SE535942C2 - 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

25 30 35 535 942 Kylvätskepumpens tendens att kavitera ökar med kylvâtskans temperatur. Då kylvätskan nått driftstemperatur 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 övernyck skapas då kylvätskan expanderar.

DE l0 2007 058 575 visar ett kylsystem för en förbrånningsmotor där trycket i kylsystemet kan regleras under drift av förbrärmingsmotom. I detta fall utnyttjas ett avancerat tryckregleringssystern fór att reglera trycket i kylsystemet till en önskad nivå med kännedom om kylvätskans temperatur och förbränningsmotoms driftstillstånd.

Man kan bl.a. höja trycket till en extra hög nivå vid snabbavstängning av en varm förbrärmingsmotor för att undvika ångbildning i fórbrärmingsmotoms motorblock. Det innebär att expansionstaiiken kan göras mindre då den inte kräver någon extra volym fór 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 i patentkravets l 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 kylvätskepumpens inlopp. Det trycktilltörande medlet trycksätter åtminstone kylvätskan i anslutning till kylvätskepumpens inlopp till en nivå så kylvätskan ej kaviterar under kylvätskepumpens startproeess. Styrenheten avaktiverar med fördel 10 15 20 25 30 35 535 942 nämnda trycktillförande medel så snart som startprocessen av kylvätskepumpen är över. Styrenheten kan avaktivera nämnda trycktillfórande medel efter en förbestämd tid eller efter att den mottar information som indikerar att ett kylvätskeflöde har uppstått i kylsystemet. Styrenheten kan vara en dator eller liknande som är försedd med en lämplig programvara fór detta ändamål. I detta fall behövs ingen så kallad ”static line” användas fór att skapa ett förhöjt kylvätsketryck vid kylvätskepumpens inlopp. Kylsystemets expansionstank kan därmed anordnas på en väsentligen godtycklig höjdnivå i förhållande till kylvätskepumpen. Då utrymmet för montering av komponenter i fordon vanligtvis är mycket begränsat är det en stor fördel att kunna ge expansionstanken en relativt godtycklig placering i ett fordon.

Enligt en utföringsforrn av uppfinningen är kylvätskepumpen driven av förbränningsmotorn 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 åtminstone en del av den tid som startmotom är i drift.

Kylvätskepumpen drivs i de flesta fordon av fórbränningsmotorn. När startmotom drar igång förbränningsmotom startar i detta fall även kylvätskepumpen. Det kan således konstateras att kylvätskepumpen startprocess väsentligen sammanfaller med aktiveringen av startmotom. Startmotom är aktiverad under en relativt kort period. Det kan därför vara lämpligt att trycksätta kylvätskan i kylsystemet under samma tidsperiod som startrnotom är aktiverad. Kylvätskan kan trycksättas under hela den tid som startmotom är aktiverad eller en lämplig del av denna tid.

Enligt en utföringsfonn av uppfinningen innefattar nämnda trycktillfórande medel en tryckluftskälla som möjliggör tillförsel av trycklufi till kylsystemet då kylvätskan ska trycksättas i anslutning till kylvätskepumpens inlopp. I tunga 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 befintli gt tryckluftssystem i fordonet. I ackumulatortankar kan tryckluft lagras med ett relativt högt övertryck under relativt långa tidsperioder även då fordonet inte är i drift.

Ackurnulatortanken kan exempelvis lagra tryckluñ för ett befintligt tryckluftssystem för fordonets bromsar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda trycklufiskälla förbindbar med kylsystemet via en tryckluftsledning som innefattar ett ventilorgan som är ställbar i ett öppet läge i vilket det tillåter ett tryckluftsflöde från tryckluftskällan till 10 15 20 25 30 35 535 942 kylsystemet och i ett stängt läge i vilket det förhindrar ett trycklufisflöde från tryckluflskällan till kylsystemet. Med hjälp av ett sådant ventilorgan kan styrenheten på ett enkelt och snabbt sätt aktivera och avaktivera nämnda trycktillfórande medel.

