SE1150168A1 - Kylsystem i ett fordon - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett kylsystem i ett fordon (1) som drivs av enförbränningsrnotor (2). Kylsysternet innefattar kylvätskepump (3), som är anpassad attcirkulera kylvätska i kylsystemet och en expansionstank (12) som möjliggör expansionav kylvätskan i kylsystemet under drift. Kylsystemet innefattar trycktillförande medel(17-20) som möjliggör en aktiv trycksättning av kylvätskan i kylsystemet anslutningtill åtminstone ett inlopp till kylvätskepumpen (3) och en styrenhet (21) som äranpassad att motta information som indikerar när kylvätskepumpen (3) startar och attaktivera nämnda tryoktillforande medel (17-20) så att det skapar ett övertryck ianslutning till inloppet till kylvätskepumpen (3) under en startprooess avkylvätskepumpen (3). (Fia 1)

Description

15 20 25 30 35 Kylvätskepumpens tendens att kavitera ökar med kylvätskans temperatur. Då kylvätskan nått drifrstemperatur räcker normalt ej det övertryck som åstadkoms av höjden på static line pelaren till att skapa ett övertryck vid kylvätskepumpens inlopp som förhindrar kavitation. Det sammanlagda övertrycket som åstadkoms vid kylvätskepumpens inlopp av static line och kylvätskans expansion säkerställer att pumpen ej kaviterar. Expansionstankens volym (luft + kylvätska) är således avpassad så att ett lämpligt övertryck skapas då kylvätskan expanderar.

DE 10 2007 058 575 Visar ett kylsystem för en förbränningsmotor där trycket i kylsystemet kan regleras under drift av förbränningsmotorn. I detta fall utnyttjas ett avancerat tryckregleringssystem för att reglera trycket i kylsystemet till en önskad nivå med kännedom om kylvätskans temperatur och förbränningsmotorns driftstillstånd.

Man kan bla. höja trycket till en extra hög nivå vid snabbavstängning av en varm forbränningsrnotor for att undvika ångbildning i förbränningsmotorns motorblock. Det innebär att expansionstanken kan göras mindre då den inte kräver någon extra volym för att mottaga den rikliga mängd ånga som i annat fall bildas vid snabbavstängning av en varm förbränningsmotor.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett kylsystem i ett fordon där kavitation i en kylvätskepump kan förhindras utan att expansionstanken måste placeras på en hög nivå ovanför kylvätskepumpen. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att göra det möjligt att öppna expansionstanken då kylvätskan är varm och eliminera det rådande övertrycket i tanken utan att riskera kavitation i kylvätskepumpen vid efterföljande start.

Dessa syften uppnås med kylsystemet av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges ipatentkravets 1 kännetecknande del.

Kylsystemet innefattar en styrenhet som är anpassad att motta information som indikerar när kylvätskepumpen startar. Då styrenheten mottar denna information aktiverar den ett trycktillförande medel som höjer kylvätskans tryck i anslutning till kylvätskepurnpens inlopp. Det trycktillförande medlet trycksätter åtminstone kylvätskan i anslutning till kylvätskepumpens inlopp till en nivå så kylvätskan ej kaviterar under kylvätskepumpens startprocess. Styrenheten avaktiverar med fördel 10 15 20 25' 30 35 nämnda trycktillförande medel så snart som startprocessen av kylvätskepurnpen är över. Styrenheten kan avaktivera nämnda trycktillförande medel efter en förbestämd tid eller efter att_den mottar information som indikerar att ett kylvätskeflöde har uppstått i kylsysternet. Styrenheten kan vara en dator eller liknande som är försedd med en lämplig programvara för detta ändamål. I detta fall behövs ingen så kallad ”static line” användas för att skapa ett förhöjt kylvätsketryck vid kylvätskepumpens inlopp. Kylsystemets expansionstank kan därmed anordnas på en väsentligen godtycklig höjdnivå i förhållande till kylvätskepurnpen. Då utrymmet för montering av komponenter i fordon vanligtvis är mycket begränsat är det en stor fördel att kunna ge expansionstariken en relativt godtycklig placering i ett fordon.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kylvätskepumpen driven av förbränningsrnotorn som i sin tur startas av en Startmotor, varvid styrenhet är anpassad att motta information som indikerar när startmotorn är i drift och att aktivera nämnda trycktillförande medel under åtniinstone en del av den tid som startmotom är i drift.

