CZ20012971A3

CZ20012971A3 - Výměník tepla

Info

Publication number: CZ20012971A3
Application number: CZ20012971A
Authority: CZ
Inventors: Daniel Damson; Reiner Hohl
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-05-15
Also published as: US6981545B2; JP4695809B2; KR20010102171A; BR0008259A; DE19960929A1; JP2003517563A; EP1177407B1; DE50012239D1; WO2001044739A2; US20020157810A1; EP1177407A1; WO2001044739A3

Description

Výměník tepla

Oblast techniky

Vynález se týká výměníku tepla, uspořádaného mezi chladicím okruhem a výfukovým potrubím spalovacího motoru, který má přívod chladicího prostředku a odvod chladicího prostředku pro chladicí kanály, jakož i vstup výfukových plynů a výstup výfukových plynů pro kanály výfukových plynů.

Dosavadní stav techniky

Specifické zatížení životního prostředí v důsledku výroby oxidu uhličitého spalovacími motory závisí v podstatě na jejich účinnosti, Ta kromě jiného není uspokojující, když jsou spalovací motory provozovány pod jejich optimální provozní teplotou, V jednotlivých provozních stavech, například při studeném startu nebo dlouhé jízdě dolů vozidla není dosaženo optimální teploty spalovacího motoru, což vede ke zvýšené spotřebě paliva a ke zvýšeným emisím spalin. Při studeném startu s nízkými venkovními teplotami je nutné přídavné teplo k odstranění ledu ze skel, nebo k vytápění vnitřku vozidla, aby se zlepšila bezpečnost jízdy a jízdní komfort. Nyní jsou k řešení této problematiky nasazena převážně chemická nebo elektrická přitápění. Jejich nasazeni je ale rovněž spojeno se zvýšenou spotřebou paliva.

Ze zvláštní přílohy „Systém Partners 98“ S. 4 k MTZ (Motor

Technische Zeitschrift) 7/2 98 je znám výměník tepla, který je vestavěn do zpětného potrubí spalin, aby chladil spaliny zpětně

• · · • « · ·

9· >·· • ·· vedené do spalovacího prostoru, Chlazením spalin je zlepšeno plnění. Protože je výměník tepla během celkového provozu spalovacího motoru stále k použití, dochází ke kontinuálnímu vnášení tepla do chladicího prostředku spalovacího motoru a sice také při provozu v plném zatížení. Aby se ale zamezilo přehřátí chladicího prostředku a spalovacího motoru v tomto jízdním stavu, musí se přídavně odvádět teplo přes hlavní chladič spalovacího motoru. Hlavní chladič a jemu přirazený větrák se musí dimenzovat přiměřeně větší.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje výměník tepla, uspořádaný mezi chladicím okruhem a výfukovým potrubím spalovacího motoru, který má přívod chladicího prostředku a odvod chladicího prostředku pro chladicí kanály, jakož i vstup výfukových plynů a výstup výfukových plynů pro kanál výfukových plynů, podle vynálezu, jehož podstatou je, že je uspořádán v hlavním proudu výfukových plynů a v přívodu chladicího prostředku je upraveno uzavírací zařízení.

Podle vynálezu je tedy výměník tepla uspořádán v hlavním proudu spalin a v přívodu chladicího prostředku je upraveno uzavírací zařízení. Tím se může optimálně využít tepla spalin při studeném startu, aby se co možno nejrychleji dosáhlo provozní teploty spalovacího motoru a aby bylo využito teplo dostačující pro odstranění ledu ze skel vozidla a k ohřevu vnitřního prostoru vozidla. Z disertace od E.D. Pott „Verbrauchs-, Emissions- und Heizkomfortoptimierung bei Dieselfahrzeugen durch

Energieflussmanagement“ vyplývá, že užitečné teplo spalin již u malých spalovacích dieselových motorů osobních automobilů obnáší v jednom jízdním cyklu v průměru cca 1,4 kW. U osobních automobilů se spalovacím motorem, který pracuje podle Ottova • · · ···· * · * · «« ·· ·«· ·· ·· principu je užitečné teplo v důsledku vyšších teplot spalin ještě zřetelně větší.

Dosáhl-li spalovací motor své optimální provozní teploty, zavírá uzavírací zařízení přívod chladicího prostředku a přeruší tím průtok chladicího prostředku výměníkem tepla, takže hlavní chladič spalovacího motoru a jemu přiřazené dmychadlo nemusí být dimenzováno větší, než je třeba.

