SE528198C2

SE528198C2 - Laddluftkylare

Info

Publication number: SE528198C2
Application number: SE0500399A
Authority: SE
Inventors: Zoltan Kardos
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-09-26
Also published as: CN100554662C; JP2008530448A; SE0500399L; US20080169092A1; EP1853803A4; WO2006088411A1; CN101120161A; US8186424B2; EP1853803A1; BRPI0607041A2; JP4551455B2

Description

528 198 En möjlighet är att tillverka laddluftkylamas rörformiga element i altemativa material såsom stål som har en högre hållfasthet vid höga temperaturer. Sådana altemativa ma- terial har dock i regel avsevärt sämre värmeledande egenskaper än aluminium och de är i regel även tyngre. Laddluﬂkylare i sådana alternativa material blir därför betydligt mer platskrävande och dyrare att tillverka.

GB 2 023 797 visar en överladdad förbränningsmotor där komprimerad luft kyls i två steg innan den leds till törbränningsmotom. I ett första steg kyls den komprimerade luften i en forsta värmeväxlare av kylarvätskan som även kyler förbränningsmotom. I ett andra steg kyls den komprimerade luften i en andra värmeväxlare av omgivande luﬁ. De två värmeväxlarna är monterade på varandra så att den komprimerade luﬁen leds direkt från den första värmeväxlaren till den andra värmeväxlaren.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är tillhandahålla en laddluftkylare som kan tillhan- dahålla en effektiv kylning av komprimerad luft med en hög temperatur samtidigt som den kan ges en lätt och kompakt konstruktion.

Detta syfte uppnås med laddluﬁlcylaren av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Luft som komprimeras till ett högt tryck tillhandahåller ofrånkomligt även en hög temperatur.

Den komprimerade luftens höga temperatur gör att konventionella laddluftskylare med rörformiga element som är tillverkade i material med goda värmeledande egenskaper många gånger inte kan användas för att leda den komprimerade luften. Enligt uppﬁn- ningen förses laddluﬁïlqlarens första tank med ett invändigt anordnat kylelement, som kyler den heta komprimerade luften i ett första steg inuti tanken. Därmed tillhandahål- ler den komprimerade luften en avsevärt lägre temperatur då den lämnar den första tanken och leds in i laddluftskylarens rörformiga element för en resterande kylning i ett andra steg. Därmed kan rörformiga element av konventionella material med goda vär- meledande egenskaper användas. Den första tanken behöver inte göras nänmvärt större .för att inhysa ett sådant kylelement. Laddluftkylaren enligt uppfinningen kan därmed ges väsentligen samma dimensioner som en konventionell laddluftkylare men ha en avsevärt högre kylkapacitet. En sådan laddluftkylare är i synnerhet lämplig att använda i fordon med ett begränsat monteringsutrymme där komprimerat! luft med en hög tem- peratur ska kylas innan den leds till en överladdad förbränningsmotor.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppﬁnning innefattar kylelementet åtminstone en rörformig komponent som är inrättat att leda ett andra kylrnedium längs sin sträck- ning inuti tanken. Då den heta komprimerade luften kommer i kontakt med en utvändig yta hos den rörformiga komponenten, som således genomströmmas av det andra kyl- mediet, tillhandahåller den komprimerade luften en kylning. Ett ﬂertal rörformiga komponenter kan vara parallellt anordnade inuti tanken. De rörfonniga komponenterna kan vara försedd med utskjutande materialpartier så att kylelementet erhåller en ökad kontaktyta med den komprimerade luften i tanken. Därmed tillhandahålls en effektiva- re kylning av den komprimerade luften inuti tanken. De rörformiga komponenterna kan ha en väsentligen godtycklig form.

Enligt uppﬁnning innefattar laddluﬁkylaren ett tätningsorgan som anordnat mellan en yta som definierar en öppning i tanken och en yta hos kylelementet. För att kunna leda in det andra kylmediet i tanken erfordras att tanken är försedd med åtminstone en öpp- ning. Den komprimerade luften i tanken har ett relativt stort övertryck i förhållande till omgivande tryck. Därför erfordras att tätningen har egenskapen att den kan motstå rela- tivt stora tryckskillnader. Tätningsorganet måste även ha egenskapen att den ska kunna uppta de relativa rörelser som uppkommer mellan tanken och kylarelementet då tanken värms upp av den varma komprimerade luften.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppﬁnning innefattar är det andra kylmediet, som leds genom den rörforrniga komponenten, vätskeformigt. Ett kylele- ment som utnyttjar ett vätskeformigt medium kan göras betydligt kompaktare än ett kylelement som utnyttjar ett gasformigt kylmedium. Att kylelementet kan göras litet och kompakt är en förutsättning för att den ska kunna anordnas inuti den första tanken.

