SE538517C2 - Arrangemang för att kyla en elektrisk styrenhet i ett motorrum i ett fordon med en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett arrangemang för att kyla en elektrisk styrenhet (16) iett motorrum (la) i ett fordon (1) som drivs av en förbränningsmotor (1) som ärplacerad i motorrummet (la). Arrangemanget innefattar en inloppsledning (10) som äranpassad att leda lufi genom motorrummet (1) till förbränningsmotorn ( 1). Denelektriska styrenheten (16) är fast på inloppsledningen (10) på ett sätt så att den är ivärmeöverförande kontakt med luften som leds genom inloppsledningen (10) tillförbränningsmotorn (1). Därmed kan den elektriska styrenheten (16) erhålla enkontinuerligt god kylning i motorrummet (la) under drift av förbränningsmotorn (1). (Fig. 2)

Description

s7742sE kg/ Sökande: Scania CV AB Arrangemang fór att kyla en elektrisk styrenhet i ett motorrum i ett fordonUPPFINNINGENS BAKGRUND OCH KÄND TEKNIK Föreliggande uppfinning avser ett arrangemang för att kyla en elektrisk styrenhet i ettmotorrum i ett fordon enligt patentkravets l ingress.

Elektriska styrenheter avger under drift en värmeeffekt av storleksordningen 50-150Watt. Elektriska styrenheter avger således en relativt liten värmeeffekt och det räckervanligtvis att de kyls av omgivande luft. Elektriska styrenheterna i fordon är emellertid ofta placerade i fordonets motorrum där de används för styrning av olika komponenter.

Luften i fordonets motorrum är varm. Luften sugs in i motorrummet med hjälp av enkylfläkt. Luften sugs härvid igenom en eller flera kylare där luften kyler kylvätska,laddluft, återcirkulerande avgaser etc. innan den når motonfummet. Då dessa medierkan ha en mycket hög temperatur erhåller luften i motorrummet en temperatur somofta är av storleksordningen 80°C. Lulttemperaturen i motorrummet kan dock, undervissa driftstillstånd, stiga temporärt till över lO0°C. Luft med en så hög temperaturlämpar sig mycket dåligt för kylning av elektriska styrenheter.

