SE536825C2 - Termostatanordning och kylsystem - Google Patents

Description

20 25 30 536 825 Iarelementen, såsom lameller av aluminium, i kylaren att variera.

Sådan temperaturcykling utmattar kylarelementen, och detta har en direkt avgörande inverkan på kylarnas livslängd. Speciellt känsliga är kylarelementen för hastiga temperaturhöjningar på grund av att utifrån ett tillstånd då hela flödet av kylvätska passe- rar förbi kylaren helt plötsligt kylvätskan leds in i kylaren.

JP 2010249143 beskriver en termostatanordning med medel som syftar till att uppnå ett stabiliserat öppnande av en förbindelse mellan termostatanordningens inloppskanal och utloppskanalen till kylaren för att undvika häftiga temperaturchocker hos kylaren. Även om denna utformning av termostatanordningen har en livs- tidsförlängande inverkan på denna utgör den inte på något sätt någon fullständig lösning av ovannämnda problem.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en termo- statanordning av ovan angiven typ med ny och fördelaktig ut- formning.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla en sådan termostatanordning hos vilken de båda plattelementen är utformade att vid förskjutning därav bort från nämnda anligg- ning bilda nämnda förbindelse i form av ett kanalparti definierat av mot varandra vända, flödesbromsande former uppvisande ytor hos de båda plattelementen.

Genom att ett sådant kanalparti definierat av ytor av detta slag bildas när termostatanordningen öppnar för flöde mot kylaren blir 10 15 20 25 30 536 825 friktionen för kylvätskan stor i öppningsfasen, vilket innebär ett förhöjt tryckfall initialt och därmed ett minskat initialt flöde relativt tidigare kända termostatanordningar av denna typ. Detta innebär att termostatanordningen kommer att tvingas att öppna mer och börjar då reglera i öppet läge snarare än att öppna och stänga hela tiden. Följaktligen blir ökningen av flödet till kylaren läng- sammare och därmed påfrestningen på kylaren mindre än hos tidigare kända termostatanordningar, och i motsats till de senare kommer termostatanordningens ventilkropp inte att ätergä helt till det stängda läget utan att tendera att reglera mellan de i olika hög grad öppna lägena istället för mellan ett stängt läge med nollflöde och ett öppet läge med högt flöde till kylaren. Detta in- nebär att livslängden hos de olika komponenterna i ett kylsystem, framförallt hos kylaren, kommer att förlängas väsentligt.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är nämnda ytor hos plattelementen profilerade för att vid öppnande av nämnda för- bindelse tvinga flödet av kylvätska nära dem till riktningsföränd- ringar. Härigenom ökas effektivt friktionen för kylvätskan och därmed minskas flödet initialt under öppningsproceduren.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda flödesbromsande former i nämnda anliggningsläge varandra vä- sentligen följande nämnda ytor. Därvid definierar nämnda ytor med fördel en flödesvägsförlängande utsträckning hos kanalpar- tiet som bildar nämnda förbindelse. Detta innebär att en ökning av flödet av kylvätska till kylaren vid fasen av öppning av nämn- da förbindelse kommer att ske betydligt långsammare än om nämnda flödesväg hade varit kortare. Därvid är med fördel ut- sträckningen hos nämnda kanalparti vid begynnelsen av en för- 10 15 20 25 30 536 825 skjutning av plattelementen bort från nämnda anliggning åtmin- stone 2 ggr, 2-6 ggr eller 2-4 ggr längden på en rät linje mellan motsatta ändar av kanalpartiet. Härigenom kan en betydande flö- desvägsförlängning med en sådans positiva inverkan vad gäller mildrande av temperaturcykling åstadkommas utan krav på nå- gon väsentligt ökad volym hos termostatanordningen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen uppvisar nämnda ytor hos plattelementen varandra i anliggningsläget väsentligen följande vågformer för att i öppningsfasen för öppnande av nämnda förbindelse bilda ett vågformigt slingrande kanalparti mellan inloppskanalen och den första utloppskanalen. Detta är ett fördelaktigt sätt att åstadkomma en termostatanordning med ovan nämnda fördelaktigt särdrag på.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen uppvisar åtmin- stone en av nämnda ytor en flödesbromsande form i form av mot den andra ytan pekande utsprång, vilket utgör ett möjligt alterna- tiv till att uppnå den flödesbromsande formen hos nämnda ytor.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar ventil- kroppen ett andra ventilorgan som i ett andra ändläge hos ventil- kroppen är mottagbart i ett andra ventilsäte för att därigenom hindra kylvätska att strömma från nämnda inloppskanal till den andra utloppskanalen. Härigenom kan all kylvätska styras vidare från termostatanordningen till kylaren i det fall behovet av kylning av förbränningsmotorn är stort.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är ventilkroppen förskjutbar från nämnda första ändläge i riktning bort därifrån un- 10 15 20 25 30 536 825 der verkan av aktiveringselementet och mot verkan av fjäderkraf- ten hos ett på ventilkroppen verkande fjäderorgan, och aktive- ringselementet innefattar med fördel en vaxkropp.

