SE514227C2 - Anordning inrättad att kyla ett maskinaggregat som är inrättat att vara associerat med en motor - Google Patents

Description

25 30 35 514 227 2 och turbinaxeln fortsätter att rotera under en tidsperiod, som kan vara 15-20 sek, utan någon tillförsel av olja. Den värme som lagras och uppstår i turbinen och kompressorn leds därvid bl a till nämnda lager och tätningar som sna-bbt kan värmas upp till otillåtet höga temperaturer. Oljan leds vanligtvis genom 3 till 4 mm tjocka kanaler till turboaggregatets lager och vid överhett- ning av nämnda lager kan i kanalerna stillastående olja förkok- sas eller oxidera och därmed täppa igen nämnda kanaler. Med igentäppta oljekanaler havererar turbon.

Försök har gjort för att lösa nämnda problem genom att använda vattenkylda lagerhus. Vattnet har här till uppgift att stabilisera temperaturen i turboaggregatet. En nackdel med sådana lager- hus är att vattnet riskerar att efterkoka vid extremt höga belast- ningar.

En annan metod är att använda en timer hos ett motorfordon.

Motorn fortsätter därvid att gå från 15 sek till ett par minuter efter det att föraren slagits av motorn. Detta är olämpligt i många sammanhang bl.a. när ett motorfordon med turboaggre- gat parkeras i ett garage. Även inom andra områden är det ett problem med överhettning av lageroch tätningar hos maskinaggregat. Sådana maskin- aggregat kan vara kompressoraggregat, eller hydrauliska enhe- ter som används bl.a. inom flyg- och marinsektorn. Turboaggre- gat används också i stor utsträckning i tävlingsfordon av olika typer.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en an- ordning, av det inledningsvis nämnda slaget, vilken förhindrar att känsliga delar hos maskinaggregatet utsätts för kraftig upp- hettning efter det att motorn stängts av. 10 15 20 25 30 514 227 3 Detta syfte uppnås med en anordningen av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kännetecknas av att den är inrättad att tillse att inget kylmedium blir kvar i behållaren när maskinagg- regatet ej används.

Anordningen möjliggör således kylning av lager och tätningar under en tidsperiod väsentligen omedelbart efter det att motorns aktiva drifttillstånd avbrutits, dvs under en lämplig tidsperiod efter att motorn stängts av så att överhettning av nämnda lager och tätningar undviks. Kylkretsen har en sådan sträckning att ett i kylkretsen strömmande kylmedium kommer i kylande kontakt med nämnda lager och tätningar hos maskinaggregatet, dvs kylmediet kan strömma förbi nämnda lager och tätningar även efter att motorn stängts av. Eftersom behållaren är inrättad att mottaga och förvara nämnda kylmedium under motorns drifttill- stånd kan en lämplig mängd kylmedium lagras på en lämplig plats i fordonet och användas för att under en tidsperiod kyla känsliga delar hos maskinaggregatet när motorn stängs av.

