SE530376C2 - Hög-/lågtemperaturvattenkylsystem med en vattenkyld laddluftkylare för en förbränningsmotor och en fyrvägsventil för ett sådant system - Google Patents

Description

25 30 SSD 376 2 nämnda ansökan, är nämnda WCCAC ansluten till en andra kylmedelspump och anordnad att kyla laddningsluft innan den blåses in i motorn. Eftersom tvâ individuella kylkretsar föreligger, är det möjligt att välja individuella kyl- strategier för de båda kretsarna och därmed att minimera värmeenergl~ förlusterna för hela systemet, vilket år mycket gynnsamt för bränsleförbruk- ningen. Ändamålet med uppfinningen Vid körning av en förbränningsmotor under kalla omgivnings- förhållanden eller under fryspunkten, kräver förbrännings- eller laddnings- luften som matas in i motorn av en överladdare mindre kylning eller ingen kylning alls för att anta ett önskat värde på ungefär 20°C. Det tidigare kända systemet kan ta hänsyn till detta genom att reducera eller helt stänga av kyl- medelsflödet i dess LT-kylkrets. Vid omgivningsförhållanden långt under fryspunkten, t ex vid -20°C, finns dock en tendens till att även den icke-kylda laddningsluften antar en temperatur under det önskade värdet. Detta kan medföra dåliga prestanda på grund av knackning orsakad av en för hög luft- densitet i motorns cylinder/cylindrar eller till och med till motorfel på grund av att kondensat fryser inuti och blockerar motoms intag. Det tidigare kända systemet innefattar inga som helst arrangemang för att möta dessa problem.

Vid start av en kall förbränningsmotor är det dessutom alltid önskvärt att värma upp motorn så snabbt som möjligt i syfte att maximera prestanda och att reducera motorslitaget. I detta syfte innefattar HT-motorkylkretsar, liksom den som avslöjas i ansökan enligt teknikens ståndpunkt, en termostat.

Termostaten är anordnad att styra en förbiledning från motorns kylmedels- utlopp till motorns kylmedelsinlopp parallell med HT-värmeväxlaren. Vid start av en kall motor är terrnostaten helt stängd och leds kylmedlet förbi HT- värmeväxlaren i syfte att åstadkomma snabbare uppvärmning. Den enda källan för uppvärmning av kylmedlet är dock motorn som sådan, och speciellt om motorn är en dieselmotor finns en tendens till att uppvärmningstiden blir långvarig. Åter innefattar det tidigare kända systemet inga arrangemang som möter de problem som detta medför. 10 15 20 25 30 530 376 3 Ändamålet med uppfinningen är att undanröja problemen med det tidi- gare kända hög-/lågtemperaturvattenkylsystemet enligt ingressen.

Sammandgggv uppfinningen Enligt uppfinningen uppnås detta ändamål genom att lågtemperaturkyl- kretsen dessutom innefattar: ett kretsutlopp, som är anslutbart till den andra kylmedelspumpen och till högtemperaturkylkretsen uppströms den första kylmedelspumpen, ett kretsinlopp, som är anslutet till pumpinloppet och till högtemperatur- kylkretsen nedströms den första kylmedelspumpen, och en flervägsventil, vars första port är ansluten till lågtemperaturvärmeväxlaren, vars andra port är ansluten till en andra förbiledning parallell med låg- temperaturvärmeväxlaren, vars tredje port är ansluten till pumputloppet, och vars fjärde port är ansluten till kretsutloppet, varvid ventilen är anordnad att blockera den första och den tredje porten och att med varandra förbinda den andra och den fjärde porten under en uppvärmningsfas, eller att med varandra förbinda den första och den tredje porten och att blockera den andra och den fiärde porten under en kylfas.

Genom att med varandra förbinda HT- och LT-kylkretsarna uppströms och nedströms kylmedelspumpen i HT-kylkretsen och genom att inrätta en förbiledning även i LT-kylkretsen, blir det genom flervägsventilen möjligt för hög-/lågtemperaturvattenkylsystemet att utföra både de traditionella laddluft- kylningsuppgifterna under en kylningsfas och att dessutom utföra ytterligare uppgifter under en uppvärrnningsfas. De ytterligare uppgifterna beståri ladd- luftkylning under kalla omgivnlngsförhållanden med hjälp av varmt kylmedel från HT-kylkretsen l LT-kylkretsen och att främja motoruppvärmning genom att utnyttja varmt kylmedel från LT-kylkretsen i HT-kylkretsen.

