SE530239C2 - Kylararrangemang hos ett fordon - Google Patents

Description

1-5.. 20 25 30 es 530 239 då den kyls med luft som redan utnyttjats för att kyla laddluften. Utrymmet i ett fordon är dock mycket begränsat så det är många gånger nödvändigt att utnyttja den befmtliga strömmen av luft i luftpassagen för kylning av flera medier i flera efter varandra an- ordnade kylarelement. I de fall en luftkyld EGR-kylare utnyttjas för att kyla de återcir- kulerande avgasema kan även den placeras i den befintliga luftpassagen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett kylararrangemang med åt- minstone tre kylarelement för kylning av olika medier i en luftpassage så att en kylande ström av luft genom luftpassagen kan utnyttjas optimalt för att kyla medierna i kylar- elementen.

Detta syfte uppnås med kylararrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Den kyl- effekt som en kylande luftström tillhandahåller, då den strömmar genom ett antal ky- larelement i en luftpassage, är relaterad till produkten av massflödet av luften som strömmar genom kylarelementen och den temperaturhöjning som den kylande luften tillhandahållit efter att den passerat igenom kylarelementen. För att den tillgängliga luftströmmen genom lufitpassagen ska kurma utnyttjas för att kyla medierna i kylarele- menten på ett optimalt sätt erfordras att luften upprätthåller en stor temperaturskillnad mot var och en av mediema i de respektive kylarelementen. För att så skall vara fallet krävs att luften strömmar igenom kylarelementen i en ordning så att den successivt kyler ett medium med en allt högre temperatur. I och med det utnyttjas den befintliga kylande luftströmmen på ett sätt så att mediema tillhandahåller en sammanlagd optimal kylning. Då kylarelementen arrangeras i en sådan ordning i luftpassagen möjliggörs inte enbart en optimal sammanlagd kylning utan även en relativt likforrnig kylning av de respektive mediema av den kylande luftströmmen.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är ett av nämnda kylar- element en kylare med ett medium i form av en kylarvätska som är avsedd att kyla för- bränningsmotorn. En sådan kylare är normalt anordnad i en luftpassage vid ett front- parti hos fordonet. Kylaryätskan har, under normal drift av förbränningsmotorn, en temperatur av cirka lO0°C då den leds till kylaren. Ett av nämnda kylarelement kan vara en laddluftkylare med ett medium i form av komprimerad luft som är avsedd att ledas till förbränningsmotorn. Laddluften kan ha en temperatur av upp till 200°C efter 10 15 20 25 30 35 530 239 att den komprirnerats i ett turboaggregat i fordonet. Luftkylda laddluftkylare anordnas många gånger vid fordonets frontparti i samma luftpassage som kylaren med kylväts- kan. Ett av nämnda kylarelement kan vara en EGR-kylare med ett medium i form av avgaser som är avsedda att återcirkuleras till förbränningsmotorn. Avgaserna som läm- nar förbränningsmotorn kan ha en temperatur av upp till cirka 700°C. Om de tre ovan nämnda kylarelementen arrangeras i en luftpassage ska kylaren för kylvätskan monte- ras längst fram i luftpassagen då kylvätskan är det medium som har den lägsta tempera- turen. Laddluftkylaren arrangeras bakom kylaren för kylvåtskan då laddluften har den näst lägsta temperaturen av medierna som ska kylas av luftströrnmen i luftpassagen.

EGR-kylaren arrangeras längst bak i luftpassagen då avgaserna har den högsta tempe- raturen av medierna som ska kylas i luftpassagen. Därmed är kylarelernenten arrange- rade i en ordning med en successivt stigande medietemperatur i luftens strömningsrikt- ning. Därmed tillhandahålls en optimal sammanlagd kylning av medierna. Självfallet kan andra medier än de ovan angivna kylas i ett kylarelement som är anordnat i luft- passagen tillsammans med andra kylarelernent. Ett sådant medium kan vara kylmedlet som används i en luftkonditioneringsanläggning i fordonet.

