DE2736898A1

DE2736898A1 - IC engine cooling system - uses exhaust to accelerate radiator airflow through coaxial exhaust and air flow ducts

Info

Publication number: DE2736898A1
Application number: DE19772736898
Authority: DE
Inventors: Hans Karl Dr Leistritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-16
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1979-03-01

Abstract

In an IC engine the air flow through the cooling radiator is energised by mixing with the exhaust of the engine. The air is moved e.g. by being fed into the exhaust duct in the direction of the exhaust flow. The exhaust duct is a circular section ceramic duct (5) having radially inward ribs (15) supporting the duct on a coaxial extruded aluminium tube (2) having hollow radially outward ribs (22) through which the air is ducted. The tube itself is supported on an extruded aluminium spine (21).

Description

lusatzpatentanmeldung zu P 27 18 944.2 (lei N 775)Additional patent application for P 27 18 944.2 (lei N 775)

Bezeichnung : Technologische Einheit des Kühlsystems bei Brennkraftmaschinen.Designation: Technological unit of the cooling system in internal combustion engines.

Beschreibung In der Patentanmeldung P 27 18 944.2 ist der Erfindungsgedanke des in seinem Luftdurchsatz durch Abgasinjcktion betriebenen Innenkühlrohres in den konstruktiven Zusammenhang des bei einer Brennkraftmaschine ablaufenden thermischen Prozesses ("TTR-System" einschließlich Abgasreinigung) und den weiteren Zusammenhang eines rationellen Fertigungsprozesses (Alu£niniuin-;jtrangpreßtechnik) gestellt worden. Diese Zusatzanmeldung nimmt eine Erweiterung des Anwendungsbereiches dieser Gedankengänge auf die Gesamtheit der bei der Brennkraftmaschine notwendigen Külffprozesse vor. Description In the patent application P 27 18 944.2 is the idea of the invention of the internal cooling pipe operated in its air throughput by exhaust gas injection in the constructive relationship of the thermal taking place in an internal combustion engine Process ("TTR system" including exhaust gas cleaning) and the wider context a rational manufacturing process (Alu £ niniuin-; jtrangpreßtechnik) provided been. This additional application extends the scope of this Thoughts on the entirety of the cooling processes necessary in the internal combustion engine before.

Dabei werden zahlreiche Herstellungsvolteilc u.a. dadurch erreicht, daß dic utzung der Strömungsenergie des aus dem Motor ausgestoßenen Abgases zu Erzielung des Luftdurclisatzes innerhalb der Kühlgruppen z.B. den Ventilator überflüssig macht, dessen Leistungsbedarf bekannter Weise bei wassergekühlten Rotoren bis zu 5 % der Motorleistung und bei luftgekühlten Motoren bis zu 10 % der Motorleistung beträgt. Die Nutzung der Strömungsenergie des Abgases erfolgt entweder in der Weise, daß einer oder mehrere Abgastreibstrahlen in die Austrittsrichtung einer luftführenden Leitung Abgas einbringen (bezeichnet als Abgasinjektion), oder in der Weise, daß aus einer luftführenden Leitung ein Rohr in die stromabwärtige Richtung einer Abgasleitung hineinragt (bezeichnet als Luftejektion). Letzteres Verfahren wird in der Regel dort angewendet, wo der Schalldämpfungsprozeß des Abgases noch nicht beendet ist, weil andernfalls die Luftleitung zur Geräuschquelle würde. Daneben gibt es ein drittes Verfahren die Zusammenführung der Abgas- und Luftleitungen in einer gemeinsamen Gasführungsleitung. Die Figur 4 zeigt dies beim Endstück eines Schlußschalldämpfers (Zusammenführung der Leitungen 13( Luft und 10 (Abgas).Numerous manufacturing parts are achieved by, among other things, that the use of the flow energy of the exhaust gas emitted from the engine to achieve the air flow rate within the cooling groups, e.g. makes the fan superfluous, its power requirement is known to be up to 5% of the water-cooled rotors Motor output and for air-cooled motors up to 10% of the motor output. The use of the flow energy of the exhaust gas takes place either in such a way that one or more exhaust gas propulsion jets in the exit direction of an air-carrying one Introduce pipe exhaust gas (referred to as exhaust gas injection), or in such a way that from an air-conducting line a pipe in the downstream direction of an exhaust line protrudes (referred to as air ejection). The latter procedure is usually used used where the exhaust gas silencing process has not yet ended, because otherwise the air duct would become a source of noise. There is also a third Process the merging of the exhaust and air lines in one joint Gas duct. FIG. 4 shows this in the case of the end piece of a rear silencer (Merging of lines 13 (air and 10 (exhaust gas).

