SE533056C2 - Laddluftkylare för kylning av luft som leds till en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

533 G58 SANIMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en laddluítkylare som möjliggör användning av relativt korta och kompakta ledningar för att leda luft till och från en laddlufikylare. Ett annat syfte är att tillhandahålla en laddluftkylare som möjliggör ett stabilt tillflöde av lufi till förbränningsrnotorns cylindrar.

Dessa syften uppnås med laddluftkylaren av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del.

Laddluftkylaren innefattar således två utloppsöppningar genom vilka luñ leds ut från laddluftkylaren till en förbränningsmotor. I och med att laddlufikylaren har två utloppsöppningar kan den leda luft från en första utloppsöppning, via en första ledning, till den eller de cylindrar som är belägna närmast den första utloppsöppningen och luft från den andra utlöppsöppningen, via en andra ledning, till den eller de cylindrar som är belägna närmast den andra utloppsöppningen. Med en lämplig positionering av utloppsöppningarna kan ledningarna som leder luft från laddluftkylarens utloppsöppningar till de respektive cylindrarna göras relativt korta och raka.

Ledningarna kräver därmed ett relativt litet utrymme. Ledningarna kan i synnerhet göras korta och raka då laddluñkylaren används för att kyla luft som leds till en V- motor. Lufi kan här ledas till cylindrarna i V-motorns respektive cylinderbankar från den närmast belägna utloppsöppningen i väsentligen helt raka ledningar. Med raka ledningar erhålls även låga strömningsförluster. Därmed kan ett väl balanserat och stabilt flöde av luft till förbränningsmotorns cylindrar erhållas från en laddluftkylare som är försedd med två utloppsöppningar.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är inloppsöppningen och de två utloppsöppningarna belägna i tre olika parallella plan och att det plan som sträcker sig genom inloppsöppningen är beläget mellan det plan som sträcker sig genom den första utloppsöppningen och det plan som sträcker sig genom den andra utloppsöppningen. Om laddluftkylaren används för att leda luft till en V-motor kan de två utloppsöppningarna anordnas i var sitt vertikalt plan som sträcker sig genom raden av cylindrar hos V-motorns respektive cylinderbankar. Därmed kan luft ledas i korta och raka ledningar från utloppsöppningarna till cylindrarna i de respektive cylinderbankarna. Genom att anordna inloppsöppningen mellan utloppsöppningarna kan ledningen som leder luft till laddlufikylaren även göras relativt kort och rak. 533 G55 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är inloppsöppningen och utloppsöppningarna belägna i ett gemensamt plan. Ett sådant plan kan vara ett annat vertikalt plan som definierar en sida av laddluñkylaren. I detta fall 'ar både inloppsöppningen och utloppsöppningarna anordnade på samma sida av laddluftkylaren. Laddlufikylaren monteras lämpligen med denna sida mot förbränningsmotorn så att ledningarna som leder luft till och från laddluftkylaren kan göras korta och raka. Utloppsöppningarna kan vara belägna i ett gemensamt plan medan inloppsöppningen är belägen i ett parallellt plan som är anordnat på ett avstånd från utloppsöppningarnas gemensamma plan. Utloppsöppningarna är med fördel anordnade i samma horisontella plan då cylindrarna hos en förbränningsmotorn normal är anordnade på samma höjdnivå. Inloppsöppningen kan dock ges en högre eller lägre placering for att underlätta dragningen av ledningen som leder luft till laddluftkylaren.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är laddlufikylaren utformad som en plattvärmeväxlare i vilken luñ leds genom plattor som är anordnade i kontakt med plattor som genomströmmas av en kylvätska. Plattvärmeväxlare är en kompakt form av värmeväxlare där en effektiv värmeöverföring kan erhållas mellan två medier.

En sådan laddlufikylare kräver således ett relativt litet utrymme. Kylvätskan som kyler laddlufien är med fördel en kylvätska i ett lågtemperaturkylsystem där kylvätskan har en lägre temperatur än kylvätskan i kylsystemet som kyler förbränningsmotorn.