Med fördel är det andra kylmediet kylarvätskan i ett kylsystem som huvudsakligen har funktionen att kyla en förbränningsmotor. Då ett sådant kylsystem i regel redan finns till hands i anslutning till laddluftkylaren är det lämpligt att utnyttja den redan befintli- ga kylarvätskan i detta kylsystem.

Enligt en föredragen uttöringsform av föreliggande uppfmning är laddluftskylarens rörforrniga element tillverkat av ett material med goda värmeledande egenskaper. Ett sådant materialval är en förutsättning för att tillhandahålla en kompakt laddluftlqlare. 528 198 Med fördel är det rörformiga elementet tillverkat av aluminium. Aluminium är ett rela- tivt billigt och lätt material som har mycket goda värmeledande egenskaper. Alumini- urn har dock egenskapen att dess hållfasthet försämras vid höga temperaturer. Med en lämplig dimensionering av kylelementet tillhandahåller den komprimerade luften i den forsta tanken emellertid en kylning till en temperatur så att rörfonniga element av alu- minium kan användas i laddluftkylarens kylarparti.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning utgörs det första kyl- mediet av omgivande luﬁ, som är inrättat att strömma förbi det rörformiga elementet.

Laddluftkylaren kan vara anordnad vid ett frontpani hos ett fordon framför fordonets ordinarie kylare för kylning av kylarvätskan i kylsystemet för kylning av fordonets mo- tor. En kylarﬂäkt kan utnyttjas för att suga omgivande luft genom laddluftkylaren och den konventionella kylaren.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs, såsom exempel, en föredragen utföringsforrn av uppfmning med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: Fig. l visar en laddluftkylare enligt föreliggande uppﬁnning och Fig. 2 visar ett snitt av den första tanken hos laddluﬁkylaren i Fig. l DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en laddluftkylare l som, exempelvis, kan vara monterad vid ett frontpaiti hos ett fordon som drivs av en överladdad fórbränningsmotor som kan vara en diesel- motor. En överladdad förbränningsmotor erfordrar tillförsel av komprimerad luft.

Laddluftkylaren l har till uppgift att kyla den komprimerade luften innan den leds till den överladdade förbränningsmotorn. Laddluftkylaren 1 innefattar ett inlopp 2 till en första tank 3 som är avsedd att motta varm komprimerad luft från en kompressor.

Laddluftkylaren l innefattar ett kylarparti 4 som sträcker sig mellan den första tanken 3 och en andra tank 5. Kylarpartiet 4 innefattar ett ﬂertal rörfonniga element 6 som sträcker sig väsentligen rätlinjigt i ett gemensamt plan mellan den första tanken 3 och den andra tanken 5. 528 198 De rörformiga elementen 6 är parallellt anordnade på väsentligen likformiga avstånd från varandra så att regelbundna spalter 7 bildas mellan angränsande rörfonni ga ele- ment 6. Omgivande luﬁ kan strömma genom spaltema 7 mellan de rörforrniga elemen- ten 6. Strömmen av omgivande luft genom laddluftskylarens kylarparti 4 kan åstad- kommas av fordonets rörelse och/eller av en kylarﬂäkt som suger luft genom kylarpar- tiet 4. Den omgivande luften har i regel en avsevärt lägre temperatur än den komprime- rade luﬁen. Den omgivande luften kyler därmed den komprimerade luften som leds genom de rörformiga elementen 6. Den andra tank 5 mottar den kylda komprimerade luften från de respektive rörfonniga elementen 6 varefter luften leds ut från den andra tanken 5 via ett utlopp 8. Den kylda komprimerade luﬁen leds därefter medelst lärnpli- ga rörledningar till ett inloppsrör hos den överladdade iörbränningsmotom.