Aby se chladicí prostředek zůstávající ve výměníku tepla při uzavřeném přívodu chladicího prostředku nepřehřál a přitom nezpůsobil rozklad usazenin v kanálech chladicího prostředku výměníku tepla, je účelné vytlačit chladicí prostředek z kanálů chladicího prostředku, jakmile je uzavírací zařízení v přívodu chladicího prostředku zavřeno. Chladicí prostředek je do kanálů chladicího prostředku dopraven zpět krátce předtím, než je uzavírací zařízení opět otevřeno. K tom je na vysoko položeném místě kanálů chladicího prostředku připojen zásobník plynu, z kterého je plyn, zpravidla vzduch, dopraven do kanálů chladicího prostředku a později opět odebrán.

Jednoduchým způsobem je zásobník plynu vytvořen jako skládací měch, na jehož čelní stěně vede spojovací potrubí ke kanálům chladicího prostředku a na jehož protilehlou stranu působí ovladač. Tento zkracuje skládací mech a tlačí tím odpovídající objem plynu spojovacím potrubím do kanálů chladicího prostředku. Ovladač může být poháněn elektricky, hydraulicky a/nebo pneumaticky. Je-li ovladač nastaven zpětně, skládací měch se opět roztahuje a saje vzduch z kanálů chladicího prostředku.

Alternativa k tomu sestává v tom, že mezi vstupem výfukových plynů a výstupem výfukových plynů je upraveno obtokové potrubí, na jehož odbočce je uspořádáno uzavírací zařízení, aby bylo možno vstup výfukových plynů a vedení výfukových plynů kompletně řídit. Zavírá-Ii uzavírací zařízení přívod chladicího prostředku, zavírá současně uzavírací zařízení na odbočce obtokového potrubí vstup výfukových plynů a otevírá obtokové potrubí. Protože nyní již není výměník tepla protékán výfukovými plyny, je s jistotou zamezeno přehřátí chladicího prostředku.

V zásadě může být výměník tepla uspořádán v libovolném vhodném místě v hlavním proudu výfukových plynů vozidla. Účelné ale je uspořádat jej za katalyzátorem výfukových plynů, aby se zamezilo tomu, že katalyzátor výfukových plynů dosáhne své provozní teploty se zpožděním.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody plynou z následujícího popisu přiloženého výkresu. Na výkrese jsou znázorněny příklady provedení vynálezu. Výkres, popis a nároky obsahují v kombinaci četné znaky. Odborník může posuzovat znaky také jednotlivě a shrnout je do smysluplných kombinací.

Na jediném obrázku je schematicky znázorněn odpojitelný výměník tepla.

Příklady provedení vynálezu

Znázorněný výměník 10 tepla pracuje podle protiproudého principu a je uspořádán v hlavním proudu 34 výfukových plynů. Má vstup 30 výfukových plynů a výstup 32 výfukových plynů, které jsou vzájemně spojeny kanálem 36 výfukových plynů. Ke kanálu 36 výfukových plynů přiléhají kanály 14 chladicího prostředku, které « · 4

V»·· • · ·· · •♦ ·♦ * · ·· · • · ·· «· ··· • «· jsou spojeny s přívodem 26 chladicího prostředku a odvodem 28. chladicího prostředku. Tok chladicího prostředku je označen Šipkami 38 a 40.

V přívodu 26 chladicího prostředku je upraveno uzavírací zařízení 20. které přívod 26 chladicího prostředku v závislosti na provozních parametrech a na parametrech okolí více nebo méně škrtí, popřípadě zavírá. Uzavírací zařízení 20 je ovládáno přes signálové vedení 42 elektronickou řídící jednotkou 12. Ta může být integrována jako složka elektroniky motoru.

Na vysoko položeném místě 24 jsou kanály 14 chladicího prostředku spojeny přes spojovací potrubí 18 se zásobníkem 16 plynu, který je vytvořen jako skládací měch, jehož délka může být měněna ovladačem mezi Čárami 52 a 54. Zatímco spojovací potrubí 18 je upraveno na čelní straně 48 zásobníku 16 plynu, působí ovladač na protilehlou čelní stranu 50. Ovladač 22 je rovněž řízen elektronickou řídící jednotkou 12 přes signální vedení 44.

