ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE AUXILIARY HEATER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к тепловым генераторам, а более конкретно - к вспомогательной жидкостной нагревательной системе для подвода дополнительного тепла в пассажирский салон самоходного транспортного средства.
Уровень техники
Обычные самоходные транспортные средства, как правило, включают в себя нагревательную систему для подачи теплого воздуха в пассажирский салон транспортного средства. Нагревательная система включает в себя систему управления, которая позволяет водителю транспортного средства регулировать количество и/или температуру воздуха, подаваемого в пассажирский салон, с возможностью достижения желательной температуры воздуха внутри пассажирского салона. В качестве источника тепла для нагревания воздуха, подаваемого в пассажирский салон, обычно используют охлаждающую жидкость из системы охлаждения двигателя транспортного средства.
Нагревательная система, как правило, включает в себя теплообменник, гидравлически соединенный с системой охлаждения двигателя транспортного средства. Теплая охлаждающая жидкость из системы охлаждения двигателя проходит через теплообменник, где отдает тепло массе холодного воздуха, протекающего через нагревательную систему. Тепловая энергия, передаваемая из теплой охлаждающей жидкости в массу холодного воздуха, вызывает рост температуры этого воздуха. Нагретый воздух выпускается в пассажирский салон, обогревая внутреннее пространство транспортного средства с достижением желательной температуры воздуха.
Система охлаждения двигателя транспортного средства обеспечивает удобный источник тепла для обогрева пассажирского салона транспортного средства. Один из недостатков использования охлаждающей жидкости двигателя заключается в том, что в типичном случае возникает значительная задержка между моментом, когда двигатель транспортного средства запускается впервые, и моментом, когда нагревательная система начинает подавать воздух, имеющий предпочтительную температуру. Эта ситуация имеет место, в частности, когда транспортное средство работает в условиях очень холодной окружающей среды или простояло в течение некоторого периода времени. Эта задержка возникает из-за того, что охлаждающая жидкость имеет, по существу, ту же температуру, что и воздух, протекающий через нагревательную систему в пассажирский салон, когда двигатель запускают в первый раз. По мере продолжения работы двигателя часть тепла, генерируемого в качестве побочного продукта сгорания смеси топлива и воздуха в цилиндрах двигателя, передается в охлаждающую жидкость, вызывая рост температуры охлаждающей жидкости. Поскольку температура воздуха, выпускаемого из нагревательной системы, является функцией температуры охлаждающей жидкости, проходящей через теплообменник, нагревательная система будет вырабатывать пропорционально меньше тепла, нагревая при этом охлаждающую жидкость двигателя, когда эта охлаждающая жидкость имеет предпочтительную рабочую температуру. Таким образом, между моментом запуска двигателя в первый раз и моментом, когда нагревательная система начинает подавать воздух с приемлемым уровнем температуры, может пройти длительный период времени. Время, необходимое для этого, изменяется в зависимости от различных факторов, включая начальную температуру охлаждающей жидкости и начальную температуру нагреваемого воздуха. Предпочтительным является как можно более быстрое достижение предпочтительной рабочей температуры охлаждающей жидкостью.
Еще одно возможное ограничение, накладываемое на использование охлаждающей жидкости двигателя в качестве источника тепла для нагревательной системы транспортного средства, заключается в том, что при некоторых рабочих условиях двигатель может и не отдать охлаждающей жидкости тепло, которого будет достаточно для гарантии того, что поток воздуха из нагревательной системы транспортного средства достигнет желательной температуры. Это может произойти, например, при эксплуатации транспортного средства с очень эффективным двигателем при условии низкой нагрузки или в условиях, когда температура окружающей среды необычайно низкая. Оба этих условия уменьшают количество тепла, которое нужно отобрать у двигателя для охлаждающей жидкости, чтобы поддержать желаемую рабочую температуру двигателя. Это приводит к меньшей тепловой энергии, доступной для нагревания воздуха, протекающего через нагревательную систему транспортного средства.
Поэтому желательно разработать вспомогательную нагревательную систему, выполненную с возможностью прерывистого подвода дополнительного тепла охлаждающей жидкости двигателя и увеличения теплового кпд нагревательной системы пассажирского салона транспортного средства.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет полностью понятным из подробного описания и прилагаемых чертежей, при этом:
на фиг.1 представлено схематическое изображение обычной системы охлаждения двигателя и нагревательной системы для обогрева пассажирского салона;
на фиг.2 представлено схематическое изображение предпочтительного варианта осуществления вспомогательной нагревательной системы транспортного средства согласно настоящему изобретению, объединенной с системой охлаждения двигателя и нагревательной системой, показанными на фиг.1;
на фиг.3 представлено более подробное изображение предпочтительного варианта осуществления вспомогательной нагревательной системы, показанной на фиг.2;
на фиг.3а представлен фрагментарный вид в разрезе жидкостного теплового генератора, используемого в связи с вспомогательной нагревательной системой в предпочтительным варианте ее осуществления;
на фиг.4 представлен вид в разрезе вспомогательной нагревательной системы в альтернативном варианте ее осуществления, причем она показана включающей в себя пропорциональный клапан для регулирования количества тепла, вырабатываемого жидкостным тепловым генератором;
на фиг.5 представлен вид в разрезе вспомогательной нагревательной системы, показанной на фиг.4, модифицированной посредством включения в нее сдвоенных гидродинамических камер;
на фиг.6 представлен вид в разрезе вспомогательной нагревательной системы, показанной на фиг.7, модифицированной посредством включения в нее сдвоенных гидродинамических камер;
на фиг.7 представлен вид в разрезе вспомогательной нагревательной системы, приспособленной для прикрепления непосредственно к коленчатому валу двигателя;
на фиг.8 представлен вид в разрезе вспомогательной нагревательной системы, включающей в себя шестеренчатый насос и электромагнитный клапан для регулирования количества тепла, вырабатываемого жидкостным тепловым генератором.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание предпочтительных вариантов осуществления является лишь иллюстративным по своей природе, и ни в коем случае не должно рассматриваться как ограничивающее это изобретение, его приложение или возможности применения.
