Pierwszenstwo: Opublikowano: 31.1.1970 59317 AHl, /0M KI. 40 t", 13 - MKP F 01 p *w iJ^oTs^ UKI 10*1*- Wlasciciel patentu: Caterpillar Tractor Co, San Leandro — Stan Kali¬ fornia (Stany Zjednoczone Ameryki Pólnocnej) Uklad regulacyjny dmuchawy w wieloobiegowym obwodzie wymiany ciepla i Przedmiotem wynalazku jest uklad regulacyjny dmuchawy w wieloobiegowym obwodzie wymiany ciepla z pewna liczba wymienników ciepla chlo¬ dzonych powietrzem, przeznaczonych do chlodzenia róznych cieczy igazów. 5 Znane sa urzadzenia chlodzace do silników we¬ wnetrznego spalania posiadajace dmuchawe nape¬ dzana bezposrednio od silnika z predkoscia pro¬ porcjonalna do obrotów silnika. Urzadzenia te daja czesto duze straty mocy i wydajnosci chlodzenia. i0 W celu rozwiazania tych problemów niektóre wy¬ twórnie samochodów stosowaly w ostatnich latach uklady chlodzenia, w których predkosc dmuchawy jest zmienna w zaleznosci od pracy jednego obiegu chlodniczego. W celu zapewnienia prawidlowej 15 pracy ukladu wieloobiegowego, w którym pred¬ kosc dmuchawy jest regulowana w zaleznosci od temperatury panujacej w jednym obiegu, pozostale obiegi musza byc tak zaprojektowane, zeby mogly wlasciwie pracowac przy mniejszej predkosci ob- 20 rotowej dmuchawy niz jej predkosc maksymalna.Celem wynalazku jest opracowanie takiego ukla¬ du regulacyjnego dmuchawy zapewniajacego zre¬ dukowanie mocy pobieranej z silnika napedowego pojazdu przez dmuchawe o duzej wydajnosci 25 wspólpracujaca z chlodzonym miennikiem cieplnym o wielu czych.Dla uzyskania optymalnych warunków pracy ukladu chlodniczego urzadzenie wedlug wynalaz- 39 powietrzem wy- obiegach chlodni¬ ku przewiduje taka regulacje wieloobiegowego ukladu, przy której predkosc dmuchawy jest uza¬ lezniona od obiegu wymagajacego w danej chwili najbardziej intensywnego chlodzenia.W ukladzie wedlug wynalazku, gdy jeden z obie¬ gów pracuje przy krytycznym zakresie tempera¬ tur lub w jego poblizu, a drugi obieg wymaga jesz¬ cze bardziej intensywnego chlodzenia, sterowanie dmuchawa zostaje automatycznie uzaleznione od tego bardziej obciazonego obiegu co zapewnia, ze dmuchawa pracuje zawsze z predkoscia wystar¬ czajaca dla potrzeb wszystkich obiegów.Jako przyklad, mozna podac dmuchawe, która powinna byc wylaczana przy temperaturze poni¬ zej 60°C dla doprowadzanego powietrza, ponizej 71°C, dla wody, ponizej 82°C dla jednego rodzaju oleju i ponizej 104°C dla drugiego rodzaju oleju przy czym dmuchawa ma pracowac z pelna pred¬ koscia, gdy temperatura powietrza podnosi sie po¬ wyzej 71°C, wody powyzej 82°C, jednego rodzaju oleju powyzej 104°C i drugiego rodzaju oleju po¬ wyzej 121°C. W tych zakresach temperatur pred¬ kosc obrotowa dmuchawy chlodzacej bylaby scisle proporcjonalna do temperatury plynu wymagaja¬ cego najbardziej intensywnego chlodzenia.Rozwiazanie postawionego wyzej zagadnienia jest proste, gdy predkosc dmuchawy jest regulowana w zaleznosci od temperatury tylko jednego obie¬ gu. W przypadku, gdy temperatury kilku obiegów maja wplywac na regulacje