ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Полезная модель относится к транспортным средствам, преимущественно, к автомобилям, содержащим, по меньшей мере, один двигатель внутреннего сгорания, далее ДВС, работа которых характеризуется эпизодическими простоями в естественных климатических условиях (при безгаражном хранении).
Из патента на изобретение RU 2196242, 7 МПК F02G 5/00, публ. 10.01.2003, известно транспортное средство, содержащее ДВС, соединенный с системой охлаждения ДВС радиатор, а также интегрированный с радиатором термоэлектрический генератор. Из патента" на изобретение RU 2213869, 7МПК F01N - 5/02, публ. 10.10.2003, известен глушитель выхлопа отработанных газов ДВС, содержащий в своем составе термоэлектрический генератор.
Из заявки на изобретение RU 2001105861, 7 МПК F02G 5/00, публ. 27.02.2003, известен ДВС, включающий в себя поддон картера с регламентируемым запасом смазочного масла, а также интегрированный с масляным поддоном термоэлектрический генератор.
Под термоэлектрическим генератором (далее ТЭГ), здесь и далее, заявитель понимает любое устройство, построенное на использовании эффекта/явления Зеебека, иными словами - устройство, содержащее «горячие» и «холодные» спаи, подвергаемые в рабочем состоянии воздействию градиента температур, и генерирующее при этом термоэдс.
Генерация термоэдс, в указанных выше решениях, возможна при работающем ДВС. Максимальный термоэлектрический эффект, как правило, достигается при выведении ДВС на эксплуатационный режим, или в короткий промежуток времени после его останова. При этом, время генерации термоэдс ТЭГ после останова ДВС (время последействия), в значительной степени, зависит от температуры окружающей среды и скорости ветра.
Транспортное средство с работающим ДВС, как правило и особенно в теплых погодных условиях, обладает некоторым избытком электрической мощности, вырабатываемой штатной электромагнитной или магнитоэлектрической генераторной установкой, что делает применение ТЭГ, с учетом их низкого к.п.д., малоэффективным. При отрицательных же температурах и при условии длительного безгаражного простоя транспортного средства, аккумуляторная батарея, расположенная на транспортном средстве, охлаждена до температуры окружающей среды и в этом состоянии обладает пониженной способностью воспринимать заряд. Указанное, наряду с низкой, относительно штатного электрогенератора, электрической мощностью ТЭГ, делает их применение также малоэффективным.
Из авторского свидетельства на изобретение SU731001, 5 МПК F01N 1/00, публ. 30.04.1980, известна силовая установка, содержащая ДВС, радиатор охлаждения ДВС и термошумоизоляционную капсулу внутри которой расположены, в частности, упомянутый ДВС и радиатор. Где капсула выполнена снабженной входным и выходными вентиляционными окнами.
Из патента на изобретение US4226217, 3 МПК F02F 1/34, публ. 07.10.1980, который принят в качестве прототипа, известно транспортное средство, включающее в себя ДВС с навесными агрегатами, радиатор охлаждения ДВС и, преимущественно, шумоизоляционную капсулу внутри которой расположен упомянутый ДВС. В решении по патенту US4226217, капсула выполнена снабженной входным и выходными вентиляционными окнами, а также выполнена с возможностью охвата, по меньшей мере, картера сцепления.
Из патента на полезную модель RU38696, 7МПК F02B 77/11, B60R 13/08, публ. 10.07.2004, известно транспортное средство, включающее в себя ДВС с навесными агрегатами и термошумоизоляционную капсулу, внутри которой расположен силовой агрегат. Упомянутая капсула выполнена составной, содержащей нижнюю часть, расположенную со стороны днища кузова и брызговика двигателя, и верхнюю часть, расположенную по-над верхне-боковыми поверхностями силового агрегата. Части капсулы выполнены профилированными, повторяющими выступы и впадины укрываемых поверхностей. В решении по патенту показано наличие выходного вентиляционного окна, расположенного под поддоном картера ДВС, а также указано, что теплошумоизоляционная капсула выполнена трехслойной, содержащей, в направлении от ДВС к кузову, отражающий слой, изолирующий слой, укрывающий слой.