Behållaren får dock ej monteras på motorn, eftersom kylmediet då riskerar att bilda skum pga motorns vibrationer. En sådan tidsperiod kan vara cirka fem minuter. För kylning av nämnda lager och tätningar kan den första förbindelsen vara inrättad att medge att kylmediet strömmar från behållaren till maskinagg- regatet under nämnda tidsperiod. Med en sådan förbindelse kan kylmediet när motorn stängts av ledas till kylkretsen varefter det kan fås att strömma förbi och kyla nämnda lager och tätningar hos maskinaggregatet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är behållaren belägen på en högre nivå än maskinaggregatet. På så vis säkerställs att behållaren med hjälp av gravitationskraften töms fullständigt, dvs att inga oljerester blir kvar i behållaren när maskin- aggregatet inte används. 1D 15 20 25 30 35 514 227 4 Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är kylmediet i behållaren inrättat att uppvisa ett högre tryck än kylmediets tryck i kylkretsen under nämnda tidsperiod. Med hjälp av detta förhöjda tryck kan kylmediet matas till ifrågavarande kompo- nenter hos maskinaggregatet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är ett uppsamlingsorgan inrättat att samla upp kylmediet efter att det passerat maskinaggregatet. Ett sådant uppsamlingsorgan kan vara en lagringsbehållare för kylmediet som lagrar kylmediet när maskinaggregatet inte är i drift. En pump kan vara inrättad att driva -kylmediet från nämnda uppsamlingsorgan, via en andra förbindelse, till behållaren, i motorns aktiva drifttillständ. När motorn startas kan därvid kylmediet medelst nämnda pump fås att strömma till behållaren från uppsamlingsorganet tills den är fylld eller mottagit en kylmediemängd som är lämplig för den efterföljande kylningen av motoraggregatet när motorn stängs av. Med fördel innefattar nämnda andra förbindelse en styrenhet som är inrättad att förhindra ett returflöde av kylmediet i nämnda andra förbindelse. Därmed leds allt kylmedium som har lagrats i behållaren förbi maskinaggregatet när motorn stängs av. En så- dan styrenhet kan vara en envägsventil. Med fördel innefattar nämnda andra förbindelse ett första avsnitt som sträcker sig mellan pumpen och styrenheten, varvid nämnda första förbin- delse innefattar ett andra avsnitt som sträcker sig mellan styr- enheten och maskinaggregatet, och nämnda första och andra förbindelse innefattar ett gemensamt tredje avsnitt som sträcker sig mellan styrenheten och behållaren. Därmed får behållaren genom det tredje avsnittet och styrenheten en anslutning till den ordinarie kylkretsen. Kylmediet i nämnda tredje avsnitt kan så- ledes strömma både till och från behållaren.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten inrättad att styra kylmedieflödet från pumpen till både behållaren och maskinaggregatet under ett inledande skede av motorns aktiva drifttillständ. Under detta skede leds 10 15 20 25 514 227 5 kylmediet således både till maskinaggregatet för kylning och smörjning av dess känsliga delar och till behållaren. Denna styrning av kylmediet fortgår tills behållaren är fylld eller har er- hållit en på förhand bestämd mängd av kylmediet som motsvarar ett bestämt tryck i behållaren. Därefter leder styrenheten kylme- diet endast till maskinaggregatet och kylningen av maskin- aggregatet fortgår således under den resterande delen av mo-_ torns aktiva drifttillstånd på ett i sig känt konventionellt sätt. När sedan motorn stängs av är styrenheten inrättad att styra i behållaren lagrat kylmedium till maskinaggregatet under nämnda tidsperiod. Det vill säga väsentligen omedelbart efter att mo- torns aktiva drifttillstånd avbrutits styr styrenheten det i behål- laren lagrade kylmediet till maskinaggregatet för att möjliggöra kylning av dess känsliga delar. Ett sådant kylmedium kan 'inne- fatta olja som har fördelen att det både kan kyla och smörja maskinaggregatet.

Enligt en fördelaktig utföringsform innefattar motorn en förbrän- ningsmotor för drift av maskinaggregatet. Maskinaggregatet kan innefatta ett kompressoraggregat, vilket är ett maskinaggregat som ofta utsätts för stora temperaturbelastningar. Ett sådant kompressoraggregat kan innefatta en kompressor som är in- rättad att komprimera en inloppsgas till en förbränningsmotor och en turbin som medelst förbränningsmotorns avgaser driver kompressorn. Ett sådant kompressoraggregat kan vara ett turbo- aggregat i ett motorfordon. 10 15 20 25 30 35 514 227 6 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA l det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 visar schematiskt en anordning enligt föreliggande uppfinning för ett turboaggregat hos ett fordon.

Fig 2 visar en alternativ utföringsform av en styrenhet enligt föreliggande uppfinning.

