SE1351555A1 - Kylarrangemang för kylning av åtminstone en cylinder hos enförbränningsmotor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med :Föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett kylarrangemang som är kapabelt att tillhandahålla en differentierad kylning av olika delar av en cylinder i relation till de respektive delarnas kylbehov.

Detta syfte uppnås med det inledningsvis definierade kylarrangemanget som kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets känneteeknande del. Olika delar av en cylinder erfordrar en kylning som väsentligen är relaterad till hur mycket värrneenergi de mottar från en förbränningsprocess. Den kyleffekt som en cirkulerande kylvätska tillför är relaterad till kylvätskans temperatur och kylvätskans flöde. Enligt uppfinningen leds initialt all kylvätska till en första flödespassage som sträcker sig genom den nedre delen av cylinderhuvudet där kylbehovet är som störst. Kylvätslran har här sin lägsta temperatur samtidigt som kylvätskeflödet är optimalt. l och med det erhåller den nedre delen av cylinderhuvudet en optimal kylning av kylvätskan.

Kylkretsen delas därefter upp i två parallella flödespassager nämligen en andra flödespassage som leder kylvätska genom en övre del av cylinderhuvud och en tredje flödespassage som leder kylvätskan till en övre del av cylinderfodret. En fördel med ett sådant parallellt flöde är att tryckförlusterna i kylkretsen blir låga. Kylvätskeflödet genom de respektive parallella flödespassagema blir däremot lägre än i den forsta kylvätskepassagen samtidigt som kylvätskan har en högre temperatur efter att den kylt den nedre delen av cylinderhuvudet. Den övre delen av cylinderhuvudet och den övre delen av cylinderfodret kyls därmed av kylvätska med ett reducerat flöde och en förhöjd temperatur i förhållande till kylvätskan som kyler den nedre delen av cylinderhuvudet. Den övre delen av cylinderhuvudet och den övre delen av cylinderfodret kyls erhåller därmed en reducerad kylning i förhållande till den nedre delen av cylinderhuvudet. I och med det erhålls på ett enkelt sätt en differentierad kylning mellan den nedre delen av cylinderhuvudet ooh angränsande delar som inte erfordrar samma kylning. Denna differentierade kylning erhålls med en kylkrets där kylvätskan cirkuleras med relativt låga tryckförluster.

Enligt en utföringsforni av föreliggande uppfinning är den andra flödespassagen och den tredje flödespassagen dimensionerade så att det erhålls ett större kylvätskeflöde genom den tredje flödespassagen än genom den andra flödespassagen. I detta fall leds 'EG 15 20 25 30 35 kylvätska med samma temperatur men med olika flöden genom den övre delen av cylinderhuvudet och den övre delen av cylinderfodret. Genom att dimensionera flödet av kylvätska genom den övre delen av cylinderhuvudet och den övre delen av cylinderfodret kan ett lämpligt förhållande erhållas av kyleffekt de respektive delarna.

Eftersom kylbehovet är större i den övre delen av cylinderfodret än i den övre delen av cylinderhuvudet leds således den största delen av kylvätskeflödet genom den övre delen av cylinderfodret. I och med det erhålls en ytterligare differentiering av cylinderns kyleffekt i beroende av de ingående delarnas kylbehov.

Enligt en utfóringsforin av föreliggande uppfinning samlas lcylvätskan från den andra flödespassagen och den tredje flödespassagen i en utloppskanal som är belägen på en lägre höjdnivå än nämnda flödespassager. Därmed erhålls inget område där stillastående kylvätska och eventuella föroreningar i kylvätskan kan ansamlas i nämnda tlödespassager.

Enligt en utföringsfonn av föreliggande uppfinning innefattar kylarrangemanget en fiärde flödespassage som leder ett kylrnedium genom en nedre del av cylinderfodret.

Därmed tillhandahålls även en kylningi denna del av cylindern. Kylbehovet i denna del av cylindern är lägre än i de ovan nämnda delarna. Kylarrangemanget tillhandahåller därmed den lägsta kyleffekten i denna del av cylindern.