Kylvätskepumpen drivs i de flesta fordon av förbränningsmotorii. När startmotorn drar igång förbränningsmotorn startari detta fall även kylvätskepumpen. Det kan således konstateras att kylvätskepurnpen startprocess väsentligen sammanfaller med aktiveringen av staitmotorn. Startmotorn är aktiverad under en relativt kort period. Det kan därför vara lämpligt att tiycksätta kylvätskan i kylsystemet under samma tidsperiod som startmotorn är aktiverad. Kylvätskan kan trycksättas under hela den tid som startmotorn är aktiverad eller en lämplig del av denna tid.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda trycktillförande medel en tryckluftskälla som möjliggör tillförsel av tryckluft till kylsystemet då kylvätskan ska tiycksättas i anslutning till kylvätskepurripens inlopp. Itunga fordon finns i regel väsentligen alltid tillgång till tryckluft som med fördel kan utnyttjas för detta ändamål.

Nämnda trycklufiskälla kan innefatta en ackumulatortank som lagrar tryckluft för ett befintligt trycklufissystem i fordonet. I ackumulatortaiikar kan tiyckluft lagras med ett relativt högt övertryck under relativt långa tidsperioder även då fordonet inte är i drifi.

Ackurnulatörtanken kan exempelvis lagra tryckluft för ett befintligt tryckluftssystem för fordonets bromsar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda tryckluftskälla förbindbar med kylsystemet via en tryckluftsledning som innefattar ett ventilorgan som är ställbar i ett öppet läge i vilket det tillåter ett tryckluftsflöde från tryckluflskällan till 10 15 20 25 30 35 kylsystemet och i ett stängt läge i vilket det förhindrar ett tryckluftsflöde från tryckluftskällan till kylsystemet. Med hjälp av ett sådant ventilorgan kan styrenheten på. ett enkelt och snabbt sätt aktivera och avaktivera nämnda trycktillförande medel.

Tryckluftsledningen innefattar med fördel även en strypventil. De flesta tryckluftskällor i ett fordon lagrar trycklufi med ett betydligt högre tryck än det tryck som erfordras för att trycksätta kylvätskan så att kavitation förhindras. Med en lämplig dimensionerad strypventil kan trycklufiens tryck reduceras till ett passande nivå innan den leds in i kylsystemet. En strypventil reducerar även tryckluftsflödet till kylsystemet. Därmed kan en relativt liten mängd trycklufi förbrukas då kylvätskan trycksätts. Strypventilen kan utgöra en separat komponent i tryckluítledningen.

Alternativt kan strypventilen innefattas i ventilorganet. Ventilorganet kan i detta fall, i det öppna läget, ha en relativt liten flödeskanal för trycklufien. Därmed erhåller trycklufren ett relativt stort tryckfall då den passerar genom det öppna ventilorganet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är strypventilen dimensionerat så att tryckluften som leds till kylsystemet skapar ett tryck i anslutning till kylvätskepumpens inlopp av en storlek som åtminstone motsvarar det tryck som råder i kylsystemet då kylvätskan har en normal driftstemperatur. Under drift av ett fordon upprätthålls i regel ett förbestämt lufttryck i en ackumulatortarilc av en kompressor som drivs av förbränningsmotorn. Då ett fordon inte har använts på en tid sjunker lufitrycket i ackumulatortanken något på grund av läckage. Det kan av den anledningen vara lämpligt att dimensionera strypventilen så att tryckluften även under tillfällen då det råder ett lägre tryck i ackumulatortariken kan utnyttjas för att tillhandahålla en trycksättníng av kylvätskan i kylsystemet. Alternativt kan en justerbar strypventil användas. I detta fall kan styrenheten mottaga information om det rådande lufttrycket i ackumulatortanken och justera strypventilens strypning av tryckluften med hjälp av denna information så att tryckluft som leds ini kylsystemet alltid har ett önskat tryck.