Решения по патентам SU731001, US4226217, RU38696 направлены исключительно на сохранение тепла, накопленного во внутрикапсульной массе. При этом, открытые вентиляционные окна капсулы способствуют быстрому выстуживанию внутрикапсульной массы, а отсутствие устройств рекуперации тепла делает невозможным дополнительное аккумулирование даже сколь бы то ни было малой части тепловой энергии, вырабатываемой ДВС и безвозвратно выбрасываемой в атмосферу.
Задачей полезной модели было создание транспортного средства, обладающего пролонгированной возможностью сохранения тепла, накопленного в подкапотном пространстве, или увеличенным временем простоя с неработающим ДВС при отрицательных температурах, гарантирующем запуск ДВС без предварительного его разогрева.
Задача решается в транспортном средстве, включающем в себя ДВС с навесными агрегатами, радиатор охлаждения ДВС и капсулу внутри которой расположен упомянутый ДВС и, по меньшей мере, картер сцепления, где, капсула выполнена снабженной вентиляционными окнами.
Задача решается тем, что:
- капсула выполнена, по меньшей мере, двухслойной, содержащей обращенный вовнутрь капсулы теплоотражающий влагонепроницаемый, предпочтительно, паропроницаемый слой, а также, по меньшей мере, один теплоизолирующий слой;
- вентиляционные окна капсулы снабжены подвижными управляемыми клапанами, выполненными из теплоизолирующего, предпочтительно, ветронепроницаемого материала;
- транспортное средство выполнено снабженным, по меньшей мере, одной аккумуляторной батареей (далее АКБ), размещенной внутри капсулы;
- транспортное средство выполнено снабженным, по меньшей мере, одним ТЭГ, установленным с образованием теплового контакта между его «горячими» спаями и горячей поверхностью агрегата или узла, преимущественно, из числа расположенных во внутреннем объеме капсулы;
- транспортное средство выполнено снабженным блоком контроля разряда аккумуляторной батареи, расположенной внутри капсулы, и преобразователем напряжения ТЭГ;
- по меньшей мере один ТЭГ выполнен подключенным через преобразователь напряжения к клеммам аккумуляторной батареи, расположенной внутри капсулы;
транспортное средство выполнено снабженным термоэлектрическим нагревателем (далее ТЭН), установленным в поддоне картера ДВС и в объеме регламентируемого запаса смазочного масла, выполненным с возможностью тепловой подпитки ДВС. При этом, под термином термоэлектрический нагреватель (ТЭН) заявитель понимает любое устройство, выделяющее тепло при прохождении через это устройство электрического тока;
- ТЭН выполнен подключенным к клеммам АКБ, расположенной внутри капсулы, через блок контроля разряда АКБ, размещенной внутри капсулы;
- как вариант, транспортное средство может быть выполнено снабженным, по меньшей мере, одним размещенным вне капсулы датчиком температуры, гальванически связанным с блоком контроля разряда АКБ, размещенной внутри капсулы.
Полезная модель поясняется следующими рисунками:
Фиг.1, где схематически изображен заявляемый двигательный отсек транспортного средства.
- Фиг.2, где показана блок схема электросоединений АКБ, ТЭГ и ТЭН.
- Фиг.3, где схематически показана установка ТЭГ, для случая, когда упомянутый ТЭГ образован проволочными термопарами, в каналах блока цилиндров ДВС.
Полезная модель может быть реализована, например, в составе легкового автомобиля, содержащего моторный отсек, образованный капотом, лонжеронами, брызговиками и щитками кузова и, как вариант, брызговиком двигателя (не показаны или показаны условно), а также ДВС 1 с навесными агрегатами, радиатор 2 охлаждения ДВС и АКБ 3, установленые в моторном отсеке.