Laddluftkylaren kan här innefatta två inloppsöppningar genom vilka kylvätska leds in i laddluftkylaren och en utloppsöppning genom vilken kylvätskan leds ut ur laddluftkylaren I detta fall strömmar kylvätskan i en väsentligen motsatt riktning i förhållande till luflen inuti de mot varandra liggande plattorna. Luften kan därmed under gynnsamma omständigheter kylas till en temperatur i närheten av den temperatur som kylvätskan har då den leds in i laddlufikylaren.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar laddlufikylaren en inloppstank som innefattar nämnda inloppsöppning, ett kylparti där luñen är anpassad att kylas av omgivande luft och åtminstone en utloppstank som innefattar nämnda utloppsöppningar. I detta fall är laddlultkylaren således luítkyld. Den komprimerade luften kyls här av luft som strömmar igenom kylpartiet. En kylfläkt kan användas för att tillhandahålla en forcerad lufiström genom kylpartiet. Inloppstanken och en utloppstank med två utloppsöppningar kan vara anordnade vid motsatta ändpartier hos laddluflkylaren. I detta fall kan inloppstanken utgöra ett nedre parti av laddluñkylaren och utloppstanken ett övre parti av laddluftkylaren då den är i ett 533 G58 monterat tillstånd. Det är därvid möjligt att anordna utloppsöppningarna på samma höjdnivå, vilket normalt är fördelaktigt för att möjliggöra en kort och rak dragning av ledningarna som förbinder laddluftkylarens utloppsöppningar med förbränningsmotorns cylindrar.

Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen är en inloppstank och två utloppstankar anordnade vid ett gemensamt ändparti hos laddlufikylaren. De två utloppstankarna innefattar här var sin utloppsöppning. Företrädesvis är inloppstanken och de två utloppstankarna anordnade vid ett övre andparti då laddluftkylaren är i ett monterat tillstånd. Kylpartiet innefattar med fördel en första separat kylpartienhet som leder luften från inloppstanken till en mellanliggande tank och två separata andra kylpartienheter som leder luften från den mellanliggande tanken till var sin utloppstank. Den mellanliggande tanken ar med fördel anordnad vid ett nedre ändparti av laddluftkylaren. I detta fall leds lufien nedåt från inloppstanken till den mellanliggande tanken vid det nedre åndpartiet av laddlufikylaren. Luften byter strömningsriktning i den mellanliggande tanken varefter den fördelas mellan de två separata andra kylpartienheterna i vilka den leds uppåt till en respektive utloppstank.

Luften leds här således fram och tillbaka mellan det övre andpartiet och det nedre ändpartiet. Den komprimerade luften erhåller i detta fall en dubbelt så lång strömningsbana i kylpartiet i förhållande till i kylpartiet hos en konventionell laddluttkylare. En sådan lång strömningsbana möjliggör en kylning av luften till en låg temperatur.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsformer av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 visar schematiskt en laddlufckylare för kylning av luft som leds till en överladdad förbränningsmotor enligt föreliggande uppfinning, F i g. 2 visar en forsta utföringsform av laddlufikylaren sedd från ovan, Fig. 3 visar laddluftkylaren i Fig. 2 sedd i planet B-B, F ig. 4 visar en andra utforingsform av laddlufikylaren och.

Fig. 5 visar en andra utföringsform av laddluñkylaren. 533 055 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en överladdad förbränningsmotor l sedd från ovan. Förbränningsmotorn l är här exemplifierad såsom en S-cylindrig V-motor. Förbränningsmotorn 1 har således åtta cylindrar som är fördelade på en första cylinderbank 3 med fyra cylindrar 2a och en andra cylinderbank 4 med fyra cylindrar 2b. Cylindrarna 2a, 2b i de respektive cylinderbankerna 3, 4 är vinklade i förhållande till varandra med en vinkel som normalt är cirka 90 grader. En schematiskt visad avgasledning 5 har till uppgift att leda ut avgaserna från förbränningsprocesserna i cylindrarna 2a, 2b. Avgaserna i avgasledningen 5, som har ett övertryck, driver en turbin 6 hos ett turboaggregat 7.

Turbinen 7 tillhandahåller därvid en drivkrafl, som, via en förbindning, överförs till en kompressor 8. Kompressom 8 komprimerar lufi som sugs in i en inloppsledning 9 via ett luftfilter 10. Luften som komprimerats av kompressorn 8 på den en sida av förbränningsmotorn 1 leds över till en laddlufikylare 11 på den andra sidan av förbränningsmotorn l via ett ledningsparti 9a. Ledningspartiet 9a kan vara fast på förbränningsmotorns ovansida eller upphängd på en nivå över denna. Det är även möjligt att anordna ledningen 9a under förbränningsmotorn 1. Ledningspartiet 9a som har en väsentligen rak sträckning leder varm komprimerad luft till en inloppsöppning lla hos laddluftkylaren 11. Efter att luften kylts i laddlufikylaren 11 leds cirka hälften av luften, via en första utloppsöppning llb hos laddlufikylaren 1 1, till en rak ledning 9b som leder luften till cylindrarna 2a i den första cylinderbanken 3, Den resterande delen av luften leds, via en andra utloppsöppning llc hos laddluftkylaren 12, till en rak ledning 9c som leder luften till cylindrarna 2b i den andra cylinderbanken 4.