Enligt en annan utföringsfonn av uppfinningen innefattar kylararrangemanget en kylar- flåkt som är anpassad att tillhandahålla en forcerad ström av luft genom luftpassagen.

Därmed kan ett större luftflöde och en högre kyleffekt tillhandahållas än om luften endast strömmar genom passagen med hjälp av fartvínden som uppkommer under drift av fordonet. Med fördel är kylarfläkten driven av förbränningsmotorn. Därmed tillhan- dahålls en forcerad luftström genom luftpassagen med en storlek som är relaterad till förbränningsmotorns varvtal.

Enligt en annan föredragen utföríngsforrn av uppfinningen innefattar kylararrange- manget en extra luftpassage som är anpassad att genomströmmas av luft och åtminsto- ne ett extra kylarelement som är arrangerat i den extra luftpassagen, vilket extra kylar- element är anpassat att tillhandahålla en kyhiing av åtminstone ett av ovan nämnda medier som redan tillhandahållit en kylning i den första luftpassagen i ett ytterligare steg. För att tillhandahålla en optimal motorprestanda bör laddluft och återcirkulerande avgaserna kylas till en låg temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens tempe- ratur. Eftersom laddluftkylaren och EGR-kylaren är placerade nedströms kylaren för kylvätskan kan de inte kylas till omgivningens temperatur med hjälp av luften i den första luftpassagen. Med en sådan extra luftpassage möjliggörs en kylning av laddluf- ten och/eller de âtercirkulerande avgaserna i ett ytterligare steg med luft som har om- 10 15 20 25 30 35 530 239 givningens temperatur. Eftersom luften i den första luftpassagen utnyttj ats så att den tillhandahållit en optimal sammanlagd kylning av medierna kan det extra kylarelemen- tet i den extra luftpassagen, i många fall, göras tärnligen liten.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är det extra kylarelementet anpas- sat att tillhandahålla kylning av en blandning av komprimeradluft från laddluftkylaren och returnerade avgaser från EGR-kylaren. Den kylda luften laddluftkylaren och de kylda avgaserna från EGR-kylaren kan här blandas varefter blandningen leds till det extra kylarelementet där blandningen kyls i ett ytterligare steg av den luft som har om- givningens temperatur och strömmar genom den extra luftpassagen. Med fördel inne- fattar kylararrangernanget en andra kylarflälct som är anpassad att tillhandahålla en for- cerad luftström genom den extra luftpassagen. Den andra kylarflälcten kan vara driven av en elmotor. Därmed kan ett luftflöde genom den extra luftpassagen tillhandahållas vilket är oberoende av förbrärmingsmotorns varvtal.

KoRr ßasxnrvNiNo Av mrNmoARNA I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen utföringsform av uppfinning- en med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: Pig. 1 visar ett kylararrangemang hos ett fordon enligt en utföringsforrn av föreliggan- de uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINN INGEN F ig. 1 visar ett schematiskt visat fordon 1 som drivs av en överladdad förbränningsmo- tor 2. Fordonet l kan vara ett tungt fordon som drivs av en överladdad dieselmotor.

F örbrärnnngsmotorn 2 kyls på ett konventionellt sätt medelst ett kylsystem som inne- fattar en kylvätska som cirkulerar i en kylvätskeledning 3. Kylvätskan cirkuleras i kyl- systemet medelst en kylvätskepump 4. Kylsystemet innefattar även en termostat 5.