Uppfinningen avser även ett kylsystem samt ett motorfordon en- ligt motsvarande bifogade patentkrav. Övriga fördelar med samt fördelaktigt särdrag hos uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hjälp av såsom exempel anförda utföringsformer under hänvis- ning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 är en sidovy av en termostatanordning av det uppfin- ningsenliga slaget, Fig 2 är en delvis skuren vy av en termostatanordning enligt en utföringsform av uppfinningen, Fig 3 är ett diagram som visar flödet igenom en termostat- anordning enligt Fig 2 i funktion av tiden vid upp- rättande av en förbindelse mellan inloppskanalen och utloppskanalen till kylaren i jämförelse med hos en ti- digare känd termostatanordning, och Fig 4 är en principskiss över ett kylsystem innefattande en termostatanordning enligt uppfinningen. 10 15 20 25 536 825 DETALJERAD BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN I Fig 1 och 2 illustreras en termostatanordning 1 enligt en utfö- ringsform av föreliggande uppfinning. Denna termostatanordning 1 är avsedd att ingå i ett kylsystem hos ett motorfordon, exem- pelvis ett kylsystem 30 av den i Fig 4 illustrerade typen. Termo- statanordningen 1 innefattar ett termostathus 2. En inloppskanal 3 för mottagning av kylvätska som cirkulerats genom en förbrän- ningsmotor hos motorfordonet är anordnad i termostathuset 2.

Denna inloppskanal 3 är avsedd att anslutas till en ledning hos nämnda kylsystem för att via en i termostathuset 2 anordnad in- Ioppsöppning 4 kunna mottaga kylvätska från denna ledning. I termostathuset 2 är vidare en första utloppskanal 5 och en andra utloppskanal 6 anordnade. Båda dessa utloppskanaler 5, 6 är förbundna med inloppskanalen 3. Från den första utloppskanalen 5 är kylvätska avsedd att ledas från termostatanordningen 1 till en kylare hos nämnda kylsystem och från den andra utloppska- nalen 6 är kylvätska avsedd att återföras till förbränningsmotorn utan passage genom nämnda kylare. Den första utloppskanalen 5 är avsedd att anslutas till en ledning hos nämnda kylsystem för att via en i termostathuset 2 anordnad första utloppsöppning 7 kunna avge kylvätska till denna ledning, medan den andra ut- loppskanalen 6 är avsedd är avsedd att anslutas till en annan ledning hos nämnda kylsystem för att via en i termostathuset 2 anordnad andra utloppsöppning 8 kunna avge kylvätska till den sistnämnda ledningen. 10 15 20 25 30 536 825 En ventilkropp 9 är anordnad förskjutbar i termostathuset 2 mel- lan olika lägen för reglering av flödet av kylvätskan från inlopps- kanalen 3 till utloppskanalerna 5, 6 (se Fig 2). Termostatanord- ningen uppvisar ett temperaturberoende aktiveringselement 10 som innefattar en vaxkropp 11 anordnad att träffas av flödet av kylvätska som träder in i termostathuset via inloppskanalen 3.