Fig 3 visar schematiskt hur temperaturen kan variera för ett axellager hos ett turboaggregat med och utan förelig- gande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig 1 visar schematiskt en anordning enligt föreliggande uppfin- ning tillämpad på ett motorfordon som drivs av en förbrännings- motor 1 och ett turboaggregat 2 som kopplas in då extra driv- kraft erfordras. Turboaggregatet 2 innefattar en turbin 3 som drivs medelst förbränningsmotorns 1 avgaser och en kompres- sor 4 som är inrättad att komprimera en inloppsgas till förbrän- ningsmotorn 1. Turbinen 3 och kompressorn 4 innefattar en gemensam roterbar axel 5. Vid drift av fordonet kyls turboaggre- gatets 2 känsliga delar såsom lager och tätningar genom att olja leds från motorns oljetråg 6 medelst en oljepump_7 i en kylkrets 8. Oljan strömmar därvid genom kanaler till axeln 5 för att kyla och smörja dess lager och tätningar. Efter att oljan passerat tur- boaggregatet 2 leds den tillbaka till motorns 1 oljetråg 6. En så- dan kylkrets 8 används vid konventionell kylning av ett turbo- aggregat 2 hos ett motorfordon.

En nackdel med en sådan konventionell kylning av turboaggre- gatet 2 är att oljepumpens 7 drift och därmed kylningen av tur- 10 15 20 25 30 35 514 7 boaggregatet 2 upphör när förbränningsmotorn 1 stängs av. I de fall när turboaggregatet 2 belastats hårt kan turbinen 3 ha ett mycket högt varvtal och en hög temperatur. Avgaserna som driver turbinen kan ha en temperatur över 700°C. Turbinen har därmed en avsevärt högre temperatur än den under förbrän- ningsmotorns 1 drift kylda axelns 5 lager och tätningar hos tur- boaggregatet 2. När förbränningsmotorn 1 stängs av sprids den i turbinen 3 lagrade värmeenergin till den nu icke kylda axeln 5 som därmed snabbt värms upp. Även kompressorn 4 har i regel en högre temperatur än axelns 5 lager när förbränningsmotorn 1 stängs av. Även denna lagrade värmeenergi sprids till axeln 5.

Axelns 5 lager och tätningar upphettas därmed kraftigt och dessutom kan kvarvarande olja i oljekanaler därvid hettas upp så kraftigt att den förkoksas så att kanalerna som har en tjock- lek på 3 till 4 mm i olyckliga fall kan täppas igen. Tilltäppta olje- kanaler medför att turboaggregatet vid efterföljande drift havere- rar p g a utebliven smörjning.

Föreliggande uppfinning enligt utföringsformen i Fig 1 innefattar att en styrenhet 9, här l form av en envägsventil 10, anordnas i den konventionella kylkretsen 8. Oljan i kylkretsen 8 kan därvid ledas till en behållare 11 som är inrättad att mottaga och förvara olja under förbränningsmotorns 1 drifttillstånd. När förbrän- ningsmotorn 1 startas driver den oljepumpen 7 som pumpar upp olja från oljetråget 6. Oljan leds i ett första avsnitt 12 av kyl- kretsen 8 till styrenheten 9. Styrenheten 9 som här innefattar envägsventilen 10 släpper igenom oljan. Därefter leds oljan dels via ett andra avsnitt 13 av kylkretsen 8 till turboa_ggregatet 2 för kylning och smörjning av detta och dels via ett tredje avsnitt 14 av kylkretsen 8 till behållaren 11. Nämnda fördelning av oljan i styrenheten 9 fortgår tills behållaren 11 är väsentligen fylld med olja. Det sker när oljan i behållaren uppvisar väsentligen samma tryck som oljan i det andra avsnittet 13 av kylkretsen 8.