Kylarrangernanget kan i detta fall leda kylvätska från den första flödespassagen även parallellt till den fjärde flödespassagen. I detta fall dirnensioneras den fjärde flödespassagen så att de mottar ett mindre kylvätskeflöde än kylvätsketlödet i den parallellt anordnade andra tlödespassagen och den parallellt anordnade tredje flödespassagen.

Enligt en utforingsfonn av föreliggande uppfinning kan kylarrangemanget innefatta en separat kylkrets som leder ett kylmedium genom den fjärde flödespassagen. En sådan separat kyllcrets kan leda ett kylmedium i form av kylvätska, växellädsolja eller motorolja genom den fjärde flödespassagen. En fördel med att använda en separat kylkrets är att den kan aktiveras först då förbränningsmotorn kommit upp till en avsedd driftstemperatur efter en kallstart. Med en initial utebliven kylning av den nedre delen av cylinderfodret kan förbränningsmotorn erhålla en snabbare uppvärmning till den avsedda driftstemperaturen. De friktionsförluster som uppkommer då förbränningsmotorn har en. lägre temperatur än. den avsedda driftstemperaturen kan därmed reduceras. 10 15 20 25 39 35 Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar nämnda en första flödespassage kanaler som leder ett parallellt flöde av kylvätska genom den nedre delen av cylinderhuvudet. Med sådana parallellt anordnade kanaler kan kylvätskan spridas på ett önskat vis över väsentligen hela den nedre delen av cylinderhuvudet och/eller koncentreras till områden där kylning prioriteras. De parallella kanalerna kan göras tämligen korta vilket resulterar i låga tryckfall för kylvätskan då den leds genom den första flödespassagen. Även den andra kylvätskepassagen kan innefatta ett flertal kanaler som leder kylvätska parallellt genom den övre delen av cylinderhuvudet. Den tredje flödespassagen och den fjärde flödespassagen kan innefattas i ett cirkulärt skott som är beläget mellan cylinderfoder och cylinderblock.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning tillhandahåller nämnda en första flödespassage ett kylvätskeflöde i anslutning till samtliga inloppskanaler och avgaskanaler i Cylinderhuvuden Det är viktigt att ovan nämnda komponenter som är anordnade i cylinderhuvudet inte utsätts för alltför höga temperaturer. Nämnda en första flödespassage kan tillhandahålla ett kylvätskeflöde i anslutning till en injektor i cylinderhuvudet. lnjektorn har en placering i cyl-inderhnvudet så att den utsätts för en stor värmepåverkan under en förbränningsprocess. lnjektorn innefattar även rörligt anordnade delar som bör kylas väl för att inte de ska utsättas för en värmepåverkan som kan påverka delarnas filnktion. Den första flödespassagen kan innefatta åtminstone en vertikal kanal som leder kylvätska i en vertikal riktning i anslutning till injektorn. En sådan vertikal kan med fördel omsluta injektorn. En inj ektor som har en långsträckt form kan därmed erhålla en god kylning. Kylvätskan i en sådan vertikal kanal kan mottagas i någon av kanalerna som sträcker sig genom den övre delen av cylinderhuvudet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utförlngsforiner av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. l visar ett kylarrangernang enligt en första utföringsforrn av uppfinningen, Fig. 2 Fig. 3 visar en snittvy genom en nedre del av ett cylinderhuvud och visar ett kylarrangernang enligt en andra utföringsforin av uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 DETALIERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSPORMER AV UPPFINNWGEN Fig. l visar en cylinder l hos en förbränningsrnotor som kan vara anordnad i ett fordon. Förbränningsrnotorn kan vara en dieselmotor. Cylindern l innefattar på konventionellt vis ett cylinderfonnat utrymme som innesluter en icke visad rörligt anordnad kolv. Cylinderns sídoväggar definieras som ett cylinderfoder 2. Cylindern l begränsas uppåt av en nedre yta hos ett cylinderhuvud 3. Under förbränningsprocesserna i cylindern 1 sker en förbränning i ett förbränningsutryfrnme i en övre del av cylindern l mellan en övre yta hos kolven och den nedre ytan av cylinderhuvudet 3. I en nedre del av cylinderhuvudet 3, som vi definierat som en första zon I rnottas mest vänneenergi från förbränningsprocessen. I en övre del av cylinderhuvudet 3, som vi definierat som en andra zon II, mottas mindre värmeenergi än i den första zonen I. l en övre del av cylinderfodret 2, som väsentligen bildar förbränningsutrymmets sidoväggar, som vi definierar som en tredje zon III, mottas näst mest värmeenergí från en förbränníngsprocess. l en nedre del av cylinderfodret 2 som är belägen på en lägre nivå och som vi definierar som en fjärde zon IV, tillhandahålls en relativt måttlig uppvärmning under en förbränningsprocess. Samtliga zoner l-IV i anslutning tiil cylindern l bör dock kylas under drift av förbränningsmotorn för att den ska kunna drivas på ett optimalt sätt och med en låg bränsleförbrukning.