Enligt en annan föredragen utföringsforrn av uppfinningen är tryckluftsledningen förbunden med expansionstanken i kylsystemet. Då expansionstanken redan innehåller luft i ett övre område är det lämpligt att tillföra tryckluften till detta område av expansionstariken. Den tillförda tryckluften höjer lufttrycket ovanför kylvätskan i expansionstanken. Lufitrycket verkar med en tryckkraft på kylvätskan i expansionstanken så att den erhåller ett motsvarande tryck_ Kylvätskans tryck i expansionstariken överförs till kylvätskan i övriga delar av kylsystemet. 10 15 20 25 30 35 Expansionstanken kan innefatta en tryckregleringsventil. I det fall som luft med ett alltför högt tryck tillföras till expansionstanken öppnar tryckregleringsventilen.

Därmed gör det inget om lufien som tillförs till tanken har ett alltför högt tryck då det snabbt reduceras av tryckregleringsventilen. Expansionstanken kan även innefatta en säkerhetsventil. En säkerhetsventil är normalt anordnad i expansionstankens lock. Den kan öppna och hjälp till att sänka trycket i tanken om tryckregleringsventilen inte har kapacitet att sänka trycket på ett önskat sätt. Med hjälp av dessa redan befintliga ventiler kan väsentligen alltid förhindras att ett för högt tryck skapas i kylsystemet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar expansionstanken en backventil som säkerställer att' trycket i expansionstanken inte understiger omgivande lufts tryck. En sådan backventil är i regel en befintlig komponent i en expansionstarlk. Backventilen öppnar om trycket i expansionstarlken understiger omgivningens tryck. Förekomsten av en sådan backventil garanterar att trycket i expansionstanken åtminstone uppvisar omgivningens lufttryck, vilket är en förutsättning för att kavitation inte ska uppkomma. i KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följ ande beskrivs, såsom ett exempel, en foredragen uttöringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritning, på vilken: F ig. 1 visar ett kylsystem i ett fordon enligt en utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar schematiskt ett fordon 1 som drivs av en överladdad förbränningsmotor 2.

Fordonet l är med fördel ett tungt fordon. Förbränningsmotorn 2 kan vara en dieselmotor. Förbränningsmotorn 2 kyls av kylvätska som cirkulerar i ett kylsystem.

En kylvätskepurnp 3 cirkulerar kylvätskan i kylsystemet och genom förbränningsmotom 2. Efter att kylvätskan kylt förbränningsmotörn 2 leds den i en ledning 4 till en termostat 5 i kylsystemet. Innan kylvätskan uppnår en normal driftstemperatur termostaten 5 anpassad att leda kylvätskan, via en ledning 6, till kylvätskepumpen 3 som är anordnad i en ledning 7. Då tennostaten 5 leder kylvätskan till kylvätskepumpen 3 cirkuleras kylvätskan i kylsystemet utan att kylas. Så snart som 10 15 20 2-5 30 35 kylvätskan uppnår en temperatur som överstiger en forbestämd drifrstemperatiir leder terrnostaten 5 kylvätskan, via en ledning 8, till en kylvätskekylare 9, som är monterad vid ett frärnre parti av fordonet 1. Kylvätskan kyls av en kylande luftström i kylvätskekylaren 9. Den kylande luftströmmen åstadkoms av en kylarfläkt 10 och av fordonets fartvind. Efter kylningen i kylvätskekylaren 9 leds kylvätskan, via en ledning 11, till kylvätskepumpen 3 i ledningen 7.