Enligt en föredragen utföringsform är den andra kylmedelspumpen avsedd att vara avstängd under uppvärmningsfasen och att vara igång under 10 15 20 25 30 5313 375 4 en laddluftkylningsfas för att på så sätt optimera kylmedelsflödet och energi- förbrukningen under dessa båda faser.

Enligt en annan utföringsforrn innefattar systemet enligt uppfinningen dessutom en vattenkyld retarder, som är ansluten till högtemperaturkyl- kretsen, varvid nämnda ventil är anordnad att med varandra förbinda den för- sta och den fjärde porten och att blockera den andra och den tredje porten under en retarderbromsfas. På så sätt kan LT-värmeväxlaren användas för att förbruka retardervärme under en fas i vilken ingen laddluftkylning behövs, varigenom förlängd retarderbromsning blir möjlig.

Företrädesvis är den andra kylmedelspumpen avsedd att vara avstängd under retarderbromsningsfasen, varigenom kylmedelsflödeti LT- kylkretsen optimeras under denna fas.

Lämpllgen är en avgasningskrets inrättad, vilken innefattar ett högt beläget utlopp på motorn, ett högt beläget utlopp på högtemperaturvärme- växlaren, ett högt beläget utlopp på lågtemperaturvänneväxlaren och ett högt beläget utlopp på nämnda laddluftkylare, varvid samtliga fyra utlopp är anslutna till en gemensam expansionstank, och dessutom innefattar ett lågt beläget utlopp på expansionstanken, vilket utlopp är anslutet till hög- temperaturkylkretsen uppströms den första kylmedelspumpen. Expansions- tanken, som är gemensam för alla fyra utlopp och det ensamma expansions- tanksutloppet, utnyttjar på ett mycket effektivt och viktbesparande sätt att högtemperatur- och làgtemperaturkylkretsarna är sammankopplade i systemet enligt uppfinningen.

Enligt en ytterligare utföringsform av kylsystemet enligt uppfinningen är flervägsventilen anordnad att blockera alla fyra portar under en motor- uppvännningsfas när omgivningsförhållandena är moderat eller under en bromsningsfas när bromsning sker utan användning av nämnda retarder, varigenom allt HT-kylmedel koncentreras till enbart HT-kylkretsen.

Föreliggande uppfinning avser även en fyrvägsventil för ett hög- /lågtemperaturvattenkylsystem enligt uppfinningen, varvid ventilen innefattar en cirkulär ventilkammare, som har en första omkretsport, en andra omkrets- port 90° från nämnda första port, en tredje omkretsport ytterligare 45° längre bort från nämnda första port än nämnda andra port och en fjärde omkretsport 10 15 20 25 30 530 376 5 ytterligare 90° längre bort från den första porten än den tredje porten, och en roterbar ventilslid, som tätt passar i ventilkammaren och har en första och en andra omkretsöppning, vilka är förbundna medelst en kanal som sträcker sig genom ventilsliden, varvid nämnda första och andra öppning är belägna 135° från varandra och är inriktbara med två portar åt gången. En fyrvägsventil, som är utformad enligt uppfinningen, är hållbar och lätt att styra och därmed lämplig för tuffa förhållanden, som t ex i en lastbil.

Företrädesvis är nämnda ventil avsedd att styras elektroniskt och koordinerat med den andra kylmedelspumpen, varigenom kylmedelsflödet och energiförbrukningen optimeras på ett enkelt sätt.

Kort beskrivning av ritningarna På ritningarna visas schematiskt en föredragen utföringsform av upp- finningen, varvid: Fig 1 är en helhetsvy av ett hög-/lågtemperaturvattenkylsystem enligt uppfinningen; Fig 2-4 visar tre olika driftsfaser för systemet i fig 1; F lg 5 är en helhetsvy av en fyrvägsventil enligt uppfinningen; Fig 6-9 visar fyra olika driftsfaser för fyrvägsventilen i fig 5; och Fig 10 är en ytterligare helhetsvy av hög-llågtemperaturvattenkyl~ systemet med en ditsatt avgasningskrets.