För att lösa detta problem är det känt att förse elektriska styrenheter i motorrum medextra värmetåliga komponenter, Sådana komponenter är kostsamma vilket leder till attde elektriska styrenheterna blir dyra. Det är även känt att förse elektriska styrenheter imotorrum i fordon med en värrneväxlare på baksidan där de elektriska styrenheternakyls av bränsle från fordonets bränslesystem. En sådan lösning medför ett ingrepp ifordonets bränslesystem och att extra bränsleledningar måste dras i motorrummet.Lösningen leder även till en ökad risk för bränsleläckage i rnotorrummet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang sommöjliggör en kylning av elektriska styrenheter i ett motorrum i ett fordon på etttillförlitligt och funktionellt sätt samt till en låg kostnad.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilketkännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Underdrift av en förbränningsmotor leds luft väsentligen kontinuerligt genom eninloppsledning till förbränningsmotorn i motorrummet. Luften i inloppsledningen harunder normal drift en klart lägre temperatur än luften i motorrummet där styrenheten ärplacerad. Det är således mycket lämpligt att utnyttja inloppslufien som medium för attkyla den elektriska styrenheten. Visserligen tillhandahåller luften som leds tillförbränningsmotorn en viss uppvärmning då den kyler den elektriska styrenheten mendenna uppvärmning är väsentligen försumbar då en elektrisk styrenhet avger en relativtliten värmeeffekt. Att anordna den elektriska styrenheten på inloppsledningen på ettsätt så att den kyls av luften i inloppsledningen kan göras tämligen enkelt och på fleraolika sätt. Ett sådant ingrepp kan även göras till en låg kostnad.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar inloppsledningen åtminstoneen kylare för kylning av luften innan den når förbränningsmotorn och att den elektriskastyrenheten är anordnad i en position nedströms nämnda kylare med avseende påluftens avsedda strömningsriktning i inloppsledningen. Då luften som leds tillförbränningsmotorn är överladdad behöver den kylas i åtminstone en laddluftkylareinnan den leds till förbränningsmotorn. Den komprimerade luften erhåller därmed,under väsentligen alla driftsförhållanden, en relativt låg temperatur innan den leds in iförbränningsmotorn. För att den elektriska styrenheten ska kunna tillhandahålla en godkylning av luften i inloppsledningen bör den elektriska styrenheten vara anordnad iinloppsledningen i en position nedströms laddluftkylaren där luften är som kallast.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är den elektriska styrenheten förseddmed en kontaktyta som är monterad mot med en motsvarande formad kontaktyta hosinloppsledningen. En elektrisk styrenhet har normalt ett omgivande hölje sominnesluter och skyddar styrenhetens elektriska komponenter. Detta hölje är vanligtvistillverkat av ett material med goda värmeledande egenskaper. Inloppsledningen somleder luft till förbränningsmotorn är även normalt tillverkad av ett material med goda värmeledande egenskaper. Genom att fästa den elektriska styrenheten på en yta hosinloppsledningen med en motsvarande form kan ett relativt stor värmeöverförandeområde skapas mellan den elektriska styrenheten och inloppsledningen därvärmeenergi kan överföras från den elektriska styrenheten till luften iinloppsledningen. Den elektriska styrenheten tillhandahåller därmed en god kylning.Inloppsledningen innefattar med fördel en ytforstoring på insidan av nämndakontaktyta. En sådan ytförstoring kan innefatta värmeöverförande element somsträcker sig in i inloppsledningen. Därmed förbättras värmeöverföringen mellan denelektriska styrenheten och luften i inloppsledningen ytterligare.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är den elektriska styrenheten monteradi en öppning i inloppsledningen och att den elektriska styrenheten är försedd med enkontaktyta som är i kontakt med luften i inloppsledningen. I detta fall kan styrenhetenskontaktyta kylas direkt av luften som flödar inuti inloppsledningen. Styrenhetenskontaktyta med luften i inloppsledningen innefattar med fördel ytförstorande element.Därmed erhålls en stor ökad värmeöverförande yta mellan styrenheten och luften iinloppsledningen vilket resulterar i en effektivare kylning av den elektriskastyrenheten. Nämnda ytförstorande element kan utgöras av plattformiga flänselementsom har en huvudsaklig sträckning i luftens avsedda strömningsriktning inutiinloppsledningen. Därmed kan en god värmeöverföring erhållas samtidigt som luftens strömning inuti inloppsledningen väsentligen inte påverkas.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är hela den elektriska styrenheten anordnadinuti inloppsledningen. I detta fall erhålls en mycket god kylning av den elektriskastyrenheten då den väsentligen omges av luften i inloppsledningen. Även här kan denelektriska styrenheten vara försedd med värmeöverförande flänsar för att effektiviserakylningen av den elektriska styrenheten. Den elektriska styrenheten kan fästas på eninvändig väggyta i inloppsledningen. Alternativt kan den fästas inuti inloppsledningenmed lämpliga fastelement.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är den elektriska styrenheten försedd med enutvändig yta som är i kontakt med omgivande luft. I de fall då den elektriskastyrenheten är monterad på utsidan av inloppsledningen eller då den är monterad i enöppning i inloppsledningen erhåller den ofrånkomligt en kontaktyta med omgivandeluft. Den omgivande luften i ett motorrum har under normal drift en så hög temperatur att den inte lämpar sig för kylning av den elektriska styrenheten. Styrenhetens kontaktyta med omgivande luft görs därför med fördel betydligt mindre änstyrenhetens värmeöverförande kontaktyta med inloppsledningen och luft iinloppsledningen. Alternativt eller i kombination kan den elektriska styrenhetenskontaktyta med omgivande luft utgöras av ett material som har värmeisolerandeegenskaper. Styrenhetens hölje kan i detta fall innefatta ett värmeisolerande material idet område som är i kontakt med omgivande luft. Alternativt kan ett täckorgan av ettvärmeisolerande material anordnas ovanpå höljet i det område som det är i kontaktmed omgivande luft i motorrummet. Med ett sådant värmeisolerande material förhindras väsentligen att styrenheten värmas av omgivande luft i motorrummet.KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsformer av uppfinningenmed hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 visar en elektrisk styrenhet som kyls av inloppsluft som leds till enförbränningsmotor, Fig 2 visar mer i detalj en elektrisk styrenhet som är fäst på en inloppsledning somleder luft till en förbränningsmotor, Fig 3 visar en tvärsnittsvy av den elektriska styrenheten och inloppsledningen i Fig 2,Fig 4Fig 5 visar en tvärsnittsvy av en alternativ elektrisk styrenhet och inloppsledning ochvisar en tvärsnittsvy av en ytterligare alternativ elektrisk styrenhet och inloppsledning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AVUPPFINNINGEN F ig. 1 visar ett fordon l som drivs av en överladdad förbränningsmotor 2 som äranordnad i ett motorrum la hos fordonet. Fordonet l kan vara ett tungt fordon somdrivs av en överladdad dieselmotor. Förbränningsmotorn 2 kyls på ett konventionelltsätt med ett kylsystem som innefattar en cirkulerande kylvätska. Kylvätskan cirkulerasi kylsystemet med hjälp av en kylvätskepump 3. Kylsystemet innefattar en termostat 4som är anpassad att leda kylvätskan till en kylare 5 då kylvätskan behöver kylas ochtill förbränningsmotorn l då den inte behöver kylas i kylaren 5. Kylaren 5 är monteradvid ett främre parti av fordonet l. Avgaserna från förbränningsmotorns 2 cylindrarleds, via en avgassamlare 6, till en avgasledning 7. Avgaserna i avgasledningen 7, som '15 har ett övertryck, leds till en turbin 8 hos ett turboaggregat. Turbinen 8 tillhandahållerdärvid en drivkrafi, som överförs, via en anslutning, till en kompressor 9. Kompressorn9 komprimerar luft som leds in i en inloppsledning 10. Luften tillhandahåller under kompressionen en förhöjd temperatur.

