SE449769B - Sluten vetskekrets for termisk reglering av ett motorfordon - Google Patents

Description

449 769 2 Fig. 1 - 4 visar schematiskt en termisk regleringskrets för ett fordon enligt uppfinningen i fyra skilda driftstillstånd.

Fig. 5 - 6 visar schematiskt i sidovy respektive sektion utmed linjen VI-VI i fig.5 en utföringsform av fordonets broms och den därmed samordnade värmeväxlarem På känt sätt innefattar ifrågavarande fordon - en förbränningsmotor l, - en virvelströmsbroms 2 som här visas vara anordnad på motoraxeln 3 vid växellådans utgång, - en sluten krets 4 som medger kylning av motorn genom cir- kulation av en vätska (i regel vatten med eller utan antifrysmedel), vilken krets innefattar i serie ett inre avsnitt 5 i motorn, en cirkulationspump 6 och en kylare 7.

Kylaren 7 kyles av en luftström som passerar genom den och som utgår från en fläkt 8, som drives av motorn. Driftsförbindelsen med motorn frånkopplas företrädesvis automatiskt på något lämp- ligt sätt, i regel elektriskt, då temperaturen hos vätskan i ky- laren 7 ligger nedanför ett tröskelvärde T, exempelvis av stor- leksordningen RSOC.

På likaledes i och för sig känt sätt, även om anordningen icke är oumbärlig, är en ventil 9 anordnad, som styres av en icke visad termostat i beroende av temperaturen hos den vätska som avgår från kretsloppavsnittet 5 i motorns inre, varvid denna ventil gör det möjligt att automatiskt kortsluta slingan 41, som innefattar nämnda avsnitt 5 samt pumpen 6 då temperaturen ligger nedanför ett givet tröskelvärde t, som exempelvis är av stor- leksordningen BOOC, eller att i. motsatta fallet inkoppla kompletteringsslingan 42, som innefattar kylaren 7, vid tempera- turer överstigande t. 449 769 Dessutom anordnas: - ett hjälpkretsloppsavsnitt 10, som uteslutande innefattar utöver de nödvändiga anslutningarna en värmeväxlare ll (som kommer att beskrivas längre fram) parallellkopplad med ett enkelt ledningsavsnitt 43 tillhörande ovannämnda slinga 41, ~ och en elektrisk trevägsventil 12 anordnad vid ett av stäl- lena, där avsnittet lO är anslutet till elementet 43, vilken ventil i sina olika lägen möjliggör en genomgång av den av pumpen 6 levererade vätskan antingen genom elementet 43 eller avsnittet 10.

Värmeväxlaren ll är så anordnad att den medger en överföring av kalorier i den ena eller andra riktningen mellan den i avsnittet 10 cirkulerande vätskan och bromsen 2.

Denna värmeväxlare ll är framförallt så anordnad att den till vätskan kan överföra en viktig del av de kalorier som alstras vid bromsens 2 manövrering, framförallt för i det Följande närmare förklarade återvinningsändamål.

Värmeväxlaren kan för detta ändamål utgöras av själva bromsens stator, vars stomme och spolar är försedda med kanaler för väts- kans cirkulation.

Enligt andra utföringsformer är värmeväxlaren ll icke endast anordnad att återvinna av bromsen vid dess manövreríng alstrade kalorier utan även för utnyttjande i motsatt riktning av venti- leringsberoende kyleffekt som alstras av bromsrotorns vingar, då bromsen är kall.7 För utnyttjande av denna kyleffekt utgöres värmeväxlaren ll lämpligen av en metallkropp, som har en stor yta, vars ena sida är i beröring med cirkulationsvätskan, medan den andra ytan berörs av den luft som härrör från hromsens rotor. 449 769 4 Den har företrädesvis formen av en dubbelmetallvägg i vars inre ifrågavarande vätska cirkulerar och som innesluter ett flertal passager genom vilka nämnda luftström passerar.

