PL197445B1 - Urządzenie do odprowadzania ciepła z przedziału silnikowego samochodu - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do odprowadzania ciep la z przedzia lu silnikowego samochodu za po- mocn a co najmniej jednego przewodu, które- go jeden koniec znajduje si e w strefie ch lod- niejszej, w pobli zu jednej scianki przedzia lu, przy czym przewód ten przechodzi przez gór- n a cze sc przedzia lu w kierunku co najmniej jednej strefy wylotu na zewn atrz, w której pa- nuje ci snienie ni zsze, lub równe ci snieniu w przedziale, przy czym wspomniany przewód ma co najmniej jeden otwór, przez który ota- czaj ace powietrze, znajduj ace si e w przedziale jest zasysane do przewodu, znamienne tym, ze co najmniej jeden otwór (8) przewodu (3) jest po laczony z dysz a zasysaj ac a (9), skie- rowan a ku strefie (10), znajduj acej si e za wen- tylatorem (11) w strefie nadci snienia wzgl e- dem reszty otoczenia przedzia lu (1). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do odprowadzania ciepła z przedziału silnikowego samochodu.

Aby działać w warunkach optymalnych, silniki cieplne wymagają na ogół ciągłego chłodzenia podczas ich działania. Od dawna opracowywano obwody chłodzenia wodą lub powietrzem, przeznaczone do utrzymywania bezpośredniego otoczenia komór spalania w temperaturze, która nie przekracza nigdy najwyższej temperatury, odpowiedniej dla elementów mechanicznych silnika. W chwili obecnej dąży się często do takiego poprawienia izolacji przedziałów silnikowych, aby ograniczyć powstawanie zapachów, rozchodzenie się niepożądanych drgań i szumów. Te nowe wymagania, połączone z faktem, że w zwartych i lekkich samochodach zmniejszono przestrzeń wewnątrz przedziałów silnikowych, powodowało nagrzewanie się przestrzeni od silnika. Ponadto w przedziale silnikowym znajdują się takie dodatkowe urządzenia pomocnicze wytwarzające ciepło, jak sprężarka lub turbosprężarka powietrza, które pracują w bardzo wysokiej temperaturze i wytwarzają dodatkowe punkty gorąca w przedziale silnikowym.

Powstało stąd niebezpieczeństwo nadmiernego nagrzewania się otoczenia przedziału silnikowego, którego tradycyjne obwody chłodzenia nie są w stanie całkowicie ograniczyć.

Było zatem pożądane opracowanie środków do chłodzenia tego otoczenia, aby nie zmniejszyć całkowitej sprawności silnika i nie zagrozić osiągnięciom mechanicznym niektórych elementów i akcesoriów, znajdujących się na jego obrzeżu.

Zaproponowano np. wprowadzenie do przedziału przewodu doprowadzającego świeże powietrze, zasysane przez wentylator z obwodu chłodzenia do tylnej części przedziału silnikowego, aby lepiej rozprowadzać dopływ świeżego powietrza do całej objętości przedziału (francuskie zgłoszenie 2.667.549).

W japońskim zgłoszeniu patentowym JP-08/164.756 opisana jest osłona przedziału silnikowego samochodu, na której wewnętrznej powierzchni jest umieszczony szeroki przewód płaski, doprowadzający świeże powietrze, pobrane z przedniej powierzchni pojazdu ku tylnej części silnika.

Te rozmaite układy mają jednak tę wadę, że chłodzą jedną tylko z gorących stref otoczenia. Ponadto natężenie, a zatem wydajność chłodzenia takich układów pozostają małe, ponieważ ograniczają się do doprowadzania świeżego powietrza, a nie odprowadzają bezpośrednio ciepła z najgorętszych punktów otoczenia przedziału.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia, które przeprowadza chłodzenie wszystkich gorętszych stref otoczenia przedziału silnikowego, w ruchu lub statycznego, z zadowalającą wydajnością i które pozwala na użycie rozmaitych materiałów do wykonania elementów obwodowych akcesoriów silnika. Urządzenie według wynalazku, do odprowadzania ciepła z przedziału silnikowego samochodu za pomocą co najmniej jednego przewodu, którego jeden koniec znajduje się w strefie chłodniejszej, w pobliżu jednej ścianki przedziału, przy czym przewód ten przechodzi przez górną cześć przedziału w kierunku co najmniej jednej strefy wylotu na zewnątrz, w której panuje ciśnienie niższe, lub równe ciśnieniu w przedziale, przy czym wspomniany przewód ma co najmniej jeden otwór, przez który otaczające powietrze, znajdujące się w przedziale jest zasysane do przewodu.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jeden otwór przewodu jest przyłączony do dyszy zasysającej skierowanej ku strefie znajdującej się za wentylatorem w strefie nadciśnienia względem reszty otoczenia przedziału. Przewód korzystnie jest wyposażony w tłumik hałasu. Przewód korzystnie jest wykonany z tworzywa sztucznego. Przedział korzystnie jest przedziałem silnikowym pojazdu samochodowego.