Tryckluflsledningen innefattar med fördel även en strypventil. De flesta tryckluftskällor i ett fordon lagrar tryckluft med ett betydligt högre tryck än det tryck som erfordras för att trycksåtta kylvätskan så att kavitation förhindras. Med en lämplig dimensionerad strypventil kan tryckluftens 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 trycklufl förbrukas då kylvätskan trycksätts. Strypventilen kan utgöra en separat komponent i trycklufiledningen.

Alternativt kan strypventilen innefattas i ventilorganet. Ventilorganet kan i detta fall, i det öppna läget, ha en relativt liten flödeskanal för tryckluften. Därmed erhåller tryckluften 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 drifistemperatur. Under drift av ett fordon upprätthålls i regel ett förbestämt lufttryck i en ackumulatortank av en kompressor som drivs av förbränningsmotom. Då ett fordon inte har använts på en tid sjunker lufttrycket 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 ackumulatortanken kan utnyttjas fór att tillhandahålla en trycksättning av kylvätskan i kylsystemet. Alternativt kan en justerbar strypventil användas. I detta fall kan styrenheten mottaga information om det rådande lufitrycket i ackumulatortanken och justera strypventilens strypning av tryckluften med hjälp av denna information så att tryckluft som leds in i kylsystemet alltid har ett önskat tryck.

Enligt en arman föredragen utföringsfonn av uppfinningen är trycklufisledningen förbunden med expansionstanken i kylsystemet. Då expansionstanken redan innehåller luft i ett övre område är det lämpligt att tillföra tryckluften till detta område av expansionstanken. Den tillförda tryckluflen höjer lufitrycket ovanför kylvätskan i expansionstanken. Lufitrycket verkar med en tryckkraft på kylvätskan i expansionstanken så att den erhåller ett motsvarande tryck. Kylvätskans tryck i expansionstaiiken överförs till kylvätskan i övriga delar av kylsystemet. 10 15 20 25 30 35 535 942 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 luften som tillförs till tanken har ett alltför högt tryck då det snabbt reduceras av tryckregleringsventilen. Expansionstanken kan även innefatta en säkerhetsventil. En säkerhetsventil är nonnalt 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 arman föredragen utföringsform av uppfinníngen innefattar expansionstanken en backventil som säkerställer att trycket i expansionstanken inte understiger omgivande lufis tryck. En sådan backventil är i regel en befintlig komponent i en expansionstank. Backventilen öppnar om trycket i expansionstanken 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.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen utföringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritning, på vilken: Fig. l visar ett kylsystem i ett fordon enligt en utföringsform av uppfinningen.

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

Fordonet 1 är med fördel ett tungt fordon. Förbränningsmotom 2 kan vara en dieselmotor. Förbränningsmotom 2 kyls av kylvätska som cirkulerar i ett kylsystem.

En kylvätskepump 3 cirkulerar kylvätskan i kylsystemet och genom förbränningsmotom 2. Efter att kylvätskan kylt förbränningsmotom 2 leds den i en ledning 4 till en termostat 5 i kylsystemet. Innan kylvätskan uppnår en normal drifisternperatur är termostaten 5 anpassad att leda kylvätskan, via en ledning 6, till kylvätskepumpen 3 som är anordnad i en ledning 7, Då termostaten 5 leder kylvätskan till kylvätskepumpen 3 cirkuleras kylvätskan i kylsystemet utan att kylas. Så snart som 10 15 20 25 30 35 535 342 kylvätskan uppnår en temperatur som överstiger en fórbestämd drifistemperattir leder termostaten 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 lufiström i kylvätskekylaren 9. Den kylande luñströmmen åstadkoms av en kylarfläkt 10 och av fordonets fartvind. Eñer 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. Expansionstarilcen 12 är i detta fall, via en relativt kort ledning 13, förbunden med ledningen 7 i en position päkylvätskepumpens 3 sugsida. Expansionstanken 12 innefattar, vid ett övre parti, ett avtagbart lock 14 fór att möjliggöra påfyllning av kylvätska till kylsystemet. Locket 14 innefattar en schematiskt visad tryckregleringsventil 15. Tryckregleringsventilen 15 öppnar då trycket i expansionstanken 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 expansionstanken 12.