wówczas, skompliko- 5931759317 3 wanie polaczen ukladu, mozliwosc wplywu jednej temperatury na efekt dzialania drugiej oraz wy¬ magane kazdorazowo po wlaczeniu lub wylaczeniu termoelementów z ukladu sterujacego ich ponow¬ ne nastawianie uniemozliwiaja prawie rozwiaza¬ nie ukladu w praktyce.W ukladzie wedlug wynalazku, w celu wlaczania do ukladu sterujacego tego termoelementu, który wskazuje temperature plynu bedacego najblizej swojej temperatury krytycznej, zastosowano diody pólprzewodnikowe.Zastosowanie diody w obwodzie kazdego termo¬ elementu pozwala na wlaczanie i wylaczanie z ukladu sterujacego dowolnej ilosci termoelemen¬ tów eliminujac wplyw pozostalych elementów ukladu na regulacje obrotów dmuchawy.W ukladzie wedlug wynalazku na regulacje pra¬ cy-dmuchawy wplywa temperatura plynu aktualnie najblizszego swej- temperatury krytycznej, przy czym temperatura kazdego z plynów znajdujacych sie w obiegach wymiennika moze wplywac na te regulacje jezeli w danej chwili plyn ten posiada temperature najbardziej zblizona sposród wszyst¬ kich znajdujacych sie w obiegach plynów, do swej temperatury krytycznej.Uklad wedlug wynalazku umozliwia równiez ta¬ ka regulacje obrotów dmuchawy wspólpracujacej z wieloobiegowym wymiennikiem, przy której ob¬ roty dmuchawy regulowane w zaleznosci od tem¬ peratury moga osiagac kazda wielkosc od 0 obr./ /min. do maksymalnej ilosci obrotów co umozliwia zmniejszenie zapotrzebowania mocy pobieranej z silnika do napedu dmuchawy. Ponadto, regulacja jest mozliwa niezaleznie od ilosci plynów, których temperatura wplywa na regulacje i tylko jeden termoelement jest wlaczony w uklad regulacyjny w danym momencie; przeniesienie oddzialywania regulacyjnego na najwyzsza temperature odbywa sie natychmiastowo i automatycznie; dowolna ilosc elementów termoczulych moze wchodzie w sklad ukladu bez wplywu na prawidlowy przebieg regu¬ lacji obrotów dmuchawy; zakres temperatur dla kazdego elementu moze byc rózny, a obroty dmu¬ chawy beda proporcjonalne do temperatur w kaz¬ dym zakresie; uklad regulacyjny pracuje przy za¬ stosowaniu minimalnej ilosci elementów rucho¬ mych.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony na zalaczonym rysunku na którym fig. 1 przedstawia pólschematycznie wieloobiegowy wymiennik ciepla zawierajacy dmuchawe napedzana przez zespól na¬ pedowy zawierajacy uklad regulacyjny wedlug wy¬ nalazku, fig. 2 — schemat polaczenia elektrycznego wybranego przykladu wykonania ukladu wedlug wynalazku i fig. 3 — schemat z polaczenia elek¬ trycznego drugiego przykladu wykonania ukladu wedlug wynalazku.Na fig. 1 przedstawiono wieloobiegowy uklad wymiany ciepla 11 zawierajacy jeden wymiennik ciepla 12 wyposazony w przewód doprowadzajacy 13 i odprowadzajacy 14, drugi wymiennik 16 po¬ siadajacy doprowadzenie 17 i odprowadzenie 18 i trzeci wymiennik 19 z przewodem doprowadza¬ jacym 21 i odprowadzajacym 22. Temperatura ply¬ nu wyplywajacego z wymiennika 12 jest kontrolo- 4 wana czujnikiem termicznym 23 podczas, gdy czuj¬ niki 24 i 26 kontroluja