FI117750B - Ajoneuvon lisälämmitysjärjestely - Google Patents

Description

117750

AJONEUVON LISÄLÄMMITYS JÄRJESTELY TILLÄGGSVÄRMEARRANGEMANG FÖR FORDON

KEKSINNÖN ALA

5 Keksintö liittyy ajoneuvon lisälämmitysjärjestelyyn, joka sisältää polttoaineella toimivan lämmittimen jäähdytysnesteen lämmittämiseksi kierrättämällä sitä lämmittimen kautta.

KEKSINNÖN TAUSTA

Eräiden ajoneuvojen, etenkin dieselmoottorilla varustettujen henkilöautojen, ongelmana 10 on nykyisin se, että moottorin polttoaineenkulutus ja lämpöhäviöt ovat niin pienet, että ne eivät riitä kylmissä olosuhteissa auton sisätilan lämmittämiseen. Tällaiset ajoneuvot on siksi varustettu polttoainetta polttamalla toimivalla lisälämmittimellä jäähdytysnesteen lämmittämiseksi kierrättämällä sitä lämmittimen kautta. Lisälämmitintä käytetään myös ajoneuvon moottorin ja sisätilan lämmittämiseen ennen käynnistämistä ja käyttöä kylmissä olosuhteisissa.

Lisälämmittimessä suuttimesta tuleva öljy hajotetaan pisaroiksi polttoa varten. Hyvä pisaroituminen on hyvän palamisen edellytys. Lämpötilan laskiessa dieselpolttoaineen viskositeetti kasvaa ja pisaroituminen huononee. Toiminta heikkenee dramaattisesti alle -15 ja etenkin alle - 20 °C:n lämpötiloissa, jolloin lisälämmitystä eniten tarvittaisiin. Huonon pala-20 misen seurauksena lämmittimet nokeentuvat, ja niiden toiminta huononee entisestään. Niitä joudutaan myös huoltamaan ja kotjaamaan usein, mistä aiheutuu huomattavat kustannukset.

• · ·.· · Nämä ongelmat heikentävät merkittävästi ajoneuvon käytettävyyttä kylmissä oloissa. Huono • · * ’· palaminen aiheuttaa myös epämukavuutta, koska siinä syntyy varsinkin lämmitintä käynnis- ::: tettäessä kitkerää sinistä savua, jota kulkeutuu ilmastoinnin kautta ajoneuvon sisätilaan.

*:**: 25 Kaikkein kylmimmillä säiliä, jolloin lämmitintä eniten tarvittaisiin, sen toiminta huononee ·***: myös siksi, että akusta saadaan liian vähän virtaa. Tämä huonontaa lämmittimen hehkun ja :”*» tuulettimen toimintaa, ja lämmitin ei ehkä edes käynnisty.

• · «

Hakijan tiedossa ei ole ratkaisuja polttoaineen pisaroitumisen varmistamiseksi kylmissä ··· oloissa dieselpolttoainetta käyttävissä lisälämmittimissä. Julkaisussa US 3765389 on esitetty ···· .***. 30 lisälämmitin, joka on tarkoitettu toimimaan voiteluöljyä sisältävällä dieselpolttoaineella.

··· *. Lämmittimen toiminta perustuu dieselöljyn höyrystämiseen, ja siinä on tulevan polttoaineen • * . höyrystämiseksi lämmitys, joka on päällä käynnistys- ja sytyttämisvaiheen ajan, esimerkiksi . 3-6 minuuttia, ja kytkeytyy pois laitteen lämmettyä. Tällainen polttoaineen lämmitysjäijes- • ·· ·.* · tely ei sovellu edellä kuvattujen ongelmien ratkaisemiseen.

