ТЕПЛООБМЕННИК С ВСТРОЕННЫМ ПЕРЕПУСКНЫМ КЛАПАНОМ Российский патент 2011 года по МПК F16H57/04 

Изобретение относится к теплообменнику и коробке передач с теплообменником определенного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения типа.

В современных, высоконагруженных коробках передач транспортных средств трансмиссионное масло необходимо охлаждать до некритичных для системы температур. Прежде всего в областях с высокой температурой окружающей среды и в транспортных средствах, в которых по причине снижения шума предусмотрена установка коробки передач в кожух или оболочку, предусмотрены соответствующие охлаждающие устройства в виде теплообменника. Как правило, теплообменники используются для дополнительного охлаждения трансмиссионного масла, но также могут применяться во время фазы прогрева коробки передач для нагрева трансмиссионного масла.

Известные на сегодня теплообменники являются теплообменниками либо типа масло/воздух, либо типа масло/вода, и устанавливаются в транспортные средства в качестве дополнительных компонентов в подходящем месте. Теплообменники типа масло/вода могут также встраиваться в контур охлаждения двигателя транспортного средства.

В DE 10315684 А1 описана коробка передач, которая имеет корпус коробки передач, включающий в себя область, в которой вращаются зубчатые колеса. Коробка передач также имеет теплообменник, который поглощает выработанное в коробке передач и переданное в смазочное средство коробки передач тепло, и отдает его в охлаждающее средство для отвода тепла от коробки передач. В корпусе коробки вне области, в которой вращаются зубчатые колеса, предусмотрено углубление, через которое проходит смазочное средство коробки передач и в котором расположен теплообменник. В одной конструктивной форме предусмотрено, что со стороны всасывания подающего смазочное средство коробки передач насоса предусмотрен перепускной клапан, который позволяет обход теплообменника при температурах смазочного средства коробки передач ниже заданного предельного значения.

Недостатками уровня техники среди прочего является то, что для конструктивно отделенного (обособленного) перепускного клапана необходимы дополнительные места стыковки, которые должны уплотняться против утечки. К тому же конструктивно отделенный от теплообменника и подлежащего охлаждению или нагреву агрегата байпас требует соответствующих конструктивных расходов и, тем самым, дополнительных затрат на производство.

В основу настоящего изобретения положена задача выполнения охлаждающей системы, являющейся более эффективной и устраняющей недостатки уровня техники.

Положенная в основу изобретения задача решена посредством коробки передач известного вида, имеющей также отличительные признаки пункта 1 формулы изобретения, с теплообменником с встроенным перепускным клапаном или посредством теплообменника с признаками пункта 14 формулы.

Коробка передач имеет корпус коробки передач, который включает в себя область, в которой вращаются зубчатые колеса. Коробка передач также имеет теплообменник, который поглощает выработанное в коробке передач и переданное в смазочное средство коробки передач тепло и отдает его в охлаждающее средство для отвода тепла от коробки передач. В корпусе коробки вне области, в которой вращаются зубчатые колеса, предусмотрено углубление, через которое проходит смазочное средство коробки передач и в котором расположен теплообменник.

Предпочтительно теплообменник представляет собой отдельный конструктивный узел, который можно установить в углубление в корпусе коробки передач. Теплообменник может удерживаться лишь одним уплотненным уплотняющим средством фланцем, который подпирается, например, стопорным кольцом. Уплотняющее средство и фланец могут быть также выполнены с теплообменником в виде единой детали.

Предпочтительно в целях технического обслуживания и монтажа теплообменник в углублении доступен снаружи коробки передач. Теплообменник может быть выполнен, например, в виде кожухотрубного теплообменника или в виде пластинчатого теплообменника.

В одном варианте осуществления охлаждающее средство соединено для отвода тепла от коробки передач с радиатором вне коробки передач. Особо предпочтительным этот вариант является в том случае, если охлаждающее средство для отвода тепла от коробки передач является охлаждающим средством в охлаждающем контуре двигателя внутреннего сгорания, приводящем в действие коробку передач.

Предпочтительно охлаждающее средство является жидкостью на основе воды, а смазочное средство коробки передач - жидкостью на основе масла.