Fordonet l är i detta fall försedd med en tryckluftskällai form av en ackumulatortank 17. Ackumulatortanken 17 innehåller tryckluft som används i ett tryckluftssystem för att aktivera fordonets trycklufisbromsar. Under drift av förbränningsmotom 2 upprätthåller en bromskompressor ett fórbestämt relativt högt luñtryck i ackumulatortanken 17. Eftersom en ackumulatortank 17 är mycket tät kan lufttrycket i ackumulatortanken upprätthållas relativt konstant under en läng tid efter att fordonets törbränningsmotor 2 stängts av. I och med det kan tryckluflsbromsarna utnyttjas så snart som fordonet 1 ska användas. Ackumulatortanken 17 är förbunden med expansionstanken 12 via en tryckluftsledning 18. Trycklufisledning 18 innefattar ett ventilorgan 19 som är ställbar i ett stängt läge i vilket det förhindrar att tryckluft leds från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12 och i ett öppet läge i vilket det tillåter att trycklufis leds från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12.

Tryckluftsledning 18 innefattar även en strypventil 20 som tillhandahåller en strypníng av tryckluften då den leds från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12. Luflen som leds in i expansionstanken 12 uppvisar därmed ett lägre tryck än luften 10 15 20 25 30 35 535 942 i ackumulatortanken 17. För att strypa luñen innefattar strypventilen 20 en flödeskanal som har en relativt liten tvärsnittsarea. Därmed tillhandahålls även ett relativt litet luftflöde från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 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 kylsystemet då kylvätskan har en nonnal driñstemperatur. Detta tryck kan vara av storleksordningen 1,5 bar. Ventilorganet 19 och strypventilen 20 utgör i 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 lufien som led från ackumulatortanken 17 till expansionstanken 12.

Kylsysternet innefattar en styrenhet 21. När förbrånningsmotorn 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 startmotom 22.

Styrenheten 21 är anpassad att motta information som indikerar om startrnotom 22 år 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 startmotom 22 är aktiverad och i det stängda läget under tillfällen som startmotom 22 inte är aktiverad. När styrenheten 21 mottar infonnation som indikerar att startmotom 22 har aktiverats öppnar den ventilorganet 19. Tryckluft från ackumulatortanken 17 leds nu via ventilorganet 19 och strypventilen 20 till expansionstanken 12. Den tillförda trycklufien 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 1 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 fór kylvätska till kylvätskepumpen 3. 1 och med att kylvätskan har ett förbestämt övertryck i denna position är risken för kavitation eliminerad då kylvätskepumpen 3 startar. När styrenheten 21 mottar information som indikerar att startmotom 22 har avaktiverats stänger den ventilorganet 19. Cirkulation av kylvätskan i kylsystemet har nu startat. Under den fortsatta driften av förbränningsmotom värms kylvätskan som cirkulerar i kylsystemet upp till sin drifistemperatur. När kylvätskans temperatur ökar stiger trycket i kylsystemet och expansionstariken 12. 10 15 20 25 30 35 535 942 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 tryckluñen 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 expansionstarrken 12 då kylvätskan är varm. Det är inget problern om trycklufien som leds till expansionstanken 12 har ett något för högt tryck eftersom det korrigeras av tryckregleringsventilen 15. Genom att dimensionera strypventilen 20 på detta vis kan ett fórbestämt övertryck upprättas i kylsysternet med hjälp av tryckluften i ackumulatortanken 17 även under tillfällen då luften i ackumulatortanken 17 har en något lägre tryck än normalt. I synnerhet om ett fordon har varit avstâlld en längre tid kan nycket i 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. l detta fall kan en trycksensor avkärma trycklufiens tryck i ackumulatortanken 17. Styrenheten 21 kan motta information från trycksensom avseende trycket i ackumulatortanken 17 när startrnotom 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 kylsystemet under normal drifl eller till ett annat önskat tryckvärde.