En första laddluftkylare ll är anordnad i inloppsledningen 10 för att kyla denkomprimerade luften i ett första steg. Kylvätskan i kylsystemet leds i en ledning 12 tillden första laddluftkylaren och i en ledning 13 från den första laddluftkylaren 11.Kylvätskan i kylsystemet utnyttjas för att kyla den komprimerade luften i det förstasteget i den första laddluftkylaren 11. Den komprimerade luften kan här kylas till entemperatur i närheten av kylvätskans temperatur som i regel är inom området 70 -90°C. Den komprimerade luften leds därefier till en andra laddluftkylare 14 som äranordnad vid ett frontparti av fordonet 1. Den andra laddluftkylaren 14 är anordnadframför kylaren 5 med avseende på luftens avsedda strömningsriktning genom kylarna5, 14. En kylarfläkt 15 suger omgivande luft genom kylarna 5, 14 och in i fordonetsmotorrum la. Luften i motorrummet la är relativt varm då den har utnyttjats för attkyla laddluften i den andra laddluftkylaren 14 och kylvätskan i kylaren 5. Då denkomprimerade luften kyls i en laddluftkylare 14 som är anordnad vid ett frontparti hosfordonet 1 kyls den av luft med omgivningens temperatur. Det är därmed möjligt attkyla den komprimerade luften till en temperatur i närheten av omgivningenstemperatur. Genom att kyla den komprimerade luften till en temperatur som i närheten av omgivningens temperatur kan en väsentligen optimal mängd luft ledas till ' förbränningsmotorns 2 cylindrar. En elektrisk styrenhet 16 är anordnad i inloppsledningen 10 i en position i närheten av en förgrening 17 som leder denkomprimerade luften till förbränningsmotorns 2 respektive cylindrar.

Fig. 2 visar mer i detalj den elektriska styrenheten 16 som är fäst på inloppsledningen10 i anslutning till en förgrening 17. Fig. 3 visar en tvärsnittsvy genom den elektriskastyrenheten 16 och inloppsledningen 10. Den elektriska styrenheten 16 innefattar ettinvändigt utrymme med schematiskt visade elektriska komponenter l6a. De elektriskakomponenterna 16a innesluts av ett omgivande hölje l6b. Höljet l6b består av ettmaterial med goda värmeledande egenskaper. Hölj et l6b kan bestå av ett lämpligtmetallmaterial. Hölj et l6b har en utvändig yta som innefattar en plan kontaktyta 16b1med inloppsledningen lO. Inloppsledningen 10 består av ett material med godavärmeledande egenskaper såsom ett metallmaterial. Inloppsledningen 10 har ianslutning till styrenheten 16 ett väggparti l0a som har en väsentligen plan kontaktyta 10a1 som är i monterad kontakt med styrenhetens plana kontaktyta 16b1. Styrenhetenskontaktyta 16b1 och inloppsledningens kontaktyta 1Oa1 kan monteras samman med ettfästmedel som kan vara ett lämpligt lim eller med hjälp av en lösgörbarkopplingsmekanism. Det är dock viktigt att styrenhetens kontaktyta 16b1 ochinloppsledningens kontaktyta l0a; är i god värmeöverförande kontakt med varandra i ett monterat tillstånd.

Inloppsledningen 10 plana väggparti l0a innefattar in invändig kontaktyta l0a; som äri kontakt med luften inuti inloppsledningen 10. Den invändiga kontaktytan l0a;innefattar plattformiga flänselement lOb. De plattformiga flänselementen lOb har en huvudsaklig sträckning i luftens avsedda strömningsriktning inuti inloppsledningen 10.

