CS9001969A2 - Heating system especially for motor vehicles - Google Patents

Description

Vynález se týká topné soustavy, zejména pro motorová vo-zidla, která využívá odpadní teplo spalovacího motoru a kte-rá obsahuje topné těleso na kapalné palivo pro výrobu teplanezávisle na provozu spalovacího motoru nebo navíc k odpadní-mu teplu spalovacího motoru, přičemž topné těleso je prosto-rově přirazeno zásobnímu prostoru oleje spalovacího motoru.

Topná tělesa na kaplané palivo pro motorová vozidla, kterávyrábějí teplo nezávisle na provozu spalovacího motoru nebonavíc k teplu jím produkovanému, jsou známa. Jejich nejdůle-žitější oblastí použití je předehřívání vnitřního prostorumotorového vozidla a/nebo spalovacího motoru, takže uživatel 3 motorového vozidla bude mít už při volném chodu vyhřátý vnitř-ní prostor vozidla s nezamířenými nebo odtátými skly a motorvozidla už nebude tak silně podchlazen. Opotřebení spalovacíhomotoru v důsledku studeného startu se podstatně sníží. Kromětoho se tím sníží emise odpadních plynů při chodu zahřátého motoru.

Je známo (DE-OS 37 12 670) prostorově přičlenit topnétěleso k olejové vaně spalovacího motoru takovým způsobem,že topným tělesem se ohřívá nejen voda pro topení vozidla,nýbrž i nejkratší cestou se přivádí teplo oleji spalovacíhomotoru v olejové vaně. Úkolem vynálezu je vyřešit lepší integraci topného těle-sa do topné soustavy uvedeného druhu.

Tento úkol je vyřešen topnou soustavou, zejména pro mo-torová vozidla, která využívá odpadního tepla spalovacíhomotoru a která obsahuje topné těleso na kapalné palivo provýrobu tepla nezávisle na provozu spalovacího motoru nebonavíc k odpadnímu teplu motoru, přičemž topné těleso je prostorově přiřazeno zásobnímu prostoru oleje spalovacího motoru,podle vynálezu, jehož postatou je, že topné těleso je svým 4 hlavním směrem rozložení uspořádáno výstředně, hlavně v ole-jové vaně spalovacího motoru, v podstatě rovnoběžně s osouklikového hřídele. U popsaného známého provedení topného tělesa leží topnétěleso svým hlavním směrem rozložení kolmo k ose klikovéhohřídele a celkově pod klikovým hřídelem. Tím se ovšem celkovězvýší stavební výška spalovacího motoru, Naproti tomu u pro-vedení topné soustavdy podle vynálezu se stavební výška spa-lovacího motoru nezvýší vůbec a/nebo nejvýše nepatrně. Toje velmi žádoucí, protože u moderních motorových vozidel je sna-hou uspořádat kryt motoru co možná nejníž, popřípadě provéstjej jako plochý a protože spalovací motor, vzhledem ke svět-losti, nemůže být uspořádán libovolně nízko.

Hlavní část topného tělesa je zpravidla - zhruba vyjádře-no - válcovitá. V provedení podle vynálezu má tato hlavníčást co možná nejmenší průměr, přičemž v délce podléhá něko-lika významným omezením. Dále, jak bylo vpředu uvedeno, je topné těleso prostoro-vě přirazeno zásobnímu prostoru oleje spalovacího motoru. Tímto zásobním prostorem oleje může být olejová vana spalova-cího motoru. Například u spalovacích motorů s mazáním se šu- 5 chou klikovou skříní nebo nějak jinak oddělenou zásobou ole-je může být topné těleso prostorově přiřazeno olejové nádr-ži místo ní, popřípadě v ní být většinou uspořádáno. V tomtopřípadě na poloze hlavního směru rozložení topného tělesavzhledem k ose klikového hřídele nezáleží.