Моторный отсек выполнен облицованным, с образованием капсулы 4, охватывающей, по меньшей мере, ДВС 1 с навесными агрегатами, и АКБ 3, изоляционными панелями и/или оболочками (далее панели). Изоляционные панели могут быть выполнены жесткими, полужесткими, а в местах прилегания к жестким элементам кузова и брызговику двигателя и мягкими. Изоляционные панели могут быть выполнены армированными, например, сетчатым силовым каркасом. В любом случае, панели должны быть выполнены многослойными. Обращенная к двигателю сторона любой из панелей выполнена из тепло звуко отражающего, водонепроницаемого материала, например из алюминиефой фольги или из синтетического металлизированного материала. Лучше, если термозвукоотражающий слой будет выполнен паропроницаемым. Вторым обязательным слоем изоляционной панели должен быть слой выполненный из термоизолирующего, вспененного, но более предпочтительно, из пористого материала. Пористые материалы, как правило, обладают и хорошими звукоизоляционными качествами для определенного спектра частот. Для более полного гашения шума панели могут быть снабжены третьим слоем, выполненным из материала с вязкодемпфирующими качествами. Как вариант, панели капсулы, по меньшей мере их часть или часть их поверхности, могут содержать четвертый слой, выполненный из отражающего и/или поглощающего электромагнитное излучение материала. При этом, поглощающий и/или отражающий электромагнитное излучение материал может быть введен в состав любого из слоев любой из панелей, составляющих капсулу 4.
Капсула 4 может быть выполнена охватывающей, для заднеприводных автомобилей, картер сцепления, а для переднеприводных автомобилей, и коробку перемены передач. В любом случае капсула выполнена снабженной, по меньшей мере, одним входным вентиляционным окном 5, и по меньшей мере, одним выходным вентиляционным окном 6. Входное вентиляционное окно 5 или окна, если их несколько, предпочтительно, выполнить перед радиатором 2 охлаждения ДВС 1. Расположение и количество выходных окон 6 определяется, в том числе, и компоновкой подкапотного пространства. В любом случае, расположение вентиляционных окон должно обеспечивать необходимый обдув работающего ДВС 1 воздухом. При этом, вентиляционные окна 5,6 выполнены снабженными подвижными, управляемыми клапанами 7, выполненными из теплоизолирующего, предпочтительно, ветронепроницаемого материала. Клапаны 7 вентиляционных окон могут быть снабжены либо тросовьм, либо электрическим приводом. В наиболее простом варианте клапаны 7 могут быть выполнены в виде мягких фартуков или жестких щитков, закрепляемых с помощью кнопок, магнитных застежек и т.д. (не показаны).
Автомобиль по полезной модели выполнен снабженным тремя ТЭГ 8, 9, 10 (показаны условно), один из которых, по нумерации на чертеже 8, расположен в наиболее горячей зоне блока цилидров или головки блока цилиндров ДВС 1, другой, по нумерации на чертеже 9, на выпускном коллекторе или катколлекторе ДВС 1, а третий, по нумерации на чертеже 10, на поверхности поддона картера ДВС 1. Любой из ТЭГ 8, 9, 10 установлен с образованием теплового контакта между разогреваемой в процессе работы частью автомобиля и «горячими спаями» ТЭГ. Любой из ТЭГ 8, 9, 10 установлен с возможностью охлаждения его «холодных спаев». При этом, на чертеже Фиг.З схематически показана установка ТЭГ в блоке цилиндров ДВС 1 для случая, когда ТЭГ 8 образован проволочными термопарами. В данном варианте исполнения ТЭГ 8 его горячие спаи выполнены установленными в глухих каналах блока цилиндров, расположенных возможно близко к головке цилиндров ДВС 1.
Автомобиль выполнен снабженным ТЭН 11 (показан условно), установленным в поддоне картера ДВС 1 и в объеме регламентируемого запаса смазочного масла. При этом, поддон картера ДВС 1 может быть выполнен снабженным индивидуальным теплоизоляционным слоем, тепловая, следовательно, и электрическая мощность ТЭН 11 выбрана из условия тепловой подпитки ДВС 1, обеспечивающей плавное снижение внутрикапсульной температуры от температуры, достигнутой на момент останова ДВС, до температуры, гарантирующей надежный стартерный запуск ДВС 1 без предварительного его разогрева.