На фиг.1 показано схематическое изображение обычной системы 20 охлаждения транспортного средства, предназначенной для регулирования рабочей температуры двигателя 22. Система 20 охлаждения включает в себя водяной насос 24, который приводится в действие для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости 21 через двигатель 22 с целью поглощения избыточного тепла, вырабатываемого двигателем 22. Это избыточное тепло является побочным продуктом сгорания смеси топлива и воздуха в цилиндрах 23 двигателя 22, при котором совершается полезная механическая работа по продвижению транспортного средства. Энергию для водяного насоса 24 можно сообщать посредством шкива 25 привода агрегатов двигателя и посредством ремня 27 привода, который введен в контакт со шкивом 29 водяного насоса 24. Шкив 25 привода агрегатов в типичном случае соединен с коленчатым валом (не показан) двигателя 22. Охлаждающая жидкость циркулирует по каналам (не показаны) в двигателе, где эта жидкость поглощает часть избыточного тепла. После циркуляции по двигателю, охлаждающая жидкость выходит из двигателя 22 по каналу 26. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, покидающей двигатель, охлаждающая жидкость направляется либо обратно в водяной насос 24 по шунтирующей обводной магистрали 28 для повторной циркуляции через двигатель 22, либо в радиатор 30 по магистрали 32 жидкости.
Распределением охлаждающей жидкости 21 между обводной магистралью 28 и магистралью 32 жидкости управляет термостат 34. Термостат 34 может быть термоактивируемым клапаном, выполненным с возможностью автоматического регулирования своей площади проходного сечения в зависимости от температуры охлаждающей жидкости 21, выходящей из двигателя 22 по выходному каналу 26. Автомобильные термостаты можно откалибровать так, что они будут открываться при предварительно определенной температуре охлаждающей жидкости (измеряемой внутри термостата 34), например, 87,8° по Цельсию (190° по Фаренгейту). При температурах охлаждающей жидкости, которые ниже калибровочной температуры, термостат 34 может быть полностью закрыт, препятствуя подаче охлаждающей жидкости из радиатора 30 по магистрали 32. При температурах, равных калибровочной температуре или немного превышающих ее, термостат 34 начинает открываться, позволяя направлять часть охлаждающей жидкости 21 из двигателя 22 в радиатор 30. При температурах охлаждающей жидкости, значительно превышающих калибровочную температуру, термостат 34 будет полностью открываться, что приводит к максимизации расхода охлаждающей жидкости 21 в радиатор 30 при конкретных рабочих условиях транспортного средства.
Охлаждающая жидкость 21, проходящая по магистрали 32 жидкости, попадает в радиатор 30 через входное отверстие 36. Охлаждающая жидкость 21 протекает по радиатору 30, где она отдает часть своего тепла потоку окружающего воздуха 38, протекающему мимо радиатора. Охлаждающая жидкость 21 выходит из радиатора 30 через выходное отверстие 40 при более низкой температуре, чем температура охлаждающей жидкости, попадающей в радиатор 30 во входном отверстии 36. Покидая радиатор 30 в выходном отверстии 40, охлаждающая жидкость 21 направляется в водяной насос по магистрали 42 жидкости.
С водяным насосом 24 гидравлически соединен расширительный бачок 42. Расширительный бачок 42 представляет собой резервуар для улавливания охлаждающей жидкости 21, выпускаемой из системы 20 охлаждения, когда охлаждающая жидкость нагревается, что может происходить при запуске двигателя 22 после простоя в течение некоторого периода времени. Часть избыточной охлаждающей жидкости 21 также можно отводить из расширительного бачка 42 и возвращать обратно в систему 20 охлаждения, когда температура охлаждающей жидкости внутри системы 20 охлаждения уменьшается, что может происходить при простое двигателя 22.
Обычные самоходные транспортные средства включают в себя нагревательную систему 46 для обеспечения подачи теплого воздуха с целью обогрева в пассажирский салон 50 транспортного средства. Нагревательная система 46 включает в себя теплообменник 52, также известный под названием «активная нагревательная зона» и гидравлически соединенный с системой 20 охлаждения с помощью входного нагревательного шланга 54 и выходного нагревательного шланга 56. Входной нагревательный шланг 54 может быть соединен с системой 20 охлаждения в термостате 34. Часть охлаждающей жидкости 21, покидающей двигатель 22 по каналу 26, проходит по нагревательному шлангу 54 в активную нагревательную зону 52. Охлаждающая жидкость 21 отдает часть своего тепла потоку 48 воздуха, обтекающему активную нагревательную зону 52. Воздушный поток 48 может включать в себя воздух, всасываемый снаружи транспортного средства, из пассажирского салона 50 транспортного средства, или комбинацию воздуха снаружи и из салона. Воздушный поток 48 покидает активную нагревательную зону 52 при температуре, большей, чем та, которую он имел, попадая в упомянутую зону. Теплый воздушный поток 48 можно выпускать в пассажирский салон 50 для согревания внутреннего пространства транспортного средства. Теплый воздушный поток 48 можно также направлять с возможностью обтекания внутренней поверхности стекол (не показано) транспортного средства для удаления инея или конденсационных потеков, которые могут образовываться на поверхности стекол. Нагревательная система 46 может также включать в себя различные регуляторы (не показаны) для регулирования температуры и расхода воздушного потока 48, подаваемого в пассажирский салон 50.
Обращаясь к фиг.2, отмечаем, что вспомогательная нагревательная система 58 (ВНС) согласно настоящему изобретению схематически показана гидравлически соединенной с системой 20 охлаждения и нагревательной системой 46. Вспомогательная нагревательная система 58 приводится в действие с целью управления распределением охлаждающей жидкости 21 между системой 20 охлаждения и нагревательной системой 46, а также подвода дополнительного тепла, если потребуется, к той части охлаждающей жидкости 21, которая подается в активную нагревательную зону 52.
Вспомогательная нагревательная система 58 может быть гидравлически соединена с системой 20 охлаждения с помощью входного нагревательного шланга 54 и выходного нагревательного шланга 56. Охлаждающую жидкость 21 из системы 20 охлаждения можно подавать во вспомогательную нагревательную систему 58 по входному нагревательному шлангу 54, соединенному со вспомогательной нагревательной системой 58 в отверстии 60. Охлаждающую жидкость можно возвращать в систему 20 охлаждения по выходному нагревательному шлангу 56, соединенному со вспомогательной нагревательной системой 58 в отверстии 74.