Beskrivning av en föredragen utföringsform l det följande beskrivs föredragna utföringsforrner av hög-/låg- temperaturvattenkylsystemet 1 och av en flervägsventil 18 enligt uppfinningen under hänvisning till ritningama, varvid aktiva komponenter indikeras med hjälp av tjocka linjer och flödesriktningar indikeras med hjälp av pilar i fig 2-4 och inaktiva komponenter indikeras med hjälp av streckade linjer i fig 6-9. l den systemöversikt som ges i fig 1 är en dieselmotor 3, t ex för en lastbil, försedd med en högtemperatur- eller HT-kylkrets 4 och en vattenkyld retarder 24, som är ansluten till motorn 3. HT-kylkretsen 4 innefattar ett motorkylmedelsutlopp 5, som är anslutet till en HT-värmeväxlare 6, ett motor- kylmedelsinlopp 7, som är anslutet till HT-värmeväxlaren 6, en termostat 8 för 10 15 20 25 30 5301 375 6 styrning av en första förbiledning 9 från motorkylmedelsutloppet 5 till motor- kylmedelsinloppet 7 parallell med HT-värmeväxlaren 6, och en första kyl- medelspump 10.

Förutom HT-kylkretsen 4 finns även en lågtemperatur- eller LT-kyl- medelskrets 11 för en vattenkyld laddluftkylare 2, i korthet en WCCAC.

Nämnda WCCAC 2 är anordnad att kyla överladdad förbränningsluft som bläses in i dieselmotorn 3 för förbättring av motorns prestanda och utgör en integrerad del av LT-kylkretsen 11, som också innefattar en lågtemperatur- eller LT-värmeväxlare 12 och en andra kylmedelspump 13, som har ett pump- inlopp 14 och ett pumputlopp 15.

Enligt uppfinningen innefattar LT-kylkretsen 11 dessutom ett krets- utlopp 16, som är anslutbart till pumputloppet 15 och till HT-kylkretsen 4 upp- ströms den första kylmedelspumpen 10, ett kretsinlopp 17, som är anslutet till pumplnloppet 14 och till HT-kylkretsen 4 nedströms den första kylmedels- pumpen 10, och en flervägsventil 18.

Flervägsventilen 18 är företrädesvis en fyrvägsventil av den typ som visas närmare i fig 5. Den har en första port 19, som är ansluten till LT-värme- växlaren 12, en andra port 20, som är ansluten till en andra förbiledning 21 parallell med LT-värmeväxlaren 12, en tredje port 22, som är ansluten till pumputloppet 15, och en fjärde port 23, som är ansluten till kretsutloppet 16.

Ventilen 18 styrs företrädesvis med hjälp av elektronik (ej visad), som styr hela hög-/lågtemperaturvattenkylsystemet 1.

Såsom framgår av fig 5 är ventilportarna 19, 20,22, 23 omkretsportar, som är fördelade runt en cirkulär ventilkammare 25. Med utgångspunkt från den första porten 19 är den andra porten 20 i omkretsriktningen belägen 90° från den första porten 19, är den tredje porten 22 belägen ytterligare 45° längre bort från den första porten 19 än den andra porten 20 och är den fjärde porten 23 belägen ytterligare 90° längre bort från den första porten 19 än den tredje porten 22.

Inuti fyrvägsventilen 18 finns en roterbar ventilslld 26, som tättslutande passar inuti ventilkammaren 25. Den har en första och en andra omkrets- öppnlng 27, 28, vilka är förbundna med varandra medelst en kanal 29, som sträcker sig genom ventilsliden 26. De första och andra öppningarna 27, 28 10 15 20 25 30 SBC! 376 7 ligger 135” från varandra och är inriktbara med maximalt två portar 19, 20, 22, 23 åt gången.

Det beskrivna hög-/lågtempertun/attenkylsystemet kan inta olika drifts- faser med hjälp av fyrvägsventilen 18.

Under en första driftsfas, som visas l fig 2 och 6, är den andra kyl- medelspumpen 13 företrädesvis avstängd (huvudsakligen för att spara energi) och har ventilsliden 26 roterats för att blockera den första 19 och den tredje 22 porten och för att med varandra förbinda den andra 20 och den fjärde 23 porten. Under denna fas åstadkommas således stora kylmedels- flöden genom kretsinloppet 17 från HT-kylkretsen 4 till LT-kylkretsen 11 och genom kretsutloppet 16 från LT-kylkretsen 11 tillbaka till HT-kylkretsen 4.

Flödet inuti LT-kylkretsen 11 som sådan är av bakåtriktad typ (åstadkommet av den första kylmedelspumpen 10) och strömmar helt och hållet förbi LT- värmeväxlaren 12. Den resulterande fasen är en uppvärmningsfas som används antingen för att främja uppvärmning av en kall motor med hjälp av värme som alstras l nämnda WCCAC 2 eller för att värma laddluften i nämnda WCCAC 2 under kalla omgivningsförhållanden, t ex vid -20°C, när motorn 3 väl är uppvärmd, varigenom knackning på grund av för hög luft- densitet förhindras.