Kylvätskans volym i kylsystemet varierar med kylvätskans temperatur. Kylsystemet innefattar av den anledningen en expansionstank 12 med ett invändigt utrymme som tar upp kylvätskans varierande volym. Expansionstariken 12 är i detta fall, via en relativt kort ledning 13, förbunden med ledningen 7 i en position på kylvätskepumpens 3 sugsida. Expansionstanken 12 innefattar, vid ett övre parti, ett avtagbart lock 14 for att möjliggöra påfyllning av kylvätska till kylsystemet. Locket 14 innefattar en schematiskt visad tryckregleringsventil 15. Tryckregleringsventilen 15 öppnar då trycket i expansionstarilren 12 överstiger ett högsta acceptabelt tryck i kylsystemet.

Expansionstanken 12 innefattar även en envägsventil 16. Envägsventilen 16 säkerställer att trycket i expansionstanken 12 åtminstone motsvarar den omgivande luftens tryck. Den öppnar således och släpper in luft om det uppkommer ett undertryck i expansionstarlken 12.

Fordonet 1 är i detta fall försedd med en tryckluftskälla i form av en ackumulatortank 17. Ackurnulatortanken 17 innehåller trycklufi som används i ett tryckluftssystem for att aktivera fordonets tryckluftsbromsar. Under drift av forbränningsmotorn 2 upprätthåller en bromskoinpressor ett forbestämt relativt högt lufttryck i ackumulatortanken 17. Eftersom en ackurnulatoitank 17 är mycket tät kan lufttrycket i ackumulatortanken upprätthållas relativt konstant under en lång tid efter att fordonets förbränningsmotor 2 stängts av. I och med det kan tryckluftsbromsarna utnyttjas så snart som fordonet 1 ska användas. Ackumulatortanken 17 är förbunden med expansionstanken 12 via en tryckluftsledning 18. Tryckluftsledning 18 innefattar ett ventilorgan 19 som är ställbar i ett stängt läge ivilket det forhindrar att trycklufi leds fiån ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12 och i ett öppet läge i vilket det tillåter att tiycklufts leds från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12.

Tryckluftsledning 18 innefattar- även en strypventil 20 som tillhandahåller en strypning av tryckluften då den leds från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12. Luften som leds in i expansionstanlcen 12 uppvisar därmed ett lägre tryck än luften 10 15 20 25 30 35 i ackurnulatortanken 17. För att strypa luften innefattar strypventilen 20 en flödeskanal som har en relativt liten tvärsnittsarea. Därmed tillhandahålls även ett relativt litet lufiflöde från ackumulatortanken 17 till expansionstarrken 12. Strypventilen 20 kan med fördel innefatta en flödeskanal som är dimensionerad så att den skapar ett övertryck i expansionstanken 12 av en storlek som väsentligen motsvarar det övertryck som råder i kylsysternet då kylvätskan har en normal driflstemperatur. Detta tryck kan vara av storleksordningen 1,5 bar. Ventilorganet 19 och strypventilen 20 utgöri detta fall i separata enheter. Alternativt kan ventilorganet 19 utformas så att det i det öppna läget tillhandahåller en flödeskanal som ger en lämplig strypning av luften som led från ackumulatortariken 17 till expansionstarrken 12.

Kylsystemet innefattar en styrenhet 21. När forbränningsmotorn 2 ska startas vrider föraren om en startnyckel eller liknande så att en Startmotor 22 aktiveras. Startmotorn 22 driver därmed igång förbränningsmotom 2 som i sin tur aktiverar kylvätskepumpen 3. Kylvätskepumpen 3 startar således väsentligen samtidigt som startmotorn 22.

Styrenheten 21 är anpassad att motta information som indikerar om startmotorn 22 är i drift eller inte. Denna information kan, exempelvis, erhållas från fordonets tändsystem eller en motorstyrenhet. Styrenheten 21 ställer ventilorganet 19 i det öppna läget under tillfällen som startmotorn 22 är aktiverad och i det stängda läget under tillfällen som startmotorn 22 inte är aktiverad. När styrenheten 21 mottar information som indikerar att startrnotorn 22 har aktiverats öppnar den ventilorganet 19. Tryckluft från ackumulatortanken 17 leds nu via ventilorganet 19 och strypventilen 20 till expansionstarrken 12. Den tillforda trycklufren kan således skapa ett tryck i expansionstanken 12 av storleksordningen 1,5 bar.