Ett kylarrangemang är anpassat att tillhandahålla en differentierad kylning av nämnda zoner l-IV hos cylindern l. Kylarrangemanget innefattar en kylkrets med cirkulerande kylvätska. Kylkretsen kan utgöra en del av ett kylsystem som kyler förbränningsmotorn och eventuellt andra komponenter i fordonet. Kylvätskan kan kylas i en kylare vid fordonets frontparti innan den leds tillbaka till nämnda kylkrets.

Kyikretsen mottar kylvätska från en inloppsledning 4. Kylvätskan leds initialt till en första flödespassage som innefattar ett flertal parallellt anordnade första kanaler 5 som sträcker sig parallellt genom den nedre delen av cylinderhuvudet 3. Den första kanalerna 5 har en spridning så att materialet och komponenterna i hela den första zonen I erhåller en väsentligen likformig kylning.

Efter att kylvätskan passerat genom den första zonen I leds en del av kylvätskeflödet till en andra flödespassage som innefattar ett flertal parallellt anordnade kanaler 6 i den övre delen av cylinderhuvudet 3. Kanalerna 6 har en spridning så att det erhålls en 10 '15 20 25 30 35 väsentligen likforrnig kylning i hela den andra zonen II. En resterande del av kylvätsketlödet leds till en tredje flödespassage 7 som har en sträckning runt cylindern 1 i ett spaltformigt utrymme mellan cylinderfodret 2 och ett omgivande cylinderblock.

Den tredje tlödespassagen 7 har en utbredning så att det erhålls en väsentligen likforrni g kylning i hela den tredje zonen III. Kylvätskeflödet från den övre delen av cylinderhuvudet 3 och kylvätskeflödet från den övre delen av cylinderfodret går samman i en utloppskanal 8. Utloppskanalen 8 kan utnyttjas för att samla upp kylvätska från flera cylindrar 1. Utloppskanalen 8 är belägen på en lägre nivå än flödespassagerna 5, 6, 7' i de respektive zonerna I-HI. Åtminstone en av de parallellt anordnade kanalerna 6 i den andra högst upp belägna flödespassagen innefattar en avluftningskanal 1.7. Varje enskild cylinder 1 hos fórbränningsmotorn innefattar med fördel en sådan avluftningsluftkanal 17. De enskilda luftkanalerna 17' trån flera cylindrar 1 kan vara förbundna med varandra så att de har en gemensam avluftningskanal som sträcker sig upp till en expansionstank.

Därmed erhålls en god avluftning av samtliga flödespassager 5, 6, 7 som ingår i kylkretsen. En separat kylkrets med ett cirkulerande kylmedium som kan vara kylvätska eller en olja utnyttjas fór att kyla den nedre delen av cylinderfodret 2.

Kylkretsen innefattar ett inlopp 9 där mediet mottas innan det leds till en fjärde flödespassage 10 som sträcker sig runt cylindern 1. Den fjärde tlödespassage 10 leder kylmediet i ett spaltforrnigt utrymme som är beläget mellan cylinderfodret 2 och ett omgivande cylinderblock. Den. fjärde tlödespassagen 10 har en utbredning så att det erhålls en väsentligen likformig kylning i hela den fjärde zonen lV. Efter att kylrnediet kylt den nedre delen av cylinderfodret 2 ansamlas det i ett utlopp 1 1.