Благодаря предпочтительному выполнению и расположению каналов для смазочного средства коробки передач корпус коробки передач образует корпус непосредственно для теплообменника. За счет этого происходит принудительное прохождение всего перемещаемого смазочного средства коробки передач через теплообменник. Благодаря этому улучшается коэффициент полезного действия теплообменника и достигается малая и компактная конструкция. Благодаря коротким каналам и большому сечению протока, которые могут быть исполнены за счет последовательной интеграции в корпус коробки передач, получают очень низкое падение давления. Для проведения масла, уплотнения и закрепления необходимы только простые и экономичные детали-адаптеры. Простая и зарекомендовавшая себя техника гарантирована также в отношении подключения охлаждающего средства без дополнительных элементов уплотнения.

Несмотря на высокую степень интеграции возможна простая возможность дооснащения и снятия без демонтажа всей коробки передач. Простая конструкция и небольшое количество мест соединений обуславливают низкие расходы на производство. Одновременно достигается очень хорошая защита теплообменника от повреждений или прочих механических воздействий.

Согласно изобретению теплообменник имеет расположенный на теплообменнике перепускной клапан, который, начиная с заданного пониженного или же повышенного давления, позволяет обход теплообменника.

Пониженное давление возникает, если увеличивается гидравлическое сопротивление потоку в углублении, через которое проходит смазочное средство коробки передач и в котором расположен теплообменник, и всасывающая сторона подающего смазочное средство коробки передач насоса соединена с выходным отверстием углубления.

Повышенное давление возникает, если увеличивается гидравлическое сопротивление потоку в углублении, и подающий смазочное средство коробки передач насос расположен между масляным поддоном коробки передач и впускным отверстием углубления. Большее гидравлическое сопротивление потоку может возникать, например, если температура смазочного средства коробки передач находится ниже заданного предельного значения и/или в смазочном средстве коробки передач содержатся загрязнения. Если присутствует такое пониженное или же повышенное давление, то посредством расположенного на теплообменнике перепускного клапана устанавливается соединение с соответствующими перепускными каналами. Предпочтительно эти перепускные каналы встроены непосредственно в корпус коробки передач. Функция теплообменника и перепускная функция отделяются друг от друга уплотнительным элементом. Уплотнительный элемент может быть выполнен, например, в виде пластиковой или металлический трубы.

Расположенный на теплообменнике перепускной клапан автоматически при установке теплообменника устанавливается в корпус коробки передач, за счет чего гарантируется высокая безопасность системы. Благодаря расположенному на теплообменнике перепускному клапану и встроенным в корпус коробки передач перепускным каналам перепускная функция может быть реализована посредством очень компактной конструкции. Благодаря встроенной перепускной функции по сравнению с конструктивно отделенной перепускной функцией может быть уменьшено количество соответствующих мест соединений, и, тем самым, проблема утечек может быть устранена. Благодаря умелому расположению перепускных каналов в корпусе коробки передач конструктивные расходы на перепускную функцию минимальны и, тем самым, экономически выгодны.

Предпочтительно расположенный на теплообменнике перепускной клапан может быть выполнен в виде седельного клапана, который включает в себя крышку клапана и пружину крышки клапана. Также возможно, что перепускной клапан выполнен в виде шарового или золотникового клапана.

Далее на примере чертежей подробнее объясняется основной принцип изобретения, которое допускает несколько форм осуществления.

На чертежах показаны:

Фиг.1 - схематическое изображение транспортного средства с теплообменником и перепускным клапаном согласно уровню техники,

Фиг.2 - конструктивная форма осуществления теплообменника с встроенным перепускным клапаном во время охлаждения трансмиссионного масла, и

Фиг.3 - теплообменник по фиг.2 во время перепускной функции.