Den med genomströmningskanaler försedda kroppen ll kan vara anordnad tvärs över utgången av ett spiralhölje 22 (fig.5 och 6) som omger bromsen 2 på sådant sätt att den mot nämnda utgång transporterar hela den genom rotorn evakuerade luftvolymen. Åtminstone en del av detta hölje 22 kan även bilda en del av värmeväxlaren ll.

Exciteringen av elektroventilens 12 lindning l3 är beroende av manövreringen av ett av bromsens steg (i regel det första, men eventuellt ett annat, beroende på omständigheterna), varvid denna sistnämnda manövrering i sin tur är beroende av ett hand- tag 14 eller annat manövreringsorgan, exempelvis en pedal. Detta ömsesidiga manövreringsberoende är så anordnat att så länge bromsen icke påverkas vätskecirkulationen under pumpens 6 inver- kan berör kretselementet 43 (det i figu l och 4 visade fallet), medan cirkulationen utnyttjar avsnittet lfi så snart bromsens avsedda steg exciteras (fig. 2 och 3).

Dessutom anordnas: - ett andra, i och för sig känt hjälpkretsavsnitt l5, avsett att värma fordonets passagerarutrymme och för detta ändamål försett med åtminstone ett i passaqerarutrymmet anordnat vär- meelement 16, vilket andra avsnitt är parallellkopplat med den del av slingan 41 som innefattar ledningsavsnittet 5 i motorns inre samt pumpen 6, varvid det andra avsnittet är ut- rustat med en spärrkran 17 för i huvudsak manuell manöv- rering, - och en termokontakt 18, som reagerar på vätskans temperatur i kylaren 7 och som på samma sätt som handtaget 14 kan styra lindningens 13 excitering, då denna temperatur överskrider tröskelvärdet T, samt eventuellt dessutom fläktens R inkopp- ling. 449 769 5 Verkningssättet för ovan beskrivna anordning är följande: I start- eller viloläge enligt figur 1: - motorn är kall vilket svarar mot ventilens 9 läge i vilket kylaren 7 är frånkopplad och fläkten R avstängd, - bromsen 2 är opåverkad, vilket svarar mot det icke påverkade läget för elektroventilen 12, - passagerarutrymmets uppvärmning är icke ansluten, vilket svarar mot stängningsläget för kranen 17.

J Om under dessa betingelser motorn startas, inträder den av pumpen 6 framdrivna vätskan i det kortast möjliga kretsloppet, som består av slingan 41. varvid de enda av vätskan passerade organen då är inneravsnittet 5 i motorn samt pumpen 6.

Då med utgångspunkt från denna situation temperaturen hos det i slingan 41 cirkulerande vattnet uppnått tröskelvärdet t, exem- pelvis av storleksordningen BUOC, påverkas på känt sätt ventilen 9 automatiskt och övergår till sitt i fiq. 3 och 4 visade läget, i vilket kylaren 7 inkopplas i kretsloppet och medverkar till att avlägsna motorns kalorier.

Gm med utgångspunkt från den i fig. l visade situationen motsva- rande kall motor bromsen påverkas, exciteras elektroventilen 1” samtidigt, varigenom avsnittet lO innehållande värmeväxlaren ll inkopplas i kretsloppet (fig. 2).

De av bromsen alstrade kalorierna överföres då i stor utsträck- ninq till den vätska som passerar genom värmeväxlaren ll.

De på detta sätt återvunna kalorierna utnyttjas således: - för att påskynda motorns 1 uppvärmning så länge den fortfa- rande är förhållandevis kall, 449 769 6 - och/eller uppvärmning av fordonets passaqerarutrvmme, då ventilen 17 är öppen, såsom visas i fig. 2.

Det bör observeras att ett öppnande av kranen 17 åstadkommes på ett sätt som är helt oberoende av lägena för ventilerna 9 och 12, d.v.s. oberoende av den temperatur som råder i den cirkule- rande vätskan och av bromsens påverkade eller icke påverkade tillstånd. Endast för åskådlighets skull men icke såsom en begränsning visas kranens 17 öppningsläge i fig. 2 och 3 men icke i fig. l och 4.