Вспомогательная нагревательная система 58 может быть гидравлически соединена с активной нагревательной зоной 52 входным нагревательным шлангом 54а и выходным нагревательным шлангом 56а. Охлаждающая жидкость 21, циркулирующая внутри вспомогательной нагревательной системы 58, может покидать нагревательную систему 58 в отверстии 62 и проходить по входному нагревательному шлангу 54а в активную нагревательную зону 52, в которой часть тепла из охлаждающей жидкости может быть передана воздушному потоку 48. Покинув активную нагревательную зону 52, охлаждающая жидкость направляется обратно во вспомогательную нагревательную систему 58 по выходному нагревательному шлангу 56а, по которому она снова попадает во вспомогательную нагревательную систему 58 в отверстии 64.
Обращаясь к фиг.3, отмечаем, что вспомогательная нагревательная система 58 показана включающей в себя жидкостной тепловой генератор (ЖТГ) 76 для обеспечения дополнительного нагрева, по меньшей мере, части охлаждающей жидкости 21, подаваемой в активную нагревательную зону 52. Пример одного такого жидкостного теплового генератора описан в патенте США №5683031 (Sanger) под названием «Жидкостной тепловой генератор» ("Liquid Heat Generator"), выданном 4 ноября 1997 г. Патент №5683031 упоминается здесь для справок. Вспомогательная нагревательная система 58 может также включать в себя управляющий клапан 66 для управления распределением охлаждающей жидкости 21 в пределах вспомогательной нагревательной системы 58 и блок 68 управления для регулирования работы жидкостного теплового генератора 76 и управляющего клапана 66.
Во вспомогательную нагревательную систему 58 можно подавать охлаждающую жидкость 21 из системы 20 охлаждения через нагревательный шланг 54 в отверстие 60 вспомогательной нагревательной системы 58. Охлаждающая жидкость 21, попадающая во вспомогательную нагревательную систему 58 в отверстии 60, проходит по каналу 110 подачи охлаждающей жидкости в соединение 112 для жидкости. В соединении 112 для жидкости вся охлаждающая жидкость 21 или ее часть может проходить по каналу 113 подачи в ЖТГ, гидравлически соединяющему канал 110 подачи охлаждающей жидкости с жидкостным тепловым генератором 76, или по каналу 115 обхода ЖТГ, обходящему жидкостной тепловой генератор 76. Охлаждающая жидкость 21, проходящая по каналу 115 обхода ЖТГ через обратный клапан 144 и выпускается в канал 140 выпуска из ЖТГ в соединении 142 для жидкости. Обратный клапан 144 предпочтительно имеет конфигурацию, обеспечивающую протекание жидкости через клапан только в одном направлении, которое является направлением от соединения 112 для жидкости к соединению 142 для жидкости.
Канал 140 выпуска из ЖТГ имеет один конец 143, гидравлически соединенный с жидкостным тепловым генератором 76, и второй конец 141, гидравлически соединенный с выходным отверстием 62 вспомогательной нагревательной системы 58. Охлаждающая жидкость, попадающая в канал 140 выпуска из ЖТГ из канала 115 обхода ЖТГ, течет к выходному отверстию 62 и вытекает из жидкостного теплового генератора 76. Охлаждающую жидкость 21 можно выпускать из вспомогательной нагревательной системы 58 в нагревательный шланг 54а, подсоединенный к вспомогательной нагревательной системе 58 в отверстии 62. Охлаждающая жидкость 21 течет по входному нагревательному шлангу 54а в теплообменник 52, где тепло из охлаждающей жидкости может быть передано воздушному потоку 48. При выпуске из теплообменника 52 охлаждающая жидкость 21 возвращается во вспомогательную нагревательную систему 58 по выходному нагревательному шлангу 56а, подсоединенному к вспомогательной нагревательной системе 58 в отверстии 64. Охлаждающая жидкость 21, попадающая в отверстие 64, проходит по каналу 146 возврата в теплообменник, имеющему один конец, гидравлически соединенный с управляющим клапаном 66, и другой конец, соединенный с отверстием 64.
Управляющий клапан 66 приводится в действие для управления распределением охлаждающей жидкости 21 между каналом 150 возврата охлаждающей жидкости, гидравлически соединенным с выходным нагревательным шлангом 56 в отверстии 74, и каналом 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, гидравлически соединенным с жидкостным тепловым генератором 76. Охлаждающая жидкость 21, направляемая управляющим клапаном 66 в канал 150 возврата охлаждающей жидкости, возвращается в насос 24, а охлаждающая жидкость, проходящая по каналу 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, подается в жидкостной тепловой генератор 76. В предпочтительном варианте управляющий клапан 66 приводится в действие для обеспечения избирательного разделения охлаждающей жидкости 21, принимаемой управляющим клапаном 66, между каналом 150 возврата охлаждающей жидкости и каналом 148 рециркуляции охлаждающей жидкости на основании предварительно выбранных параметров. Эта процедура может предусматривать направление всей охлаждающей жидкости, попадающей в управляющий клапан 66 из канала 146 возврата в теплообменник, либо в канал 150 возврата охлаждающей жидкости, либо в канал 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, или разделение охлаждающей жидкости между этими двумя каналами. Управляющий клапан 66 предпочтительно выполнен с возможностью бесступенчатого регулирования.
Жидкостной тепловой генератор 76 включает в себя статор 80 и соосно ориентированный ротор 82, расположенный рядом со статором 80. Статор 80 неподвижно прикреплен к кожуху 78, а ротор 82 установлен на валу 84 привода для одновременного вращения с ним вокруг оси 85 относительно статора 80 и кожуха 78. Каждый из статора 80 и ротора 82 включает в себя кольцевую полость 81 и 83 соответственно, а эти полости совместно образуют гидродинамическую камеру 86.
Охлаждающую жидкость 21 можно подавать в жидкостной тепловой генератор 76 по каналу 113 подачи в ЖТГ, соединенному с каналом 110 подачи охлаждающей жидкости в соединении 112 для жидкости. Охлаждающую жидкость 21 можно выпускать в камеру 116. Охлаждающая жидкость 21 течет из камеры 116 в канал 118, образованный между внешней окружной поверхностью 120 вала 84 и просверленным каналом 122 статора 80. Покинув канал 118, охлаждающая жидкость попадает в канал 125, расположенный внутри ступицы 126 ротора 82. Охлаждающая жидкость покидает канал 125 и проходит, по меньшей мере, по одному каналу 130, из которого охлаждающая жидкость выпускается в гидродинамическую камеру 86.
