RU130058U1

RU130058U1 - VEHICLE HEAT MODE SYSTEM FOR MECHANICAL VEHICLE TRANSMISSION

Info

Publication number: RU130058U1
Application number: RU2013109900/11U
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Долгушин; Антон Федорович Курносов
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-07-10

Abstract

1. Система обеспечения теплового режима редукторов трансмиссии транспортных средств, включающая экспортирующие и теплоизолированные импортирующие теплообменники, теплоизолированный расширительный бак для жидкости, снабженный пробкой с клапанным механизмом, электромагнитные клапаны и систему теплоизолированных трубопроводов, отличающаяся тем, что импортирующие теплообменники выполнены в виде двух полутруб разного диаметра, жестко и герметично закрепленных между собой пластинами и полукольцами, внутри теплообменников по направлению течения жидкости закреплены ребра.2. Система обеспечения теплового режима редукторов трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что один электромагнитный клапан одностороннего действия 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».3. Система обеспечения теплового режима редукторов трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что объем теплоизолированного расширительного бака превышает объем жидкости всей системы.4. Система обеспечения теплового режима редукторов трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что жидкостные магистрали, соединяющие отдельные звенья системы, теплоизолированы.5. Система обеспечения теплового режима редукторов трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что импортирующий теплообменник дополнительно связан с верхней частью теплоизоли1. A system for ensuring the thermal regime of gearboxes of vehicle transmissions, including exporting and thermally insulated import heat exchangers, a thermally insulated expansion tank for liquids, equipped with a plug with a valve mechanism, electromagnetic valves and a system of thermally insulated pipelines, characterized in that the imported heat exchangers are made in the form of two half pipes of different diameters rigidly and hermetically fixed to each other by plates and half rings, inside the heat exchangers in the direction Theological fluid flow fixed rebra.2. The thermal management system for vehicle transmission gearboxes according to claim 1, characterized in that one single-acting solenoid valve is installed in the “insulated expansion tank - heat exchanger system” line, and a second electromagnetic valve is installed between the liquid pump and the connection point of the “insulated expansion tank - liquid pump - import heat exchanger. "3. The system for ensuring the thermal regime of vehicle transmission reducers according to claim 1, characterized in that the volume of the thermally insulated expansion tank exceeds the volume of the liquid of the entire system. The thermal management system for vehicle transmission reducers according to claim 1, characterized in that the liquid lines connecting the individual links of the system are thermally insulated. The thermal management system for vehicle transmission reducers according to claim 1, characterized in that the importing heat exchanger is additionally connected to the upper part of the heat insulation

Description

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.The invention relates to mechanical engineering, in particular to a device for thermal preparation and maintenance of the thermal regime of gearboxes for gearboxes of gearboxes and gearboxes of driving axles during vehicle operation in winter.

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.The performance of the vehicle is largely determined by the stability of the performance of the transmission. With an increase in heat transfer by the transmission units to the environment, their thermal operating conditions are violated, which entails an increase in internal energy losses and the wear rate of the friction surfaces of gears.

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.When studying the adaptability of vehicles to winter operating conditions, it was found that when the ambient temperature was lowered from 0 to minus 40 ° С and when working on city routes, the average temperature of the main units of the PA3-672 bus was: 3 ° С for the drive axle, 33 ° С for gearboxes; for a GA3-65, these units had temperatures of 2 and 39 ° C, respectively. On suburban routes in these conditions, the average temperature of the drive axles is 10 ° C higher, and the gearbox 10-15 ° C lower due to the use of increased gears [A. Kutlin Investigation of the influence of vehicle movement on the temperature of their main units and fuel consumption in winter conditions. Abstract. diss. for a job. student Art. Ph.D., Kiev, 1981. 20 pp.]. Based on the data presented, it can be concluded that in some cases of operating transmissions of vehicles in winter conditions, additional energy sources are necessary to maintain their thermal regime or to ensure operating temperature before driving.

В настоящее время известно несколько устройств для обеспечения теплового режима агрегатов трансмиссии транспортных средств.Currently, several devices are known for providing the thermal regime of vehicle transmission units.

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).A device is known for heating the crankcase of a checkpoint with heat of exhaust gases (patent for PM No. 74605 was published in BI No. 19 on 10.07.08). This device allows you to reuse the heat of the engine of the vehicle to heat the crankcase gearbox. The disadvantages of this device include the introduction of a vehicle into the exhaust system during installation, which can lead to an increase in exhaust resistance at the outlet, a high degree of fire hazard and a low coefficient of performance (COP).