Därmed kommer flänselementen lOb väsentligen inte att förhindra lufiflödet inutiinloppsledningen 10. Flänselementen 10b har med fördel en motsvarande sträckningsom den elektriska styrenheten 16 på utsidan av inloppsledningen 10. I och med deterhåller flänselementen lOb en stor kontaktyta med luften inuti inloppsledningen lOvilket resulterar i en god värmeöverföring mellan flänselementen lOb och luften iinloppsledningen 10. Ett extra hölje av ett värmeisolerande material 18 är anordnadöver en utvändig yta av hölj et l6b vilken inte är i kontakt med inloppsledningen 10.Därmed erhåller den elektriska styrenheten 16 en utvändig kontaktyta 18a av ett värmeisolerande material 18 med omgivande luft.

Under drift av förbränningsmotorn 2 kyls den komprimerade luften i ett första steg iden första laddluftkylaren 11 av kylvätska och i ett andra steg av luft medomgivningens temperatur i den andra laddluftkylaren 14. Med en sådan kylning kanden komprimerade luften många gånger kylas till en temperatur i närheten av denomgivande luftens temperatur. Innan den kylda komprimerade luften når förgreningen17 passerar den förbi den elektriska styrenheten 16 i inloppsledningen 10. Luftenkommer här i kontakt med flänselementen lOb så att de erhåller en väsentligenmotsvarande temperatur som luften inuti inloppsledningen 10. Därmed kan detväggparti l0a hos inloppsledningen 10 som är i kontakt med styrenheten 16 erhålla enrelativt låg temperatur. Den elektriska styrenheten 16 utvecklar under drift envärmeeffekt av 50-150 watt. Den elektriska styrenheten 16 tillhandahåller därmed enuppvärmning. I detta fall kyls styrenheten 16 av luften i inloppsledningen 10 via derelativt stora kontaktytorna 1Oa1, l6b1 mellan den elektriska styrenheten 16 ochinloppsledningen 10. Den omgivande temperaturen i ett motorrum la kan under drift vara av storleksordningen 80°C. Denna temperatur är klart högre än luftens temperatur i inloppsledningen 10 och i regel högre än den elektriska styrenhetens 16 temperaturefter att den kylts av luften i inloppsledningen 10. Det extra värmeisolerande höljet 18förhindrar här att den elektriska styrenheten 16 värms av den varma luften imotorrummet 1a. Luften i inloppsledningen 10 tillhandahåller en viss uppvärmning dåden leds förbi flänselementen l0b. Denna uppvärmning är dock relativt ringa då denelektriska styrenheten 16 utvecklar en relativt liten värmeeffekt under drift. I detta fallerhåller den elektriska styrenheten 16 en kontinuerligt god kylning under drift av luftmed en relativt låg temperatur. Därmed behöver den elektriska styrenheten 16 inteinnefatta kostsamma elektriska komponenter som är anpassade att tål höga temperaturer.

Fig. 4 visar en tvärsnittsvy av en alternativ utföringsform av den elektriska styrenheten16 och inloppsledningen 10. I detta fall är inloppsledningen 10 försedd med enöppning l0c. Öppningen l0c är av en storlek så att den försluts då den elektriskastyrenheten 16 appliceras på inloppsledningen 10. För att erhålla en säker och tätförslutning monteras en utvändig yta 16b; hos den elektriska Styrenhetens hölje 16bmot en invändig yta lOd i inloppsledningen i anslutning till öppningen l0c med hjälpav ett fästmedel såsom ett lämpligt lim. Höljet 16b innefattar i det monteradetillståndet en kontaktyta l6b3 som är i kontakt med luften som leds genominloppsledningen 10. Kontaktytan 16b3 innefattar plattformiga flänselement 16c somhar en huvudsaklig sträckning i luftens avsedda strömningsriktning inutiinloppsledningen 10. Därmed kommer flänselementen 16c väsentligen inte attförhindra luftflödet inuti inloppsledningen 10. F länselementen 16c kan ha ensträckning längs väsentligen hela Styrenhetens kontaktyta 16b; med luften iinloppsledningen 10. I och med det erhåller flänselementen 16c en stor kontaktyta medluften inuti inloppsledningen 10 vilket resulterar i en god värmeöverföring mellanflänselementen 16c och luften i inloppsledningen 10. Höljet har här en kontaktyta 16b4 med omgivande luft i motorrummet, Under drift av förbränningsmotorn 1 kyler luften i lufiledningen 10 den elektriskastyrenheten 16 via kontaktytan 16b3. Med en sådan kylning kan den elektriskastyrenheten 16 erhålla en relativt låg temperatur. I detta fall är den elektriskastyrenheten 16 även i värmeöverförande kontakt med den omgivande luften viakontaktytan l6b4. Styrenhetens kontaktyta l6b4 med omgivande luft är betydligtmindre än styrenhetens kontaktyta 16b3 med lufien i inloppsledningen 10 eftersom kontaktyta 16b4 med luften i motorrummet inte innefattar flänselement. Den elektriska '10 styrenheten 16 erhåller en kylning, via kontaktytan 16b4, under tillfällen då lufien imotorrummet är kallare än den elektriska styrenheten 16 och en uppvärmning undertillfällen då luften i motorrummet är varmare än den elektriska styrenheten 16. Underalla omständigheter tillhandahåller luften i inloppsledningen 10 en kontinuerligt godkylning av den elektriska styrenheten 16 väsentligen oavsett luftens temperatur imotorrummet la. Därmed säkerställs att styrenheten 16 uppvisar en acceptabel lågtemperatur under alla drifisförhållanden.