Kylvätskan i expansionstanken 12 erhåller ett övertryck då ett högre tryck skapas än l bar. Kylvätskans övertryck i expansionstanken 12 sprids, via kylvätskan i ledningen 13, till ledningen 7 där kylvätskepumpens 3 är anordnad. Kylvätskan erhåller ett övertryck i ledningen 7 på kylvätskepumpens 3 sugsida och i anslutning till en inloppsöppning för kylvätska till kylvätskepumpen 3. I och med att kylvätskan har ett förbestämt övertryck i denna position är risken for kavitation eliminerad då kylvätskepumpen 3 startar. När styrenheten 21 mottar information som indikerar att startmotorn 22 har avaktiverats stänger den ventilorganet 19. Cirkulation av kylvätskan i kylsystemet har nu startat. Under den fortsatta driften av förbränningsmotorn värms kylvätskan som cirkulerar i kylsystemet upp till sin drifisternperatur. När kylvätskans temperatur ökar stiger trycket i kylsystemet och expansionstanken 12. 10 15 20 25 30 35 Tryckregleringsventilen 15 i expansionstanken 12 säkerställer dock att trycket i kylsystemet inte stiger över ett högsta acceptabelt värde.

Strypventilen 20 kan således dimensioneras så att det stryper tryckluften till det tryck som normalt råder i expansionstanken 12 under drift med varm kylvätska.

Strypventilen 20 kan alternativt dimensioneras så att tryckluften som leds till expansionstanken 17 har ett något högre tryck än det tryck som normalt råder i expansionstanken 12 då kylvätskan är varm. Det är inget problem om trycklufien som leds till expansionstariken 12 har ett något för högt tryck eftersom det korrigeras av tryckregleringsventilen 15. Genom att dimensionera strypventilen 20 på detta vis kan ett förbestämt övertryck upprättas i kylsystemet med hjälp av trycklufien i ackumulatortanken 17 även under tillfällen då luften i ackumulatortanken 17 har en något lägre tryckän normalt. I synnerhet om ett fordon har varit avställd en längre tid kan trycketi ackumulatortanken 17 vara lägre än normalt då en ackumulatortank 17 inte kan göras fullständigt tät.

Ett alternativ till en strypventil 20 som tillhandahåller en konstant strypning är att utnyttja en strypventil med en justerbar strypning. I detta fall kan en trycksensor avkänna tryckluftens tryck i ackumulatortanken 17. Styrenheten 21 kan motta information från trycksensorn avseende trycket i ackumulatottanken 17 när startmotorn 22 aktiveras. Med kännedom om det rådande trycket i ackumulatortanken 17 kan styrenheten 21 styra strypventilen 20 så att det stryper luften till ett tryck som väsentligen motsvarar det tryck som kylvätskan har i kylsysternet under normal drifi eller till ett annat önskat tryckvärde.

Med föreliggande uppfinning behöver inte expansionstanken 12 förbindas med en s.k. ”static line” för att eliminera risken för kavitation. Därmed kan expansionstanken placeras på en väsentligen valfri höjdnivå i förhållande till kylvätskepumpen 3.

Expansionstanken 12 kan, exempelvis, anordnas på en höjdnivå mellan 0- 20 cm över kylvätskepumpens 3 inlopp. Det är även möjligt att anordna expansionstariken 12 på en lägre nivå än kylvätskepumpen 3 om utrustning utnyttjas som gör detta möjligt för kylvätskan att expandera i expansionstariken 12 på en sådan låg nivå.