Vaxkroppen 11 är förbunden med en förskjutbar del 12 anordnad förskjutbar utmed en stav 13 fixerad i en termostathusfast bygel 14 för att vid förskjutning därav föra med sig ventilkroppen 9.

Ventilkroppen uppvisar ett första ventilorgan, delvis visat i försto- ring genom ringen R, i form av ett första plattelement 15, en s k tallrik, som i ett första ändläge hos ventilkroppen är i anliggning mot ett ett ventilsäte mellan inloppskanalen 3 och den första ut- Ioppskanalen 5 bildande andra plattelement 16 för att genom denna anliggning hindra kylvätska att strömma från inloppskana- len 3 till den första utloppskanalen 5. Plattelementet 16 har ett fixerat läge inuti termostathuset. Ett fjäderorgan 17 i form av en tryckfjäder är anordnat att verka mellan en husfast del 18 och det första plattelementet 15 för att påverka ventilkroppen att förskju- tas mot nämnda första ändläge.

Ventilkroppen innefattar vidare ett andra ventilorgan 19 som i ett andra ändläge hos ventilkroppen är mottagbart i ett andra ventil- säte 20 för att därigenom hindra kylvätska att strömma från in- loppskanalen 3 till den andra utloppskanalen 6.

Den allmänna funktionen hos en termostatanordning av denna typ är följande. När vaxkroppen 11 under verkan av värme från kylvätska som strömmar in i termostathuset via inloppskanalen 3 10 15 20 25 30 536 825 värms till sin smälttemperatur kommer vaxkroppen att börja smäl- ta. När vaxkroppen 11 smälter ökar den i volym och utövar där- igenom en tryckkraft på en denna innehållande del 21 så att denna förskjuts tillsammans med den förskjutbara delen 12 som tar med sig ventilkroppen 9 mot verkan av fjäderorganet 17. Ven- tilkroppen 9 förskjuts härigenom från nämnda första ändläge i riktning mot nämnda andra ändläge, d v s det första plattelemen- tet 15 flyttas bort från anliggning mot det andra plattelementet 16 och det andra ventilorganet 16 i riktning mot sätet 20. När vä- sentligen hela vaxkroppen 11 har smält når ventilkroppen det andra ändläget. När vaxkroppen 11 sedan, på grund av sänkt temperatur hos den kylvätska som strömmar in genom inloppska- nalen 3, har svalnat till en temperatur under nämnda smälttempe- ratur kommer vaxkroppen att börja stelna. När vaxkroppen stel- nar minskar den i volym, varvid delen 21 tillsammans med den förskjutbara delen 12 och ventilkroppen 9 förskjuts i den motsatta riktningen genom verkan av fjäderorganet 17.

Det är utformningen av nämnda första ventilorgan bildat av de båda plattelementen 15, 16 som är det karaktäristiska för förelig- gande uppfinning och nu kommer att beskrivas. Dessa båda plattelement 15, 16 är utformade att vid förskjutning därav bort från inbördes anliggning i det första ändläget bilda en förbindelse mellan inloppskanalen 3 och den första utloppskanalen 5 i form av ett kanalparti 22 definierat av två mot varandra vända, flödes- bromsande former uppvisande ytor 23, 24 hos de båda plattele- menten. De flödesbromsande formerna hos dessa ytor är i den visade utföringsformen bildade genom att dessa ytor är utforma- de att i öppningsfasen för öppnande av nämnda förbindelse bilda ett vågformigt slingrande kanalparti mellan inloppskanalen 3 och 10 15 20 25 30 536 825 den första utloppskanalen 5. Detta kan även beskrivas som att en labyrintartad förbindelse i denna fas bildas mellan inloppska- nalen 3 och den första utloppskanalen 5.