Der durch die Einführung des Strangpreßverfahrens mit Aluminiumformteilen erreichte Vorteil ist mehrfach. Einerseits sind auf einfache Art Bündel von querschnittsengen Leitungen im geschlossenen Formteil eines Materialblocks realisierbar, ohne daß es eines Röt-pder Schweißvorgangen bedarf, andererseite ist eine größere Druckfestigkeit erreichbar, sodaß problemlos ein Ölkühlsystem, bei dem Spitzendrücke bis 20 bar auftreten, integriert werden kann. Schließlich kommt hinzu, daß Aluminium-Strangspreßteile neben dünnen Wandstärken keiner zusätzlichen Oberflächenbearbeitung bedürfen und auch in dieser Hinsicht Druckgußteile wesentlich übertreifen.The result of the introduction of the extrusion process with aluminum moldings achieved advantage is multiple. On the one hand, there are bundles of cross-sectional constrictions in a simple manner Lines in the closed molded part of a material block can be implemented without it requires a reddening of the welding process, on the other hand there is a greater compressive strength achievable, so that an oil cooling system with peak pressures of up to 20 bar is problem-free occur, can be integrated. Finally, there are also extruded aluminum parts in addition to thin wall thicknesses, do not require any additional surface treatment and also in this respect significantly outperform die-cast parts.

In der Gesamtanlage erfolgt darüber hinaus eine Verwirklichung verbundtechnischer Überlegungen. Sie wurden bereits in Anspruch 2 von P 27 18 944.2 bezeichnet : wie die dortige Figur 1 erläutert, kann das mit einfachem oder mehrfachem Hohlkammermantel versehene Innenkühlrohr im Verbund mehrerer Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen so ausgeführt werden, daß deren formschlüssiges Anliegen die verschiedenen Gasführungsleitungen bildet. In der Regel wird eine Zentralleitung mit festem Abschlußdeckel als Montage-Leitschiene verwendet. Die hier beigefügte Schemazeichnung Figur 1 zeit beispielsweise ein Aluminiumstranspreßteil 21 mit angesetzten Hohlrippen 26, über welcher ein weiteres Aluminiumstrangpreßteil 2 mit äußeren Hohlrippen 22 gezogen ist, welche in einen Gasführungsraum reichen, der außen durch ein Keramik-Strangpreßteil 5 ummanteil wird, das mit seiner Durchrippen 15 am Formteil 2 anliegt. Sofern die Keramischen Verhältnisse es gebieten, Ausdehnungsfaktoren zu berücksichtigen, empfiehlt sich die Anordnung der Keramischen Bauelemente in Inneren des Bauteils und dessen äußere Ummantelung durch die metallischen Formteile.In addition, there is a realization of composite technology in the overall system Considerations. They were already referred to in claim 2 of P 27 18 944.2: how the figure 1 there explained, this can be done with a single or multiple hollow chamber jacket provided internal cooling tube in a combination of several components made of different materials be designed so that their form-fitting concern the various gas ducts forms. As a rule, a central line with a fixed cover plate is used as an assembly guide rail used. The attached schematic drawing Figure 1 shows, for example, an aluminum extrusion 21 with attached hollow ribs 26, over which another aluminum extrusion 2 is drawn with outer hollow ribs 22, which extend into a gas guide space, the outside by a ceramic extrusion 5 is ummteile, which with its ribs 15 rests on the molded part 2. If the ceramic conditions dictate, expansion factors the arrangement of the ceramic components in Inside of the component and its outer casing by the metallic molded parts.