Fig. 2 visar en tvärsnittsvy genom den nedre delen av cylinderhuvudet 3.

Cylinderhuvudet 3 innefattar i detta fall två inloppskanaler 12 och två inloppsventiler 13 för tillförsel av luft till cylindern 1 och två avloppskanaler 14 och två avgasventiler 15 som reglerar utsläppet av avgaser från cylindern 1 i anslutning till en förbränningsprocess. En injektor 16 är anordnadi en central position i cylinderhuvudet 3. lnjektorn l6 sprutar in bränsle med ett högt tryck i cylindern 1. Den första flödespassagen innefattar kanaler 5 som har en spridning så att de sträcker sig helt runt inloppskanalerna 12, avgaskanalerna 13 och injektom 14. Den första tlödespassagen innefattar innefatta även en vertikal kanaler Sa som tillhandahåller ett vertikalt kylvätskeflöde runt injektorn 16. En långsträckt injektor kan därmed tillhandahålla en god kylning. En sådan vertikal kanal 5a visas i Fig. 1. 10 15 20 25 30 35 Kylbehovet varierar således i de olika zonerna I-IV av cylindern l. Det största kylbehovet äri zon I dvs. i cylinderhuvudet nedre del. Den kyleffekt som kan. erhållas med en cirkulerande kylvätska är relaterad till kylvätskans temperatur och flöde. För att tillhandahålla en optimal kyleffekt i cylinderhuvudet nedre del leds hela kylvätskaflödet från inloppet 4 initialt till den första flödespassagen 5. Därmed tillhandahålls en kylning i den första zonen I med ett optimalt kylvätskeflöde och kylvätska som har en lägsta möjlig temperatur. Kylkretsen tillhandahåller i och med det en mycket effektiv kylning i den första zonen I. Det näst största kylbehovet föreliggeri den tredje zonen Ill dvs. i cylinderfodrets övre del. För att tillhandahålla en effektivare kylning i den tredje zonen III än i den andra zonen II är den tredje flödespassagen 7 dirnensionerade så att de mottar ett större kylvätskeflöde än den andra flödespassagen 6. Den tredje flödespassagen 7 kan ha grövre dimensioner än den andra flödespassagen 6. Kylvätskan som leds till den andra zonen II och tredje zonen III har samma temperatur men olika flöden vilket resulterar i cylinderfodrets övre del erhåller en effektivare kylning än cylinderhuvndets övre del. Det lägsta kylbehovet föreligger i cylinderfodrets nedre del. Då kylbehovet där är relativt litet kan den separata kylkretsen ha en relativt liten kylkapacitet.

Under drift av förbränningsrnotorn leder kylsystemet kylvätska till kylkretsen. Med den ovan angivna kylkretsen tillhandahålls den största kyleffekten i den första zonen I i cylinderhuvudets nedre del, den näst största kyleffekten i den tredje zonen III. i cylinderfodrets övre del och den tredje största kyleffekten i den andra zonen ll i cylinderhuvudets övre del. Den separata kylkretsen tillförs ett kylmedium som tillhandahåller en kyleffekt i den fjärde zonen IV som är lägre än den kyleffekt som erhålls i de ovan angivna zonerna I-III. Den alternativa kylkretsen kan även starta cirkulationen av kylmediet genom den fjärde flödespassagen 10 i den nedre delen av cylinderfodret 2 efter att förbränningsmotorn erhållit en viss uppvärmning efter en kallstart. Därmed kan förbränningsrnotorns uppvärmningstid till en lämplig drifts temperatur förkortas efter en kallstart. Friktionsförlusterna som erhålls vid en kallstart kan därmed reduceras.