Den funktion som uppnås hos den uppfinningsenliga termostat- anordningen genom den just beskrivna utformningen av de båda plattelementen 15, 16 kommer nu att beskrivas under hänvisning även till Fig 3, som visar hur flödet F genom termostatanordning- en utvecklas över tiden t vid öppning av en förbindelse mellan inloppskanalen och den till kylaren ledande utloppskanalen ut- ifrån tidpunkten to hos en tidigare känd termostatanordning (kur- va A) och en termostatanordning enligt Fig 2 (kurva B). Det fram- går att den förhållandevis långa väg som vätskan har att flöda i nämnda kanalparti 22 vid öppningen kommer att leda till ett för- hållandevis högt tryckfall från kanalpartiets ena ände till dess andra ände, så att flödet initialt kommer att minska och det kom- mer att ta en betydligt längre tid (A t) innan flödet nått en viss nivå F1 än hos en tidigare känd termostatanordning. Detta inne- bär att öppnande, och även stängande av förbindelsen mellan inloppskanalen 3 och den första, till kylaren ledande utloppska- nalen 5 hos den uppfinningsenliga termostatanordningen kommer att ske på ett betydligt mildare sätt än hos tidigare kända termo- statanordningar, så att temperaturförändringar hos i därtill anslu- ten kylare förekommande kylarelement blir avsevärt långsamma- re. Detta kommer att medföra att livslängden hos de senare kom- mer att kunna förlängas väsentligt. Det är t o m så att när ifråga- varande motorfordons motor tagits i drift och det första ventilor- ganet väl öppnat, då kommer termostatanordningen att snarare reglera flödet mellan nämnda inloppskanal 3 och den första ut- loppskanalen 5 i öppet läge, såsom exempelvis inom den region 10 15 20 25 30 536 825 som anges med A tj i Fig 3, snarare än att öppna och stänga hela tiden. I praktiken innebär detta att medan hos en tidigare känd termostatanordning reglerområdet kunde vara att ventil- kroppen förskjuts inom ett intervall mellan 0 och 1 mm från nämnda första ändläge kommer detta intervall istället hos den uppfinningsenliga anordningen att sträcka sig mellan 2 och 6 mm från det första ändläget.

I Fig 4 illustreras schematiskt ett för ett motorfordon avsett kyl- system 30 enligt föreliggande uppfinning. Detta kylsystem 30 in- nefattar en kylkrets 31 för kylning av en förbränningsmotor 32 hos fordonet medelst en i kylkretsen strömmande kylvätska, före- trädesvis i form av vatten med eventuella fryspunktsnedsättande tillsatser såsom exempelvis glykol. En kylvätskepump 33 är in- kopplad i kylkretsen 31 för cirkulering av kylvätskan i kylkretsen.

Vidare är en kylare 34, exempelvis i form av en konventionell kylvätskekylare, inkopplad i kylkretsen 31 för kylning av nämnda kylvätska. Denna kylare 34 innefattar ett kylvätskeinlopp 35 som är förbundet med ett kylvätskeutlopp 36 hos förbränningsmotorn 32 via en första ledning 37 hos kylkretsen och ett kylvätskeutlopp 38 som är förbundet med ett kylvätskeinlopp 39 hos förbrän- ningsmotorn 32 via en andra ledning 40 hos kylkretsen. Den för- sta ledningen 37 är förbunden med den andra ledningen 40 via en tredje ledning 41 hos kylkretsen. Denna tredje ledning 41 är ansluten till den andra ledningen 40 för att tillåta kylvätska att återföras från förbränningsmotorns kylvätskeutlopp 36 till för- bränningsmotorns kylvätskeinlopp 39 utan att passera genom ky- laren 34. Således utgör den tredje ledningen 41 en förbiledning, via vilken den i kylkretsen 31 cirkulerande kylvätskan kan förbi- Iedas kylaren 34 vid sin passage mellan kylvätskeutloppet 36 och 10 10 15 20 25 30 536 825 kylvätskeinloppet 39 hos förbränningsmotorn 32. Mellan kylväts- keinloppet 39 och kylvätskeutloppet 36 hos förbränningsmotorn 32 cirkuleras kylvätskan genom kylvätskekanaler inuti förbrän- ningsmotorn under upptagande av värme från förbränningsmo- torn.