temperature plynów w prze¬ wodach odplywowych odpowiednio 18 i 22. Uklad regulacyjny przelaczników elektronicznych 27 jest 5 polaczony odpowiednio przewodami elektrycznymi z czujnikami termicznymi 23, 24 i 26 i wykorzys¬ tuje przesylane przez nie impulsy do sterowania hydraulicznym zaworem regulacyjnym 28 wlaczo¬ nym do przewodu hydraulicznego 29. io Przewód hydrauliczny 29 laczy sie ze sprzeglem 31 sterowanym hydraulicznie, które laczy dmucha¬ we chlodzaca 32 z jej ukladem napedowym 33.Uklad napedowy 33 jest napedzany od walu 34 .polaczonego z nie uwidocznionym na rysunku sil- 15 nikiem pojazdu. Poprzez regulacje sprzezenia sprze¬ gla 31 dwuchawa 32 uzyskuje kazda predkosc obro¬ towa w przewidzianym dla niej zakresie predkosci.Tak wiec uklad regulacyjny 27 sterujac zaworem 28 moze zmieniac predkosc obrotowa dmucha- 20 wy 32.Zgodnie z fig. 2 czujniki termiczne 23, 24 i 26 sa wykonane najkorzystniej w postaci termisto- rów, których opór zmienia sie odwrotnie w sto¬ sunku do temperatury, zas wymienione przelacz- 25 niki elektroniczne skladaja sie z oporników 36, 37„ 38 o stalej opornosci i diod 46, 47 i 48. Termistory 23, 24 i 26 sa szeregowo polaczone z odpowiednimi opornikami 36, 37 i 38 posiadajacymi opornosc stala. Te trzy zespoly termistorów i oporników sa 30 podlaczone równolegle ze stalym opornikiem 41, opornikiem 42 o zmiennej opornosci posiadajacym suwak 43 i stalym opornikiem 44 do akumulatora samochodowego 39.Anoda diody 46 jest polaczona z termistorem 23 35 i opornikiem 36, anoda diody 47 z termistorem 24 i opornikiem 37 oraz anoda trzeciej diody 48 z termistorem 26 i opornikiem 38. Kazda z diod 46, 47 i 48 posiada katode polaczona ze wspólnym przewodem 51, którego jeden koniec poprzez staly 40 opornik 52 prowadzi do ujemnego bieguna aku¬ mulatora 39 podczas gdy drugi koniec jest pola¬ czony z przewodem 53 prowadzacym do serwo- wzmacniacza 54, Suwak 43 opornika 42 jest po¬ laczony z przewodem 5)6, który z kolei laczy sie 45 z drugim przewodem 57 prowadzacym do serwo- wzmacniacza 54. Serwowzmacniacz 54 napedza sil¬ nik 58 odpowiednio do róznicy potencjalów mie¬ dzy przewodami 53 i 57 co bedzie dokladniej wy¬ jasnione ponizej. Silnik 58 uruchamia zawór re- 50 gulacyjny 28, który obok regulacji przeplywu czynnika hydraulicznego ustawia dodatkowo suwak 43 opornika 42 za posrednictwem polaczenia me¬ chanicznego przedstawionego symbolicznie linia przerywana 59. 55 Dzialanie ukladu wedlug wynalazku najlepiej be¬ dzie opisac na podstawie konkretnego przykladu.Tak wiec przyjmijmy; napiecie akumulatora 24 volt, opór kazdego z oporników 36, 37 i 38 po 500 omów i opornosc kazdego z termistorów 23, 24 60 i 26 równiez po 500 omów przy dolnych granicach temperatur odpowiednio dla kazdego z nich, na¬ piecie na polaczenia termistorów z opornikami, a zatem i na anodach diod 46, 47 i 48 wynosi 12 volt. Zakladajac maksymalny spadek napiecia 65 na diodach 0,6 volt napiecie w przewodzie 51 wy-59317 nosi 11,4 volt pradu stalego. Wielkosc opornosci opornika 44 dobiera sie