Vid öppningsläget för kranen 17 cirkulerar endast en del utav den av pumpen 6 framdrivna vätskan i det andra avsnittet 15, eftersom detta andra avsnitt är hela tiden parallellkopplat med en annan del av regleringskretsen 4 som innefattar eller icke innefattar åtminstone den ena av värmeväxlarna 7 och ll.

Uppvärmningen av passagerarutrymmet är den automatiska följden av kranens 17 öppnande, så snart det cirkulerande vattnet blivit tillräckligt varmt.

Ovan beskrivna anordning gör det möjligt att för uppvärmning av passagerarutrymmet återvinna de kalorier som avgår från bromsen, varigenom i samma utsträckning den utifrån tillförda kalori- effekten minskas som är nödvändig för denna uppvärmning eller rent av varje tillförsel av kalorier utifrån inbesparas.

Denna återvinning visar sig särskilt fördelaktig i det fall i vilket det för uppvärmning avsedda passagerarutrymmet har för- hållandevis stor volym, - i en omnibus i stadstrafik med upprepade bromsningar, där uppvärmningen på vintern bjuder på särskilda problem i sam- band med upprepat öppnande av påstigningsdörrarna, - eller en långdistansbuss, särskilt när omgivningstemperaturen är förhållandevis låg och motorn i sig själv förhållandevis kall, vilket inträffar framförallt när bussen på vintern i mi' 449 769 7 bergsterräng kör en längre sträcka nedåt.

Sedan med utgångspunkt från den schematiskt i fig. 2 visade situationen motorn l blivit tillräckligt varm, påverkas ventilen 9 automatiskt på ovan beskrivet sätt, varigenom kylaren 7 in- kopplas på i fig.3 visat sätt.

I detta fall utnyttjas kylaren 7 för avledning icke endast av de av motorn alstrade kalorierna (upptagna på kretsdelen 5) utan också de av bromsen alstrade kalorierna (upptagna i ll). Det är icke nödvändigt att för detta ändamål utöka kylarens 7 normala termiska utväxlingskapacitet, eftersom vid bromsens manövrerinq motorn går i tomgång och följaktligen upphettas i förhållandevis liten utsträckning.

Fig. 4 hänför sig till det speciella fallet i vilket ovan be- skrivna anordning icke längre användes för överförande av kalo- rier från bromsen till värmeregleringskretsen utan tvärtom i motsatt riktning, dans. från värmeregleringskretsen mot bromsen eller närmare bestämt mot värmeväxlaren ll.

I detta fall, som motsvarar motorns varma tillstånd och följakt- ligen ett läge för ventilen 9, som inkopplar kylaren, kommer även elektroventilen 12 att automatiskt påverkas, men detta sker inte längre till följd av att bromsen manövreras utan är i före- liggande fall en följd av att temperaturtröskeln T (storleksordningen 85°C) överskrides av den i kylaren 7 cirkule- rande vätskan, varvid termokontakten 18 manövreras just ni sådant sätt att den åstadkommer nämnda styrning vid tröskelns överskridande oberoende av läget För handtaget 14.

Under dessa betingelser evakueras de av motorn 1 alstrade kalo- rierna icke endast genom kylaren 7 utan även genom den fläkt som utgöres av bromsens rotor i höjd med värmeväxlaren 11. Denna värmeväxlare är då givetvis uppbyggd på sådant sätt att den möj- liggör en sådan kylning genom fläktverkan, varvid effekten är särskilt stor, då bromsen icke själv alstrar kalorier och således icke är påverkad. 449 769 8 Då kylningseffekten till följd av sistnämnda fläkt står hela tiden till förfogande och således icke kan reduceras och då den dessutom adderar sig till kylarens kylverkan, är det möjligt att man i det i fig. 4 visade fallet uppnår en sammanlagd kylnings- effekt, som överstiger behovet. Man kan utnyttja detta faktum genom att minska kylningsandelen härrörande från kylaren 7, var- vid endast det villkoret behöver vara uppfyllt att den samman- lagda kyleffekten förblir tillräcklig för att åstadkomma den önskade kylningen.