Охлаждающая жидкость 21, присутствующая в гидродинамической камере 86, движется, в основном, по тороидальному пути внутри гидродинамической камеры 86, поглощая тепло, когда эта охлаждающая жидкость движется взад и вперед между кольцевыми полостями 81 и 83 статора 80 и ротора 82 соответственно. Охлаждающая жидкость 21, присутствующая в гидродинамической камере 86, продолжает двигаться по упомянутому пути между ротором 82 и статором 80 до тех пор, пока не выйдет из гидродинамической камеры 86. Нагретая охлаждающая жидкость 21 покидает гидродинамическую камеру 86 по одному или нескольким каналам 132. Выход 136 канала 132 гидравлически сообщается с окружным кольцевым пространством 138, образованным в кожухе 78. Охлаждающая жидкость 21 покидает канал 132 и движется по каналу 140 к выходному отверстию 62. Обратный клапан 144 предотвращает попадание жидкости 21, движущейся по каналу 140, в канал 115 в соединении 142 для жидкости.
Подвод мощности для привода ротора 82 во вращение осуществляет двигатель 22. Из кожуха 78 вспомогательной нагревательной системы 58 выступает конец 104 вала 84 привода. К концу 104 вала 94 прикреплено с возможностью вращения вместе с ним средство 106 привода. Средство 106 привода предпочтительно включает в себя шкив 108, выполненный с возможностью введения в зацепление с ремнем 27а привода агрегатов двигателя. Ремень 27а привода агрегатов можно вводить в зацепление со шкивом 25, прикрепленным к коленчатому валу двигателя 22. Ремень 27а привода также можно использовать для подвода мощности, необходимой для работы водяного насоса 24, а также других агрегатов двигателя, таких, как генератор переменного тока и компрессор для кондиционирования воздуха. Ремень 27а привода агрегатов передает крутящий момент, создаваемый двигателем 22, на вал 84, соединенный с ротором 82. Средство 106 привода предпочтительно включает в себя сцепление 108, такое, как электромагнитное сцепление, которое можно приводить в действие избирательно, в зависимости от требований нагревательной системы 46. Сцепление 108 гарантирует оперативное отключение ротора 82 от двигателя 22 в зависимости от требований нагрева, обуславливаемых нагревательной системой 46. Это желательно для минимизации величины мощности, отбираемой у двигателя 22, что может повысить кпд двигателя, а также обеспечить высвобождаемую дополнительную мощность двигателя для других целей, таких, как ускорение транспортного средства.
Когда требования нагревательной системы 46 диктуют подвод дополнительного тепла в охлаждающую жидкость, проходящую через теплообменник 46, охлаждающая жидкость, попадающая во вспомогательную нагревательную систему 58 в отверстии 60, не обходит тепловой генератор 76, а направляется в тепловой генератор 76, где в охлаждающую жидкость может быть подведено дополнительное тепло. Дополнительный нагрев охлаждающей жидкости достигается за счет срабатывания сцепления 108 с целью активации жидкостного теплового генератора 76. Охлаждающая жидкость, попадающая во вспомогательную нагревательную систему 58 через отверстие 60, направляется по каналу 110 подачи охлаждающей жидкости к соединению 112. Не проходя по каналу 115, охлаждающая жидкость вместо этого движется по каналу 113 в жидкостной тепловой генератор 76.
Нагретая охлаждающая жидкость 21 выходит из вспомогательной нагревательной системы 58 в отверстии 62 и движется по шлангу 54а в активную нагревательную зону 52, где тепло передается из охлаждающей жидкости в воздушный поток 48, который, в свою очередь, можно выпустить в пассажирский салон 50 транспортного средства.
Охлаждающая жидкость 21 покидает активную нагревательную зону 52 и движется по шлангу 56а к отверстию 64, где жидкость повторно попадает во вспомогательную нагревательную систему 58. Охлаждающая жидкость движется по каналу 146 возврата в теплообменник к клапану 66. В зависимости от конкретных требований нагрева, обуславливаемых нагревательной системой 46, клапан 66 может направлять охлаждающую жидкость либо в канал 148, который возвращает охлаждающую жидкость снова в тепловой генератор 76, либо по каналу 150, который возвращает охлаждающую жидкость в систему 20 охлаждения. Регулирование клапана 66 с тем, чтобы вызвать возврат всей жидкости в тепловой генератор 76 по каналу 148 рециркуляции охлаждающей жидкости без возврата жидкости в систему 20 охлаждения по каналу 150 возврата охлаждающей жидкости, приводит к тому, что нагревательная система 46 и система 20 охлаждения работают независимо друг от друга.
Охлаждающая среда 21, движущаяся по каналу 148, может выходить в кольцевую камеру 152, образованную в кожухе 78. Одно или более отверстий 154 гидравлически соединяют камеру 152 с гидродинамической камерой 86.
Охлаждающая жидкость, направляемая по каналу 150 клапаном 66, покидает нагревательную систему 58 через отверстие 74. Отсюда охлаждающая жидкость движется по шлангу 56 к водяному насосу 24 системы 20 охлаждения двигателя.
Как показано на фиг.3 и 3а, гидродинамическая камера 86 теплового генератора 76 вентилируется в атмосферу по вентиляционному каналу 156 ЖТГ. Один конец вентиляционного канала 156 ЖТГ гидравлически соединен с кольцевым пространством 158, образованным в кожухе 78, а противоположный конец соединен с выходным отверстием 160, расположенным вдоль внешней поверхности кожуха 78. Вентиляционный шланг 162 гидравлически соединяет вентиляционный канал 156 ЖТГ с расширительным бачком 42. В предпочтительном варианте над охлаждающей жидкостью 21, содержащейся в расширительном бачке 42, непрерывно присутствует воздушная прослойка 166. В некотором месте рядом с воздушной прослойкой 166 к расширительному бачку 42 может быть прикреплен вентиляционный шланг 162, чтобы предотвратить непосредственное сообщение этого вентиляционного шланга 162 с охлаждающей жидкостью 21, содержащейся в расширительном бачке 42. Статор 80 включает в себя один или более вентиляционных каналов 164, гидравлически соединяющих камеру 158 с гидродинамической камерой 86.