Tre parallella vertikala plan A är markerade i Fig. l. Ett första vertikalt plan A1 som sträcker sig genom laddluftskylarens inloppsöppning lla och ledningspartiet 9a. Ett andra vertikalt plan A2 som sträcker sig genom laddluftskylarens första utloppsöppning llb och den raka ledningen 9b. Ett tredje vertikalt plan A3 som sträcker sig genom laddluítskylarens andra utloppsöppning llc och den raka ledningen 9c. Det första vertikala planet A1 är beläget väsentligen mitt emellan det andra vertikala planet A2 och det tredje vertikala planet A3. Laddlufikylarens ll inloppsöppning lla och de två utloppsöppningarna llb är belägna i ett gemensamt vertikalt plan B som är vinkelrätt mot de vertikala planen A. Inloppsöppningen lla och utloppsöppningarna 1 lb, llc är anordnade på lämpliga avstånd från varandra i planet B så att ledningarna 9a, 9b, 9c som leder luft till och från laddlufikylaren ges en väsentligen rak sträckning och 533 055 därmed en kort längd. Ledningarna 9a, 9b, 9c blir därmed mindre utrymmeskrävande än konventionella ledningar som erfordrar betydligt fler krökta partier. En annan fördel med att utnyttja en laddlufikylare 11 som har två utloppsöppningar 1 lb, llc som är förbundna med korta och raka ledningar 9b, 9c är att tryckfallet i laddluftsystemet blir relativt ringa då luften sugs in i en cylinder 2a, 2b. Därmed kan cylindrarna 2a, 2b tillhandahålla ett stabilt och balanserat tillufisflöde.

Fig. 2 och 3 visar en laddluftkylare 11 som är utformad som en plattvärmeväxlare.

Plattvärmeväxlare är en kompakt värmeväxlare där en effektiv värmeöverföring kan erhållas mellan två medier. Laddlufikylaren 11 innefattar ett flertal plattor 13 som är anpassade att genomströmmas av lufi och ett flertal plattor 14 som är anpassade att genomströmmas av en kylvätska. Plattorna 13, 14 är omväxlande fästa vid varandra så att de plattorna 13 som genomströmmas av lufien omges av plattor 14 som genomströmmas av kylvätska. Laddluñkylaren 11 innefattar en inloppsöppning lla som är förbunden med en rak ledning 9a och två utloppsöppningar 1 lb, llc som är förbundna med raka ledningar 9b, 9c. lnloppsöppningen 1 la och ledningen 9a är belägna i ett vertikalt plan A1. Utloppsledningen llb och ledningen 9b är belägna i ett vertikalt plan A2. Utloppsledningen llc och ledningen 9c är belägna i ett vertikalt plan A3. Laddluftkylarens ll inloppsöppning lla och de två utloppsöppningarna llb, llc är belägna i ett gemensamt vertikalt plan B som är vinkelrätt mot de vertikala planen A1, A2, A3. Inloppsöppningen lla och utloppsöppningarna llb, 1 1c är belägna på en sida av laddlufikylaren 11 som är riktad mot förbränningsmotorn 1. Fig. 3 visar att inloppsöppningen lla är belägen i ett första horisontellt plan Ci medan utloppsöppningarna llb, llc är belägna i ett andra horisontellt plan C; som i, detta fall är beläget på en något lägre höjdnivå än det första horisontella planet Cl.

Laddlufikylaren 11 innefattar, på en motsatt sida som är vänd från förbränningsmotorn 1, två inloppsöppningar lld, 11e och en utloppsöppning 1 lf for kylvätska.

Inloppsöppningarna 1 ld, 11e är förbundna med ledningar l2a, 12b som leder kylvätska till laddluftkylaren 11. Utloppsöppningen 1 lf är förbunden med en ledning 12c som leder kylvätska från laddluitkylaren 11.