Fig. 5 visar en tvärsnittsvy av en ytterligare alternativ utföringsform av den elektriskastyrenheten 16 och inloppsledningen 10. I detta fall är hela styrenheten 16 monteradinuti inloppsledningen 10. Styrenhetens hölje 16b innefattar även i detta fall enkontaktyta 16b; som är i kontakt med luften som leds genom inloppsledningen 10.Kontaktytan l6b3 innefattar plattformiga flänselement l6c som har en huvudsakligsträckning i luftens avsedda strömningsriktning inuti inloppsledningen 10. Höljetinnefattar även en kontaktyta 16b5 som är fäst mot en invändig yta 10e hosinloppsledningen 10. Ett fastmedel såsom ett lämpligt lim kan appliceras mellannämnda ytor för att hålla kvar den elektriska styrenheten 16 på avsedd plats inutiinloppsledningen 10. Den elektriska styrenheten 16 kan i detta fall föras ned och fästasinuti inloppsledningen 10 innan den förbinds med förgreningen 17. Eftersom hela denelektriska styrenheten 16 i detta fall är anordnad inuti inloppsledningen tillhandahållerden elektriska styrenheten 16 en mycket god kylning av luften i inloppsledningen 10.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till de beskrivna utforingsformerna utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (6)

1. Arrangemang for att kyla en elektrisk styrenhet (16) i ett motorrum (la) i ett fordon(1) som drivs av en fórbränningsmotor (1) som är placerad i motorrummet (la), varvidarrangemanget innefattar en inloppsledning (10) som är anpassad att leda luft genommotorrummet (1) till forbränningsmotom (1), vaivid inloppsledningen innefattar enkompressor (9) som komprimerar luften i inloppsledningen(11) och en kylare (14) fórkylning av den komprimerade luften i inloppsledningen (10), varvid den elektriskastyrenheten (16) är fast på inloppsledningen (10) på ett sätt så att den är ivänneöverfórande kontakt med luften som leds genom inloppsledningen (10) tillfórbränningsmotorn (1) och varvid den elektriska styrenheten (16) är försedd med enkontaktyta (l6b4, 18a) som i ett monterat tillstånd är i kontakt med omgivande luft,kännetecknat av att kylaren ( 14) är anordnad vid ett frontparti av fordonet där den kylsav omgivande luft och att den elektriska styrenheten (16) är anordnad iinloppsledningen (10) i en position nedströms kompressorn (9) och kylaren (14) medavseende på luftens avsedda strömningsriktning i inloppsledningen (10), och att denelektriska styrenhetens kontaktyta (1 Sa) med omgivande luft innefattar ett materialsom har värmeisolerande egenskaper.

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att den elektriska styrenheten (16) ärförsedd med en kontaktyta (16b1) som är monterad i kontakt med en motsvarandeformad kontaktyta (1Oa1) hos inloppsledningen (10).

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att inloppsledningen (10) innefattar enytforstoring (l0b) på insidan av nämnda kontaktyta (10a1).

4. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att den elektriska styrenheten (16) ärmonterad i en öppning (l0c) i inloppsledningen (10) och att den elektriska styrenheten(16) är försedd med en kontaktyta (16b3) som är i kontakt med luften inutiinloppsledningen (10).

5. Arrangemang enligt krav 4, kännetecknat av att den elektriska styrenhetenskontaktyta (16b3) med luften i inloppsledningen innefattar ett ytfórstorande element(16c).

6. Arrangemang enligt krav 5, kännetecknat av att nämnda ytfórstorande element ärplattformiga flänsar (l6c) som har en huvudsaklig sträckning i luftens avseddaströmningsriktning inuti inloppsledningen (10).