Fig. 3 visar en alternativ utföringsforrn av kylarrangernanget. Kylarrangernanget innefattar i detta fall endast en kylkrets Sorn levererar kylvätska till samtliga fyra zoner I-IV. Kylkretsen har en identisk utformning avseende flödespassagerna 5, 6, 7 i de tre första zonerna I-III som i utföringsforlnen i Fig. l. Vi gör därför inte någon ytterligare 10 15 genomgång av dessa delar av kylkretsen. Till skillnad från kylkretsen ovan leds kylvätskan som passerat igenom den första zonen I i detta fall även parallellt till den fjärde zonen IV. För att tillhandahålla en differentierad kylning i de tre parallellt kylda zonerna lll-IV som mottar kylvätska från den forsta zonen I har den tredje flödespassagen 7 dimensionerats så att de mottar det största kylvätskeflödet, den andra flödespassagen 6 har dimensionerats så att de mottar ett mindre kylvätskeflöde än den tredje fiödespassagen 7 och den fjärde flödespassagen 10 har dimensionerats så att den mottar det minsta kylvätsketlödet. Kylvätskan från de tre parallella flödespassagema 5, 6, 7 mottas därefteri ett gemensamt utlopp 8 som är beläget på en lägre nivå än den lägst belägna fjärde flödespassagen 10 som sträcker sig genom den nedre delen av cylinderfodret 2. Därmed uppkommer inga områden i flödespassagerna med stillastående kylvätslra där föroreningar kan ansamlas. Med hjälp av en avluftningsledning 17 i den andra högst upp belägna flödespassagen 6 erhålls i detta fall en god avluftning av samtliga flödespassagei' 5, 6, 7, lÜ.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den utföringsfonn som beskrivs på ritningen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. l. Kylarrangernang för att kyla åtminstone en cylinder hos en förbränningsmotor, varvid cylindern (l) innefattar ett cylinderhuvud (3) och ett cylinderfoder (2), och varvid kylarrangemanget innefattar en kylkrets med en första tlödespassage (5) som leder kylvätska genom en nedre del av cylinderhuvudet, en andra flödespassage (6) som leder kylvätska genom en övre del av cylinderhuvudet och en tredje flödespassage (7) som leder kylvätska genom en övre del av cylinderfodret (2), kännetecknat av att kylkretsen är anpassad att initialt leda kylvätska genom den första flödespassagen varefter kylvätskan leds parallellt genom den andra flödespassagen (6) och den tredje flödespassagen (7).

2. Kylarrangernang enligt krav l, kännetecknat av att den andra flödespassagen (6) och den tredje flödespassagen (7) är dimensionerade så att det erhålls ett större kylvätskeflöde genom den tredje flödespassagen (7) än genom den andra flödespassagen (6).

3. Kylarrangemang enligt krav l eller 2, kännetecknat av att kylvätskan som lämnar den andra flödespassagen (6) och den tredje flödespassagen (7) samlas i en utloppskanal (8) som är belägen på en lägre höjdnivå än nämnda flödespassager (6, 7).

4. Kylarrangemang enligt något av föregående krav, lrännetecknat av att kylarrangemanget innefattar en fjärde fiödespassage (lö) som leder ett kylmedium genom en nedre del av cylinderfodret (2).

5. Kylarrangeman g enligt krav 4, kännetecknat av att kylvätskan som lämnar den första flödespassagen (5) även leds parallellt till den fjärde flödespassagen (10).

6. Kanalarrangemang enligt något av föregående krav l till 4, kännetecknat av att kylarrangemanget innefattar en separat kylkrets som leder ett kylrnedium genom den fiärde flödespassagen (10)

7. Kylarrangeinang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda en forsta flödespassage innefattar kylkanaler (5) som tillhandahåller ett parallellt flöde av kylvätska genom den nedre delen av cylinderhuvudet (3). 10 10

8. Kylarrangernang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda en forsta flödespassage innefattar kylkanaler (5) som tillhandahåller ett kylvätskeflöde i anslutning till samtliga inloppskanaler (l2) och avgaskanaler (14) i cylinderhuvudet (3)-

9. Kylarrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda en första flödespassage innefattar kylkanaler (5) tillhandahåller ett kylvätskeflöde i anslutning till en injektor (16) i cylinderhuvudet (3).

10. Kylarrangernang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att den Forsta flödespassagen (5) innefattar åtminstone en vertikal kanal (Sa) som leder kylvätska i en vertikal riktning i anslutning till inj ektor (16).