Behållaren 11 kan därmed inte mottaga mer olja och oljan leds fortsättningsvis uteslutande via det andra avsnittet 13 till turboaggregatet 2. Efter turboaggregatet 2 leds oljan tillbaka till 10 15 20 25 30 35 514 8 oljetråget 6 genom ett fjärde avsnitt 15 av kylkretsen 8. Denna cirkulation av kylmediet i kylkretsen 8 för kylning och smörjning av turboaggregatet 2 fortgår tills förbränningsmotorn 1 stängs av. När förbränningsmotorn 1 stängts av slutar pumpen 7 att cirkulera olja genom kylkretsen 8 och oljetrycket i kylkretsen 8 sjunker. Behållaren 11 är här monterad på en högre nivå än tur- boaggregatet 2 och den uppvisar nu ett högre oljetryck än det andra avsnittet 13 av kylkretsen 8. Därmed kommer oljan i be- hållaren 11 att strömma ned genom det tredje avsnittet 14 till styrenheten 9. Eftersom styrenheten 9 innefattar en envägs- ventil 10 kan oljan således här endast ledas vidare via det andra avsnittet 13 av kylkretsen 8 till turboaggregatet 2. Den i be- hållaren 11 samlade oljan drivs således genom gravitations- kraften och övertrycket i behållaren 11 ned via det tredje av- snittet 14 och andra avsnittet 13 hos kylkretsen 8 till turbo- aggregatet 2 där det under en tidsperiod på cirka 5 minuter efter att förbränningsmotorn 1 stängts strömmar förbi och kyler turboaggregatets 2 lager och tätningar. Därmed förhindras effektivt att dessa överhettas och risken att stillastående olja förkoksas i oljekanaler i närheten av axeln 5 reduceras väsent- ligt. Oljan strömmar efter turboaggregatet 2 via det fjärde av- snittet 15 hos kylkretsen 8 till förbränningsmotorns 1 oljetråg 6. l Fig 2 visas en utföringsform av styrenheten 9. Styrenheten 9 innefattar här en styrventil 10 med en kula 16 som medelst en fjäder 17 är anläggbar mot ett ventilsäte 18. I den i Fig 2 visade positionen av kulan 16 är förbränningsmotorn 1, och därmed även pumpen 7, avstängd och eventuell kvarvarande olja i be- hållaren 11 kan strömma via det tredje avsnittet 14 och det andra avsnittet 13 till turboaggregatet 2. l förbränningsmotorns 1 drifttillstånd leds olja genom det första avsnittet 12, varvid kulan 16 pressas tillbaka och oljan kan strömma till det andra avsnittet 13 och det tredje avsnittet 14. När behållaren 11 är fylld med olja, strömmar oljan uteslutande från det första avsnittet 12 till det andra avsnittet 13. 10 15 20 25 30 35 514 9 l Fig 3 visas schematiskt, såsom ett exempel, hur temperaturen i turboaggregatets 2 axellager kan variera med och utan förelig- gande uppfinning. Vid punkt A i diagrammet startas förbrän- ningsmotorn och lagrets.temperatur stiger till en nivå strax över 100 °C. l förbränningsmotorns drifttiilstånd leds olja genom tur- boaggregatet 2 och kyler axelns 5 lager som därmed erhåller en relativt konstant temperatur. Efter 20 minuter körning, vid punkt B, stängs förbränningsmotorn 1 av. Med föreliggande uppfinningen fortgår kylningen av axeln 5 under en tidsperiod genom att den i behållaren 11 lagrade oljan leds genom kanaler till axelns 5 lager för att smörja och kyla dessa. Eftersom olje- strömmen här vanligtvis är något mindre än under normalt drift- tiilstånd kan en svag ökning ske av lagrets temperatur, vilket visas av kurvan C. Om däremot turboaggregatet 2 inte är utrus- tat med en kylning enligt föreliggande uppfinning och om turbo- aggregatet belastas hårt innan förbränningsmotorn 1 stängs av uppvisar turboaggregatets 2 turbin 3 och kompressor 4 mycket höga temperaturer vid förbränningsmotorns 1 avstängning.

Eftersom kylningen av axelns 5 lager upphör när förbrännings- motorn 1 stängs av, sprids den i turbinen 3 och kompressorn 4 lagrade värmeenergin till nämnda lager med följd att dessa upp- hettas kraftigt. Ett exempel på hur temperaturförloppet hos axelns 5 lager kan se ut visas av kurvan D. Hur kraftigt axeln 5 värms upp beror således på hur kraftigt turboaggregat 2 varit belastat innan förbränningsmotorn 1 stängs av. När axelns 5 la- ger överhettas finns risk att stillastående olja i kanaler vid lag- ren förkoksas varvid kanalerna kan sättas igen. Vid en efterföl- jande drift erhåller därmed axelns 5 lager ingen_smörjning och turboaggregatet 2 kommer därvid att haverera.

