DD141551A1 - Waermetauscher im oelsammelraum einer brennkraftmaschine angeordnet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf wassergekühlte Brennkraftmaschinen Ziel ist es, einen materialsparenden, kostengünstigen Wärmetauscher zu schaffen. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mit dem ölsammelraum organisch verbundenen, öldrucklos arbeitenden Wärmetauscher mit höherem Wärmeaustausch zu realisieren. Eine ölwanne ist so unterteilt, daß mehrteilige Medienräume entstehen, über die der Austausch mittels Wärmerohre vom drucklosen ölsammelraum zu unterschiedlichen Medien erfolgt. Der angeordnete Wasserraum wird zur weiteren Intensivierung des Tauscherprozesses als zweiter Ueizraura funktioniert. Durch die Gestaltung können separate /Anordnungen von Wärmetauschern im Kreislauf entfallen; auch bisher verwendete materialintensive Tauschereinsätze entfallen. Anwendungsgebiet: öl»Tiasser-Wärmeübertrager. - Fig.1 -

Description

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a) Titel

Wärmetauscher im Ölsammelraum einer Brennkraftmaschine angeordnet^

b) Anwendungsgebiet. . Brennkraftmaschinen, aufgeladene Brennkraftmaschinen

c) Charakteristik bekannter technischer Lösungen

Es ist bei Brennkraftmaschinen allgemein bekannt, Wärmetauscher separat innerhalb des Schmierölkreislaufes auf der Druckseite anzuordnen und den Wärmeaustausch über sogenannte Rohrbündelkühler vorzunehmen. Während der RohrbUndelkühler von einem zu kühlenden Medium durchströmt wird, ist der Umgebungsraum, in dem der Rohrbündelklihler angeordnet ist, von einem Kühlmedium durchflossen und beaufschlagt. Nachteilig sind bei dieser Lösung ein relativ großer Werkstoffeinsatz, eine aufwendige Fertigung zur Herstellung des Rohrbündelkühlers, Verzugsspannungen und Rißbildungen hervorgerufen durch Schwingungen während des Motorbetriebes. Es ist weiterhin bekannt, einen Wärmetauscher in separater, kompakter Bauform in einem zweigeteilten Gehäuse auszuführen und den ¥/ärmeaustausch über Wärmerohre an einer Stelle im Kreislauf auf der Druckseite zwischen Motor und Kühler vorzunehmen (DE OS 2 656 030). Der Nachteil dieser Lösung begründet sich im Nichterfassen der maximal beaufschlagten Betriebstemperatur eines zu kühlenden Mediums, einer nicht optimalen Wärmeübertragung, einem technologischen Aufwand für eine separate Baueinheit einschließlich der Leitungsführung, zwangsläufig auftretende Druckverluste und eine ungünstige Wirkung in der Kaltstartphase, so daß bei dieser Anordnung auf der Druckseite das Überdruckventil im Kreislauf den Ölstrom absteuert, noch bevor der Ölstrom den Wärmetauscher, passiert hat ο

Es ist auch bekannt, den Wärmeaustausch in einer Brennkraftmaschine mittels eines Wärmetauschers vorzunehmen, dessen Kühlkörper aus höher als breiter ausgeführten wasserführenden Durchflußquerschnitten besteht und die sich kreisevolventenförmig von innen nach außen erstrecken (DD 56 138).

Nachteilig sind hierbei sich einstellende laminare Grenzschichten, Leistungsbegrenzung der Tauscherkapazität, materialintensive Kühlereinsätze. Es sind weiterhin Maßnahmen zur Funktionsverbesserung eines Wärmetauschers gemäß DD 66 327 bekannt. Nachteilig sind die zusätzlich vorgesehenen Aufwendungen für diese Einlagen, die Länge des Kreisevolventenkanals, Druckverluste, die durch Länße_t Querschnittsform und Strömungshindernisse bestimmt sind. Es ist auch weiterhin bekannt, einen'Wärmetauscher so zu gestalten, daß evolventenförmig hohle Schaufeln mit gleichbleibendem senkrechten Abstand sich von innen nach außen erstrecken und den Wärmetauscher im Parallelstrom zum Kühlwaseerhauptkreislauf einer Brennkraftmaschine beaufschlagen und auf der Saugseite anzuordnen (DD 97 710). Nachteilig sind hierbei nach wie vor ein relativ hoher Materialeinsatz, Leitungswiderstände, Saugv/iderstände, Leistungsbegrenzung bedingt durch tauschende Kühlflächen und deshalb Nichteignung für Dieselmotoren höherer Leistung. Die begrenzte Fördermenge zur Beaufschlagung des Wärmetauschers bedingt durch Parallelstrom ist ein weiterer Nachteil*