Denna minskning av kylarens kylningsförmåga erhålles framförallt: - genom att man minskar kylarens dimensioner i förhållande till vad som erfordras vid i övrigt lika förhållanden, då bromsens fläkt icke kan utnyttjas på ovan beskrivet sätt, - genom att man i högre grad minskar dimensionerna för fläkten 9, - genom att man åstadkommer en frånkoppling av fläkten, så snart den sammanlagda kylningseffekten visar sig ha för stort värde, varvid man exempelvis gör manövrerinqen av elektroven- tilen 12 och nämnda frånkoppling av fläkten beroende av att två olika temperaturer Tl och T2 uppnås hos den i kylaren cirkulerande vätskan, varvid temperaturen T2 är större än Tl, men fortfarande lägre än det i praktiken tillåtliga gräns- värdet.

Genom sistnämnda konstruktion blir det möjligt att hålla fläkten 8 frånkopplad och elektroventilen 12 exciterad, medan en del av kylförmågan till följd av den av bromsens rotor alstrade venti- lationen förblir tillgänglig. Man återvinner på detta sätt denna effekt - som annars skulle gå förlorad - i stället för att för- bruka energi för drift av fläkten 8.

Var och en av dessa tre ovan angivna lösningar för minskning av kyleffekten hos kylaren medför en energibesparing, vilket bety- der en viktig fördel. 449 769 9 För att undvika att en excitering av elektroventilen 12 leder till att en betydligt kallare vätskevolym omedelbart försattes i cirkulation än den som cirkulerade omedelbart före denna excite- ring i ifrågavarande regleringskrets, kan det vara fördelaktigt att anordna organ för att uppskjuta början till denna cirkula- tion till dess att denna volym blivit tillräckligt uppvärmd.

Dessa organ kan vara tidsinställningsorgan eller på schematiskt i fig.4 antytt sätt en termokontakt 19, 20, som är känslig för temperaturen för den i värmeväxlaren ll befintliga vätskan och som är så anordnad att den endast åstadkommer förbindelse mellan handtaget 14 och lindningen 13, då nämnda temperatur överskrider ett förutbestämt värde, exempelvis av storleksordningen 40 eller so°c.

En annan förbättring, som schematiskt antydes genom tryckknappen 2l i fig. 4, gör det möjligt att excitera elektroventilen ]7 under inverkan av andra organ än handtaget 14 eller termokontak- ten 18. Dessa andra organ skulle exempelvis kunna vara en för- dröjningskrets eller värmekänslig krets, som gör det möjligt att upprepade gånger i följd återvinna kalorier från bromsen efter varje slutförd bromsmanövrering.

Bara som ett exempel kan nämnas att den genomsnittliga återvin- ningsgraden för av bromsen avgivna kalorier kan uppnå 30 á 40 %.

En sådan återvinningsgrad svarar hos en omnibus för stadstrafik som stannar 3 gånger per kilometer, mot en återvunnen genom- snittlig effekt av omkring 8 kw vilket gör det möjligt att i praktiken tillgodose uppvärmningsbehovet för passagerarutrymmet hos en sådan buss så länge yttertemperaturen icke understiger 500 och med hänsyn tagen till den omständigheten att passa- gerarutrymmets två dörrar är vidöppna en gång per minut under omkring 10 sekunder.

Oberoende av den tillämpade utföringsformen visar det sig att man enligt uppfinningen förfogar över en värmeregleringskrets för ett fordon, vars uppbyggnad, verkningssätt och fördelar 449 769 10 (särskilt den därav möjliggjorda energiåtervinningen) framgår tillräckligt tydligt av ovanstående beskrivning.