Блок 68 управления функционирует, регулируя работу теплового генератора 76 и клапана 66. Блок 68 управления предпочтительно представляет собой программируемый микропроцессор. Блок 68 управления оперативно соединен с клапаном 66 посредством соединителя 168. Блок 68 управления выполнен с возможностью посылки управляющего сигнала в клапан 66 для управления работой клапана 66 в целях регулирования распределения охлаждающей жидкости между каналами 150 и 148.
Блок 68 управления может также функционировать, управляя работой сцепления 106, которое оперативно соединено с блоком 68 управления посредством соединителя 170. Блоку 68 управления можно придать конфигурацию, обеспечивающую посылку управляющего сигнала в сцепление 106, предписывающего включение или отключение сцепления в зависимости от требований нагрева, обуславливаемых нагревательной системой 46. Включение сцепления 106 гарантирует передачу крутящего момента от двигателя 22 к валу 84 посредством ремня 27а привода, что - в свою очередь - вызывает вращение ротора 82 вокруг оси 85 и нагрев охлаждающей жидкости 21, присутствующей в гидродинамической камере 86. Отключение сцепления 106 приводит к отсоединению вала 84 и ротора 82 от двигателя 22. При отключенном сцеплении 106 тепловой генератор 76 прекращает вырабатывать тепло, потому что вал 84 и ротор 82 больше не приводятся во вращение ремнем 27а.
Блоку 68 управления можно придать конфигурацию, обеспечивающую оперативный контроль различных рабочих параметров вспомогательной нагревательной системы 58, например, оперативный контроль скорости вращения ротора 82, температуры охлаждающей жидкости 21, попадающей в тепловой генератор 76 по каналу 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, и давление охлаждающей жидкости 21, покидающей тепловой генератор 76 по каналу 140 выпуска из ЖТГ. Оперативный контроль скорости вращения ротора 82 осуществляется посредством датчика 172 скорости, который может включать в себя любое из множества известных устройств датчиков скорости, такое, как электромагнитный датчик. Использование электромагнитного датчика в качестве датчика 172 скорости предусматривает подходящее крепление намагниченного материала к задней стенке 173 ротора 82. Крепление датчика 175 к кожуху 78 гарантирует, что датчик 175 сможет обнаруживать магнитное поле, генерируемое намагниченным материалом, прикрепленным к ротору 82. Соединитель 174 оперативно соединяет датчик 172 скорости с блоком 68 управления.
Оперативный контроль температуры охлаждающей жидкости 21, попадающей в жидкостной тепловой генератор 76 по каналу 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, можно осуществлять посредством элемента 176, чувствительного к температуре, который может включать в себя любое из множества известных устройств для измерения температуры, такое, как термопара, резистивный датчик температуры и т.п. Элемент 176, чувствительный к температуре, можно надлежащим образом расположить внутри канала 148 рециркуляции охлаждающей жидкости или в любом другом подходящем месте, чтобы гарантировать, что элемент 176 сможет обнаруживать температуру охлаждающей жидкости 21, проходящей по упомянутому каналу. Обычный датчик 178 температуры оперативно соединяет элемент 176, чувствительный к температуре, с блоком 68 управления. Элемент 176, чувствительный к температуре, выполнен с возможностью выдачи сигнала, который характеризует температуру охлаждающей жидкости, присутствующей в канале.
Оперативный контроль давления жидкости, присущего охлаждающей жидкости 21, покидающей тепловой генератор 76 по каналу 132, можно осуществлять с помощью элемента 180, чувствительного к давлению, который может включать в себя любое из множества известных устройств для измерения давления. Элемент 180, чувствительный к давлению, в предпочтительном варианте расположен внутри канала 140 выпуска из ЖТГ около камеры 138 или в любом другом подходящем месте, чтобы гарантировать, что этот элемент 180, чувствительный к давлению, сможет обнаруживать давление охлаждающей жидкости 21, покидающей жидкостной тепловой генератор 76. Элемент 180, чувствительный к давлению, выполнен с возможностью выдачи сигнала, который характеризует давление охлаждающей жидкости, присутствующей в канале 140 выпуска из ЖТГ. Соединитель 182 оперативно соединяет элемент 180, чувствительный к давлению, с блоком 68 управления.
Блок 68 управления регулирует количество тепла, генерируемого жидкостным тепловым генератором 76. Во время работы блок 68 управления может осуществлять оперативный контроль сигналов датчиков, вырабатываемых различными чувствительными элементами, включая - но не в ограничительном смысле - элемент 176, чувствительный к температуре, элемент 180, чувствительный к давлению, и датчик 172 скорости. Блоку 68 управления можно придать подходящую конфигурацию, обеспечивающую автоматическую интерпретацию каждого из принимаемых сигналов с целью определения температуры охлаждающей жидкости, проходящей по каналу 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, давления охлаждающей жидкости, проходящей по каналу 140 выпуска из ЖТГ, и скорости вращения ротора 82. Блоку 68 управления можно придать конфигурацию, обеспечивающую автоматическое выяснение того, следует ли подводить дополнительное тепло в охлаждающую жидкость 21, на основании ранее определенных температуры, давления и скорости вращения. Если установлено, что охлаждающей жидкости 21 требуется дополнительный нагрев, то блок 68 управления срабатывает, обеспечивая подачу электрического тока в сцепление 106 для включения этого сцепления. При включенном сцеплении 106 крутящий момент, создаваемый двигателем 22, передается на вал 84 вспомогательной нагревательной системы 58 ЖТГ, что вызывает вращение ротора 82 и нагрев охлаждающей жидкости, содержащейся в гидродинамической камере 86.
Вспомогательная нагревательная система 58 выполнена с возможностью работы в различных режимах - в зависимости от требований нагрева, обуславливаемых нагревательной системой 46. В одном режиме, называемом режимом обхода, жидкостной тепловой генератор 76 отсоединен от двигателя 22 путем отключения сцепления 106 и расположения управляющего клапана 66 в положении обхода. Когда управляющий клапан 66 расположен в положении обхода, охлаждающая жидкость, получаемая управляющим клапаном 66 из канала 146 возврата в теплообменник, направляется обратно в водяной насос 24 по каналу 150 возврата охлаждающей жидкости.