Koniec przewodu korzystnie znajduje się w pobliżu ścianki pojazdu.

Jedna strefa przewodu uchodząca na zewnątrz znajduje się korzystnie u dołu szyby przedniej.

Jedna strefa przewodu uchodząca na zewnątrz, korzystnie znajduje się w dolnej części przedziału silnikowego.

Przez przedział rozumie się przestrzeń otwartą lub zamkniętą, ograniczoną przez jedną lub kilka ścianek lub powierzchni.

Jedna ścianka lub cześć ścianki jest ruchoma i umożliwia otwieranie oraz dostęp do silnika, umieszczonego w przedziale.

Silnik cieplny, umieszczony w przedziale, jest silnikiem, przetwarzającym energię cieplną, dostarczaną przez spalanie paliwa silnikowego, w energię mechaniczną. Może go stanowić dowolny rodzaj silnika spalinowego, tłokowego lub wirującego, na paliwo silnikowe ciekłe np. benzynę, olej

PL 197 445 B1 napędowy, etanol itp. (lub gazowe) np. gaz napędowy, gaz ziemny, gaz niskokaloryczny, wodór, metan itp.

W szerszym znaczeniu przez silnik cieplny rozumie się również jeden lub kilka silników elektrycznych, zasilanych przez co najmniej jedno ogniwo paliwowe lub jeden akumulator.

Przewód jest umieszczony tak, aby przechodził przez górną cześć przedziału, zawierającego silnik cieplny. Może on mieć rożną postać i być osadzony w przedziale w dowolny sposób, pozwalający na łatwy dostęp przy konserwacji silnika oraz dobrą osłonę najgorętszych stref otoczenia.

W szczególności może on być przymocowany do samego silnika lub być połączony trwale z przedziałem silnikowym. Wariantowo może on być także połączony trwale ze ścianką przedziału, którą można otwierać.

Jeden z końców przewodu pełni funkcję wlotu powietrza zewnętrznego. W myśl wynalazku koniec ten jest położony w chłodniejszej strefie w bezpośredniej bliskości jednej powierzchni przedziału. Strefa ta znajduje się np. za wlotami powietrznymi wykonanymi w jednej ściance przedziału. W rozwiązaniu wariantowym możliwe jest zainstalowanie wentylatora w chłodniejszej strefie w pobliżu końca przewodu tak, aby lepiej zasysać powietrze zewnętrzne i zmuszać je - przynajmniej częściowo - do przepływu do końca przewodu. Przewód przechodzi przez górną cześć przedziału w kierunku co najmniej jednej strefy, która uchodzi na zewnątrz. Strefa ta może znajdować się w różnych miejscach w przedziale. Na ogół jest ona położona w części rozmieszczonej na przeciwko tej części powierzchni, gdzie powietrze zewnętrzne przenika do przedziału silnikowego.

W strefie uchodzącej na zewnątrz panuje ciśnienie niższe, lub równe ciśnieniu otoczenia przedziału. W strefie tej panuje korzystnie ciśnienie niższe od ciśnienia otoczenia. Środki do uzyskania tego podciśnienia względem wnętrza przedziału mogą być rożnego rodzaju. Można np. zastosować wentylator, umieszczony w przedziale silnikowym w celu wytworzenia dodatniej różnicy ciśnień pomiędzy wnętrzem przedziału, a obszarem zewnętrznym, lub też w przypadku, gdy przedział stanowi cześć składową maszyny jezdnej - skorzystać z powstawania ruchów aerodynamicznych, wywoływanych przez wchodzenie maszyny w atmosferę otaczającą, zewnętrzną względem przedziału, gdzie zaistniałoby lokalne podciśnienie pod warstwami powietrza.

Takie strefy turbulencyjne powstają na ogół w pobliżu ostrych krawędzi, obecnych w kształcie maszyny lub w warstwie powietrza, która oddziela maszynę od ziemi. Ich dokładne umiejscowienie i natężenie zależą od kształtu maszyny i od prędkości przenikania w atmosferę.

