NL9201377A - Geintegreerd koelsysteem. - Google Patents

Description

GEÏNTEGREERD KOELSYSTEEM

De uitvinding heeft betrekking op een koelsysteem voor een vloeistofgekoelde verbrandingsmotor, welk koelsysteem tenminste omvat een radiator met tenminste één inlaat en één uitlaat, tenminste één koelvloeistofpomp en tenminste één middel, verder te noemen regelklep, om de hoeveelheid koelvloeistof die door de radiator stroomt, desgewenst afhankelijk van de koelvloeistof temperatuur, te regelen.

Een dergelijk koelsysteem wordt in het bijzonder voor verbrandingsmotoren in motorvoertuigen op grote schaal toegepast. De werking van zo'n koelsysteem is in het algemeen als volgt: (zie figuur 1). Indien de explosiemotor (1) in werking is, wordt daarin warmte gegenereerd. Deze warmte wordt afgevoerd met een koelvloeistof, die door de wand van de verbrandingsmotor circuleert. De circulatie van de koelvloeistof wordt daarbij verzorgd door een koelvloeistofpomp (2). Om een snel opwarmen van de motor te bevorderen is het koelvloeistofcircuit opgedeeld in twee kringen, die door middel van één of meer regelkleppen (3) met elkaar verbonden kunnen worden. In een eerste kring (10), (11) en (12), wordt de koelvloeistof enkel over het motorblok gecirculeerd. Eerst nadat de temperatuur van de koelvloeistof een vooringestelde waarde overschrijdt, wordt de tweede kring, (13) en (14), die koelvloeistof door de radiator voert, d.m.v. regelklep (3) geopend, zodat eerst dan de gegenereerde warmte via de radiator (4), opgebouwd uit een warmtewisselaar (5) en eindkappen (6) en (7), kan worden afgevoerd. In het algemeen is de radiator, een warmtewisselaar van het vloeistof/lucht type, op enige afstand van het motorblok gesitueerd, waarbij door middel van de rijwind of door middel van een door een ventilator geforceerde luchtstroom de gegenereerde warmte wordt afgestaan.

De pomp (2) voor de circulatie van de koelvloeistof is gewoonlijk op het motorblok bevestigd en wordt aangedreven door de krukas van de verbrandingsmotor, bijvoorbeeld door middel van een V-snaar, distributieriem of tandwieloverbrenging. Deze opstelling van de pomp biedt het voordeel dat gebruik gemaakt kan worden van de mechanische energie, die wordt opgewekt in de verbrandingsmotor. Nadelig is echter dat de pomp slechts werkt bij draaiende motor en dat de pompcapaciteit met het toerental van de motor variëert. Een verder nadeel is, dat door de plaatsing direct op het motorblok de pomp hoge temperaturen moet verdragen en om deze reden uitgevoerd dient te zijn in metaal en de afdichtingen aan hoge eisen moeten voldoen. Een en ander werkt kostenverhogend. Hetzelfde geldt ten aanzien van de regelklep.

Om aan deze bezwaren tegemoet te komen is thans een koelvloeistofsysteem volgens de kop van conclusie 1 ontwikkeld, dat gekenmerkt wordt, doordat de koelvloeistofpomp en de radiator geïntegreerd zijn tot één eenheid.

Bij voorkeur vormt de koelvloeistofpomp met een radiatoreindkap een geheel. De radiatoreindkap is in het algemeen een dekselvormig orgaan dat met de open zijde op tenminste één ingang en/of uitgang van de warmtewisselaar is bevestigd en tot doel heeft de koelvloeistof over de koelkanalen van de warmtewisselaar te geleiden en te verdelen en de warmtewisselaar af te sluiten, De radiatorkap is in het algemeen verder voorzien van organen voor het aansluiten van koelvloeistofleidingen, voor het vullen van het koelcircuit, voor overdrukbeveiliging etc. en organen voor temperatuurmeting en verdere gewenste voorzieningen.

Een dergelijke geïntegreerde eindkap vormt tevens onderdeel van deze uitvinding.

Het is bekend uit onder andere US-A-4.519.473, I.C. Finley et al in SAE 1989 880263 en US-A-4.156.407 een koelvloeistofpomp in het koelcircuit vrij van het motorblok te plaatsen. Echter van integratie van de pomp met de radiator is daarbij geen sprake.

Door tevens de regelklep en desgewenst de electronische regeling voor de controle van het koelsysteem, in de radiator te integreren kan een verder voordeel verkregen worden. In deze situatie is het in principe mogelijk het aantal slangverbindingen tot 2 te beperken, de montagewerkzaamheid en de mogelijkheid van storingen te verminderen.

De grootste voorkeur heeft het om de pomp, de regelklep en de radiatorkap te integreren en uit te voeren in een dimensiestabiele, en warmte- en hydrolyse-bestendige kunststofsamenstelling. Deze samenstellingen op zich zijn bekend evenals de toepassing van een aantal ervan in radiatoreindkappen.