tak, ze gdy suwak 43 znaj¬ duje sie w dolnym polozeniu (przy zlaczu oporni¬ ków 42 i 44) napiecie na przewodzie 56 wynosi 11,4volt. 5 Tak wiec gdy wszystkie termistory znajduja sie w dolnych granicach odpowiednich zakresów tem¬ peratur napiecie miedzy przewodami 53 i 57 nie istnieje i zawór regulacyjny znajduje sie w po¬ zycji, przy której dmuchawa nie dziala (0 obr./ 10 /min.). Warunki powyzsze zapewnia mechaniczne polaczenie zaworu 28 z suwakiem 43 w taki spo¬ sób, ze suwak znajduje sie w dolnym polozeniu tylko wtedy, gdy zawór 28 jest zamkniety.Jesli temperatura termistora 23 podniesie sie 15 o 10° opornosc jego spadnie z 500 omów do 400 omów, a napiecie na zlaczu termistora 23 i opor¬ nika 36 podniesie sie do 13,3 volt, co powoduje, ze napiecie na diodzie 46 jest wyzsze o 1,3 volt niz na pozostalych zlaczach termistorów z opornikami 20 przez co przez diode 46 przeplywa prad do prze¬ wodu 5^1 i napiecie w tym przewodzie wzrasta do 12,7 volt (13,3 V minus 0,6 V spadku napiecia na diodzie). Ten wzrost napiecia w przewodzie 51 po¬ woduje powstanie zwrotnego napiecia poczatkowe- 25 go na diodach 47 i 48, które chwilowo odlaczaja termistory 24 i 26 od przewodu 51. Tak wiec prak¬ tycznie tylko termistor 23 pozostaje wlaczony w obwód i tylko on jeden steruje dzialaniem za¬ woru regulacyjnego 28, poprzez ten zawór — 30 dmuchawy 32.Wzrost napiecia w przewodzie 51 powoduje wzrost napiecia w przewodzie 53 dajac wzrost róz¬ nicy potencjalów na wejsciu serwowzmacniacza 54 napedzajacego silnik 58 i zawór regulacyjny 28. 35 Poniewaz zmiana napiecia na wejsciu serwo¬ wzmacniacza 54 jest zalezna od wzrostu tempera¬ tury, napiecie w przewodzie 53 jest wieksze niz w przewodzie 57 i silnik 58 uzyskuje obrót w kie¬ runku powodujacym wzrost przeplywu plynu w przewodzie 2,9 dajac w efekcie zwiekszenie stop¬ nia sprzezenia sprzegla 31 i wzrost obrotów dmu¬ chawy. Gdy zawór 28 otwiera sie dla przepuszcze¬ nia wiekszej ilosci plynu suwak 43 zostaje prze¬ suniety do góry powodujac wzrost napiecia 45 w przewodzie 56. Gdy napiecie w przewodzie 56 odpowiada napieciu w przewodzie 51 róznica po¬ tencjalów na wejsciu serwowzmacniacza wynosi zero i uklad jest w stanie równowagi.Jesli w tym momencie temperatura plynu kon- 50 trolowanego przez termistor 24 podniesie sie o 20° opornosc termistora 24 spadnie do 320 omów przez co napiecie na zlaczu termistora 24 i opornika 37 podniesie sie do 14,4 volt. Gdy to sie stanie diody 46 i 48 uzyskuja napiecie zwrotne i sterowanie 55 tylko wtedy, gdy ten termistor ma temperature najblizsza temperatury krytycznej. Obwód most¬ kowy jest znowu niezrównowazony i dazy sam do równowagi poprzez zwiekszenie przeplywu 60 czynnika hydraulicznego w przewodzie 29 co po¬ woduje wzrost obrotów dmuchawy i jednoczesne przestawienie suwaka 43 tak, aby róznica poten¬ cjalów na wejsciu serwowzmacniacza 54 wynosila zero. 65 6 40 Gdy temperatura plynu kontrolowanego przez termistor 26 podniesie sie nagle o 50° opornosc tego termistora spadnie do 200 omów i spowoduje wzrost