Föreliggande uppfinning är dock på intet sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna utan kan modifieras och varie- ras fritt inom patentkravens ramar. Styrenheten 9 behöver nöd- vändigtvis inte vara en envägsventil. Den kan exempelvis inne- fatta sensorer som känner av när behållaren erhållit en tillräcklig oljenivå och omkopplingsorgan för styrning och fördelning av 514 227 10 oljan mellan maskinaggregatet 2 och behållaren 11. Uppfin- ningen kan tillämpas på de flesta maskinaggregat som är bero- ende av kylning. Sådana maskinaggregat kan ha anknytning till skilda former av motorfordon som exempelvis bilar, båtar, flygplan, bandgående fordon och olika typer av entreprenad- maskiner men även vara anordnade i stationära enheter och maskiner.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 514 zzvï 11 Patentkrav

1. Anordning inrättad att kyla ett maskinaggregat (2) som är in- rättat att vara associerat med en motor (1), varvid anordningen innefattar en kylkrets (8), som har en sådan sträckning att ett i kylkretsen (8) strömmande kylmedium är inrättat att komma i kylande kontakt med lager och tätningar hos maskinaggregatet (2), första medel, som är inrättade att möjliggöra kylning av nämnda lager och tätningar med nämnda kylmedium när motorn (1) är i ett aktivt drifttillstånd, och andra medel som innefattar en behållare (11), som är inrättad att mottaga och förvara nämnda kylmedium under motorns (1) driftstillstànd för uppbyggande av ett övertryck i behållaren, och en första förbindelse, som är inrättad att medge att kylmediet strömmar från behållaren till maskinaggregatet och därmed möjliggöra kylning av nämnda lager och tätningar med hjälp av det i behållaren förvarade kylmediet under en tidsperiod väsentligen omedelbart efter det att motorns (1) aktiva drifttillstånd avbrutits, kännetecknad av att anordningen är inrättad att tillse att inget kylmedium blir kvar i behållaren när maskinaggregatet ej används.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att behållaren (11) är belägen på en högre nivå än maskinaggregatet (2).

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att kylmediet i behållaren (11) är inrättat att uppvisa ett högre tryck än kylmediets tryck i kylkretsen (8) under nämnda tidsperiod.

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att ett uppsamlingsorgan (6) är inrättat att samla upp kylmediet efter att det passerat maskinaggregatet (2). 10 15 20 25 30 35 514 227 12

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av, att en pump (7) är inrättad att driva kylmediet från nämnda uppsamlingsorgan (6), via en andra förbindelse, till behållaren (11), i motorns (1) aktiva driftstillständ.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att nämnda andra förbindelse innefattar en styrenhet (9) som är inrättad att för- hindra ett returflöde av kylmediet, efter att motorns (1) aktiva drifttillstånd avbrutits.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att nämnda andra förbindelse innefattar ett första avsnitt (12) som sträcker sig mellan pumpen (7) och styrenheten (9), varvid nämnda första förbindelse innefattar ett andra avsnitt (13) som sträcker sig mellan styrenheten (9) och maskinaggregatet (2), och att nämnda första och andra förbindelse innefattar ett gemensamt tredje avsnitt (14) som sträcker sig mellan styrenheten (9) och behållaren (11).

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att nämnda första och andra förbindelser uppvisar ett förbindningsställe, varifrån ett gemensamt avsnitt sträcker sig till behållaren (11), varvid styrenheten (9) är anordnad vid nämnda förbindningsställe.

9. Anordning enligt något av kraven 6 till 8, kännetecknad av att styrenheten (9) är inrättad att styra kylmedium från pumpen (7) till både behållaren (11) och maskinaggregatet (2) under ett inledande skede av motorns (1) aktiva drifttillstånd.

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av att styrenheten (9) är inrättad att styra i behållaren (11) lagrat kylmedium till maskinaggregatet (2) under nämnda tidsperiod.

11. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kylmediet innefattar olja. 10 514 227 13

12. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att maskinaggregatet innefattar ett kompressoraggregat (2).

13. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att motorn innefattar en förbränningsmotor (1).

14. Anordning enligt krav 12 och 13, kännetecknad av att kom- pressoraggregatet (2) innefattar en kompressor (4) som är in- rättad att komprimera en inloppsgas till förbränningsmotorn (1) och en turbin (3) som medelst förbränningsmotorns (1) avgaser driver kompressorn (4).