En uppfinningsenlig termostatanordning 1 av ovan beskriven typ är inkopplad i kylkretsen 31 på sådant sätt att: - inloppskanalen 3 hos termostatanordningen är förbunden med kylvätskeutloppet 36 hos förbränningsmotorn 32 via ett första ledningsparti 42 hos den första ledningen 37, - den första utloppskanalen 5 hos termostatanordningen är för- bunden med kylvätskeinloppet 35 hos kylaren 34 via ett andra ledningsparti 43 hos den första ledningen 37, och - den andra utloppskanalen 6 hos termostatanordningen är för- bunden med den tredje ledningen 41.

Funktionen hos detta kylsystem framgår med all önskvärd tydlig- het av beskrivningen ovan av en utföringsform av den uppfin- ningsenliga termostatanordningen.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till ovan beskriven utföringsform, utan en mängd möjligheter till modifika- tioner därav torde vara uppenbara för en fackman på området utan att denne för den skull avviker från uppfinningens ram så- dan denna definieras i bifogade patentkrav.

Vad gäller kylsystemet enligt uppfinningen kan det naturligtvis uppvisa fler komponenter än de som är visade i Fig 4, såsom en i kylkretsen mellan motorn och termostatanordningen placerad re- 11 10 15 536 825 tarder, vilken används för att assistera ordinarie bromsar vid bromsning av tunga hjulburna fordon, samt i kylkretsen placerade ytterligare termostatanordningar.

De flödesbromsande formerna hos de ytor som definierar ett ka- nalparti vid öppnande av förbindelsen mellan inloppskanalen och den första utloppskanalen och tillhör de båda plattelementen kan ha annat utseende än visat hos den ovan beskrivna utföringsfor- men. Exempelvis skulle de kunna sträcka sig enligt en sicksack- form, så att de båda plattelementen bildar tänder som griper in i varandra. En annan möjlighet är att dessa ytor uppvisar små ut- språng som pekar mot den andra av dessa ytor, och denna utfö- ringsform skulle kunna kombineras med att ytorna definierar en flödesförlängande utsträckning hos nämnda kanalparti, exempel- vis genom att sträcka sig meanderartat slingrande, såsom visas i Fig 2. 12