Under drifi av förbränningsmotorn 1 leds komprimerad varm luñ från ledningen 9a in i laddlufikylaren 11 via inloppsöppningen lla. Luften leds därefter, via en icke visad ledning inuti plattvärmeväxlaren, till passager som är anordnade inuti de respektive plattorna 13. Passagerna är utformade så att luften tillhandahåller en turbulent strömning inuti plattorna 13 vilket resulterari en god värmeöverföring mellan luften 533 055 och plattorna 13. Luften leds ut från laddluftkylaren 11 via två icke visade invändiga ledningar som mynnar i var sin utloppsöppning llb, llc. Ledningarna 9b, 9c leder den kylda luften från utloppsöppningarna 11b, 11c till de respektive cylindrarna 2a, 2b i de två cylinderbankarna 3, 4. Kylvätskan leds in i laddluftkylaren 11 via inloppsöppningarna 11d, lle. Kylvätskan leds därefter, via två icke visad ledningar inuti laddluflkylaren 11 till passager inuti de respektive plattorna 14, vilka har en utformning så att kylvätskan tillhandahåller en turbulent strömning inuti plattorna 14.

Därmed tillhandahålls en god värmeoverföring mellan kylvatskan och plattorna 14. De kalla plattorna 14 kyler därmed de angränsande varma plattorna 13 i laddluftkylaren 11. Kylvätskan leds därefter ut från laddluñkylaren 11 via en icke visad invändig ledning som mynnar i utloppsöppningen llf varefter kylvätskan leds bort i ledningen l2c. Kylvätskan leds i en väsentligen motsatt riktning i plattorna 14 i förhållande till luftens transportväg i plattorna 13. Därmed kan luften kylas i laddlufikylaren 11 till en temperatur i närheten av den temperatur som kylvätskan har då den leds in i laddluftkylaren 11. Kylvätskan som utnyttjas för att kyla luften i laddluñkylaren 11 är med fördel kylvätska från ett lågtemperaturkylsystem vilken har en klart lägre temperatur än kylvätskan i förbränningsmotorns kylsystem.

Fig. 4 visar en luftkyld laddluñkylare 11. Laddluftkylaren 11 innefattar en inloppstank som innefattar en inloppsöppning 11a for att motta varm komprimerad luft från kompressorn 8. Inloppstanken 15 är belägen vid ett nedre ändparti av »laddluftkylaren 11 då den är i ett monterat tillstånd. Laddluñkylaren 1 innefattar ett kylparti 16 som sträcker sig mellan inloppstanken 15 och en utloppstank 17 som är anordnad vid ett övre ändparti av laddluñkylaren 11 i det monterade tillståndet. Kylpartiet 16 innefattar ett flertal rörformiga element som sträcker sig väsentligen rätlinjigt mellan inloppstanken 15 och utloppstanken 17. De rörfonniga elementen är parallellt anordnade på väsentligen likformiga avstånd från varandra så att regelbundna spalter bildas mellan angränsande rörformiga element. En kylande luftström kan därmed strömma genom spalterna mellan de rörformiga elementen. Lultströmmen kan åstadkommas av en icke visad kylfläkt som suger luft genom kylpartiet 16. Luften kyler därmed den komprimerade luften då den leds genom de rörformiga elementen.

Utloppstank 17 mottar den kylda varefier lufien luft leds ut från laddlufikylaren 11 via två utloppsöppningar 1 lb, 1 lc. Den kylda lufien leds därefter genom ledningar 9b, 9c till cylindrarna 2a, 2b i de respektive cylinderbankarna 3, 4 på motsvarande sätt som visas i Fig. 1. Inloppsöppningen lla är även här belägen i ett vertikalt plan A1 som är beläget väsentligen mitt emellan två parallella vertikala plan A2, A3 som sträcker sig 533 055 genom utloppsöppningarna llb, llc. Inloppsöppningen lla är dock belägen i ett första horisontellt plan Cl medan utloppsöppningarna 1 lb, llc är belägna i ett andra horisontellt plan G2. Inloppsöppningen 11a är här beläget på en lägre höjdnivå än utloppsöppningarna llb, lle. Ledningspartiet 9a som leder luft till laddluftkylarens inloppsöppning lla kan här ha en sträckning på förbränningsmotorns 1 undersida.