Under en andra driftsfas, som visas i fig 3 och 7, är den andra kyl- medelspumpen 13 igång och har ventilsliden 26 roterats för att med varandra förbinda den första 19 och den tredje 22 porten och för att blockera den andra 20 och den fjärde 23 porten. Under denna fas föreligger således endast ett litet kylmedelsflöde genom kretsinloppet 17 (avgasning) och inget som helst kylmedelsflöde genom kretsutloppet 16. Flödet inuti LT-kylkretsen 11 är av framåtriktad typ (åstadkommet av den andra kylmedelspumpen 13) och passerar LT-vämfeväxlaren 12. Den resulterande fasen är en traditionell ladd- luftkylfas som förbättrar motorns prestanda under normala drtftsförhållanden genom att öka densiteten hos laddluften som trycks in i motorn 3.

Under en tredje driftsfas, som visas i fig 4 och 8, är den andra kylmedelspumpen 13 avstängd (för att spara energi och att förbättra system- prestanda) och har ventilsliden 26 roterats för att med varandra förbinda den första 19 och den tredje 22 porten och för att blockera den andra 20 och den 10 15 20 25 30 5313 375 8 fjärde 23 porten. Under denna fas åstadkommes således stora kylmedels- flöden genom kretsinloppet 17 från HT-kylkretsen 4 till LT-kylkretsen 11 och genom kretsutloppet 16 från LT-kylkretsen 11 tillbaka till HT-kylkretsen 4. Åter är flödet inuti själva LT-kylkretsen 11 av bakåtriktad typ (åstadkommet av den första kylmedelspumpen 10), men denna gång passerar det genom LT- värmeväxlaren 12. Den resulterande fasen är en retarderkylfas, under vilken LT-värmeväxlaren 12 används som ett extra organ för förbrukning av retardervärme som åstadkommes under retarderbromsning.

Under en fjärde driftsfas, för vilken ventilpositionen visas i fig 9, är den andra kylmedelspumpen 13 avstängd och har ventilsliden 26 roterats för att blockera alla fyra portar 19, 29, 22, 23. Denna fas, under vilken inget som helst kylmedelsflöde föreligger inuti och till och från LT-kylkretsen 11 och all kylmedelscirkulation är förbehållen enbart HT~kylkretsen, är en motorupp- värmingsfas, som används huvudsakligen under uppvärmning av motorn 3 på tomgångsvarvtal.

I fig 10 visas en avgasningskrets 30, vilken krets utgör en integrerad del av hög-/lågtemperaturvattenkylsystemet 1. Den innefattar ett högt beläget utlopp 31 på motorn 3, ett högt beläget utlopp 32 på högtemperaturvärme- växlaren 6, ett högt beläget utlopp 33 på lågtemperaturvärmeväxlaren 12 och ett högt beläget utlopp 34 på laddluftkylaren 2. Samtliga fyra utlopp 31-34 är anslutna till en gemensam expansionstank 35 och tjänar till att avleda över- skottskylmedel när systemet 1 är uppvärmt och att ventilera luft om luft är innesluten i systemet 1. På känt sätt är expansionstanken 35 inrättad att innehålla ett bottenskikt av kylmedel och luft ovanför detta, varvid luften tryck- sätts när systemet 1 värms upp och kylmedlet därmed expanderar. Avgas- ningskretsen 30 innefattar dessutom ett lågt beläget utlopp 36 på expansions- tanken 35. Utloppet 36 tjänar till att återföra kylmedel till systemet 1 när systemet kyls av och är anslutet till högtemperaturkylkretsen 4 uppströms den första kylmedelspumpen 10.

Det är uppenbart för fackmannen på området att den ovan beskrivna systemuppbyggnaden kan varieras på olika sätt inom ramen för de bifogade kraven. Således behöver inte varje system som är uppbyggt enligt före- liggande uppfinning innefatta någon retarder 24. Dessutom är det uppenbart 530 375 9 att den ovan beskrivna fyrvägsventilen 18 endast utgör en av ett antal tänk- bara ventillösningar.