Чтобы инициировать работу жидкостного теплового генератора 76, блок 68 управления может посылать в сцепление 106 управляющий сигнал, вызывающий включение сцепления, и ротор 82 начинает вращаться. Управляющий клапан 66 предпочтительно расположен в положении обхода, когда сцепление 106 включается в первый раз. Охлаждающая жидкость 21, попадающая во вспомогательную нагревательную систему 58 через отверстие 60, течет по каналу 110 подачи охлаждающей жидкости в соединение 112 для жидкости. Охлаждающая жидкость 21 проходит по каналу 113 в жидкостной тепловой генератор 76. Охлаждающая жидкость следует по ранее описанному пути через жидкостной тепловой генератор 76, выходя из этого жидкостного теплового генератора в отверстии 136. Охлаждающая жидкость 21 проходит по каналу 140 выпуска из ЖТГ. Покидая нагревательную систему 58 через отверстие 62, охлаждающая жидкость 21 проходит по шлангу обогревателя 54а в теплообменник 52, после чего, покинув этот теплообменник, охлаждающая жидкость 21 направляется обратно во вспомогательную нагревательную систему 58 по подогревательному шлангу 56а. Попав во вспомогательную нагревательную систему 58 в отверстии 64, охлаждающая жидкость по каналу 146 возврата в теплообменник проходит в управляющий клапан 66. Поскольку управляющий клапан 66 находится в положении обхода, вся охлаждающая жидкость, попадающая в управляющий клапан, направляется обратно в водяной насос по каналу 150 возврата охлаждающей жидкости. При закрытом канале 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, охлаждающая жидкость 21 не может вернуться в жидкостной тепловой генератор 76, что вызывает начальное уменьшение количества охлаждающей жидкости, присутствующей в гидродинамической камере 86. В ответ на уменьшение количества охлаждающей жидкости, присутствующей в гидродинамической камере 86, из расширительного бачка 42 в гидродинамическую камеру 86 через вентиляционный шланг 162 и вентиляционный канал 156 всасывается воздух.
Управляющий клапан 66 также может работать в режиме рециркуляции. Когда сцепление 106 включено и жидкостной тепловой генератор 76 работает, управляющий блок 68 может посылать управляющий сигнал в управляющий клапан 66, заставляя этот клапан переходить из положения обхода в положение рециркуляции. Когда управляющий клапан 66 находится в положении рециркуляции, охлаждающая жидкость 21, получаемая из канала 146 возврата в теплообменник, течет в канал 148 рециркуляции, а из него - в жидкостной тепловой генератор 76. Охлаждающая жидкость не может попасть в канал 150 возврата охлаждающей жидкости, когда управляющий клапан работает в режиме рециркуляции.
Управляющий клапан 66 также может работать в режиме модуляции, в котором охлаждающую жидкость 21 можно распределять между каналом 150 возврата охлаждающей жидкости и каналом 148 рециркуляции охлаждающей жидкости, чтобы способствовать поддержанию предварительно определенного уровня давления охлаждающей жидкости внутри ЖТГ 76. Блок 68 управления непрерывно контролирует давление жидкости, присущее охлаждающей жидкости в ЖТГ 76, и выполнен с возможностью изменения количества жидкости, которая возвращается в водяной насос 24 по каналу 150 возврата охлаждающей жидкости, а это изменение является средством поддержания желательного уровня давления в пределах ЖТГ 76. Вообще говоря, увеличение количества охлаждающей жидкости, текущей в водяной насос 24 по каналу 150 возврата охлаждающей жидкости, вызывает соответствующее уменьшение давления охлаждающей жидкости внутри ЖТГ 76.
Количеством охлаждающей жидкости 21, попадающей в канал 150 возврата охлаждающей жидкости при работе в режиме модуляции, можно управлять с помощью управляющего клапана 66. Если установлено, что необходимо уменьшение давления жидкости в пределах ЖТГ 76, то блок 68 управления может посылать в управляющий клапан 66 управляющий сигнал, заставляющий этот клапан регулировать распределение охлаждающей жидкости между каналом 150 возврата и каналом 148 рециркуляции. Охлаждающая жидкость продолжает течь в канал 148 рециркуляции охлаждающей жидкости при работе в режиме модуляции.
На фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления ЖТГ 184, в котором для управления скоростью генерирования тепла в ЖТГ 184 используется пропорциональный клапан 186. ЖТГ 184 включает в себя ротор 188 и противолежащий статор 190, причем оба они являются, по существу, такими же, как ранее описанные ротор 82 и статор 80 соответственно. Ротор 188 включает в себя центробежный компрессор 192, который функционирует как насос для подачи жидкости в гидродинамическую камеру 194.
ЖТГ 184 дополнительно включает в себя резервуар 196 жидкости для хранения жидкости 198. Резервуар 196 гидравлически соединен с центробежным компрессором 192 с помощью соединителя 200 для жидкости. При эксплуатации компрессор 192 функционирует, извлекая жидкость 198 из резервуара 196 и подавая эту жидкость в гидродинамическую камеру 194, где она нагревается так же, как описано выше в связи с ЖТГ 58. Нагретая жидкость 198 выпускается из гидродинамической камеры 194 через отверстие 204, находящееся в статоре 190 около наружного диаметра гидродинамической камеры 194.
Для отвода тепла из жидкости 198 можно использовать теплообменник 206 или другое аналогичное устройство. Теплообменник 206 гидравлически соединен с каналом 204 с помощью канала 208. Жидкость 198, подаваемая в теплообменник 206, проходит через этот теплообменник, где часть тепла жидкости передается другой среде 210, такой, как жидкость или газ. Жидкость 198 покидает теплообменник 206 и транспортируется обратно в гидродинамическую камеру 194 по каналу 212. Жидкость 198 попадает в гидродинамическую камеру 194 через отверстие 214.