Ett konventionellt kylarelement 9 är anordnat bakom laddluﬂkylaren 1 for kylning av en kylarvätska som cirkuleras i ett kylsystem som huvudsakligen har till uppgift att kyla den överladdade ﬁårbränningsmotorn. Kylarelementet 9 innefattar ett inlopp 10 till en inloppstank ll som mottar varm lqlarvätska. Efter inloppstanken ll leds kylarväts- kan genom ett kylarparti 12 som sträcker sig mellan inloppstanken 11 och en utlopps- tank 13. Kylarpartiet 12 kan på konventionellt sätt innefatta ett ﬂertal rörformiga ele- ment som sträcker sig mellan inloppstanken ll och utloppstanken 13. De rörformiga elementen är anordnade på avstånd från varandra så att regelbundna spalter bildas mel- lan angränsande rörforrniga element. Omgivande luft kan därmed strömma genom spalterna mellan de rörformiga elementen. Den omgivande luften kyler därvid kylar- vätskan som leds genom kylarpartiet 12. Utloppstanken 5 mottar den kylda kylarväts- kan från kylarpartiet 12 vareﬁer den leds ut från kylarelementet 9 via ett utlopp 14. l Den kylda kylarvätskan kan därefter ledas till den överladdade förbränníngsmotorn för att kyla denna.

För att bl.a. reducera utsläppen av emissioner utnyttjas i allt större utsträckning kraftigt överladdade dieselmotorer. Luften som leds till en sådan överladdad dieselmotor kom- primeras till ett högt tryck vilket medför att luften tillhandahåller en motsvarande hög temperatur. Luften kan här ha en temperatur upp till 290°C. De rörforrniga elementen 6 i konventionella laddluﬂkylare är i regel tillverkade av aluminium, vilket är ett material som har mycket goda värmeöverförande egenskaper. Aluminiums hållfasthet minskar dock vid höga temperaturer. Det är därför av hållfasthetsskäl inte möjligt att utnyttja konventionella laddluﬁkylare med rörfonniga element av aluminium för att leda kom- primerad luft med temperaturer av ovan nämnd storlek. 528 198 Laddluftkylaren 1, enligt föreliggande uppﬁnning, innefattar ett kylelement 15 som är monterad inuti den första tanken 3 hos laddluftkylaren 1. Med hjälp av ett sådant kyl- element 15 kan den komprimerade luften tillhandahålla en kylning i ett första steg re- dan i den första tanken 3. Den komprimerade luften tillhandahåller efter passage av ett sådant kylelement 15 med en lämplig dimensionering en så pass låg temperatur att rör- forrniga element av aluminium kan utnyttjas i det efterföljande kylarpartiet 4. Fig. 2 visar en snitt genom den första tanken 3 i Fig. 1. Kylarvätska leds, via en rörledning 16 till den första tanken 3. Rörledningen 16 är förbunden med kylelementet 15 i anslut- ning till en öppning 17 i tanken. En radialtätning 18 är anordnad mellan en yta i tanken 3 som deﬁnierar öppningen 17 och en yta hos ett rörforrnigt inloppsparti hos kylele- mentet 15. Radialtätningen 18 har egenskapen att den kan uppta axiella rörelser mellan tanken 3 och det rörforrniga inloppspartiet hos kylelementet 15 dvs. rörelser i vertikal- led i Fig. 2. Sådana relativa rörelser uppkommer då tankmaterialets 3 temperatur varie- rar. Den ringformade tämingen 18 garanterar därmed en god tätning av öppningen 17 väsentligen oberoende av den komprimerade luften temperatur. Kylelementet 15 inne- fattar en tank 19 för mottagning av kylarvätskan. Kylelementet 15 innefattar därefter två parallella rörforrniga komponenter 20a, b som sträcker sig väsentligen rätlinjigt genom den första tankens 3 inre utrymme från en sida till en motsatt sida. De rörforrni- ga komponenterna 20a, b har försetts med kylflänsar 21 för att öka den värmeöverfö- rande ytan med den komprimerade luften inuti den första tanken 3. Kylelementet 15 innefattar även en tank 22 för mottagning av kylarvätskan efter att den passerat genom de rörfonniga komponenterna 20a, b. Kylelementet 15 kan utgöras av en modul som är montetbar som en sammanhängande enhet i den första tanken 3. Från tanken 22 leds den varma kylarvätskan, via en rörledning 23, till inloppet 10 hos kyiarlementet 9.

Kylarvätskan kyls i kylarelementets 9 kylparti 12.