Claims (8)

10 15 20 25 30 5313 376 10 PATENTKRAV

1. Hög-/lågtemperaturvattenkylsystem (1) med en vattenkyld laddluft- kylare (2) för en förbränningsmotor (3), vilket system innefattar en högtemperaturkylkrets (4), innefattande: ett motorkylmedelsutlopp (5), som är anslutet till en högtemperatur- värmeväxlare (6), ett motorkylmedelsinlopp (7), som är anslutet till högtemperaturvärme- växlaren (6), en termostat (8) för styrning av en första förbiledning (9) från motorkyl- medelsutloppet (5) till motorkylmedelsinloppet (7) parallellt med hög- temperaturvärmeväxlaren (6), och en första kylmedelspump (10); och en lågtemperaturkylkrets (11), innefattande nämnda laddluftkylare (2), en lågtemperaturvärmeväxlare (12), och en andra kylmedelspump (13), som har ett pumpinlopp (14) och ett pumputlopp (15), kännetecknat av att lågtemperaturkylkretsen (11) dessutom innefattar: ett kretsutlopp (16), som är anslutbart till det andra kylmedelspump- utloppet (15) och till högtemperaturkylkretsen (4) uppströms den första kyl- medelspumpen (10), i ett kretsinlopp (17), som är anslutet till pumpinloppet (14) och till hög- temperaturkylkretsen (4) nedströms den första kylmedelspumpen (10), och en flervägsventil (18), vars första port (19) är ansluten till lågtemperaturvärmeväxlaren (12), vars andra port (20) är ansluten till en andra förbiledning (21) parallell med lågtemperaturvärmeväxlaren (12), vars tredje port (22) är ansluten till pumputloppet (15), och vars fjärde port (23) är ansluten till kretsutloppet (16). varvid ventilen (18) är anordnad att blockera den första (19) och den tredje (22) porten och att med varandra förbinda den andra (20) och den fjärde (23) porten under en uppvärmningsfas, eller 10 15 20 25 30 530 376 11 att med varandra förbinda den första (19) och den tredje (22) porten och att blockera den andra (20) och den fjärde (23) porten under en kylfas.

2. Hög-/lågtemperaturvattenkylsystem enligt krav 1, vid vilket den andra kylmedelspumpen (13) är anordnad att vara avstängd under uppvärm- ningsfasen och att vara igång under en laddluftkylningsfas.

3. Hög-/lågtemperaturvattenkylsystem enligt krav 1 eller 2, dessutom innefattande en vattenkyld retarder (24), som är ansluten till högtemperatur- kylkretsen (4), varvid ventilen (18) är anordnad att med varandra förbinda den första (19) och den fjärde (23) porten och att blockera den andra (20) och den tredje (22) porten under en retarderbromsningsfas.

4. Hög-/lågtemperaturvattenkylsystem enligt krav 3, vid vilket den andra kylmedelspumpen (13) är anordnad att vara avstängd under retarder- bromsningsfasen.

5. Hög-/lågtemperaturvattenkylsystem enligt något av kraven 1-4, vid vilket nämnda ventil (18) är anordnad att blockera alla fyra portar (19, 20, 22, 23) under en motoruppvärmningsfas under moderata omgivningsförhållanden eller under en bromsningsfas utan retarder.

6. Hög-llågtemperaturvattenkylsystem enligt något av kraven 1-5, vid vilket en avgasningskrets (30) är inrättad, vilken innefattar ett högt beläget utlopp (31) på motorn (3), ett högt beläget utlopp (32) på hög- temperaturvärmeväxlaren (6), ett högt beläget utlopp (33) på lågtemperatur- värmeväxlaren (12) och ett högt beläget utlopp (34) på laddluftkylaren (2), varvid alla fyra utlopp (31-34) är anslutna till en gemensam expansionstank (35), och vilken dessutom innefattar ett lågt beläget utlopp (34) på expan- sionstanken (35), vilket utlopp är anslutet till högtemperaturkylkretsen (4) uppströms den första kylmedelspumpen (10).

7. Fyrvägsventil (18) för ett hög-/lågtemperaturvattenkylsystem enligt något av kraven 1-6, kä n netecknad avattden innefattar en cirkulär ventilkammare (25), som har en första omkretsport (19), en andra omkretsport (20) 90° från nämnda första port (19), en tredje omkrets- port (22) ytterligare 45° längre bort från nämnda första port (19) än nämnda 10 53Ü 376 12 andra port (20) och en fjärde omkretsport (23) ytterligare 90° längre bort från nämnda första port (19) än nämnda tredje port (22), och en roterbar ventilslid (26), som tättslutande passar i ventilkammaren (25) och har en första och en andra omkretsöppning (27, 28), vilka är för- bundna med varandra medelst en kanal (29), som sträcker sig genom ventil- sliden (26), varvid nämnda första och andra öppning (27, 28) är belägna 135° från varandra och är inriktbara med två portar (19, 20, 22, 23) åt gången.

8. Fyrvägsventil enligt krav 7, varvid nämnda ventil (18) är anordnad att styras elektroniskt och koordinerat med den andra kylmedelspumpen (13).