Kylvätskan i kylsystemet är avsett att kylas i en kylare 6, som är arrangerad vid ett främre parti av fordonet 1 i en luftpassage A. Kylvätskan kyls i kylaren 6 av den luft som strömmar genom luftpassagen A i en bestämd riktning med hjälp av en kylarfläkt . 7. Kylarfläkten 7 drivs av förbränningsmotom 2 medelst en lämplig forbindning. 10 15 20 25 30 35 530 239 Avgaserna från förbränningsmotorns cylindrar leds, via en avgassarnlare 8, till en avgasledning 9. Avgaserna i avgasledningen 9, som har ett övertryck, leds till en turbin 10 hos ett turboaggregat. 'Turbinen 10 tillhandahåller en drivkraft, som överförs, via en förbindning, till en kompressor 11. Kompressorn 11 komprimerar därvid den luft som, via ett luftfilter 12, leds ini en inloppsledning 13. En laddluftkylare 14 är anordnadi inloppsledningen 13. Laddluftlrylaren 14 är anordnad i luftpassagen A i en position nedströms kylaren 6 med avseende på luftens strömningsriktriing genom luftpassagen A. Laddluftkylarens 14 uppgift är att kyla den komprimerade luften innan den leds till för förbränningsmotorn 2.

Förbränningsmotom 2 är försedd med ett EGR- system (Exhaust Gas Recirculation) för âtercirkulation av avgaserna. Med en inblandning av avgaser i den komprimerade luft som leds till förbränningsmotom 2 sänks förbränningstemperatiiren och därmed även halten av kväveoxider (N OX) som bildas under förbränningsprocesserna. En re- turledning 15 för återcirkulation av avgaser sträcker sig från avgasledningen 9 till in- loppsledningen 13. Returledningen 15 innefattar en EGR-ventil 16, med vilken avgas- flödet i returledningen 15 kan stängas av. EGR-ventilen 16 kan även användas för att steglöst styra den mängd avgaser som leds från avgasledningen 9, via returledningen 15, till inloppsledningen 13. En styrenhet 17 är anpassad att med infonnation om, ex- empelvis, förbränningsmotoms 2 belastning styra EGR-ventilen 16 så att en önskad mängd avgaser returneras genom returledningen 15. Returledningen 15 innefattar en EGR-kylare 18 för att kyla avgaserna. EGR-kylaren 18 är anordnad i luftpassagen A i en position nedströms kylaren 6 och laddluftkylaren 14.

Hos överladdade dieselmotorer 2 är, under vissa driftstillstånd, avgasemas tryck i av- gasledningen 9 lägre än den komprimerade luftens tryck i inloppsledningen 13, Under sådana driftstillstånd är det inte möjligt att direkt blanda avgaserna i returledningen 15 med den komprimerade lufteni inloppsledningen 13 utan speciella hjälpmedel. Härvid kan, exempelvis, en venturi 19 användas. Om fórbränningsmotorn 2 istället är en över- laddad ottornotor kan avgaserna i returledningen 15 direkt ledas in i inloppsledningen 13 då avgaserna i avgasledningen 9 hos en ottomotor väsentligen under alla driftstill- stånd uppvisar ett högre tryck än den komprimerade luften i inloppsledningen 13. Efter att avgaserna blandats med den komprimerad luft i inloppsledningen 13 leds bland- ningen till en extra kylare 20 i vilken blandningen av avgaser och luft tillhandahåller en kylning i ett andra steg. Den extra kylaren 20 är anordnad i en extra luftpassage B.

Blandningen av avgaser och luft kyls i den extra kylaren 20 medelst den luft som 10 15 20 25 30 35 530 239 strömmar genom passagen B i en bestämd riktning med hjälp av en kylarfläkt 21. Ky- larfläkten 21 drivs här av en elmotor 22. Den kylda blandningen av avgaser och luft leds därefter, via en förgrening 22, till förbränningsmotoms 2 respektive cylindrar.

Under drift av förbränningsmotorn 2 leds varm kylvätska, via ledningen 3, fiån för- bränningsmotorn 2 till kylarelementet 6 för att kylas av luften som strömmar genom luftpassagen A. Kylvätskan kan här ha en temperatur av upp till cirka 100°C. Luften som inledningsvis strömmar genom luftpassagen A har en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur. Därmed uppkommer en relativt stor temperatur- skillnad mellan den kylande luften som strömmar genom kylaren 6 och kylvätskan i kylaren 6. Kylvätskan tillhandahåller därmed en mycket god kylning i kylaren 6. Korn- primerad varm luft leds från kompressom ll, via ledningen 13, till laddluftkylaren 14.