На фиг.1 показано схематическое изображение транспортного средства 2 с приводным двигателем 4, который через фрикционную муфту 6 воздействует на коробку передач 8. Коробка передач 8 через вторичный вал 10 соединена с дифференциалом 12, который посредством каждой из полуосей 14 приводит в движение транспортное средство 16. Фрикционная муфта 6 приводится в действие с помощью исполнительного элемента 18, который посредством сигнальной линии 20 соединен с системой 22 управления. Коробка передач 8 приводится в действие от исполнительного механизма 24 коробки передач, который расположен на корпусе 26 коробки передач 8 и соединен посредством линии 28 с системой 22 управления. В корпусе 26 установлен теплообменник 30, который соединен посредством двух магистралей 32 и 34 охлаждающего средства с двигателем 4 и его охлаждающим средством. Нагретое охлаждающее средство охлаждается в радиаторе 36 транспортного средства. В качестве альтернативы с теплообменником 30 посредством магистралей 40, 42 охлаждающего средства может быть соединен смонтированный на транспортном средстве 2 радиатор 38, в котором затем охлаждается охлаждающее средство теплообменника 30. Теплообменник 30 соединен посредством впускного отверстия 58 масла с масляным поддоном 64 и посредством выпускного отверстия 60 масла - с масляным насосом 62, который подводит масло к зубчатым колесам 66, 68 в области корпуса 26 коробки передач. При температурах масла ниже заданного предельного значения трансмиссионное масло проходит не через теплообменник 30, а перекачивается через конструктивно отделенный перепускной клапан 70, за счет чего осуществляется обход теплообменника 30.

На фиг.2 показан теплообменник 30 согласно изобретению с встроенным перепускным клапаном 48, расположенным в корпусе 26 коробки передач. Через впускное отверстие 44 попадает внутрь теплообменника 30 охлаждающее средство, которое снова покидает теплообменник 30 через выпускное отверстие 46. Теплообменник 30 расположен в корпусе 26 коробки передач в углублении 56 таким образом, что всосанное масляным насосом 62 из масляного поддона 64 трансмиссионное масло поступает через впускное отверстие масла в углубление 56 и там может омывать теплообменник 30. Принудительно трансмиссионное масло снова покидает углубление 56 через выпускное отверстие масла и откачивается по направлению к масляному насосу 62, который подает масло к зубчатым колесам 66, 68 в области корпуса 26 коробки передач.

За счет расположения теплообменника 30 в углублении 56 корпуса 26 коробки передач, через которое посредством масляного насоса 62 принудительным образом проходит трансмиссионное масло, достигается оптимальное охлаждение всего трансмиссионного масла.

Теплообменник 30 имеет расположенный на теплообменнике 30 перепускной клапан 48, который позволяет, начиная с заданного пониженного давления, обходить теплообменник 30. Перепускной клапан 48 выполнен в виде седельного клапана и включает в себя крышку 52 клапана и пружину 50 крышки клапана. Корпус 26 коробки передач имеет седло 54 клапана, к которому прилегает крышка 52 перепускного клапана 48 в незадействованном состоянии. Если перепускной клапан 48 не задействован, то через теплообменник 30 проходит трансмиссионное масло, всосанное масляным насосом 62 из масляного поддона 64 коробки передач. Трансмиссионное масло проходит по гидравлическим магистралям 74 от масляного поддона 64 в углубление 56, в котором расположен теплообменник 30, и оттуда - к масляному насосу 62 или же к зубчатым колесам 66, 68. Функция теплообменника 30 и перепускная функция отделяются друг от друга уплотнительным элементом 72.

На фиг.3 показан теплообменник 30 согласно фиг.2 во время перепускной функции. Перепускной клапан 48 показан в еще не задействованном состоянии. Пружина 50 крышки клапана выполнена таким образом, что, начиная с определенного пониженного давления в углублении 56, в котором расположен теплообменник 30, через крышку 52 перепускного клапана 48 устанавливается соединение с соответствующими перепускными каналами 76. Эти перепускные каналы 76 предпочтительно встроены непосредственно в корпус 26 коробки передач. Функция теплообменника 30 и перепускная функция отделяются друг от друга уплотнительным элементом 72. В задействованном состоянии перепускного клапана 48, т.е. когда в углублении 56 имеется определенное пониженное давление, крышка 52 клапана больше не прилегает к седлу 54 клапана. Тем самым теплообменник 30, который расположен в углублении 56, больше не омывается трансмиссионным маслом, всосанным масляным насосом 62 из масляного поддона 64 коробки передач. По гидравлическим магистралям 74 трансмиссионное масло направляется из масляного поддона 64 через перепускной клапан 48, через ограниченную уплотнительным элементом 72 область и перепускные каналы 76 - к масляному насосу 62 или же к зубчатым колесам 66, 68.