d) Ziel der Erfindung

Ziel ist es, die bekannten Mangel zu beseitigen sowie materialsparender und kostengünstiger zu arbeiten«,

e) Wesen der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mit dem ölsamme1raum organisch verbundenen, öldrucklos arbeitenden Wärmetauscher mit höherem Wärmeaustausch zu realisieren«

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Erf indungsgemäß. wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Ölwanne mehrfach unterteilt und Trennwände .gestuft oder nebeneinander für einzelne Medienträger angeordnet werden, so daß sich, voneinander getrennte Räume ergeben, durch die Wärmerohre mit innerem Wärmeträger kommunizierend oder unterteilt geführt sind. Durch diese mehrfache Unterteilung können für den Wärmeaustausch mehrere Medien herangezogen und über diese beteiligten Medien der Wärmeaustausch insgesamt erhöht v/erden. Zur weiteren Intensivierung des Wärmeaustauschprozesses wird der Verdampfungsv/ärme aufnehmende Wasserraum neben dem Ölraum als zweiter Heizraum benutzt. Das v/ird erreicht, indem die Wärmerohre gestuft vorgesehen werden. Eine derartige Anordnung gestattet außerdem, die Außendurchmesser zwischen den Verdampfung swärme abführenden Medienräumen unterschiedlich auszuführen, so daß eine Dosierung des Wärmeaustausches und die Anpassung der tauschenden Oberflächen zur Übertragung möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, bei den übereinander angeordneten Medienräumen vorzugsweise eine senkrechte Anordnung der Wärmerohre vorzunehmen, da für diesen Pail die Kapillarkraft durch die Schwerkraft unterstützt, somit die Kapillarstruktur der Wärmerohre vereinfacht werden kann und ein sicherer Wärmetransport gegeben ist. Durch die gewählte Anordnung der Wärmerohre gegenüber dem Ölspiegel wird auf Druck- bzw. Saugbetrieb verzichtet, so daß Druckverlujjte oder Saugwiderstände sowie weitere schädigende Einflußfaktoren, die bisher einen Wärmeaastausch, einen Öltransport etc. erschwerten, entfallen. Durch die Ausgestaltung und Anordnung im Öls amineIraum der Ölwanne werden Maximaltemperaturwerte erfaßt und eine materialsparende Konstruktion erreicht»

Durch die isotherme Verbindung der Medienräume wird der Austausch im Anfahrzustand der Brennkraftmaschine .günsti-

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ger beeinflußt, so daß ein darauf beruhender Wärmeaustausch vom Wasser zum Öl schneller -vollzogen wird«

Statischer Zustand

Im statischen Zustand herrscht bezogen auf den Wärmehaushalt einer Brennkraftmaschine Gleichgewicht«

Dynamischer Zustand ·

Während des Betriebes einer Brennkraftmaschine wird an das Öl, das sich im Ölraum der Ölwanne sammelt, eine bestimmte Energie übertragene Ein weiterer Energieanteil von der Energiegesamtbilanz der Brennkraftmaschine wird an das Kühlwasser übertragen. Der.. Wärmeaustausch zwischen diesen Medienträgern im Betriebszustand wird erfindungsgemäß über die M*edienträger auf kurzem Wege und mit Anordnung der Wärmerohre über diese Medienräume' wirksam vollzogen. Im Anfahrzustand erfolgt der Wärmeaustausch vom

er sich schneller erwärmenden Kühlwasser zum 01, während sich ' nach dem Angleichen von Öl- und Wassertemperatur in umgekehrter Richtung vollzieht. Bei diesem Prozeß wird die Temperaturdifferenz zwischen den Medien gegenläufig bis auf ein Minimum angeglichen.

f) Ausführungsbeispiel

Zur näheren Erläuterung der Erfindung·wird'auf Zeichnungen verwiesen, auf denen Ausführungs-beispiele dargestellt sind. In den Piguren 1 und 2 ist ein Wärmetauscher mit mehreren Medienräumen dargestellt. Die !Figur 2 zeigt dabei den Schnitt von Figur 1 um 90 ° versetzt,