Vynález dále řeší provedení topné soustavy, u níž jespalovací motor proveden s kapalinovým chlazením a elektric-kým oběhovým čerpadlem pro chladicí kapalinu, a topné tělesoje provedeno jako topné těleso s ohřevem kapaliny, a u nížje topné těleso integrováno do systému kapalinového chlazeníspalovacího motoru, takže oběhové čerpadlo u stávajícího spa-lovacího motoru čerpá chladicí kapalinu topným tělesem.

Na základě tohoto provedení je doposud obvyklé oběhovéčerpadlo kapaliny topného tělesa zbytečné. Jeho funkci pl-ně přebírá elektrické oběhové čerpadlo spalovacího motoru.Elektrické oběhové čerpadlo chladicí kapaliny má tu velkou vý-hodu, že pracuje nezávisle na momentální frekvenci otáčení amůže být zejména nastaveno na příslušný dopravní výkon podleaktuální potřeby chlazení spalovacího motoru, popřípadě pod-le potřeby tepla pro ohřev vnitřního prostoru vozidla.

Vynález dále řeší provedení topné soustavy, u níž je oběh mazacího oleje spalovacího motoru opatřen elektrickýmolejovým čerpadlem, takže stávající spalovací motor je mož-no ohřívat pomocí přečerpávaného mazacího oleje ohřátéhotopným tělesem. Tím se spalovací motor rozsáhle předehřeje,protože oběh mazacího oleje probíhá prakticky celým spalova-cím motorem.

Kromě toho má elektrické olejové čerpadlo ve srovánís olejovým čerpadlem poháněným mechanicky spalovacím motoremtu podstatnou výhodu, že jeho výtlačný objem, popřípadě tlaklze zvolit nezávisle na momentální frekvenci otáčení spalo-vacího motoru. Je zejména možno zvyšovat průtok, popřípaděvýtlak při volnoběhu nebo při nízké frekvenci otáčení vesrovnání s mechanickým pohonem doposud v praxi u olejovéhočerpadla používaným.

Je nutno poukázat na skutečnost, že popsané provedeníoběhu chladicí kapaliny s elektrickým oběhovým čerpadlem aintegrací topného tělesa, jakož i popsané provedení oběhumazacího oleje spalovacího motoru s elektrickým olejovým čer-padlem a integrací topného tělesa je možno uskutečnit nezávislena vestavěné poloze topného tělesa uvedené v hlavním boděpředmětu vynálezu. Popsaná opatření je možno použít i tehdy,když topné těleso není svým hlavním směrem rozložení uspo- 7 řádáno výstředně v podstatě rovnoběžně s osou klikového hří-dele, z větší části v olejové vaně spalovacího motoru.

Prostorového přiřazení topného tělesa olejové vaně, po-případě olejové nádrži spalovacího motoru může být podlevynálezu využito rovněž k odnímání tepla horkému mazacímuoleji spalovacího motoru, zvláště při provozu spalovacíhomotoru s vysokým výkonem a/nebo při vysokých okolních teplo-tách. Provedení podle vynálezu je do olejové vany, popřípa-dě do olejové nádrže tazvaně integrován výměník tepla, kte-rým proudí chladicí kapalina spalovacího motoru. Při provo-zu spalovacího motoru vysokým výkonem a/nebo při vyšších okol-ních teplotách má chladicí kapalina spalovacího motoru nižšíteplotu než mazací olej, který za uvedených podmínek má teplo-tu zcela jistě nad 140 °C.

Je nutno zdůraznit, že opatření popsaná ve výše uvede-ném odstavci je také možno provést nezávisle na dalších,vpředu popsaných opatřeních. Je rovněž možno provést uvede-nou integraci výměníku tepla do olejové vany nebo olejovénádrže spalovacího motoru i tehdy, když vozidlo buď topnétěleso nemá nebo je má vestavěno jiným způsobem. A konečně je nutno zdůraznit, že v případě topného těle- 8 sa může jít o takzvané vodní topné těleso, které vyrobenéteplo předává kapalině, jako nosiči tepla, nebo může jít io takzvané vzduchové topné těleso, které vyrobené teplo odevz-dává primárně vzduchu, jako nosiči tepla.