35 2 117750 YHTEENVETO KEKSINNÖSTÄ

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, joka suuressa määrin ratkaisee edellä kuvatut ongelmat.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle ajoneuvon lisälämmitysjär-5 jcstelylle, joka sisältää polttoaineella toimivan lämmittimen jäähdytysnesteen lämmittämiseksi kierrättämällä sitä lämmittimen kautta, joka lämmitin käsittää palotilan ja polttoaine-suuttimen sekä sekoitus- ja turbulaattorijärjestelyn polttoaineen syöttämiseksi ja saamiseksi pisaroitumaan ja hajoamaan paloillaan, on tunnusomaista, että se sisältää lisälämmittimelle tulevan polttoaineen lämpötilaa tunnustelevan elimen ja csilämmittimen, joka on varustettu 10 tehokkaalla lämmityselimellä ja ohjausvälineillä, sanotun tulevan polttoaineen lämmittämiseksi nopeasti, nopeudella, joka on vähintään luokkaa 5 °C/s, hyvän pisaroitumisen varmistavalle lämpötila-alueelle, jos polttoaineen lämpötila alittaa asetetun alarajan, sekä polttoaineen lämpötilan pitämiseksi sanotulla lämpötila-alueella.

Lämpötila-alueen ylärajan asetusarvo voi olla alueella 20 ... 60 °C ja on edullisesti esi-15 merkiksi 25 °C.

Lämpötila-alueen alarajan asetusarvo voi olla alueella 10 ... 20 °C ja on edullisesti esimerkiksi 15 °C.

Eräässä suoritusmuodossa tehokas lämmityselin on hehkutulppa.

Eräässä suoritusmuodossa polttoaineen lämpötilaa tunnusteleva elin on termistön.

20 Eräässä suoritusmuodossa laite sisältää takaisinkytkennän polttoaineen lämpötilan pitämiseksi pisaroitumisen varmistavalla lämpötila-alueella.

• · ·.· f Eräässä suoritusmuodossa polttoaineen esilämmitin on yhdistetty lämmittimeen, * · · V* Keksinnön mukaisella ratkaisulla varmistetaan, että lisälämmittimen poltin toimii myös ί.ί.: kylmissä oloissa hyvin sekä käynnistyksen aikana että sen jälkeen. Sen avulla lisälämmitin * '· *:*·; 25 pysyy hyvässä kunnossa, ja varmistetaan auton käynnistyminen ja sisätilan lämmityksen toi- : minta kaikkein kylmimmissäkin olosuhteissa.

• * · • « • · • · ·

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

tt*j* Keksintöä ja sen eräitä suoritusmuotoja kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin vii- 30 täten oheen liitettyihin piirustuksiin, joista: kuva 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen ajoneuvon lisälämmitysjärjestelyn ...,j erästä suoritusmuotoa ja • » kuvat 2 ja 3 ovat kaavioita, jotka esittävät esimerkin kuvan 1 laitteen toiminnasta.

• » » • · · • · ··· ’· " 35 3 117750

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Kuvassa 1 esitetään kaavamaisesti tavanomainen dieselpolttoaineella toimiva lisäläm-mitin 1, sen polttoaineen pisaroituvuuden varmistamiseen tarkoitettu esilämmitin 19 ja oh-jainyksikkö 18. Lämmittimessä 1 on palotila 4, jossa on polttoainesuutin 5 sekä sekoitus-5 kuppi ja turbulaattorijärjestcly 6 ja 7, joiden tehtävänä on saada polttoaine pisaroitumaan ja hajoamaan halutulla tavalla palotilaan. Puhallin 2 syöttää palotilaan ilmaa 3. Lämmitintä käynnistettäessä hehku 10 sytyttää pisaroituneen polttoaineen. Pakokaasut poistuvat paloti-lasta pitkin putkea 12.

Palotilaa ympäröi nestetila 11, jonka kautta pumppu 13 kierrättää jäähdytysjär-10 jcstelmästä 16 putken 14 kautta tulevaa ja sinne putken 15 kautta palautuvaa jäähdytysnestettä 27. Anturi 17 mittaa jäähdytysnesteen lämpötilaa ja antaa vastaavan signaalin S ohjain-yksikölle 18.

Putki 8 johtaa lisälämmittimelle tulevan polttoaineen ajoneuvon polttoainesäiliöstä pumpulle 9, joka ohjaimen signaalin F ohjaamana syöttää polttoaineen lisälämmittimelle 1. 15 Polttoaineen esilämmitin 19 on sijoitettu pumpun 9 ja lisälämmittimen väliin aivan lämmit-timen polttonineenoton välittömään läheisyyteen, josta polttoaine tuodaan lisälämmittimeen pitkin lämpöeristettyä putkea 25.