Die beigefügte Figur 2 ist eine Erweiterung der Figur 2 in P 27 18 944.2, welche innerhalb einer Hohlkammermantels kreisrunde Hohl innen ausweit, in denen insbesondere der Luftdurchsatz vor si@ cht. Die Figur 2 dieser @@@@ltung zeigt diese kreisrunden Gasführungsleitungs sowohl innerhalt@ @ @@@ Des Ringraumes @@ (Leitungen @@) wie innen @@ de@ Figur @@ Ringraumes 11 (Leitungen 11). Ein Unterschied beuteile @@ die Leitungen 22 den Ringraum 30 ganz durchqueren, während die Leitungen 15 dies innerhalb des Ringraumes 11 nur teilweise bewirken. Die Wandung 26 der Innenleitung 14 kann Bestandteil des stranggepreßten Formkörpers sein oder aber, wie die i4'igur3mit der Leitung 26 zeigt, verbunden mit einem Abschlußdeckel 38 die Montage-Leitschiene für die aufgesteckten Strangpreßteile 2 und 5 darstellenw welche mit ihren Ringwandungen 2 und 5 rundhermn in Ausnehmungen der Deckel 38 und 39 eingreifen. Deren Befestigung erfolgt durch hohle Rohrs-tücke 32 und 33, die mit konischem Gewinde (außen) die Innenleitungen 15 und 22 dicht an die Deckel pressen. im Beispielsfall der Figur 3 empfiehlt es sich, wegen der Einfügung der Durchtrittsöffnungen 35 zwei verschiedene Strangpreßteile übereinanderzustecken, da andernfalls deren Bohrung schwierig wäre. Die Rohrstücke 32 und 33 stellen zugleich eine Fortsetzung der Leitungen 15 und 22 der Preßteile dar. Mit ihnen erfolgt außerdem in die weiterhin je nach Konstruktionszusarilmenhang vorgesehenen funktionellen Räume der Übergang von Luft, Abgas, Ül oder sonstiger flüssiger Medien wie Wasser. The attached FIG. 2 is an extension of FIG. 2 in P 27 18 944.2, which inside a hollow chamber jacket expands circular hollow inside, in who pay particular attention to the air flow rate. Figure 2 of this @@@@ ltung shows this circular gas guide line both inside @ @ @@@ of the annulus @@ (Lines @@) as inside @@ de @ figure @@ annulus 11 (lines 11). A difference beuteile @@ the lines 22 completely traverse the annulus 30 while the lines 15 only partially effect this within the annular space 11. The wall 26 of the inner line 14 can be part of the extruded molded body or but, as the figure shows with the line 26, connected with a cover 38 represent the assembly guide rail for the attached extruded parts 2 and 5 which with their ring walls 2 and 5 rundhermn in recesses of the cover 38 and 39 intervene. They are fastened by means of hollow pipe sections 32 and 33, the Press the inner lines 15 and 22 tightly against the cover with a conical thread (outside). in the example of FIG. 3, it is advisable because of the insertion of the passage openings 35 two different extruded parts on top of each other, otherwise their Drilling would be difficult. The pipe sections 32 and 33 are also a continuation the lines 15 and 22 of the pressed parts. With them also takes place in the further the transition, depending on the functional spaces provided, depending on the construction of air, exhaust gas, oil or other liquid media such as water.

Nach dieser mehr formalen Beschreibung des bzw. der Baukörper ist der funktionelle Zusammenhang zu beschreiben, in welchen sie eingeordnet sind. Wurde in der Bezeichnung dieser Ziisatzanmeldung der Gesichtspunkt der tecimologischen Einheit des Kühlsystems zum Ausdruck gebracht, so wäre sachlich folgendermaßen zu ergänzen : Technologische einheit des Kühlsystems bei Brennkraftmaschinen unter Nutzung aller strömungsaktiven Prozesse im Ladungswechsel (Ansaugseite und Abgasseite) und außerhalb desselben (wie fahrtwind und hermik). Die konkrete Beschreibung des funktionellen Zusammenhang am Beispiel der Figuren 2, 3 und 4 macht das deutlich.According to this more formal description of the building structure is describe the functional context in which they are classified. Became In the designation of this supplementary application, the aspect of the tecimological Unity of the cooling system expressed, it would be factually as follows add: Technological unit of the cooling system in internal combustion engines under Use of all flow-active processes in the gas exchange (intake side and exhaust side) and outside of it (like wind and hermik). The concrete description of the The functional relationship using the example of FIGS. 2, 3 and 4 makes this clear.