Vynález bude dále blíže popsán v příkladných provede-ních s odkazem na přiložené výkresy, na nichž znázorňují: obr. 1 schematický čelní pohled na spalovací motor stopným tělesem integrovaným do olejové vany asice ve směru osy klikového hřídele, viděno zezadní strany spalovacího motoru, obr. 2 horizontální částečný podélný řez II-II spalovacímmotorem z obr. 1, a sice ve zvětšeném měřítkua omezený na uspořádání části topného tělesa a obr. 3 provedení oběhu chladicí kapaliny spalovacího'motoru s přiřazeným topným tělesem.

Na obr. 1 je znázorněn spalovací motor 2 s blokem 4·válců, hlavou G_ válců, víkem 8_ ventilů, systémem 10 sání vzdu-chu, vzduchovým filtrem 12, začátkem výfukového systému 14schematicky nazančeným klikovým hřídelem 16 s osou18 a olejo- 9 vou vanou 20. Olejová vana 20 je bez zvětšení svých verti-kálních rozměrů vyboulena do strany, aby tak byl vytvořenúložný prostor pro topné těleso 22 výstředně od osy 18 kliko-vého hřídele 16.

Obr. 2 znázorňuje ve větším detailu, jak oblast výměnytepla topného tělesa 22, která prostorově vytváří hlavní částtopného tělesa 22 , je integrována do olejové vany 20. V oblas-ti popsaného vyboulení 24 olejové vany 20 se nachází - zhru-ba vyjádřeno - válcovitý poklop nebo kapsa 26. Kapsa 26 jena zadní čelní straně nebo na přední čelní straně spalovacíhomotoru 2 otevřená, jinak je všude uzavřená a je provedenas ostatní částí olejové vany 20 z jen^doho kusu.

Olejová vana 20 spolu s kapsou 26 je provedena zejménaz kovu, obzvláště z odlitku z aluminia litého pod tlakem.

Mohou být ale provedeny i z plastické hmoty. Kapsa 26 můžebýt na své vnější straně, popřípadě na straně přivrácené vnitřku olejové vany 20 opatřena žebry 28 pro zvýšení přestuputepla.

Axiální směr rozložení kapsy 26 je rovnoběžný s osou18 klikového hřídele 16 . Délka kapsy 26 v axiálním směru závi-sí na požadovaném nebo potřebném tepelném výkonu topného tě- 10 lesa 22· Délka může zaujímat téměř celou délku olejové vany 20. Kapsa 26 však může být v axiálním směru i kratší, na-příklad proto, aby před ní byl ponechán prostor pro olejovéčerpadlo nebo systém sání pro neznázorněný olejový oběh spa-lovacího motoru 22.

Topné těleso 22 samotné, které je z části schematickyznázorněno na obr. 2, sestává v podstatě ze základního dílu30, z v podstatě válcového plamence 32, který z něho vyční-vá a z pláště 34 z kovu, který plamenec 32 obklopuje. Zák-ladní díl 30 obsahuje v podstatě dmychadlo spalovacího vzduchu,popřípadě palivové čerpadlo (které ovšem může být uspořádánoi odděleně), spalovací komoru na přechodu do plamence 32,spínač přehřátí, který je spojen s teplotním čidlem ve spa-lovací komoře, a elektrické zapalování ve spalovací komoře,přičemž tyto elementy nejsou nijak zvlášt vyznačeny.

Plamenec 32 je na čelní straně vzdálené od základníhodílu 30 otevřený. V podstatě válcový plášt 34 je na svémkonci u otevřeného konce plamence 32 uzavřen. Horké spalinyproudí plamencem 32 axiálně dopředu a potom prstencovým pros-torem mezi plamencem 32 a pláštěm 34 axiálně zpět. Opouštějítopné těleso 22 odváděcím potrubím 36.

