тепловой подготовки редукторов трансмиссии в первые минуты работы транспортного средства, а так же обеспечит поддержание теплового режима в процессе их работы, при этом существенно упростится изготовление и монтаж импортирующих теплообменников.