Według wynalazku, przewód posiada co najmniej jeden otwór, służący do zasysania do wnętrza przewodu powietrza z otoczenia przedziału pod działaniem wyrzucanego o zwiększonej prędkości powietrza zewnętrznego, które przepływa przewodem. Korzystne jest umieszczenie co najmniej jednego otworu na wprost gorętszej strefy otoczenia przedziału silnikowego. Korzystnie, przewód ma od strony końca, położonego w chłodniejszej strefie, przeznaczonej do wlotu powietrza, przekrój zwężający się. Powietrze zewnętrzne jest w ten sposób przyspieszane na zasadzie efektu Venturiego.

W korzystnej postaci wykonania przedział zawiera wentylator, a przewód jest zaopatrzony w co najmniej jeden otwór, przyłączony do dyszy zasysającej, skierowanej ku strefie, położonej z tylu wentylatora, z nadciśnieniem względem reszty otoczenia przedziału. Gdy przedział jest nieruchomy lub stanowi cześć składową maszyny ruchomej w stanie spoczynku, wówczas to postać wykonania ma tę zaletę, że nie przerywa odprowadzania ciepła w przypadku braku strefy podciśnienia w jej bezpośrednim sąsiedztwie.

W korzystnej postaci wykonania wentylator może być skojarzony lub nie z grzejnikiem, działającym jako wymiennik ciepła, w którym obiega ciecz chłodząca silnika.

W innej postaci wykonania urządzenia, przewód można wyposażyć w tłumik dźwiękowy. Przez tłumik dźwiękowy rozumie się wszelkie urządzenia, zdolne do wyeliminowania lub przynajmniej odfiltrowania hałasu, generowanego w przedziale. Nadawać się tu może wszelki znany typ tłumika dźwięków. Tłumik z przegrodami nadaje się dobrze pod warunkiem, że wprowadzony ubytek obciążenia pozostaje niewielki w stosunku do różnicy ciśnień, jaka panuje pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną stroną przedziału. Ubytek ten, aby był zaniedbywany, powinien być, mniejszy niż 40% tej różnicy ciśnień. Korzystnie, jest on mniejszy niż 20% tej różnicy.

Przewód może być wykonany z dowolnego tworzywa, przystosowanego do przebywania w atmosferze przedziału silnikowego. W szczególności zaleca się użycie jako materiału tworzywa sztucznego. Mogą nadawać się wszelkie rodzaje tworzywa sztucznego. Nadające się dobrze tworzywa sztuczne należą do kategorii tworzyw termoplastycznych lub tworzyw termoutwardzalnych. Tworzywa termoplastyczne nadają się szczególnie dobrze.

PL 197 445 B1

Preferowane są syntetyczne tworzywa termoplastyczne. Przydatny jest dowolny rodzaj polimeru lub kopolimeru termoplastycznego, którego właściwości mechaniczne i cieplne są przystosowane do warunków temperaturowych, panujących w otoczeniu przedziału. Przykładami takich tworzyw termoplastycznych są w sposób niewyłączny: polipropylen i poliamid. Można także stosować mieszaninę polimerów lub kopolimerów, a także mieszaninę tworzyw polimerowych z wypełniaczami nieorganicznymi, organicznymi i/lub naturalnymi, takimi jak na przykład, lecz nie wyłącznie: węgiel, sole inne pochodne nieorganiczne, włókna naturalne lub polimerowe.

Przewód z tworzywa termoplastycznego można wytwarzać dowolną techniką, znaną dobrze w dziedzinie zastosowań tworzyw sztucznych, np. wyciskanie, wyciskanie-wydmuchiwanie, wtryskiwanie wtryskiwanie-spajanie. Przewód można korzystnie wytwarzać przez wyciskanie-wydmuchiwanie. Otrzymany korpus wydrążony może zawierać otwory, spełniające funkcje wlotów zasysających.

Wariantowo do urządzenia według wynalazku można korzystnie dołączyć jeden lub kilka elementów, skojarzonych z działaniem silnika cieplnego. W szczególności można dołączyć do niego elementy, skojarzone z doprowadzaniem powietrza, np. obudowę filtru powietrznego i/lub co najmniej jeden z przewodów do doprowadzania powietrza do silnika.

W tym wariancie wykonania urządzenie takie, jak zwłaszcza przewód-filtr powietrzny i/lub ewentualnie przewody do doprowadzania powietrza można wytwarzać w ramach jednej tylko operacji, jako kompleksową część z połączonymi trwale elementami, ewentualnie jego konstrukcja może wynikać z montażu filtru i/lub przewodów doprowadzających, wytworzonych uprzednio oddzielnie w sposób niezależny.

Urządzenie według wynalazku nadaje się szczególnie dobrze do odprowadzania ciepła z przedziału silnikowego pojazdu samochodowego.