Mezi celým pláštěm 34 tvaru hlubokého kalíšku a celou 11 kapsou 26 tvaru hlubokého kalíšku se nachází prostor 38 , kte-rým proudí chladicí kapalina spalovacího motoru 2, přičemžje schematicky nazaínčeno její přívodní potrubí 40 a odvádě-či potrubí 4 2. Aby bylo dosaženo proudění tímto prostorem38, může být tento prostor 38 dále rozdělený napříkladaxiální dělicí stěnou 44 , v obr. 1 pod rovinou zobrazenía v obr. 2 nad rovinou zobrazení, která končí axiálně vpře-du tam, kde končí i plást 34. Tímto způsobem proudí chladicí kapalina v obr. 1 vlevé polovině prostoru 38 dopředu, kde přejde z levé polo-viny do pravé poloviny a proudí na pravé straně, podleobr. 1, axiálně zpět. Analogicky by semohlo uskutečnit i dopředně proudění v horní polovině prostoru 38 a zpětnéproudění ve spodní polovině prostoru 38 . Další možnostispočívají ve vhodném vedení proudu, například směrem dopře-du celým prostorem 38 a zpět zvláštním vedením.

Spaliny z topného tělesa 22 předávají největší částsvého tepla pláštěm 34 chladicí kapalině proudící prostorem38 a chladicí kapalina odevzdává alespoň část svého teplastěnou kapsy 26 mazacímu oleji v olejové vaně 20. Základní díl 30 a plást 34 jsou opatřeny přírubami,které jsou pomocí společného upínacího prstence 46 při- 12 pevněny na odpovídající vnější přírubě 48 olejové vany20. Plást 34 je na vnitřní a/nebo vnější straně opatřenvyvýšeninami nebo žebry 50, provedenými například ve forměšroubovice, aby proudění plynu nebo kapaliny příslušnýmprostorem dostalo turbulentní chrakter a tím by se zvýšilpřenos tepla.

Alternativně je možno neopatřovat olejovou vanu 20kapsou 26 , nýbrž pouze ponechat vhodný otvor na zadní stra-ně olejové vany 20. Do tohoto otvoru se může největší částísvé délky topné těleso 22 vložit, přičemž v tomto případěmá topné těleso 22 vnější plášt v podstatě podobný vpředupopsané kapse 26. Tento vnější plášt je těsně, proti uniká-ní kapaliny, připojen na olejovou vanu 20, například pomocípříruby.

Znázorněné řešení má tu výhodu, že olejová vana 20nemá žádné potenciální místo prosakování.

Když si kupec motorového vozidla nepřeje žádné přídav-né topné těleso 22, je možno buď popsanou olejovou vanu20 přesto použít, přičemž u znázorněné varianty jednodušezůstane vnitřek kapsy prázdný nebo u popsané, neznázorněné 13 varianty se otvor uzavře víkem. Pro tento případ je všaktaké možno vestavět obvyklou olejovou vanu 20 bez vyboule-ní 24 . Dále je možno použít kapsu 26 i bez topného tělesa22 tak, že je opatřena kanály, kterými proudí chladicíkapalina spalovacího motoru 2_, aby tímto způsobem, ve fáziohřevu spalovacího motoru 2., bylo dosaženo rychlého ohřátímazacího oleje a aby při provozu spalovacího motoru 2 svysokým výkonem se chladil mazací olej chladicí kapalinouspalovacího motoru 2·

Na obr. 3 je znázorněn přednostní příklad toho, jakmůže být topné těleso 22 integrováno do chladicího oběhuspalovacího motoru 2· Jde o provedení, u něhož topné těleso22 nemá žádné vlastní čerpadlo kapaliny, a u něhož je uprave-no pro chladicí kapalinu spalovacího motoru 2 elektrickypoháněné oběhové čerpadlo 52.

První část celého oběhu chladicí kapaliny spalovacíhomotoru 2 sestává v podstatě z oběhového čerpadla 52, kteréje na výstupní strně přes vedení 76 připojen na průchozíprostor chladicí kapaliny ve splaovacím motoru 2> 2 vedení54, které je uspořádáno od druhého konce průchozítoho pros- 14 toru chladicí kapaliny ke chladiči 56, vystavenému prouduvzduchu, který je umístěn v přední části vozidla, z dalšíhovedení 58, které vede od chladiče 56 zpět k oběhovému čer-padlu 52 a z obtokového vedení 60 vedeného mimo chladič56, které vede od vedení 54 k vedení 58. Na začátku obtoko-vého vedení 60 je vestavěn termostatický ventil 62, kterýpři studeném spalovacím motoru 2 vede chladicí kapalinuobtokovým vedením 60 a při zahřátém spalovacím motoru 2chladičem 56.