Пропорциональный клапан 186 гидравлически соединен с внешней окружной поверхностью гидродинамической камеры 194 посредством канала 218. Канал 216 гидравлически соединяет выход пропорционального клапана 186 с резервуаром 196. Пропорциональный клапан 186 предпочтительно является бесступенчато регулируемым между полностью закрытым положением и полностью открытым положением. Пропорциональный клапан 186 выполнен с возможностью регулирования количества тепла, генерируемого гидродинамической камерой 194, путем управления количеством жидкости 198, циркулирующей в гидродинамической камере 194. Во время работы давление жидкости в гидродинамической камере 194 выше, чем давление жидкости в резервуаре 196. Эта разность давлений будет обуславливать течение жидкости из гидродинамической камеры 194 в резервуар 196, когда пропорциональный клапан 186 открыт. Расход жидкости можно изменять путем регулирования площади проходного сечения пропорционального клапана 186. Увеличение расхода жидкости через пропорциональный клапан 186 уменьшает объем жидкости, присутствующей в гидродинамической камере 194, что, в свою очередь, снижает количество генерируемого тепла. Таким образом, количеством тепла, генерируемого ЖТГ 184, можно управлять путем регулирования площади проходного сечения пропорционального клапана 186 с достижением желательного нагревательного воздействия на жидкость 198, присутствующую в гидродинамической камере 194. Минимального нагревательного воздействия можно достичь, когда клапан 186 полностью открыт, что приводит к минимизации скорости переноса жидкости между гидродинамической камерой 194 и резервуаром 196. Когда клапан 186 полностью закрыт, гидродинамическая камера 194 полностью заполнена жидкостью 198. Как только гидродинамическая камера 194 оказывается полностью заполненной, любой излишек жидкости будет возвращаться в резервуар 196 по каналу 202 при расходе, по существу, равном расходу жидкости, проходящей по каналу 200.
На фиг.5 показан ЖТГ 200, аналогичный ЖТГ 184, показанному на фиг.4, причем основное различие между ними заключается в том, что ЖТГ 220 включает в себя две гидродинамические камеры 222 и 224, а не одну. ЖТГ 220 включает в себя двухсторонний ротор 226. Первая сторона ротора 226 образует половину гидродинамической камеры 222, а противоположная сторона образует половину гидродинамической камеры 224. Рядом с первой стороной ротора 226 расположен первый статор 228, образуя другую половину гидродинамической камеры 222. Рядом со второй стороной ротора 226 расположен второй статор 230, образуя другую половину гидродинамической камеры 224. Конфигурация гидродинамических камер 222 и 224 может быть, по существу, такой же, как у гидродинамической камеры 86 (фиг.3 и 3а).
Ротор 226 включает в себя центробежный компрессор 232, имеющий входное отверстие 234, гидравлически соединенное с резервуаром 196 через канал 200. При эксплуатации компрессор 232 функционирует, извлекая жидкость из резервуара 196 и подавая эту жидкость в гидродинамические камеры 222 и 224 по каналам 236 и 238 соответственно.
Пропорциональный клапан 186 можно эксплуатировать так же, как описано ранее, для регулирования расхода жидкости 198, передаваемой из гидродинамических камер 222 и 224 обратно в резервуар 196, при этом нагревательное воздействие на жидкость будет максимальным, когда клапан 186 полностью закрыт, и это нагревательное воздействие будет минимальным, когда упомянутый клапан полностью открыт. Когда клапан 186 полностью закрыт, гидродинамические камеры 222 и 224 будут полностью заполняться жидкостью 198. Как только гидродинамические камеры 222 и 224 оказываются полностью заполненными, любой излишек жидкости будет возвращаться в резервуар 196 по каналу 202 при расходе, по существу, равном расходу жидкости, проходящей по каналу 200.
Обращаясь к фиг.6, отмечаем, что здесь показан тепловой генератор 240, подсоединенный непосредственно к коленчатому валу 242 двигателя 22. Тепловой генератор 240 можно использовать вместо теплового генератора 76 вспомогательной нагревательной системы 58. Тепловой генератор 240 может заменять шкив 25 коленчатого вала. Такая конфигурация может оказаться выгодной при использовании в транспортном средстве с частично стесненным моторным отделением. Поскольку тепловой генератор 240 можно использовать вместо уже существующей составной части конструкции (например, шкива 25 коленчатого вала), тепловой генератор 240, как правило, не будет занимать дополнительное место внутри моторного отделения.
Тепловой генератор 24 показан включающим в себя сдвоенную гидродинамическую камеру, аналогичную тем, которые показаны на фиг.5. Вместе с тем, следует также понять, что тепловому генератору 240 можно придать удобную конфигурацию с единственной гидродинамической камерой, такую, как показано на фиг.4. Тепловой генератор 240 включает в себя статор 244, имеющий первую сторону, образующую половину первой гидродинамической камеры 246, и вторую сторону, образующую половину второй гидродинамической камеры 248. Рядом с первой стороной статора 244 расположен первый ротор 250, образуя другую половину гидродинамической камеры 246. Рядом со второй стороной статора 244 расположен второй ротор 252, образуя другую половину гидродинамической камеры 248.
Роторы 250 и 252 неподвижно прикреплены к кожуху 254, в котором, по существу, и заключены оба ротора. При эксплуатации ЖТГ 240, кожух 254, ротор 250 и ротор 252, одновременно вращаются относительно друг друга. Для крепления кожуха 254 к коленчатому валу 242 с целью вращения одновременно с ним можно использовать чашеобразный монтажный кронштейн 256. Концевую часть 257 чашеобразного монтажного кронштейна 256 можно с удобством крепить, например, с помощью болтов к фланцу 258, выполненному на конце коленчатого вала 242. Ободную часть 260 чашеобразного монтажного кронштейна 256 можно с удобством крепить, например, с помощью болтов к внешней окружной поверхности 262 кожуха 254. Внешней окружной поверхности 264 монтажного кронштейна 256 можно придать удобную конфигурацию, которая будет включать в себя шкив 266 привода агрегатов двигателя. Шкив 266 работает так же, как шкив 25 привода агрегатов, показанный на фиг.1, и может быть использован для сообщения движения ремню 27 привода.