W tym przypadku koniec przewodu, znajdujący się w chłodniejszej strefie, jest korzystnie położony w pobliżu jednej ścianki pojazdu. W szczególności chłodniejszą strefą, na którą otwiera się przewód, jest osłona chłodnicy, położona na jednej ściance przedziału silnikowego. Przewód znajduje się w górnej części tego przedziału, w małej odległości od maski silnika. Jeden lub kilka otworów jest wykonanych w przewodzie na wprost najgorętszych elementów silnika, takich jak kolektor wydechowy, turbosprężarka, karter i osłona zaworów wzniosowych. Strefa uchodząca na zewnątrz znajduje się u dołu szyby przedniej tam, gdzie powstaje podciśnienie, wywołane zawirowaniami podczas przemieszczania się pojazdu z dużą prędkością. Inna strefa, uchodząca na zewnątrz, znajduje się w dolnej części przedziału silnikowego. Uchodzi ona na ogół pod częścią środkową pojazdu, gdzie rozwijają się również turbulencje aerodynamiczne podczas przemieszczania się pojazdu. Przewód może być połączony trwale z maską silnika. Wariantowo może on być także przymocowany do samego silnika lub samego przedziału.

Gdy pojazd się przemieszcza, czoło ciśnienia, wytworzone w miejscu przenikania do powietrza atmosferycznego, powoduje jego wchodzenie do przewodu, który uchodzi na przedniej powierzchni pojazdu i zmusza je do przechodzenia przez ten przewód na całej jego długości.

Przewód ma korzystnie taki kształt, że w jego części początkowej przekrój maleje nieco w sposób stopniowy względem końca, położonego w chłodniejszej strefie, przez co uzyskuje się zbieżność. Wynika z niej zwiększenie prędkości powietrza, które przepływa przez tę cześć zbieżną. Otwór pojedynczy lub wielokrotny, wykonany na wprost gorących punktów silnika, może być utworzony przez proste rozcięcie koliste lub o dowolnym kształcie zamkniętym, wykonane w przewodzie. Alternatywnie może on mieć także postać cokołu, wykonanego w dowolny sposób na rozcięciu przewodu, np. przez odgięcie na zewnątrz pod katem prostym krawędzi rozcięcia na kilka centymetrów.

W przedziałach silnikowych pojazdów samochodowych zaleca się też zaopatrzyć przewód w dyszę zasysającą. Na ogół taka dysza jest skierowana w bezpośredniej bliskości tylnej części wentylatora, który wyposaża grzejnik obwodu cieczy chłodzącej. Dysza, skierowana ku wentylatorowi, może mieć kształt walcowy lub - korzystnie - stożka ściętego, przy czym jego większa średnica znajduje się od strony wentylatora.

Gdy pojazd stoi, żaden strumień powietrza nie wchodzi przez ściankę wejściową przedziału i wówczas, zadanie wtłaczania powietrza z dużą prędkością do przewodu i zasilania ejektorów, umieszczonych dalej na tym przewodzie, w celu zasysania gorącego powietrza z przedziału, przejmuje zespół wentylator-dysza.

Gdy pojazd jest w ruchu, działanie zespołu dysza-wentylator dodaje się do działania powietrza przepływającego w sposób naturalny w przewodzie w wyniku przemieszczania się pojazdu. Urządzenie według wynalazku ma zaletę, że umożliwia efektywne odprowadzanie kalorii z przedziału silnikoPL 197 445 B1 wego nawet wówczas, gdy stanowi on cześć składową maszyny nieruchomej lub maszyny ruchomej, która jest zatrzymana podczas długich okresów. Na rysunku pokazano schemat przedziału 1 silnika 2 pojazdu samochodowego, znajdującego się z przodu pojazdu 5 i ograniczonego w swej przedniej części przez ściankę przednią 5 stanowiącą osłonę chłodnicy, u góry przez maskę 15, u dołu przez płytę 16 do odizolowania silnika względem przestrzeni, położonej pomiędzy pojazdem i ziemią, a z tylu przez płytę 17 do oddzielania przedziału silnikowego od kabiny. Przedział silnikowy jest przedłużony i nadbudowany z tylu przez szybę przednią 14.