Under drift av den överladdade dieselmotom leds komprimerad luft som kan ha en temperatur upp till cirka 290°C in i den första tanken 3 via inloppet 2. Den heta kom- primerade luften kyls då den kommer i kontakt med de rörfonniga komponenterna 20a, b och kylﬂänsarna 21 inuti tanken 3. Kylarvätskan som leds genom de rörformiga komponenterna 20a, b hos kylelementet 15 kan ha en temperatur av 80-90°C. Kylele- mentet 15 är dimensionerat för att kyla den komprimerade luften i ett första steg i tan- ken 3 så att den tillhandahåller en temperatur som åtminstone inte överstiger en speci- fik temperatur. Den specifika temperaturen är av ett värde så att komprimerade luft med denna temperatur kan ledas genom rörforrniga element 6 av aluminium utan att de rörformiga elementens 6 hållfasthet riskeras. Den komprimerade luften leds, efter att 528 198 den passerat kylelementet 15, in i ett ﬂertal ﬂödeskanaler 24 som var och en har en sträckning inuti ett av de rörformiga elementen 6. Den komprimerade luﬁen tillhanda- håller en kylning av omgivande luft 25 i ett andra steg då den leds genom de rörforrni- ga elementens 6 ﬂödeskanaler 24. Den komprimerade luften kyls här till en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur. Den kylda komprimerade luften mottas i den andra tanken 5 varifrån den leds till den överladdade förbrärmingsmotom.

Tack vare kylningen av den komprimerade luften i ett första steg kan rörfonniga ele- ment av aluminium användas för att kyla den komprimerade i ett andra steg. Eftersom aluminium är ett material med mycket goda värmeledande egenskaper kan laddluﬁsky- larens kylarparti 4 göras tämligen lätt och foga platskrävande. Ett kylelement 15 som är anordnat inuti den forsta tanken 3 erfordrar inget eget monteringsutrymme i fordonet.

Laddluftkylaren tillhandahåller därmed en mycket kompakt konstruktion som har en hög kylkapacitet.

Uppfmningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utfóringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Kylelementet som är anordnat inuti den första tanken kan ha en väsentligen godtycklig men funktionell utformning. Kyl- elementet kan ha ett godtyckligt antal rörforrniga komponenter som har en väsentligen godtyckligt formad tvärsnittsarea.

Claims

10 15 20 25 30 35 528 1,98» Patentkrav

1. Laddluftkylare, varvid laddluftkylaren (1) innefattar åtminstone ett rörfonnigt ele- ment (6) med en invändig ﬂödeskanal (24) for att leda komprimerad luft och en tank (3 ), som är inrättad att mottaga den komprimerade luften innan den leds genom ﬂödes- kanalen (24), varvid ett kylelement (15) är anordnat inuti tanken (3) för att kyla den komprimerade luften i tanken (3) i ett första steg innan den leds genom ﬂödeskanalen (24) där den kyls i ett andra steg av ett första kylmedium (25), att laddluﬁkylaren innefattar ett tätningsorgan (18) som anordnat mellan en yta som deﬁ- nierar en öppning (17) i tanken (3) och en yta hos kylelementet (15) och att tätningsor- ganet (18) har en konstruktion så att det har förmågan att uppta relativa rörelser mellan tanken (3) och kylelementet (3).

2. Laddluftkylare enligt krav 1, kännetecknad av att kylelementet (15) irmefattar åtmin- stone en rörformig komponent (20a, b) som är inrättat att leda ett andra kylmedium längs sin sträckning inuti tanken (3).

3. Laddluftkylare enligt krav 2, kännetecknad av att den rörformiga komponenten (20a, b) är försedd med utskjutande materialpartier (21) så att kylelementet (15) erhåller en ökad kontaktyta med den komprimerade luften i tanken (3).

4. Laddluftkylare enligt krav 2 eller 3, kärmetecknad av att det andra kylmediet, som leds genom den rörformiga komponenten (20a, b), är vätskeformigt.

5. Laddluftkylare enligt krav 4, kännetecknad av att det andra kylmediet är kylarväts- kan i ett kylsystem som huvudsakligen har funktionen att kyla en fórbränningsmotor.

6. Laddluftkylare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att laddluftskyla- rens rörformiga element (6) är tillverkat av ett material med goda värmeledande egen- skaper.

7. Laddluftkylare krav 6, kännetecknad av att det rörformiga elementet (6) är tillverkat av aluminium.

8. Laddluftkylare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det forsta kyl- mediet är omgivande luft.