Lisälämmittimen polttoainepumppu 9 asennetaan käytännössä usein lähelle ajoneuvon polttoainetankkia, jolloin polttoaineen esilämmitin 19 on sijoitettava tässä kuvatulla tavalla 20 pumpun ja lisälämmittimen 1 väliin. Vähintään yhtä edullinen ratkaisu on sijoittaa polttoainepumppu aivan lähelle lisälämmitintä ja polttoaineen esilämmitin taas välittömästi sen : eteen.

··**.

Polttoaine tulee esilämmittimessä 19 esimerkiksi muodoltaan sylinterimäiseen kam- mioon 22, johon on sijoiteltu tehokas lämmityselin 23, esimerkiksi hehkutulppa. Kammion ·;··· 25 tilavuus voi olla esimerkiksi luokkaa 0,1 litraa. Hehkutulppa 23 voi olla esimerkiksi tyyppiä, ·*·*. jossa on lämmityskierukka suojaputken 24 sisällä ja jossa nimellisvirta on 10 ... 20 A. Mi- • * - ;***. toitukset tehdään lämmittimen tehoja käyttötarpeet huomioon ottaen siten, että lämmityselin • · · pystyy lämmittämään polttoaineen nopeudella, joka on vähintään luokkaa 5 °C/s. Silloin polttoaine pystytään lämmittämään lisälämmitintä käynnistettäessä riittävän nopeasti ja pitä- • ♦ · · .·♦·, 30 mään polttoaineen lämpötila jatkuvasti hyvän pisaroitumisen varmistavalla alueella, jolloin • · * « * •# polttoaineen palaminen lisälämmittimessä on koko ajan optimaalista.

[ Hchkutulpan 23 toimintaa ohjaa ohjainpiiri 20, joka kytkee sille jännitteen Vg (esim. 12 V tai 24 V ajoneuvon sähköjärjestelmästä riippuen). Jännitteen kytkemistä varten ohjainpii- ··· L* J rissä on esimerkiksi sopiva rele. Ohjainpiirin 20 toimintaa ohjaa ohjainyksiköltä 18 tuleva ♦ « • * · * · * • « 117750 4 signaali H. Lisäksi sitä ohjaa takaisinkytkentäsignaalin T avulla kammiossa 22 olevan polttoaineen lämpötila. Polttoaineen lämpötilaa tunnustelee esimerkiksi NTC-vastus 26.

Seuraavassa kuvataan lämmitinjärjestelyn toimintaa viitaten kuvan 1 lisäksi kuvien 2 ja 3 kaavioihin. Ohjainyksikön 18 saadessa komennon A kytkeä päälle lisälämmitin 1 se käyn-5 nistää välittömästi signaalin P avulla vesipumpun 13 ja signaalin V avulla lämmittimen tuulettimen 2 (kuva 2). Jos polttoaineen lämpötila TO on tietyn kriittisen lämpötilan Te, esimerkiksi + 10 °C, alapuolella (kuva 3), ohjainyksikkö antaa samalla polttoaineen esilämmitti-men 19 ohjainpiirille 20 komennon H, jonka seurauksena hehkutulpalle 23 kytketään virta, jota osoitetaan merkinnällä G. Hehkutulppa 23 lämmittää kammiossa 22 olevan polttoaineen 10 nopeasti (kuva 3) lämpötila-alueelle, jolla polttoaineen hyvä pisaroituminen on varmaa, ja kun polttoaineen lämpötila saavuttaa asetetun ylärajan T2, esimerkiksi + 25 °C, takaisinkytkentä T ohjaa piirin 20 katkaisemaan hehkutulpalle menevän virran G. Polttoaineen lämmittäminen kestää yleensä muutamia sekunteja, enintään ajan, joka on luokkaa 10 sekuntia. Oh-jainyksikössä 18 on asetettu 10 ... 20 sekunnin suuruusluokkaa oleva aikaviive, jonka kulut-15 tua komennosta A polttoainepumppu käynnistetään komennolla F (kuva 2), ja se alkaa syöttää lämmitettyä polttoainetta eteenpäin lämmittimelle 1, jossa suuttimen 5 syöttämä pisaroitunut polttoaine leviää palotilaan 4. Muutamien sekuntien kuluttua kytketään ohjainyksikön 18 antamasta komennosta I virta lämmittimen sytytyshehkulle 10, ja lisälämmillimen poltin käynnistyy.