Przewód 3, jest połączony trwale z ramą przedziału 1, jest umieszczony pod maską 15 i biegnie wzdłuż nie tak, że przechodzi przez cały przedział silnikowy od przodu do tylu. Przewód 3 ma kształt spłaszczony i jego koniec 4, pełniący funkcję wlotu, znajduje się w chłodniejszej strefie w pobliżu osłony chłodnicy, zaś wylot znajduje się przy dwóch strefach wyjściowych 6, położonych odpowiednio na końcu maski 15, u dołu szyby przedniej 7 oraz w tylnej części dolnej 13 przedziału 1. Przekrój i kształt przewodu 3 są takie, że straty obciążenia przeciwstawiające się przepływowi powietrza wewnątrz przewodu, są pomijane. Tuż za końcem 4 przewód 3 zwęża się nieco, powodując w ten sposób przyspieszenie przepływu powietrza wskutek efektu Venturiego.

Gdy pojazd przemieszcza się w otaczającym powietrzu z pewną prędkością, powstają turbulencje aerodynamiczne w strefach dolnej części szyby przedniej 7 i pod pojazdem 13. Turbulencje te generują na ogół strefy podciśnieniowe względem reszty otoczenia przedziału. Wynika stąd to, że strumień powietrza zewnętrznego, które wpada do końca 4 do przewodu 3, gdy tylko pojazd jest w ruchu, jest dodatkowo przyspieszane przez podciśnienie, powstające w punktach 7, 13 oraz przez działanie zasysania, które stąd wynika.

W przewodzie 3 umieszczone są trzy rozłożone na jego długości otwory 8, przez które może przenikać powietrze pochodzące z przedziału silnikowego 1. Gdy powietrze przepływa z dużą prędkością w przewodzie 3, zasysa ono powietrze otoczenia z przedziału 1 poprzez otwory 8 wskutek efektu ejekcyjnego. Pierwszy otwór 8, położony najbardziej z przodu silnika 2, jest połączony z dyszą rozbieżną 9, skierowaną ku wentylatorowi 11, położonemu za chłodnicą 12. Jego zdaniem jest wychwytywane powietrze o nadciśnieniu ze strefy 10, położonej za wentylatorem, oraz kierowanie go do przewodu 3, gdzie miesza się ono z powietrzem, pochodzącym z końca 4, z jednoczesnym zwiększaniem ich prędkości wskutek efektu Venturiego. Dysza 9 umożliwia działanie urządzenia według wynalazku wówczas, gdy pojazd znajduje się w spoczynku i gdy żaden strumień powietrza nie wpływa przez koniec 4, zaś wentylator 11 pracuje.

Otwory 8, znajdujące się z tylu dyszy 9, są umieszczone na przewodzie 3 w punktach, położonych na wprost najgorętszych stref silnika 2, w kolektorze wydechowym 18 i na osłonie 19 zaworów zawiasowych.

Przewód 3 jest wykonany z polichlorku winylu i został wykonany w postaci elementu wydrążonego, uzyskanego przez wyciskanie-wydmuchiwanie tworzywa sztucznego.

Claims (7)

1. Urządzenie do odprowadzania ciepła z przedziału silnikowego samochodu za pomocną co najmniej jednego przewodu, którego jeden koniec znajduje się w strefie chłodniejszej, w pobliżu jednej ścianki przedziału, przy czym przewód ten przechodzi przez górną cześć przedziału w kierunku co najmniej jednej strefy wylotu na zewnątrz, w której panuje ciśnienie niższe, lub równe ciśnieniu w przedziale, przy czym wspomniany przewód ma co najmniej jeden otwór, przez który otaczające powietrze, znajdujące się w przedziale jest zasysane do przewodu, znamienne tym, że co najmniej jeden otwór (8) przewodu (3) jest połączony z dyszą zasysającą (9), skierowaną ku strefie (10), znajdującej się za wentylatorem (11) w strefie nadciśnienia względem reszty otoczenia przedziału (1).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przewód (3) jest wyposażony w tłumik hałasu.

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że przewód (3) jess wykonany z tworzywa sztucznego.

4. Urządzenie według zastrz. 1, zn^i^i^ni^^ tym, że przedział (11 jess przedziałem siimkowym pojazdu samochodowego.

5. według zas-trz. 4, tym, że koniec (4), pełniący funkcję wlotu przewodu (3) znajduje się w pobliżu ścianki przedniej (5) przedziału silnikowego (1) pojazdu.

PL 197 445 B1

6. Urządzeniewedług zastrz.4 albo5, znamiennetym, że strefawyjściowa(6) przewodu(3), uchodząca ns enwndtre ensjZgjn się g Zwłg seyOy prenZniej (14).

7. Urząddeeieweełuu zastrz^ albo5, znnmliennntymi. że stredawyjściowe(6) przewedz(3), gchodeącs ns eewnątre, enajduje się w dolnej ceęCci preedeisłg silnikowego (1).