Druhá část oběhu chladicí kapaliny obsahuje v podstatěprvní vedení 64 , výměník 66 tepla pro vnitrní prostor vo-zidla a druhé vedení 68. První vedení 64 je připojeno pomo-cí T - kusu na popsané vedení 54 blízko spalovacího motoru 2. Druhé vedení 68 je, kousek ve směru proudění, rovněžpomocí T - kusu připojeno na vedení 54. Když je ventil70 topení, uspořádaný ve druhém vedení 68, otevřený, protékávýměníkem 66 tepla část chladicí kapaliny, čímž se vnitřníprostor vozidla ohřívá. Zpětný ventil 72 určuje směr prou-dění vedením 68 . Třetí část chladicího kapalinového systému vede odregulačního ventilu 74, který je upraven ve vedení 76, 15 k topnému tělesu 22 a odtud T -kusem do popsaného prvního vedení 64 .

Když je regulační ventil 74 nastaven ve směru zalomenéšipky 78 a topné těleso 22 není zapojeno, pracuje oběhchladicí kapaliny jako konvenční oběh chladicí kapalinybez přídavného topného tělesa 22. Když je regulační ventil74 nastaven ve směru rovné šipky 80, proudí veškerá chladicíkapalina za čerpadlem 52 nejprve topným tělesem 22 , kdese při zapojeném topném tělese 22 ohřívá. Ohřátá kapalinaproudí, pokud je ventil 70 topení otevřený, nejprve výměníkem66 tepla, takže část tepla se předává vnitřnímu prostoru vozidla.

Potom proudí chladicí kapalina obtokovým vedením 60při předpokládané odpovídající poloze termostatického ven-tilu 62 , a odtud zpět k čerpadlu 52 . Toto je jinak polohaventilu 62, při níž teplo vyroené v topném tělese 22 sloužíjednak pro předehřátí mazacího oleje v olejové vaně 20a jednak pro ohřev vnitřního prostoru vozidla přes výměník66 tepla, a sice - když člověk chce - u stávajícího spalovací-ho motoru 2.

Když je ventil 70 topení uzavřen, proudí chladicíkapalina prvním vedením 64 k vedení 54. Když je regulační 16 ventil 74 nastaven do mezilehlé polohy, rozděluje se proud chladicí kapaliny od čerpadla 52 na dva dílčí proudy, a/ to na první dílčí proud do spalovalo motoru 2 a druhý dílčíproud do výměníku 66 tepla, za předpokladu otevřeného ven-tilu 70 topení. V důsledku toho se nedostane vyrobené teplotopným tělesem 22 jen na ohřev vnitřního prostoru vozidla,nýbrž i na ohřev spalovacího motoru 2.

Tato poloha regulačního ventilu 74 je vhodná protok tomu, aby se navíc k vnitřnímu prostoru vozidla ohřívali spalovací motor 2 nejen obsahem olejové vany 20, nýbrži chladicí kapalinou. Kromě toho je vhodná tato polohapro provozní situace, kdy spalovací motor 2 neprodukujedostatečné množství tepla, například při krátkých cestáchv zimě, takže topné těleso 22 pracuje jako přídavné topení.

Takovým řešením přídavného topení přikládá přihlašova-telka vzrůstající důelžitost, zejména pro ty případy použi-tí, u nichž spalovací motor motorového vozidla neprodukujev četných fázích provozu dostačující teplo. Zejména jdepřitom o případy maloobsahových hnacích motorů, hnacíchmotorů s vysokým stupněm účinnosti a proto s malou produkcítepla a o Dieselový motory. 17

Rozumí se samo sebou, že oběh chladicí kapaliny popsa-ný podle obr. 3 je· pouze příkladným - i když rovněž před-nostním - provedením. Existuje celá rada dalších možností,jak lze vytvořit oběh chladicí kapaliny.