Den komprimerade luften kan här ha en temperatur av upp till cirka 200°C. Även om luften som strömmar genom luftpassagen A tillhandahållit en högre temperatur efter att den kylt kylvätskan i kylaren 6 råder ändå en relativt stor temperaturskillnad mellan luften som strömmar genom laddluftkylaren 14 och den komprimerade luften i ladd- luftkylaren 14. Därmed tillhandahåller laddluften en god kylning i laddluftkylaren 14.

Avgaser leds från avgasledningen 9, via returledningen 15, till EGR-kylaren 18. Avga- sema kan ha en temperatur av upp till cirka 700°C. Även om luften som strömmar genom luftpassagen A successivt tillhandahållit en högre temperatur då den kylt kyl- vätskan i kylaren 6 och den komprimerade luften i laddlufikylaren 14 har den ändå en betydligt lägre temperatur än avgasema i EGR-kylaren 18. Därmed kan de återcirkule- rande avgaserna även tillhandahålla en god kylning i EGR-kylaren 18.

Den totala kyleffekt som luftströmmen genom luftpassagen A tillhandahåller är relate- rad till den totala temperaturhöjning AT som luften tillhandahåller då den strömmar genom kylaren 6, laddluftkylaren 14 och EGR-kylaren 18. Den totala temperaturhöj- ningen AT är summan av luftens temperaturhöjrring då den strömmar igenom och kyler de respektive medíema i kylaren 6, laddluftkylaren 14 och EGR-kylaren 18. De ovan angivna kylarelementen 6, 14, 18 är här arrangera efter varandra i luftpassagen A i en ordning som är relaterad till mediernas temperatur i de respektive kylarelementen 6, 14, 18 så att luften som strömmar igenom kylarelementen 6, 14, 18 successivt kyler ett medium med en allt högre temperatur. Med ett sådant arrangemang av kylarelementen 6, 14, 18 kan den kylande luftströmmen tillhandahålla en sarnmarilagd optimal kylning av medier i de respektive kylarelementen 6, 14, 18. Luften tillhandahåller därmed en motsvarande maximal temperaturhöjning AT efter att den har passerar igenom kylar- 10 15 20 25 30 530 235 elementen 6, 14, 18. Med ett sådant arrangemang av kylarelementen 6, 14, 18 kan dessutom en relativt likformig kylning av mediernai de respektive kylarelementen 6, 14, 18 möjliggöras. Den befintliga kylande luftströmmen kan således utnyttjas på ett optimalt sätt för att kyla medierna i de respektive kylarelementen 6, 14, 18. Med det ovan nämnda kylararrangemanget kyls den komprimerade luften i laddluftkylaren 14 och avgaserna i EGR-kylaren 18 av luft som har en högre temperatur än omgivningen.

Därmed riskerar inte vattenånga i den komprimerade luften och i avgaserna att fällas ut och frysa till is inuti laddluftkylaren 14 respektive EGR-kylaren 18, vilket kan vara fallet då omgivande luft används som har en lägre temperatur än 0°C.