Med föreliggande uppfinning behöver inte expansionstariken 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 kylvätskepurnpens 3 inlopp. Det är även möjligt att anordna expansionstanken 12 på en lägre nivå än kylvätskepumpen 3 om utrustning utnyttjas som gör detta möjligt för kylvätskan att expandera i expansionstanken 12 på en sådan låg nivå.

Hos konventionella kylsystem bör inte locket 14 till expansionstarxken 12 öppnas då kylvätskan är varm. När locket sedan skruvas på råder atmosfárstryck i expansionstanken. Kylvätskepumpens 3 tendens att kavitera ökar med kylvätskans 10 535 942 temperatur. Vid start av en kylvätskepump 3 med varm kylvätska tenderar kylvätskepumpen 3 att kavitera efiersom static line pelaren ej ger tillräckligt högt tryck vid kylvätskepumpens 3 inlopp. Med föreliggande uppfinning är detta inget problem.

Trycklufien som leds tillexpansionstanken 12 skapar även i detta fall ett övertryck som bestäms av lufitrycket i ackumulatortanken 17 och strypventilens 20 strypförmåga.

Någon risk fór kavitation föreligger således inte även om det råder ett atmosfárstryck i kylsystemet innan förbränningsrnotom 2 och kylvätskepumpen 3 startas.

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

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 535 942 “lO Patentkrav

1. Kylsystem i ett fordon (1) som drivs av en fórbränningsmotor (2), varvid kylsystemet innefattar en kylvätskepurnp (3) som är anpassad att cirkulera kylvätska i kylsystemet, en expansionstank (12) som möjliggör expansion av kylvätskan i kylsystemet under drifi och trycktillförande medel (17-20) som möjliggör en aktiv trycksättning av kylvätskan i kylsystemet i anslutning till åtminstone ett inlopp till kylvätskepumpen (3), varvid kylvätskepumpen drivs av förbränningsmotom (2) som i sin tur startas av en startmotor (22), kännetecknat av att kylsysternet innefattar en styrenhet (21) som är anpassad att motta infonnation som indikerar när startrnotom (22) är i drift och att aktivera nämnda trycktillförande medel (17-20) så att det skapar ett övertryck i anslutning till inloppet till kylvätskepumpen (3) under åtminstone en del av den tid som startmotorn (22) är i drifl.

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

3. Kylsystem enligt krav 2, kännetecknat av att tryckluftskällan innefattar en ackumulatortank (17) som är anpassad att lagra tryckluft för ett befintligt tryckluftssystem i fordonet.

4. Kylsystem enligt krav 2 eller 3, kärmetecknat av att trycklufiskällan (17) är förbunden med kylsystemet via en tryckluitsledning (18) som innefattar ett ventilorgan (19) som är ställbart i ett öppet läge i vilket det tillåter ett tryckluñsflöde från tryckluftskällan (17) till kylsystemet och i ett stängt läge i vilket det förhindrar ett trycklufisflöde från trycklufiskällan (17) till kylsystemet.

5. Kylsystem enligt krav 4, kärmetecknat av att tryckluftsledningen (18) innefattar en strypventil (20).

6. Kylsystern enligt krav 5, kännetecknat av att strypventilen (20) är dimensionerad så att trycklufien som leds till kylsysternet 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 drifistemperatur. 10 535 942 11

7. Kylsystern enligt något av de föregående kraven 4 till 6, kännetecknat av att trycklufisledningen (18) är förbunden med expansionstanken (12) i kylsystemet.

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

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