napiecia na zlaczu termistora 26 z opornikiem 38 do 17,6 volt. Termistor ten bedac najblizej tem¬ peratury krytycznej spowoduje wylaczenie pozosta¬ lych termistorów z obwodu dzieki powstalemu w diodach polaczonych z tymi termistorami napie¬ ciu zwrotnemu i dmuchawa bedzie sterowana wy¬ lacznie od termistora 26. Jesli opornik 41 jest tak dobrany, ze przy skrajnym przesunieciu suwaka 43 do góry ustala napiecie 17 volt w przewodzie 56 wtedy osiagniecie napiecia 17,6 volt na~ zlaczu termistora 26 z opornikiem 38 spowoduje uzyska¬ nie maksymalnych obrotów dmuchawy, poniewaz zawór 28 jest tak polaczony z suwakiem 43, ze gdy suwak znajduje sie w skrajnym górnym polozeniu, to zawór jest maksymalnie otwarty a sprzeglo 31 daje maksymalne obroty dmuchawy.Jesli temperatura plynu majacego najwyzsza temperature wzgledna ulegnie obnizeniu tak, ze spowoduje powstanie róznicy potencjalów na wej¬ sciu serwowzmacniacza 54 przy czym napiecie w przewodzie 57 bedzie wyzsze niz w przewodzie 53 to silnik 58 obróci sie dajac ustawienie zaworu 28 zmniejszajace przeplyw plynu w przewodzie 29 a tym samym powodujac przesuniecie suwaka 43 w dól o tyle, aby napiecie w przewodzie 57 obni¬ zylo sie do wyrównania z napieciem w przewodzie 53. Tak wiec spadek temperatury powoduje zmniejszenie predkosci wentylatora i towarzyszaca temu oszczednosc mocy silnika.W przypadku, gdy zajdzie potrzeba uzaleznienia obrotów dmuchawy od temperatury dodatkowego plynu wprowadzonego do wymiennika 11 wystar¬ czy tylko dolaczyc do ukladu termistor 61, opornik 62 i diode 63. Ten dodatkowy obwód jest wyko¬ rzystywany tylko w przypadku, gdy termistor 61 steruje praca dmuchawy przy czym temperatura plynu kontrolowanego przez ten termistor jest bliz¬ sza swej temperatury krytycznej niz temperatury pozostalych kontrolowanych plynów. W podobny sposób jest mozliwe eliminowanie wplywu pew¬ nych plynów na regulacje obrotów dmuchawy po prostu przez wylaczenie termistorów kontroluja¬ cych ich temperature z obwodu. Czyniac to nie narusza sie pracy pozostalych termistorów i moga one kontynuowac swoje dzialanie jak to opisano poprzednio.Fig. 3 przedstawia zmodyfikowany uklad wedlug wynalazku, który posiada pewne zalety, poniewaz pracuje bez silnika 58 i szeregu oporników 41, 42 i 44. Przewód 26' uruchamia zawór elektrohydra¬ uliczny 66 zasilajac pradem jego cewke poprzez wzmacniacz 54'. Cewka 67 jest uziemiona poprzez diode Zenera 68, przy czym dioda ta jest tak do¬ brana, aby spadek napiecia na niej byl równy na¬ pieciu w przewodzie 26', gdy wszystkie termistory znajduja sie w swych dolnych granicach tempe¬ ratur (stosujac parametry podane w poprzednim przykladzie moze to wynosic 12 volt).Przez dobranie cewki 67 posiadajacej zakres 5 volt (odpowiadajacy wahaniom napiecia po¬ miedzy górna i dolna granica cla danego termi¬ stora) uzyskuje sie wyniki takie jak przy ukladzie59317 7 wedlug fig. 2 bez silnika obrotowego i obwodu ze- 3. rujacego. Pod wszystkimi pozostalymi wzgledami uklad dziala tak samo jak uklad wedlug fig 2. PL