Když se použije topné těleso 22 s vlastním oběžnýmčerpadlem pro kapalinu přenášející teplo a konvenčně, me-chanicky poháněné oběhové čerpadlo 52 pro chladicí kapalinuspalovacího motoru _2> může se topné těleso 22 s výměníkem66 tepla vzájemně zapojit tak, že kapalina přenášejícíteplo ohřátá v topném tělese 22 proudí do výměníku 66 teplaa odtud přímo zpět do topného tělesa 22.

Nebo se může topné těleso 22 vřadit do obtoku k oběžné-mu čerpadlu 52, takže ohřátá kapalina proudí spalovacímmotorem 2, aby jej ohřála a mimo to - když je připojen - vý-měníkem 66 tepla.

Hlavní část topného tělesa 22 a kapsa 26 mohou býtprovedeny alternativně i jako lehce kónické s průměremdopředu se zmenšujícím. Dále je možno vytvořit kapsu tak,že část jejího obvodu jemu je přímo integrována do stěnyolejové vany 20·* 18

Je nutno poukázat na to, že topné těleso 22 může býtprovedeno i jako vzduchové topné těleso. V tomto případěproudí prostorem 38 popsaným podle obr. 2 vzduch. Stejněse i zde olej v olejové vaně 20 ohřívá vzduchem proudícímprostorem 38. Vzduch vystupující z prostoru 38 a obsahujícíještě část svého tepla se může například vhánět do vnitřníhoprostoru vozidla. A konečně je nutno poukázat na to, že topná soustavapodle vynálezu je vhodná nejen pro motorová vozidla, jakoosobní auta, nákladní auta, omnibusy, lodě, stavební strojeatd., nýbrž i pro jiné oblasti použití, kde je vždy použitspalovací motor. Jako příklad jsou zde uvedeny čerpací sta-nice, elektrárny apod.

Topné těleso 22 může být výhodně provedeno na stejnépalivo, jako spalovací motor zejména na benzin nebomotorovou naftu. Může však být provedeno i na plyn.

Claims (2)

1. 7>Υ/9£·9 - 3O.7 - 19 - PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Topná soustava, zejména pro motorová vozidla, kterávyužívá odpadní teplo spalovacího motoru a která obsahujetopné těleso na kapalné palivo pro výrobu tepla nezávislena provozu spalovacího motoru nebo navíc k odpadnímu tepluspalovacího motoru, přičemž topné těleso je prostorověpřirazeno zásobnímu prostoru oleje spalovacího motoru,vyznačující se tím, že topné těleso (22) je svým hlavnímsměrem rozložení uspořádáno v podstatě rovnoběžně s osou(18) klikového hřídele (16) a výstředně, hlavně v olejovévaně (20) spalovacího motoru (2).
2. 2. Topná soustava podle bodu 1, vyznačující se tím,že spalovací motor (2) je proveden s kapalinovým chlazením a elektrickým oběhovým čerpadlem (52) pro chladicí kapalinu,a topné těleso (22) je provedeno jako topné těleso s ohře-vem kapaliny, a že topné těleso (22) je integrováno dosystému chladicí kapaliny spalovacího motoru (2), takžeu stávajícího spalovacího motoru (2) může oběhové čerpadlo(52) čerpat chladicí kapalinu topným tělesem (22). Topná soustava podle bodu 1 nebo 2, vyznačující * : : > J í Xj J ; o o ý íi f __ O f Lf * t *) > í 5 -- > · <z £· co 1 to 1 > > í o ? í i -- -- · ....... ~ í ř 20 se tím, že oběh mazacího oleje spalovacího motoru (2) jevybaven elektrickým olejovým čerpadlem, takže stávajícíspalovací motor (2) je možno ohřívat pomocí přečerpávanéhomazacího oleje ohřátého topným tělesem (22).