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 536 825 Patentkrav Termostatanordning för ett kylsystem hos ett motorfordon, vilken termostatanordning innefattar: o en inloppskanal (3) avsedd för mottagning av kylvätska som cirkulerats genom en förbränningsmotor (32) hos mo- torfordonet, o en första utloppskanal (5), vilken är förbunden med nämnda inloppskanal (3) och från vilken kylvätska är av- sedd att ledas till en kylare (34) hos nämnda kylsystem, o en andra utloppskanal (6), vilken är förbunden med nämnda inloppskanal (3) och från vilken kylvätska är av- sedd att återföras till förbränningsmotorn (32) utan pas- sage genom nämnda kylare (34), o en ventilkropp (9), vilken är förskjutbar mellan olika lägen för reglering av flödet av kylvätska från nämnda inloppska- nal (3) till nämnda utloppskanaler (5, 6), o ett temperaturberoende aktiveringselement (10), och o en förskjutbar del (12) utformad att vid förskjutning därav föra med sig ventilkroppen, varvid aktiveringselementet är anordnat att påverka förskjut- ningsläget hos nämnda del (12) och därmed ventilkroppen (9) i beroende av temperaturen hos den kylvätska som mot- tages via nämnda inloppskanal (3), varvid ventilkroppen uppvisar ett ventilorgan i form av ett första plattelement (15) som i ett första ändläge hos ventilkroppen är i anliggning mot ett ett ventilsäte mellan inloppskanalen (3) och den första utloppskanalen (5) bildande andra plattelement (16) för att genom denna anliggning hindra kylvätska att strömma 13 10 15 20 25 30 536 825 från inloppskanalen till den första utloppskanalen, varvid det första plattelementet (15) är anordnat under inverkan av ak- tiveringselementet (10) förskjutbart bort från anliggningen mot det andra plattelementet (16) för att öppna en förbin- delse mellan inloppskanalen och den första utloppskanalen, samt varvid de båda plattelementen (15, 16) är utformade att vid förskjutning därav bort från nämnda anliggning bilda nämnda förbindelse i form av ett kanalparti (22) definierat av mot varandra vända, flödesbromsande former uppvisande ytor (23, 24) hos de båda plattelementen (15, 16), kännetecknad därav, att nämnda flödesbromsande former innefattar i nämnda anliggningsläge varandra väsentligen följande nämnda ytor (23, 24), att nämnda ytor (23, 24) defi- nierar en flödesvägsförlängande utsträckning hos kanalpar- tiet (22) som bildar nämnda förbindelse, och att nämnda ytor (23, 24) hos plattelementen (15, 16) uppvisar varandra i an- liggningsläget väsentligen följande vågformer för att i öpp- ningsfasen för öppnande av nämnda förbindelse bilda ett vågformigt slingrande kanalparti (22) mellan inloppskanalen (3) och den första utloppskanalen (5). Termostatanordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda ytor (23, 24) hos plattelementen (15, 16) är profile- rade för att vid öppnande av nämnda förbindelse tvinga flö- det av kylvätska nära dem till riktningsförändringar. Termostatanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att utsträckningen hos nämnda kanalparti (22) vid be- gynnelsen av en förskjutning av plattelementen (15, 16) bort från nämnda anliggning är åtminstone 2 ggr, 2-6 ggr eller 2-4 14 10 15 20 25 30 536 825 ggr längden på en rät linje mellan motsatta ändar av kanal- partiet. Termostatanordning enligt något av föregående krav, känne- tecknad därav, att ventilkroppen (9) innefattar ett andra ven- tilorgan (19) som i ett andra ändläge hos ventilkroppen är mottagbart i ett andra ventilsäte (20) för att därigenom hindra kylvätska att strömma från nämnda inloppskanal (3) till den andra utloppskanalen (6). Termostatanordning enligt något av föregående krav, känne- tecknad därav, att ventilkroppen (9) är förskjutbar från nämnda första ändläge i riktning bort därifrån under verkan av aktiveringselementet (10) och mot verkan av fjäderkraften hos ett på ventilkroppen verkande fjäderorgan (17). Termostatanordning enligt något av föregående krav, känne- tecknad därav, att aktiveringselementet innefattar en vax- kropp (11). Kylsystem för ett motorfordon innefattande en kylkrets (31) för kylning av en förbränningsmotor (32) hos fordonet me- delst en i kylkretsen strömmande kylvätska, vilket kylsystem innefattar: o en kylvätskepump (33) för cirkulering av kylvätskan i kyl- kretsen, och o en i kylkretsen inkopplad kylare (34) för kylning av kylvätskan, varvid denna kylare innefattar ett kylvätskein- lopp (35) som är förbundet med ett kylvätskeutlopp (36) hos förbränningsmotorn (32) via en första ledning (37) hos 15 10 15 8. 536 825 kylkretsen, och ett kylvätskeutlopp (38) som är förbundet med ett kylvätskeinlopp (39) hos förbränningsmotorn via en andra ledning (40) hos kylkretsen, kännetecknat därav, att en termostatanordning (1) enligt något av kraven 1-6 är inkopplad i nämnda första ledning (37), varvid: - nämnda inloppskanal (3) hos termostatanordningen är för- bunden med kylvätskeutloppet (36) hos förbränningsmotorn, - nämnda första utloppskanal (5) hos termostatanordningen är förbunden med kylvätskeinloppet (35) hos kylaren, och - nämnda andra utloppskanal (6) hos termostatanordningen är förbunden med kylvätskeinloppet (39) hos förbrännings- motorn. Motorfordon, speciellt hjulburet motorfordon, i synnerhet lastbil eller buss, kännetecknat därav, att det innefattar en termostatanordning enligt något av kraven 1-6. 16