Det är tydligt och framgår redan av det föregående att uppfin- ningen icke är inskränkt till de tillämpnings- och utföringsfor- mer som beskrivits närmare utan att den omfattar alla modifika- tioner, framförallt sådana där den del av kretsen 4 på vilken det andra avsnittet 15 är anordnat i parallellkoppling innefat- tar ytterligare ett i motorns inre förlöpande avsnitt S men icke längre pumpen 6.

N

Claims (9)

449 769 ll PATENTKRAV

1. Sluten vätskekrets (4) för termisk reglering av ett fordon som är utrustat med en förbränningsmotor (1,5) och en elektrisk broms (2), vilken krets innefattar motorn, en kylare (7), en värmeväxlare (ll), som är förbunden med motorn, och en cirkula- tíonspump (6) för cirkulering av vätskan genom kretsen, k ä n - n e t e c k n a d av att värmeväxlaren är monterad parallellt med ett element (43) i kretsen, att en ventil (12) påverkas på sådant sätt, att den frivilligt beordrar cirkulering eller frånvaro av cirkulering av en vätskeström genom värmeväx- laren, och att bromsen innefattar organ för alstring av en ven- tilerande luftström som sänds genom värmeväxlaren på sådant sätt, att vätskan som strömmar genom värmeväxlaren återuppvärms av bromsen när denna är aktiverad och motsatsvis åternedkyls av den ventilerande luftströmmen under perioder när bromsen inte är aktiverad.

2. Sluten vätskekrets enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d av att värmeväxlaren (ll) består av en ihålig metall- kropp vars inre_genomströmmas av vätskan och som på utsidan bestryks av den ventilationsluft, som alstras av bromsen (2).

3. Sluten vätskekrets enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a d av att metallkroppen (ll) är monterad på tvären över utloppet av ett hölje (22) som omqer bromsen.

4. Sluten vätskekrets enligt åtminstone patentkrav 1, k ä n - n e t e c k n a d av att värmeväxlaren (ll) består av brom- sens stator, som är utvidgad på sådant sätt, att den medger genomgång av vätskeströmmen.

5. Sluten vätskekrets enligt något eller några av de föregåen- de patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att ventilen är en elektroventil (l2,13) vars manövrering är beroende av manöv- rering av bromsen på sådant sätt, att vätskan cirkulerar genom värmeväxlaren (ll) när bromsen är manövrerad och i motsatt rikt- ning genom det nämnda elementet (43) i kretsen när bromsen inte är aktiverad. 449 769 12

6. Sluten vätskekrets enligt något av de föregående patentkra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att den ytterligare innefat- tar ett ytterligare kretsavsnitt (15) anordnat parallellt med den del av kretsen som innefattar motorn (5) och pumpen (6), vilket ytterligare kretsavsnitt (15) innefattar en andra värme- växlare (16) som drivs så, att den uppvärmer fordonets passage- rarutrymme, varvid en spärrkran (17) är monterad i det nämnda ytterligare kretsavsnittet (15).

7. Sluten vätskekrets enligt något av patentkraven 5 och 6, k ä n n e t e c k n a d av att elektromagnetens (12,l3) styrning sker i beroende av b1.a. en termostat (18) som avkänner den cirkulerande vätskans temperatur, särskilt i höjd med kyla- ren (7), på sådant sätt, att vätskan cirkulerar genom värmeväx- laren (ll) när den nämnda temperaturen överskrider ett tröskel- värde (T) oberoende av om bromsen är i aktiverat eller icke- aktiverat tillstånd.

8. Sluten vätskekrets enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k - n a d av att värmeavledningsförmågan.till följd av den kom- binerade effekten av kylaren (7) och av den fläkt (R), som tjä- nar till kylning, är vald lägre, vid i övrigt lika villkor, än för ett fordon, som inte har den nämnda slutna vätskekretsen.

9. Sluten vätskekrets enligt något av de föregående patentkra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar organ (l9,20) för hindrande av att ventilen (12) intar sitt läge mot- svarande inkoppling av värmeväxlaren (ll) så länge som tempera- turen av vätskan i värmeväxlaren förblir lägre än ett givet tröskelvärde. F-'l