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.To increase the heating efficiency, a microwave heater is used (patent for PM No. 82506 published in BI No. 12.04.04.09 g). This device is also easily mounted in the gearbox housing and works from the vehicle's on-board network. However, the use of microwave radiation to heat the oil has several disadvantages. The presence of a large number of metal parts requires additional measures to eliminate the interaction of microwave waves with metal during operation of the device to prevent the ignition of oil.

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.A known system for thermal preparation and maintaining the optimal thermal regime of transmission units and suspension elements, taken as a prototype (patent for PM No. 119086 published on 08/10/2012 Bull. No. 22). The system provides heating to operating temperature and maintaining the thermal regime of the transmission reducers, however, the liquid used as a coolant loses its speed in the importing heat exchanger due to the spiral arrangement of the ribs necessary to increase the heat transfer rate of the liquid and the exhaust system of the vehicle engine. Due to the serial connection of exporting heat exchangers with non-insulated liquid lines, the liquid has a low heat transfer capacity of transmission units. The oil temperature is controlled only in the gearbox, which causes different thermal conditions of the transmission units.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение эффективности тепловой подготовки и поддержание теплового режима редукторов трансмиссии при эксплуатации транспортного средства в условиях пониженных температур окружающей среды.TECHNICAL PROBLEM - improving the efficiency of thermal preparation and maintaining the thermal regime of transmission reducers when operating a vehicle in conditions of low ambient temperatures.

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.To achieve the technical objective, the claimed system of providing thermal conditions for a mechanical transmission of a vehicle is proposed, including heat-insulated import heat exchangers for heating a system fluid, for example antifreeze, made in the form of two semi-tubes rigidly and hermetically fixed with plates and half rings using a welded joint for better heat transfer inside the import heat exchangers in the direction of fluid flow mounted ribs exporting gearbox heat exchangers and leading x bridges connected in parallel and used to transfer heat from the system to the transmission gearboxes, and the exporting heat exchangers of the drive axles are mounted on the outside of the differential housings and are made similar to their shape, a water pump for circulating liquid and exchanging heat between the system heat exchangers, a heat-insulated expansion tank for liquid equipped with a stopper with a valve mechanism and the volume of which exceeds the fluid volume of the entire system, oil temperature sensors in the gearbox and drive axles means connected to the ECU electronic control unit for monitoring the thermal conditions of the transmission units and controlling the electronic components of the system, a system of heat-insulated liquid lines, a heat-insulated pipe that additionally connects the importing heat exchanger to the top of the heat-insulated expansion tank, two single-acting solenoid valves, one of which installed in the highway “insulated expansion tank - heat exchanger system”, and the second A solenoid valve is installed between the liquid pump and the connection point of the mains “insulated expansion tank - liquid pump - import heat exchanger”, which prevents the liquid from the expansion tank into the system and the circular movement of fluid between the import and export heat exchangers in the closed position.

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.Figure 1 presents a system for ensuring the thermal regime of the gearboxes of a mechanical transmission of a vehicle in general; figure 2 - design of importing heat exchangers in cross section; figure 3 is a block diagram of the system in automatic mode.

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.The main links of the system are importing heat exchangers 1 installed on the pipe 2 of the exhaust system of the vehicle engine in such a way that the temperature of the exhaust gases is sufficient to heat the liquid in the heat exchangers to a value of at least 70 ° C. The importing heat exchangers are also connected through a cross 3 and an additional thermally insulated pipe 4 to the upper part of the thermally insulated expansion tank 5 for supplying air to the system if necessary. In order to prevent the occurrence of increased fluid pressure in the system, a plug 6 with a valve mechanism is provided in a thermally insulated expansion tank 5. To change the direction of fluid flow in the heating system, single-acting solenoid valves 7 and 8 are installed. The circulation of heated fluid inside the system is carried out using a fluid pump 9, which is operated from the vehicle's on-board network. Heat transfer from the thermal management system to the transmission reducers is carried out using exporting heat exchangers 10 and 11 installed in the gearbox housing and on the outside of the differential axles of the drive axles, respectively. The shape of the exporting heat exchangers 11 is similar to the shape of the differential case, fits snugly to its outer part and their number varies depending on the number of driving axles of the vehicle, the thermal regime of which must be maintained. The individual links of the system are interconnected using tees 12 and 13, a system of heat-insulated fluid lines 14 and worm clamps 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.The importing heat exchanger 1 consists of two half pipes 16 and 17 of different diameters, rigidly and hermetically fixed to the plates 18 with half rings 19 by means of a welded joint. For better heat transfer inside the heat exchanger, ribs 20 are fixed in the direction of fluid flow. Liquid is supplied to and removed from the heat exchangers through fittings 21 installed in such a way as to create optimal flows of its movement inside the heat exchangers. In order to reduce heat loss, the heat exchangers are coated with an inorganic heat-insulating layer 22.