ЖТГ 240 включает в себя магистраль 268 подачи, должным образом соединенную с системой 20 охлаждения. Охлаждающая жидкость 21 из системы 20 охлаждения двигателя покидает магистраль 268 подачи через одно или несколько отверстий 270, расположенных на окружной поверхности магистрали 268 подачи. Охлаждающая жидкость выпускается в кольцевую распределительную камеру 272, выполненную в просверленном канале статора 244. Один или несколько каналов 274 гидравлически соединяют камеру 272 с гидродинамической камерой 246, а один или несколько каналов 276 гидравлически соединяют камеру 272 с гидродинамической камерой 248. Охлаждающая жидкость, проходящая по магистрали 268 подачи, разделяется, по существу, надвое, причем половина ее проходит по каналам 274 в гидродинамическую камеру 246, а другая половина проходит по каналам 276 в гидродинамическую камеру 248.
При эксплуатации ЖТГ 240, охлаждающая жидкость, присутствующая в гидродинамических камерах 246 и 248, нагревается, по существу, так же, как описано ранее. Нагретая охлаждающая жидкость 21 выпускается через одно или несколько отверстий, расположенных на внешней окружной поверхности гидродинамических камер 246 и 248 в кольцевую камеру 280, образованную вдоль внутренней окружной поверхности 282 кожуха 254. Жидкость течет по каналу 284, расположенному между задней поверхностью 286 второго ротора 252 и внутренней поверхностью 288 кожуха 254, и выпускается в полость 290, образованную в центре второго ротора 252 и расположенную вдоль оси вращения второго ротора.
Внутри магистрали 268 подачи расположена выходная труба 292 для транспортировки охлаждающей жидкости из теплового генератора 240 в активную нагревательную зону 52, так что продольная ось магистрали 268 подачи, по существу, совпадает с продольной осью выходной трубы 292. Конец 294 выходной трубы 292 выступает в полость 290. Охлаждающая жидкость, присутствующая в полости 290, попадает в конец 294 выходной трубы 292 и транспортируется по выходной трубе 292 и активную нагревательную зону 52. Уплотнение 296 предотвращает рециркуляцию охлаждающей жидкости, присутствующей в полости 290, обратно в гидродинамические камеры 246 и 248.
На фиг.8 ЖТГ 298 показан включающим в себя двухкамерный жидкостной тепловой генератор 300, аналогичный тому, который показан на фиг.5. Но в отличие от теплового генератора, показанного на фиг.5, жидкостной тепловой генератор 300 не имеет центробежного компрессора для подачи жидкости в гидродинамические камеры.
ЖТГ 298 включает в себя двухсторонний ротор 302. Первая сторона ротора 302 образует половину гидродинамической камеры 304, а противоположная сторона образует половину гидродинамической камеры 306. Рядом с первой стороной ротора 302 расположен первый статор 308, образуя другую половину гидродинамической камеры 304. Рядом со второй стороной ротора 302 расположен второй статор 310, образуя другую половину гидродинамической камеры 306. Конфигурация гидродинамических камер 304 и 306 может быть, по существу, такой же, как у гидродинамической камеры 86 (фиг.3 и 3а).
Поскольку ЖТГ 398 не включает в себя центробежный компрессор для оперативного регулирования количества жидкости 198, присутствующей в гидродинамических камерах 304 и 306 в любой заданный момент времени, можно использовать реверсивный электрический шестеренчатый насос 312. Канал 218 гидравлически соединяет шестеренчатый насос 312 с внешней окружной поверхностью гидродинамических камер 304 и 306. Чтобы предотвратить возможный выпуск жидкости 198 через шестеренчатый насос 312, когда этот шестеренчатый насос не включен, может оказаться желательным ввести электромагнитный клапан 314 в гидравлический контур, соединяющий гидродинамические камеры 304 и 306 с резервуаром 196. Одна такая конструкция показана на фиг.8, где электромагнитный клапан 314 расположен в гидравлическом контуре между шестеренчатым насосом 312 и резервуаром 196. Канал 316 гидравлически соединяет шестеренчатый насос 312 с электромагнитным клапаном 314. Канал 216 гидравлически соединяет электромагнитный клапан 314 с резервуаром 196.
Вообще говоря, предпочтительно включать электромагнитный клапан 314 и шестеренчатый насос 312 одновременно. Однако возможны случаи, когда желательно, чтобы электромагнитный клапан 314 работал независимо от шестеренчатого насоса 312. Например, для проведения относительно точных регулировок количества жидкости, присутствующей в гидродинамических камерах 304 и 306, может оказаться выгодной непрерывная работа шестеренчатого насоса 312 при избирательном открывании и закрывании электромагнитного клапана 314 для управления переносом текучей среды между гидродинамическими камерами 304 и 306.
При эксплуатации шестеренчатый насос 312 может работать, перенося жидкость 198 взад и вперед между гидродинамическими камерами 304 и 306 и резервуаром 196 для достижения желательного объема жидкости в гидродинамических камерах 304 и 306. Электромагнитный клапан 314 обычно будет открыт, когда шестеренчатый насос 312 работает, хотя, как сказано ранее, возможны случаи, когда желательно, чтобы электромагнитный клапан 314 работал независимо от шестеренчатого насоса 312. Жидкость 198, присутствующая в гидродинамических клапанах 304 и 306, нагревается, по существу, так же, как описано ранее в связи с вспомогательной нагревательной системой 58. Нагретая жидкость 198 выпускается из одного или нескольких отверстий 318 и 320, расположенных на внешней окружной поверхности гидродинамических камер 304 и 306 соответственно, в кольцевую камеру 322, расположенную вдоль внешней окружной поверхности статора 302. Нагретая жидкость попадает в канал 208, который гидравлически соединен с теплообменником 206. Когда нагретая жидкость проходит через теплообменник 206, часть ее тепла передается второй среде 210, которая может быть газом или жидкостью. Выйдя из теплообменника 206, жидкость возвращается в тепловой генератор 300 по каналу 212. Жидкость выпускается в камеру 321, гидравлически соединенную с гидродинамической камерой 306, и в камеру 323, гидравлически соединенную с гидродинамической камерой 304. Камера 321 гидравлически соединена с камерой 323. Жидкость повторно попадает в гидродинамическую камеру 304 по одному или более каналам 325 и в гидродинамическую камеру 306 по одному или более каналам 327. Как только гидродинамические камеры 304 и 306 оказываются полностью заполненными, любой излишек жидкости будет возвращаться в резервуар 196 по каналу 202 при расходе, по существу, равном расходу жидкости, проходящей по каналу 218.
Возможные варианты выполнения изобретения не должны рассматриваться как выходящие за рамки существа и объема притязаний изобретения.