Изобретение относится к коробке передач с теплообменником в транспортных средствах. Коробка передач содержит корпус (26) коробки передач и теплообменник (30), для отвода тепла от коробки передач (8). В корпусе (26) коробки передач предусмотрено углубление (56), через которое проходит смазочное средство коробки передач и в котором расположен теплообменник (30). На теплообменнике (30) расположен перепускной клапан (48), который, начиная с заданного пониженного или же повышенного давления, позволяет обход теплообменника (30). При этом перепускной клапан (48) выполнен в виде седельного клапана и имеет крышку (52) клапана, пружину (50) крышки клапана и седло (54) клапана. Крышка (52) клапана и пружина (50) крышки клапана расположены на теплообменнике, а седло (54) клапана представляет часть корпуса (26) коробки передач. Достигается упрощение и удешевление конструкции. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Коробка передач (8) с корпусом (26) коробки передач, который включает в себя область, в которой вращаются зубчатые колеса (66, 68), с теплообменником (30), который поглощает выработанное в коробке передач (8) и переданное в смазочное средство коробки передач тепло и отдает его в охлаждающее средство для отвода тепла от коробки передач (8), отличающаяся тем, что предусмотрен перепускной клапан (48), который начиная с заданного пониженного или же повышенного давления позволяет обход теплообменника (30), при этом перепускной клапан (48) выполнен в виде седельного клапана и имеет крышку (52) клапана, пружину (50) крышки клапана и седло (54) клапана, и при этом крышка (52) клапана и пружина (50) крышки клапана расположены на теплообменнике, а корпус (26) коробки передач имеет седло (54) клапана.

2. Коробка передач (8) по п.1, отличающаяся тем, что в корпусе (26) коробки передач вне области, в которой вращаются зубчатые колеса (66, 68), предусмотрено углубление (56), через которое проходит смазочное вещество коробки передач и в котором расположен теплообменник (30).

3. Коробка передач (8) по п.1, отличающаяся тем, что крышка (52) перепускного клапана (48) в незадействованном состоянии прилегает к седлу (54) клапана.

4. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что функция теплообменника (30) и перепускная функция отделены друг от друга уплотнительным элементом (72).

5. Коробка передач (8) по п.4, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент (72) выполнен в виде трубы из пластика или металла.

6. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что необходимые для перепускной функции перепускные каналы (76) встроены непосредственно в корпус (26) коробки передач.

7. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что пружина (50) крышки клапана выполнена таким образом, что крышка (52) клапана начиная с определенного пониженного или повышенного давления открывается и тем самым деблокирует соединение с перепускными каналами (76).

8. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что теплообменник (30) с крышкой (52) клапана и пружиной (50) крышки клапана представляет собой отдельный конструктивный узел, который выполнен с возможностью установки в углубление (56) в корпусе (26) коробки передач.

9. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что теплообменник (30) в углублении (56) в целях технического обслуживания и монтажа доступен снаружи корпуса (26).

10. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что теплообменник (30) выполнен в виде кожухотрубного теплообменника.

11. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что охлаждающее средство для отвода тепла из коробки передач (8) соединено с радиатором (38) вне коробки передач (8).

12. Коробка передач (8) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что охлаждающее средство для отвода тепла из коробки передач (8) является охлаждающим средством в контуре охлаждения двигателя (4) внутреннего сгорания, который приводит в действие коробку передач (8).

13. Теплообменник (30), который поглощает тепло и отдает его в охлаждающее средство для отвода тепла, отличающийся тем, что на теплообменнике (30) расположены крышка (52) клапана и пружина (50) крышки клапана, которые с корпусом (26) коробки передач в качестве седла (54) клапана образуют перепускной клапан (48), выполненный в виде седельного клапана.

14. Теплообменник (30) по п.13, отличающийся тем, что пружина (50) крышки клапана выполнена таким образом, что крышка (52) клапана начиная с определенного пониженного или же повышенного давления открывается и тем самым деблокирует соединение с перепускными каналами (76).

15. Теплообменник (30) по п.13 или 14, отличающийся тем, что теплообменник (30) выполнен в виде кожухотрубного теплообменника.

16. Теплообменник (30) по п.13 или 14, отличающийся тем, что теплообменник (30) представляет собой отдельный конструктивный узел, выполненный с возможностью установки, например, в углубление (56) в корпусе (26) коробки передач для отвода выработанного в коробке передач (8) и переданного в смазочное средство коробки передач тепла.