20 Lämmittimen käynnistyttyä polttoainetta virtaa esilämmittimen kammiosta 22 lämmitti-meen ja tilalle tulee kylmää polttoainetta. Kun polttoaineen lämpötila saavuttaa asetetun ala- • .·, rajan Tl, joka on esimerkiksi alueella + 5 ... + 20 °C ja edullisesti esimerkiksi + 15 °C, niin * * * ,·*·| takaisinkytkentä T ohjaa piirin 20 kytkemään virran G uudelleen hehkutulpalle 23 (kuva 3).

• · · I'.' Esilämmittimen toiminta jatkuu tällaisena niin kauan, kuin lisälämmitin on päällekytkettynä • * · j*. 25 ja polttoaineen lämpötila on kriittisen lämpötilan Te alapuolella. Hehkutulppa lämmittää • · .. . polttoainetta tyypillisesti muutamia sekunteja kerrallaan, ja lämmitysjaksojen väli voi olla 1 • · · * · *.,) minuutin luokkaa. Lisälämmittimen ja polttoaineen esilämmittimen toiminnan edetessä ne • · *·** molemmat lämpenevät ja lämmittävät ympäristöä ja samalla esilämmittimen läpi virtaavaa polttoainetta. Polttoaineen esilämmitin voidaan kiinnittää lisälämmittimen koteloon tai run- • · · 30 koon, jolloin tämä vaikutus on huomattava. Samalla hehkutulpan päälläolojaksot lyhenevät *···* ja niiden välit pitenevät. Polttoaineen esilämmitin voi olla myös lämmittimen yhteydessä to- ·:*·· teutettu, toisin sanoen lämmittimen osa. Myös esilämmittimen ohjainpiiri 19 voidaan yhdis- *:*·; tää lämmittimen ohjausyksikköön 18.

,···. Lämpötila-alueen ala-ja ylärajat Tl ja T2 määritellään siten, että polttoaineen hyvä pi- * « · puolella, jossa polttoaineen pisaroituminen alkaa heiketä. Toisaalta yläraja on pidettävä .·, . 35 saroituminen on varmaa, toisin sanoen, että alaraja on riittävän paljon sen lämpötilan ylä- • · * 117750 mahdollisimman alhaisena, jotta polttoaineen lämmittämiseen kulutetaan mahdollisimman vähän energiaa, jota on syytä säästää varsinkin silloin, kun virta otetaan kylmissä olosuhteissa pysäköitynä olevan ajoneuvon akusta. Rajojen asettamisessa voi olla syytä ottaa huomioon esimerkiksi käytettävän polttoaineen laatu. Esimerkiksi dieselpolttoaineissa on ns.

5 talvi-tai arktisia laatuja, joissa polttoaineen juoksevuutta ja pisaroitumista on parannettu sopivilla lisäaineilla. Toisaalta ajoneuvoissa pyritään käyttämään mahdollisimman halpoja polttoaineita, jolloin juoksevuus voi olla huonompi ja on syytä nostaa sekä ala- että ylärajaa.

Myös lisälämmittimen asennuspaikka- ja tapa voi olla syytä ottaa huomioon esimerkiksi sen suhteen, kuinka paljon polttoaine voi jäähtyä esilämmittimen kammiosta lisälämmittimeen 10 johtavassa putkessa. Lämpötila-alueen sopiva yläraja voi olla joissakin tapauksissa esimerkiksi + 20 °C tai joissakin tapauksissa + 30 °C tai + 35 °C tai vielä sitäkin korkeampi. Alaraja voi joillakin polttoainelaaduilla olla alhaisempi kuin + 15 °C ja joillakin toisilla taas esimerkiksi + 20 °C tai + 25 °C.

Kriittinen lämpötila Te on useimmissa tapauksissa edullista asettaa samaksi kuin läm-15 pötila-alueen alaraja Tl. Silloin polttoaineen lämpötilan tunnusteluun ja siihen perustuvaan ohjaukseen ei tarvita muita elimiä kuin edellä kuvatut lämmittimen kammiossa polttoaineen lämpötilaa tunnusteleva elin 26 ja takaisinkytkentä T ohjainpiirille 20.