Je-li uzavírací zařízení 20 zavřeno, vstupuje do funkce ovladač 22 a zkracuje skládací měch 16. Přitom se zmenšuje vnitřní prostor 46 skládacího měchu, takže plyn, zpravidla vzduch, je dopravován přes spojovací potrubí 18 do chladicích kanálů 14 a tím vytlačuje chladicí prostředek. Tím nemůže být chladicí prostředek více ohříván výfukovými plyny.

Dříve než uzavírací zařízení 20 opět otevírá, jede ovladač 22 opět zpátky do svého výchozího postavení, čímž je plyn z chladicích kanálů 14 opět zpětně nasáván do expandujícího vnitřního prostoru 46 skládacího měchu 16. Tím může chladicí prostředek při obnoveném průtoku výměníkem 10 tepla přijímat teplo z výfukových plynů.

Alternativa k tomu je znázorněna čárkovaně. Přitom je vstup 30 výfukových plynů spojen s výstupem 32 výfukových plynů přes obtokové potrubí 56. V místě odbočky obtokového potrubí 56 je upraveno další uzavírací zařízení 58. které je přes signální vedení 60 spojeno s řídící jednotkou 12 a kompletně řídí vstup 30 výfukových plynů a obtokové potrubí 56. to znamená, že vstup 30 výfukových plynů je tím více škrcen, popřípadě uzavřen, čím více je obtokové vedení 56 otevřeno.

Je-li nyní uzavírací zařízení 20 na přívodu 26 chladicího prostředku zavřeno, zavírá téměř současně uzavírací zařízení 58. vstup 30 výfukových plynů a otevírá obtokové potrubí 56. Tím jsou výfukové plyny vedeny mimo výměník 10 tepla, takže chladicí prostředek v chladicích kanálech 14 nemůže být přehříván. Otevírá-li uzavírací zařízení 20. otevírá rovněž uzavírací zařízení vstup 30.

výfukových plynů a zavírá obtokové potrubí 56.

Aby provozní chování blíže neznázorněného katalyzátoru výfukových plynů nebylo rušeno, je účelné uspořádat výměník 10 tepla na výstup katalyzátoru výfukových plynů.

• ·	« Φ	•	·· · ·	» ·	··
• ·			• · ·	• ♦	•
• ·	•	* ·	• · ·	* · ·	•
• ·	•	•	• « ·	• ·	•
	··		• ΦΦ ··

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Výměník (10) tepla, uspořádaný mezi chladícím okruhem a výfukovým potrubím spalovacího motoru, který má přívod (26) chladicího prostředku a odvod (28) chladicího prostředku pro chladicí kanály (14), jakož i vstup (30) výfukových plynů a výstup (32) výfukových plynů pro kanály (36) výfukových plynů, vyznačující se tím, že je uspořádán v hlavním proudu (34) výfukových plynů a v přívodu (26) chladicího prostředku je upraveno uzavírací zařízení (20).

2. Výměník (10) tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vysoko položeném místě (24) chladicích kanálů (14) je připojen zásobník (16) plynu, z kterého je při zavřeném uzavíracím zařízení (20) a překročení horní hraniční teploty chladicího prostředku dopravován plyn do chladicích kanálů (14), který vytlačuje chladicí prostředek z výměníku (10) tepla, a že plyn je dopravován zpět do zásobníku (16) plynu krátce předtím, než je uzavírací zařízení (20) otevřeno.

3. Výměník (10) tepla podle nároku 2, vyznačující se tím, že zásobník (16) plynu je vytvořen jako skládací měch, na jehož jedné čelní straně (48) je uspořádáno spojovací potrubí (18), a na jehož protilehlou čelní stranu (50) působí ovladač (22).

4. Výměník (10) tepla podle nároku 3, vyznačující se tím, že ovladač (22) je poháněn elektricky, hydraulicky a/nebo pneumaticky,

5. Výměník (10) tepla podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je uspořádán v hlavním proudu (34) výfukových plynů, ve směru proudění za katalyzátorem výfukových plynů.

• v* φ ♦ «· · · « · * · ·« • · ♦ · • • · • Φ · • · Φ • · · * • · • • · ♦ • · • ·· ·· ·♦ ·· ···

6. Výměník (10) tepla podle nároků 1 nebo 5, vyznačující se tím, že mezi vstupem (30) výfukových plynů a výstupem (32) výfukových plynů je upraveno obtokové potrubí (56), na jehož odbočce je uspořádáno uzavírací zařízení (58), aby bylo možno vstup (30) výfukového plynu a obtokové potrubí (56) kompletně řídit.