Zeer geschikte kunststoffen zijn polyamiden, in het bijzonder alifatische polyamiden bijvoorbeeld polyamide 4.6 en 6.6 en partiëel aromatische polyamiden, bijvoorbeeld polyamiden op basis van tere- en isoftaalzuur. Dergelijke polyamiden kunnen als homopolymeer, copolymeer of mengsels daarvan worden toegepast. Bij voorkeur worden polyamide 4.6 en 6.6, desgewenst gemengd of gecopolymeriseerd met een ander polyamide toegepast.

Bij voorkeur bevat de kunststofsamenstelling een versterkende vulstof, bijvoorbeeld een vezelmateriaal, bij voorkeur glasvezels en/of een minerale vulstof bijvoorbeeld, klei, glasparels, mica. Verder kan de kunststof de gangbare additieven bevatten, bijvoorbeeld hydrolysestabilisatoren, warmtestabilisatoren, kleurstoffen, pigmenten, slagvastheidsverbeteraars, lossingsmiddelen en dergelijke.

De aandrijving van de koelvloeistofpomp kan mechanisch, bijvoorbeeld d.m.v. een V-snaar of flexibele as gekoppeld aan de krukas van de verbrandingsmotor, of elektrisch zijn. Uit het oogpunt van regelbaarheid van het systeem verdient een electromotor voor de aandrijving van de pomp de voorkeur. Echter voor een optimaal brandstofverbruik kan een combinatie van mechanische en electrische aandrijving de meeste voordelen bieden.

Mogelijkheden van regeling en voordelen van electrische aandrijving van koelvloeistofpompen zijn beschreven in ondermeer US-A-4.156.407, DE-A-2656361 en FR-A-2384106 (US-A-4.557.223).

De combinatie van mechanische en electrische aandrijving kan in principe op tenminste 2 manieren gerealiseerd worden; namelijk in de eerste plaats door aanwezigheid van zowel een electrisch aangedreven als een mechanisch aangedreven pomp/ waarbij tenminste één van de 2 pompen in de radiator geïntegreerd is, en wel bij voorkeur de electrisch aangedreven pomp, en in de tweede plaats met één pomp die voorzien is van zowel een electrische als een mechanische aandrijving. De electrische aandrijving kan daarbij benut worden bij stilstaande motor en electrisch ontkoppeld worden zodra de mechanische aandrijving in werking treedt. Met bijvoorbeeld een vrijloop lagering of een ander gangbaar middel kan de mechanische overbrenging van de krukas naar de pompaandrijving ontkoppeld worden gedurende de periode van stilstand. Dit middel voor de ontkoppeling van de mechanische overbrenging is bij voorkeur gesitueerd ter plaatse van de pomp.

Bij toepassing van mechanische aandrijving van de koelvloeistofpomp kunnen de gangbare middelen voor de regeling van de stand van de regelklep worden toegepast.

Bij volledige electrische aandrijving is het in principe ook mogelijk het koelcircuit zonder regelklep toe te passen en de vloeistofcirculatie, zonder bypass circuit, volledig door middel van het toerental van de pompaandrijving als functie van de temperatuur te regelen.

• (Een dergelijke toerental regeling is bekend uit DE-A-2712438 en FR-A-2384106). In dat geval kan met de meest eenvoudige constructie volstaan worden voor het koelcircuit.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van enige uitvoeringsvormen die in de figuren 2-4 schematisch zijn weergegeven.

Figuur 1 toont schematisch de thans gangbare situatie, waarbij de pomp en de regelklep niet geïntegreerd zijn in de radiator. De motor (1) wordt doorstroomt met koelvloeistof, die door pomp (2) gecirculeerd wordt. Door middel van regelklep (3) wordt deze vloeistofstroom naar de motor teruggestuurd, dan wel geheel of gedeeltelijk over de radiator (4) geleid, waar in de warmtewisselaar (5), koeling met rijwind of een geforceerde luchtstroom kan plaatsvinden. De koelvloeistof-inlaat en -uitlaat van de radiator bevinden zich in de radiatoreindkappen (6) en (V).

Ingeval de in- en uitlaat op éénzelfde eindkap geplaatst zijn, worden de warmtewisselaar en de betreffende eindkap door een tussenschot in tweeën gedeeld.

Het koelsysteem is verder voorzien van de gebruikelijke middelen voor het vullen met koelvloeistof en voor het opvangen van de expansie van de koelvloeistof en voor de afvoer van gasbellen. Deze middelen, die op zich geen deel uitmaken van de uitvinding zijn niet opgenomen in de figuren. Evenmin zijn temperatuursensoren en sturings-electronica voor de regelklep getoond. In het hiervoor weergegeven koelcircuit zijn tenminste 5 slangverbindingen (10) t/m (14) nodig tussen de diverse onderdelen van het koelsysteem.