Det är dock många gånger ett önskemål att kyla laddluften och avgaserna till en tempe- ratur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur då den är över 0°C. För att möjliggöra detta blandas den kylda laddluften från laddluftkylaren 14 och avgaserna från EGR-kylaren 18, vid 19, varefter de gemensamt leds till det extra kylarelementet 20 som är anordnat i den extra luftpassagen B. Kylarflälcten 21 forcerar här luft med omgivningens temperatur genom det extra kylarelementet 20 så att blandningen av luft och avgaser tillhandahåller en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur innan den leds till förbränningsmotom 2. Under omständigheter då omgiv- ningens temperatur understiger 0°C kan den komprimerade luftens och avgasernas kyl- ning i luftpassagen A vara fullt tillräcklig. För att förhindra en ytterligare kylning av den komprimerade luften och avgasema i kylarelementet 20 kan kylarfläkten 21 stäng- as av då omgivningens temperatur understiger ett bestämt värde för att förhindra is- bildning i kylarelementet 20. Alternativt skulle kylararrangemanget kunna innefatta en förbikopplingsledning som leder blandningen av komprimerade luften och avgaser förbi det extra kylarelementet 20 då den omgivande luftens temperatur är för låg.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till de på ritningen beskrivna utföringsforrnerna utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Andra medier än de ovan exemplifie- rade kan självfallet kylas i ett kylarelement i luftpassagen A. Det extra kylarelementet 20 kan utnyttjas for att kyla endast ett medium som redan kylts i ett första steg i den första luftpassagen A.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 530 239 Patentkrav

1. Kylararrangemang hos ett fordon (1) som drivs av en förbränningsmotor (2), varvid kylararrangemanget innefattar en luftpassage (A) som är anpassad att genomströmmas av luft i en bestämd riktning och åtminstone tre kylarelement (6, 14, 18) vilka vart och ett är anpassat att tillhandahålla en kylning av ett medium, och varvid kylarelementen (6, 14, 18) är arrangerade efter varandra i luftpassagen (A) så att åtminstone en del av luften som strömmar genom luftpassagen (A) successivt strömmar igenom alla kylar- elementen (6, 14, 18), kännetecknat av att kylare1ementen(6, 14, 18) är arrangerade efter varandra i luftpassagen (A) i en ordning som är relaterad till mediernas tempera- tur i de respektive kylarelementen (6, 14, 18) så att luften som strömmar igenom kylar- elementen (6, 14, 18) successivt kyler ett medium med en allt högre temperatur och att kylararrangemanget innefattar en kylare (6) med ett medium i form av en kylarvätska som är avsedd att kyla förbränningsmotorn (2), vilken kylare (6) är arrangerad längs fram i luftpassagen (A), en laddluftkylare (14) med ett medium i form av komprimerad luft som är avsett att ledas till förbränningsmotorn (2), Vilken lflddlllfikylafe är mange' rad nedströms ovan nämnda kylare (6) i luftpassagen (A) med avseende på luftens av- sedda strömningsriktning genom luftpassagen (A), och en EGR-kylare (18) med ett medium i form av avgaser som är avsedda att âtercirkuleras till förbränningsmotorn (2), vilken EGR-kylare är arrangerad nedströms laddluftkylaren ( 14) i luftpassagen (A).

2. Kylararrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att kylararrangemanget innefattar en kylarfläkt (7) som är anpassad att tillhandahålla en forcerad ström av luft genom luftpassagen (A).

3. Kylararrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att kylarfläkten (7) är driven av förbränningsmotorn (2).

4. Kylararrangemang enligt något av föregående krav, att kylararra- gemanget innefattar en extra luftpassage (B) som är anpassad att genomströmmas av luft och åtminstone ett extra kylarelement (20) som är arrangerat i den extra luftpassa- gen (B), vilket extra kylarelement (20) är anpassat att tillhandahålla en kylning i ett ytterligare steg av åtminstone ett av medierna som redan tillhandahållit en kylning i ett första steg i den första passagen (A). 10 530 239

5. Kylararrangemang enligt krav 4, kännetecknat av att det extra kylarelementet (20) är anpassat att tillhandahålla kylning av en blandning av komprimerad luft från laddluft- kylaren (14) och returnerade avgaser från EGR-kylaren (18) .

6. Kylararrangemang enligt krav 4 eller 5, känrietecknat av att kylararragemanget inne- fattar en andra kylarfläkt (21) som är anpassad att tillhandahålla en forcerad ström av luft genom den extra luftpassagen (B).