Fig. 5 visar en alternativt utformad luftkyld laddluftkylare ll. Laddluttkylaren 11 innefattar i detta fall en inloppstank 15 med en inloppsöppning 11a som är avsedd att motta varm komprimerad luft från kompressorn 8 vid ett övre ändparti av laddluñkylaren 11 då den är i ett monterat tillstånd. Luften leds från inloppstanken 15 genom en separat första kylpartienhet 16a som sträcker sig mellan inloppstanken 15 och en mellanliggande tank 18 som är anordnad vid ett nedre ändparti av laddluftkylaren 11. Luften som mottas i den mellanliggande tanken 18 vänder och leds uppåt i två separata andra kylpartienheter l6b, l6c som är belägna på motsatta sidor om den första kylpartienheten 16a. Den forsta kylpartienheten 16a och de andra kylpartienheterna l6b, l6c utgör enheter som är avgränsade från varandra. Luft i den forsta kylpartienheten 16a kan således inte ledas till de andra kylpartienheterna l6b, l6c utan att först passera den mellanliggande tanken 18. Kylpartienheterna 16a, l6b, l6c innefattar parallellt rörformiga element med mellanliggande spalter som är anpassade att genomströmmas av en kylande luftström, Strömmen av luñ genom kylpartienheterna 16a, l6b, l6c kan åstadkommas av en icke visad kylfläkt Denna luñström kyler därmed den komprimerade luften då den leds genom de respektive kylpartienhetema 16a, l6b, l6c. Utloppstankar 17 mottar luften från de andra kylpartienheterna l6b, l6c. Utloppstankarna 17 är belägna vid det övre ändpartiet av laddluñkylaren 11 på motsatta sidor om inloppstanken 15. Utloppstankarna 17 innefattar var sin utloppsöppning llb, llc från vilka luflen leds ut till ledningar 9b, 90 som leder den kylda luñen till cylindrarna 2a, 2b i de respektive cylinderbankarna 3, 4.

Inloppsöppningen lla är belägen i ett vertikalt plan A1 som är beläget väsentligen mitt emellan de två parallella vertikala planen A2, A3 som sträcker sig genom utloppsöppningarna llb, llc, I detta fall är både inloppsöppningen lla och utloppsöppningarna llb, llc belägna i samma horisontella plan Cl, Cg.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till de på ritningen beskrivna utföringsformerna utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. I det visade exemplet används laddlufikylaren 11 for att kyla komprimerad luft som leds till en 8- cylindrig V-motor. Antalet cylindrar kan självfallet variera, Laddluftkylaren 11 är 533 055 speciellt gynnsam att användas for att kyla komprimerad lufi som leds till en V-motor men den kan med fördel även användas for att kyla luft som leds till en överladdad förbränníngsmotor av ett väsentligen godtyckligt slag, såsom radmotor.

Claims (4)

10 15 20 25 30 533 B55 1G Patentkrav

1. l. Laddlufikylare (11) för kylning av luft som leds till en överladdad förbränningsmotor som har åtminstone en första cylinder (2a) och en andra cylinder (2b), varvid laddluftkylaren innefattar en inloppsöppning (l la) genom vilken lufi leds in i laddluftkylaren (1 1), en första utloppsöppning (1 lb) genom vilken luft leds ut ur laddlufikylaren (1 l), via en ledning (9b), till den första cylindern (2a) och en andra utloppsöppning (1 lc) genom vilken lufi leds ut ur laddlufikylaren (1 l), via en ledning (9c), till den andra cylindern (2b), kännetecknat av att laddlufikylaren (1 l) är utformad som en plattvärmeväxlare i vilken lufi leds genom plattor (13) som är anordnade i kontakt med plattor (14) som genomströmmas av en kylvätska och att laddluftkylaren innefattar två inloppsöppningar (1 ld, 1 le) genom vilka kylvätska leds in i laddlufikylaren (1 1) och en utloppsöppning (1 lt) genom vilken kylvätskan leds ut ur laddlufikylaren (1 1).

2. Laddluftkylare enligt krav 1, kännetecknat av att inloppsöppningen (1 la) och de två utloppsöppningarna (1 lb, llc) för lufien hos laddluttkylaren (l 1) är belägna i tre olika parallella vertikala plan (A1, A2, A3) och att det vertikala plan (A1) som sträcker sig genom inloppsoppningen (1 la) är beläget mellan det vertikala plan (A2) som sträcker sig genom den forsta utloppsöppningen (1 lb) och det vertikala plan (A3) som sträcker sig genom den andra utloppsöppningen (1 lc).

3. Laddluftkylare enligt krav 2, kännetecknat av att inloppsöppningen (1 la) och utloppsoppningarna (l lb, llc) för luften hos laddluftkylaren (1 1) är belägna i ett gemensamt vertikalt plan (B) som är vinkelrätt mot de vertikala planen (A1, A2, A3).

4. Laddlufikylare enligt något av föregående krav, kännetecknat av att (1 1) utloppsöppningarna (1 lb, llc) för luften hos laddlufikylaren är belägna i ett gemensamt horisontellt plan (G2) medan inloppsöppningen (1 la) är belägen i ett parallellt horisontellt plan (C1) som är anordnat på ett avstånd från utloppsöppningarnas (1 lb, llc) gemensamma horisontella plan (G2).