In figuur 2 is de pomp geïntegreerd in een radiatoreindkap. Figuur 3a en 3b leveren een schematische voorstelling voor het geval zowel de regelklep als de pomp in één eindkap geïntegreerd zijn. Door deze vergaande integratie zijn in fig. 3b nog slechts 2 slangverbindingen (11) en (12) aanwezig. Bypassleiding (10) en de leidingen (13) en (14) zijn volledig in de geïntegreerde eindkap opgenomen.

In figuur 4a en b wordt schematisch een situatie weergegeven waarbij het conventionele koelsysteem van figuur 1 is aangevuld met een electrisch aangedreven pomp (2a) geïntegreerd met de radiator, een extra regelklep (3a) is hierbij eveneens met de radiator geïntegreerd.

In figuur 5 is een ruimtelijke weergave van een mogelijke uitvoering van een dergelijke eindkap gegeven. In fig. 6 zijn doorsneden gegeven. De regelklep 3a kan zo gesteld worden dat koelvloeistof uit leiding 13 via opening 15 in het eerste compartiment van de eindkap stroomt en vervolgens via de warmtewisselaar door uitlaat 14 de radiator verlaat. Deze schakeling wordt benut indien de electrisch aangedreven hulppomp 2a in de eindkap niet in werking is en de koelvloeistof rondgepompt wordt met behulp van pomp 2 (overeenkomend met situatie figuur 4a). Is deze pomp 2 niet in werking en wordt pomp 2a benut, dan is de stand in de regelklep zodanig, dat opening 15 afgesloten is en de koelvloeistof uit de eindkap aangezogen wordt door de centrifugaalpomp via leiding 16 en vervolgens via leiding 13 rondgepompt wordt en bij leiding 14 weer in de radiator terugkeert (overeenkomend met situatie 4b). Leiding 17 is afgestopt.

Aan de hand van fig. 5 is eenvoudig in te zien hoe bijvoorbeeld de eindkap uit fig. 3b vormgegeven kan worden, in dat geval wordt de regelklep gesitueerd in het andere deel van de eindkap en gekoppeld aan leiding (14), Een leiding (18) vanuit de regelklep mondt uit in het eerste deel van de eindkap waar zich de centrifugaalpomp bevindt en de derde leiding (19) vanuit de regelklep mondt uit in het eindkapdeel waarin zich de regelklep bevindt.

De pomp zuigt de koelvloeistof aan of via leiding (18) direct uit leiding (14), (by pass situatie) of via (19) en de warmtewisselaar. De pompuitgang sluit aan op leiding (13).

Doordat zowel de eindkap met koelvloeistof-inlaat en -uitlaat, het pomphuis en de behuizing van de regelklep in éénzelfde produktgang worden verkregen, vervalt een groot deel van de afdichtingsproblematiek en worden de montage-werkzaamheden sterk beperkt.

De produktie van de geïntegreerde eindkap van figuur 5 kan bijvoorbeeld geschieden door spuitgieten met bijvoorbeeld smeltkerntechniek of spuitgieten in 2 delen die vervolgens gelast worden, met bijvoorbeeld ultrasoon techniek.

Het zal de vakman duidelijk zijn dat afhankelijk van de wensen van de voertuigconstructeur een diversiteit van technische uitvoeringsvormen voor de vormgeving van de uitvinding mogelijk is en de uitvinding niet beperkt is tot de gegeven voorbeelden.

Claims (13)

1. Koelsysteem voor een vloeistofgekoelde verbrandingsmotor, welk koelsysteem tenminste omvat een radiator met tenminste één inlaat en één uitlaat, een koelvloeistof-pomp en tenminste één middel verder te noemen regelklep, om de hoeveelheid koelvloeistof die door de radiator stroomt afhankelijk van de koelvloeistoftemperatuur te regelen, de genoemde koelvloeistofpomp en de genoemde radiator geïntegreerd zijn tot één eenheid.

2. Koelsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koelvloeistofpomp, de regelklep en de radiator geïntegreerd zijn tot één eenheid.

3. Koelsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koelvloeistofpomp, en de radiatoreindkap zijn geïntegreerd tot één eenheid.

4. Koelsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de koelvloeistofpomp, de regelklep en de radiatoreindkap zijn geïntegreerd tot één eenheid.

5. Koelsysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat genoemde eenheid tevens omvat een electronische regeling voor de controle van het koelsysteem.

6. Koelsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemde koelvloeistofpomp is voorzien van een afzonderlijke aandrijfkrachtbron, tesamen vormend de pompeenheid.

7. Koelsysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de aandrijfkrachtbron voor de pomp een electromotor is.

8. Koelsysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een toerentalregeling van de pompeenheid afhankelijk is van watertemperatuur.

9. Radiatoreindkap met geïntegreerde pomp.

10. Radiatoreindkap met geïntegreerde pomp en regelklep.

11. Radiatoreindkap met geïntegreerde pomp, regelklep en bypassleiding.

12. Koelsysteem als in hoofdzaak beschreven en toegelicht in de figuren.

13. Radiatoreindkap als in hoofdzaak beschreven en toegelicht in de figuren.