Так же система снабжена датчиками температуры масла 23, 24, 25 в картере КПП, редукторах ведущих мостов соответственно.The system is also equipped with oil temperature sensors 23, 24, 25 in the gearbox housing, gearboxes of the drive axles, respectively.

Система подогрева работает следующим образом.The heating system works as follows.

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.When the engine of the vehicle is running, the heat of the exhaust gases moving through the pipe of the exhaust system 2 of the engine is transferred through heat conduction to the importing heat exchangers 1, inside which is the liquid. The heated liquid circulates through the system and is supplied to the exporting heat exchangers 10 and 11 due to the pressure created by the liquid pump 9, as a result of which the oil is heated in the transmission gearboxes.

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.When the oil temperature in the gearboxes of the vehicle’s transmission is lower than the optimum, the oil temperature sensors 23, 24 and 25 send a signal to the ECU 26, powered by the vehicle’s on-board network 27. The ECU 26 opens the solenoid valves 7 and 8, simultaneously turns on the liquid pump 9 and the liquid flows from the tank into the system and circulates without returning to the expansion tank. At the same time, part of the liquid is supplied to the exporting heat exchanger 10 of the checkpoint, the other part is transferred to heat exchangers 11, thus, the parallel movement of the liquid through the system is provided: “importing heat exchanger - exporting heat exchanger KPP” and “importing heat exchanger - exporting heat exchangers of driving axles”. When reaching the optimum temperature in the gearboxes of the vehicle’s transmission, which is controlled by the oil temperature sensors 23, 24 and 25, the ECU 26 closes the single-acting valves 7 and 8. The fluid flows from the system back into the expansion tank, filling it until the liquid pump 9 stops, programmed through ECU 26 for an operating time sufficient to completely pump fluid from the system, thereby protecting the fluid from overheating.

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.The proposed system will increase the efficiency of thermal preparation of transmission reducers in the first minutes of the vehicle’s operation, as well as ensure that the thermal regime is maintained during their operation, while manufacturing and installation of importing heat exchangers will be greatly simplified.

Claims

1. A system for ensuring the thermal regime of gearboxes of vehicle transmissions, including exporting and thermally insulated import heat exchangers, a thermally insulated expansion tank for liquids, equipped with a plug with a valve mechanism, electromagnetic valves and a system of thermally insulated pipelines, characterized in that the imported heat exchangers are made in the form of two half pipes of different diameters rigidly and hermetically fixed to each other by plates and half rings, inside the heat exchangers in the direction iju fluid flow fixed ribs.

2. The system for ensuring the thermal regime of vehicle transmission reducers according to claim 1, characterized in that one single-acting solenoid valve is installed in the “heat-insulated expansion tank - heat exchanger system” line, and a second solenoid valve is installed between the liquid pump and the “heat-insulated” line connection point expansion tank - liquid pump - import heat exchanger. "

3. The system for ensuring the thermal regime of the gearboxes of the vehicle’s transmission according to claim 1, characterized in that the volume of the thermally insulated expansion tank exceeds the volume of liquid of the entire system.

4. The system for ensuring the thermal regime of the gearboxes of the vehicle’s transmission according to claim 1, characterized in that the liquid lines connecting the individual links of the system are thermally insulated.

5. The system for ensuring the thermal regime of the vehicle transmission reducers according to claim 1, characterized in that the importing heat exchanger is additionally connected to the upper part of the insulated expansion tank by means of a thermally insulated pipeline.

6. The system for ensuring the thermal regime of vehicle gearbox reducers according to claim 1, characterized in that the exporting heat exchangers of the gearbox and drive axles are connected in parallel.

7. The system for ensuring the thermal regime of vehicle transmission reducers according to claim 1, characterized in that the exporting heat exchangers of the drive axles are installed on the outside of the differential housings and are made similar to their shape.

8. The system for ensuring the thermal regime of vehicle gearboxes according to claim 1, characterized in that the oil temperature sensors are installed in the gearbox housing and gearboxes of the drive axles.