Hos konventionella kylsystem bör inte locket 14 till expansionstanken 12 öppnas då kylvätskan är varm. När locket sedan skruvas på råder atmosfärstryck i expansionstatilcen. Kylvätskepumpens 3 tendens att kavitera ökar med kylvätskans 10 temperatur. Vid start av en kylvätskepump 3 med varm kylvätska tenderar kylvätskepumpen 3 att kavitera eflersom static line pelaren ej ger tillräckligt högt tryck vid kylvätskepumpens 3 inlopp. Med föreliggande uppfinning är detta inget problem.

Tiycklufien som leds tillexpansionstanken 12 skapar även i detta fall ett. övernyck som bestäms av lufitrycket i ackumulatortanken 17 och strypventilens 20 strypformåga.

Någon risk for kavitation föreligger således inte även om det råder ett atmosfärstryck i kylsystemet innan forbränningsmotorn 2 och kylvätskepumpen 3 startas.

Uppfinni-ngen är på intet sätt begränsad till den utföringsform som beskrivs på ritningen utan kan varieras fiitt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 10 Patentkrav

1. Kylsystem i ett fordon (1) som drivs av en förbränningsmotor (2), varvid kylsystemet innefattar kylvätskepump (3), som är anpassad att cirkulera kylvätska i kylsystemet och en expansionstarlk (12) som möjliggör expansion av kylvätskan i kylsystemet under drift, kännetecknat av att kylsystemet innefattar tryclctillforande medel (17-20) som möjliggör en aktiv trycksättning av kylvätskan i kylsystemet anslutning till åtminstone ett inlopp till kylvätskepumpen (3) och en styrenhet (21) som är anpassad att motta information som indikerar när kylvätskepumpen startar och att aktivera nämnda trycktillförande medel (17-20) så. att det skapar ett övertryck i anslutning till inloppet till kylv-ätskepumpen (3) under en startprocess av kylvätskepumpen (3).

2. Kylsystem enligt krav l, kännetecknat av att kylvätskepumpen är drivs av forbränningsmotorn (2) som i sin tur startas av en Startmotor (22), varvid styrenhet (21) är anpassad att motta information som indikerar när startmotorn (22) är i drift och att aktivera nämnda trycktillförande medel (17-20) under åtminstone en del av den tid som startmotorn (22) är i drift.

3. Kylsystem enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda trycktillförande medel innefattar en trycklufiskälla (17) som möjliggör tillförsel av tryckluft till kylsystemet då kylvätskan i anslutning till kylvätskepumpens (3) inlopp ska trycksättas.

4. Kylsystem enligt krav 3, kännetecknat av att tryckluftskällan innefattar en ackurnulatortarik (17) som är anpassad att lagra tryckluít för ett befintligt tryckluftssystem i fordonet.

5. Kylsystem enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att trycklufiskällan (17) är förbunden med kylsysternet via en trycklufisledriing (18) som innefattar ett ventilorgan (19) som är ställbar i ett öppet läge i vilket det tillåter ett trycklufisflöde från tryckluítskällan (17) till kylsystemet och i ett stängt läge i vilket det förhindrar ett tryeklufisflöde från trycklufiskällan (17) till kylsystemet.

6. Kylsystem enligt krav 5, kännetecknat av att tryckluftsledningen (18) innefattar en strypventil (20). 10 15 11

7. Kylsystem enligt krav 6, kännetecknat av att strypventilen (20) är dimensionerad så att trycklufien som leds till kylsystemet skapar ett övertryck i anslutning till kylvätskepumpens (3) inlopp av en storlek som åtminstone motsvarar det tryck som råder i kylsystemet' då kylvätskan har en normal driítstemperatur.

8. Kylsystem enligt något av de föregående kraven 5 till 7, kännetecknat av att trycklufisledningen (18) är förbunden med expansionstanken (12) i kylsystemet.

9. Kylsystem enligt något av föregående krav, kännetecknat av att expansionstariken (17) innefattar en tryckregleringsventil (15).

10. Kylsystem enligt något' av föregående krav, kärmetecknat av att expansionstanken (17) innefattar en backventil (16) som säkerställer att trycket i expansionstariken (17) inte understiger omgivande lufts tryck.