Для целей полезной модели автомобиль выполнен снабженным блоком 12 контроля разряда АКБ 3 и преобразователем напряжения ТЭГ (не показан). При этом, ТЭГ выполнены подключенными к аккумуляторной батарее через преобразователь напряжения ТЭГ (не показан), а ТЭН через выключатель (не показан) и блок 12 контроля разряда АКБ 3.
Блок 12 контроля разряда АКБ 3, в свою очередь, может быть выполнен снабженным корректором (не показан) порога отключения АКБ, гальванически связанным со штатным, для многих автомобилей, датчиком (не показан) температуры окружающего воздуха, расположенным вне капсулы 4.
Полезная модель работает следующим образом:
При работающем ДВС вентиляционные окна 5, 6, в зависимости от температуры окружающего воздуха, могут быть либо открыты, либо закрыты, либо могут находится в некотором промежуточном положении. Капсула 4 выполняет шумо и теплоизолирующую роль, а при наличии в составе оболочек материалов/компонентов с поглощающими и/или отражающими электромагнитное излучение свойствами, помехоподавляющую роль. При отрицательных температурах капсула 4 облегчает поддержание теплового режима ДВС 1. ТЭГ 8, 9, 10 вырабатывают электроэнергию, которая, через преобразователь напряжения (не показан) ТЭГ, поступает на клеммы АКБ 3 и в бортовую сеть автомобиля (не показана). ТЭН 11 отключен.
После останова ДВС 1, вентиляционные окна 5, 6 закрывают клапанами 7 и включают ТЭН 11. Капсула 4 переходит в теплосберегающий режим.
В начальный момент времени температура во внутрикапсульном пространстве несколько повышается за счет прекращения поступления наружного воздуха через входное(ые) вентиляционное(ые) окно(а) 5 и уноса тепла через выходное(ые) вентиляционное(ые) окно(а) 6. ТЭГ 8, 9, 10, в процессе работы ДВС 1 и некоторое время после его останова, пока существует требуемый градиент температур, вырабатывают электрическую энергию, которая поступает через преобразователь напряжения (не показан) к клеммам АКБ 3 и, через блок 12 контроля разряда АКБ 3, к ТЭН 11, который осуществляет тепловую подпитку масла в поддоне картера ДВС и, конвективно, деталей ДВС. По мере выравнивания температур «горячих и холодных» спаев ТЭГ, последние прекращают генерацию термоэдс, а ТЭН 11 переходит на питание исключительно от АКБ 3. При этом, разряд АКБ 3 сопровождается незначительным, но нагревом, самой батареи 3, что, в совокупности с термоизоляцией внутрикапсульного пространства, также приводит к тепловой подпитке АКБ 3. Блок 12 контроля разряда АКБ 3 контролирует величину остаточной емкости батареи. В случае достижения батареей 3 порога, гарантирующего надежный стартерный запуск ДВС 1, обеспечивает отключение ТЭН 11 от АКБ 3.
Здесь следует отметить, что мощность ТЭН 11 выбирается из условия тепловой подпитки ДВС 1, но не из условия его разогрева. Температура рабочей поверхности ТЭН 11 может окзаться, в некоторых случаях, ниже температуры масла, достигнутой к моменту останова ДВС 1. Поэтому, с целью экономии электроэнергии, забираемой нагревателем 11 из АКБ 3, ТЭН 11 целесообразно включать после остывания масла, находящегося в поддоне картера ДВС 1, до, или несколько ниже, рабочей температуры ТЭН, что может быть осуществлено введением в блок 12 контроля разряда АКБ 3, цепи обратной связи с датчиком температуры (не показаны), установленным, предпочтительно, в поддоне картера ДВС1.
Исходя из условия, что капсула 4 и ТЭН 11 по полезной модели предназначены даже не для поддержания достигнутой на момент останова ДВС 1 внутрикапсульной температуры, а лишь для снижения скорости ее падения, решение по полезной модели позволяет создать транспортное средство, обладающее увеличенным временем допустимого простоя с неработающим ДВС при отрицательных температурах и при гарантии последующего запуска ДВС без предварительного его разогрева.