Esilämmittimen ohjainpiiri 20 voidaan toteuttaa niin, että jos takaisinkytkennässä esiintyy häiriö, esimerkiksi kontaktihäiriöstä tai termistorin rikkoutumisesta johtuva, niin häiriön 20 kesto esimerkiksi yli 15 sekunnin ajan johtaa lämmityksen katkaisemiseen, jonka jälkeen : esilämmitin saadaan uudestaan toimimaan esimerkiksi vain käyttämällä virta pois päältä.

: ,·, Esilämmitin voidaan varustaa myös ylikuumenemissuojalla esimerkiksi niin, että polttoaine- * * * [··/ kammion lämpeneminen yli 60 °C:n johtaa toiminnan katkaisemiseen. Voidaan käyttää • * · . myös hehkutulppaa, joka on suojattu ylikuumenemista vastaan.

* * · e* \ 25 On selvää, että keksintö ei rajoitu edellä esitettyihin esimerkkeihin. Hehkutulpan sijasta i • · .. . voidaan käyttää muutakin riittävän tehokasta Iämmityselintä. Jos käytetään hehkutulppaa, • * niin sopiva tyyppi valitaan sovelluksen mukaan. Lisälämmityksen tehon tarve vaihtelee suu- • · • · *** resti ajoneuvosta riippuen, ja polttoaineen esilämmitin ja sen toiminta on mitoitettava ja to teutettava tarpeen mukaan. Voidaan ajatella myös sellaista hehkutulppaa ja sen käyttötapaa, ··· ··; · 30 että hehkutulppaan kytketään täysi virta vain käynnistysvaiheessa ja sen jälkeen pienempi • f *·;·* polttoaineen lämpimänä pitämiseen riittävä virta, jolloin hehkutulppa olisi päällä pidempiä *:**: aikoja mutta sen tarvitsema virta olisi pienempi.

Keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten sallimissa rajoissa.

··« • · * • * · *·’·· • · ♦ • * · * ·

Claims (9)

1. Ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, joka sisältää polttoaineella toimivan lämmittimen (1) jäähdytysnesteen (27) lämmittämiseksi kierrättämällä sitä lämmittimen kautta, joka lämmi-5 tin käsittää palotilan (4) ja polttoainesuuttimen (5) sekä sekoitus-ja turbulaattorijärjestelyn (6, 7) polttoaineen syöttämiseksi ja saamiseksi pisaroitumaan ja hajoamaan palotilaan, tunnettu siitä, että se sisältää lisälämmittimelle tulevan polttoaineen lämpötilaa tunnustelevan elimen (26) ja esilämmittimen (19), joka on varustettu tehokkaalla lämmityselimellä (23, 24. ja ohjausvälineillä (18, 20, 26), sanotun tulevan polttoaineen lämmittämiseksi nopeasti, 10 nopeudella, joka on vähintään luokkaa 5 °C/s, hyvän pisaroitumisen varmistavalle lämpötila-alueelle (Tl ... T2), jos polttoaineen lämpötila alittaa asetetun alarajan (Te, Tl), sekä polttoaineen lämpötilan pitämiseksi sanotulla lämpötila-alueella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että sa-15 notun lämpötila-alueen ylärajan (T2) asetusarvo on alueella 20 ... 60 °C.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että ylärajan (T2) asetusarvo on 25 °C.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että sa notun lämpötila-alueen alarajan (Tl) asetusarvo on alueella 5 ... 20 °C. • * »il . • · · * * * *

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että alarajan (Tl) asetusarvo on 15 °C, > ·!··: 25

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että te- • · .**·. hokas lämmityselin on hehkutulppa (23, 24). • » *

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että • · * · .·*·. 30 polttoaineen lämpötilaa tunnusteleva elin (26) on termistön. * · * · · Φ ···«« « · . 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että se *. * sisältää takaisinkytkennän (26, T) polttoaineen lämpötilan pitämiseksi pisaroitumisen var- ϊ inistävällä lämpötila-alueella (Tl ... T2). *;*·! 35 7 117750

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ajoneuvon lisälämmitysjärjestely, tunnettu siitä, että polttoaineen esilämmitin (19) on yhdistetty lämmittimecn (1).

5 PATENTKRAY