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Die Ölwanne'! und der sie umgebende Raum 2 wird so unterteilt, daß sich mehrere Medienräume, ζ. B₀ Ölraum 3» Wasserraum 4$ Luft- oder weiterer Medienraum 5 ergeben. Das von der Brennkraftmaschine zurückfließende Öl erfaßt an dieser Primärstelle alle Temperaturwerte der Schmierstellen au einem durchschnittlichen Maximalwert. Damit ist auf den Schmier- und Kühlkreislauf bezogen der günstigste Be-

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zugspunkt, do ho der effektivste Arbeitspunkt herangezogen, der kürzeste Weg erfaßt und Kurzschluß für den Wärmeaustauschprozeß hergestellt* ·

Die für den Wärmeaustausch vorgesehenen Wärmerohre 6 werden ausgehend vom temperaturbeaufschlagten Ölraum 3 über den Wasserraum^durch die Trennwände 13, 14 bis zum Luft- und weiteren Medienraum 5 hinreichend durchgeführt. Weiterhin werden zusätzlich Wärmerohre 8 vom beaufschlagten Wasserraum 4 zum bereits definierten Luft- oder weiteren Medienraum 5 durchgeführt. Durch diese Anordnung .wird Wasserraum 4, der gegenüber Ölraum 3 thermisch niedriger beaufschlagt ist, nicht nur zum Kühlraum sondern auch zum Heizraum 7 für Luft- oder weiteren Medienraum 5·

Der Außendurchmesser dieser zusätzlichen Wärmerohre 8 wird gegenüber den Wärmerohren 6 größer ausgeführt, so daß die spezifisch wirkende Fläche vergrößert und der Wärmeaustauschprozeß weiter^intensiviert und variiert werden kann·

Die Kühlwirkung von Medienraum 5 kann durch Beaufschlagung von Gebläse-oder Fahrtwind bei entsprechend geschlossener oder offener Bauform weiter unterstützt werden» Figur 2 zeigt Medienraum 5 in offener Bauform·

Die Figur 3 zeigt eine modifizierte Ausführung eines Wärmetauschers, wobei die Heiszone der Wärmerohre im Öl-'sumpf (9) liegt.

Figur 4 zeigt die liegende Anordnung des Wärmetauschers im ölsumpf (9) und im b'lnebel-durchsetzten Raum (12) der Ölwanne 1 zum Wasserraum 4 und Luft- oder weiteren Medienraum 5·. Der Wasserzu- und -ablauf erfolgt über die Anschlüsse (10).

J'igur 5 'zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung in der Weise, daß die Wärmerohre 6 liegend und kommunizierend über Ülraum 3> Wasserraum 4» Medienraum 5 ausgebildet

Pigur 6 und Figur 7 zeigen eine V/ärmetauscherkombination vom Ölraum 3 sum angeflanschten Gebläselufträum 11 bzw. zum Luft- oder B/Iedienraum 5.

Die Befestigung des Wärmetauschers erfolgt vorzugsweise durch Anflanschung von außen, indem Einsätze vorzugsweise durch Anflanschung befestigt werden·

Claims (4)

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   Erfindungsansprüohe

   · Wärmetauscher, im Ölsammelraum einer Brennkraftmaschine angeordnet, dadurch gekennzeichnet, daß mehrfach stufenförmig unterteilte Medienräume (3, 4, 5) Wärmerohre (6, 8) aufnehmen, die sich über die Medienräume erstrecken und zur Intensivierung des Wärmeaustausches Wasserraum (4) als Verdampfungswärme abführender Raum gegenüber dem Ölraum (3) und als zweiter Heizraum .(7) gegenüber Luft- oder weiterem Medienraum (5) vorgesehen ist.
2. 2· Wärmetauscher nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (6) im Ölraum (3) drucklos beaufschlagt werden·
3. 3, Wärmet aus eher nach den Punkten 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserraum (4) Wärmerohre fj, 8) unterschiedlichen Durchmessers aufnimmt,
4. 4· Wärmetauscher nach den Punkten 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarstruktur der Wärmerohre . (6, 8) durch vorzugsweise senkrechte Anordnung vereinfacht und die Kapillarkraft durch die Schwerkraft unterstützt ist.

   Zeichnungen