Bei der Anwendung an einem wassergekühlten rotor mit Blumpenumlaufkühlung ist die Öffnung bzw. Leitung 36 (Figur 3) der Wasserzulauf vom motor und die Leitung 37 der Wasserrücklauf. Das Kühlwasser vollzieht eine erste Wärmeabgabe an das die Leitung 14 durchquerende Innenkühlrohr 4. Durch die Lochungen 34 erfolgt der Wasserdurchfluß durch den Ringraum 30, von dort durch die Lochungen 35 durch den Ringraum 11 und aus diesem der Rückfluß in den Wassermantelraum des ilotors. Beide Ringräume (30 und ii) werden von einem Bündel von Innenkühlrohren (22 und 1 5 ) durch quert, deren eine Öffnung dem Fahrwind zugewendet isz bzw. in irgendeiner Form von ihm beaufschlagt wird. Für die Anordnung des Kühlluftausliufs gibt es fiir alle Leitungen (4, 15, 22) die folgenden Möglichkeiten : einfacher Austritt in die freie Atmosph'ire, Anschluß einer Leitung oder aller an ein Innenkühlrohr mit einer Förderung des Luftdurchsatzes durch Abgasinjektion, Einfügung einer Leitung oder aller in ein Abgasaustrittsrohr größeren Querschnitts (Luftejektion) oder Zusammenfassung einer oder aller Kühlluftleitungen am Ende der Abgasleitung mit dieser in einen1 kürzcreii Wegstreckenbereich in einer gemeinsamen Gasführungsleitung (Beispiel: Figur 4 bei den Leitungen 13 und 10).When used on a water-cooled rotor with pump circulation cooling the opening or line 36 (Figure 3) is the water inlet from the motor and the line 37 the water return. The cooling water makes a first heat transfer to the Line 14 traversing internal cooling pipe 4. Through the perforations 34 takes place the Water flow through the annular space 30, from there through the holes 35 through the Annular space 11 and from this the reflux into the water jacket space of the ilotors. Both Annular spaces (30 and ii) are made up of a bundle of internal cooling tubes (22 and 1 5) through, one opening of which is facing the wind or in any Form is acted upon by him. There are fiir for the arrangement of the cooling air outlet all lines (4, 15, 22) the following options: simple exit into the free atmosphere, connection of a line or all to an internal cooling tube with a Promotion of the air flow through exhaust gas injection, insertion of a line or all in an exhaust gas outlet pipe of larger cross-section (air ejection) or summary one or all of the cooling air lines at the end of the exhaust gas line in one 1 Short distance range in a common gas duct (example: Figure 4 for lines 13 and 10).

Wie indessen aus der Beschreibung Seite der Anmeldung P 27 18 944.2 ersichtlich ist direkt hinter dem Motorauslaß aus verschiedenen Gründen eine thermisch abfallende Abgasführung erforderlich, deren Intensität dadurch steigerbar ist, daß die Kühlluftleitungen 15 und 22 anschließend durch den ersten Entspannungsraum des Motorabgases hindurchgeführt werden. Da sie dort eine erhebliche Wärme aufnehmen, ist es in der Regel geboten, sie der freien Atmosphäre danach zuzuführen. Durch ein querschnittsengeres Abgasinjektionsrohr kann bei diesen Kühlluftrohren stromabwärts auch für fahrwind Lose Betriebszustände Luftdurchsatz gesichert werden. Auch durch Luftinjektion in die aus ctem Entspannungsraum herausführende Abgasleitung ist dies möglich. Das sinu aber je nach dem thermischen Gesamtverhältnissen Entscheidungen von Fall zu Fall. Es trifft letzteres auch dafür zu, ob die Leitung 4 dem beschriebenen Gesichtspunkt zugeordnet wird oder ob sie unter Umgehung der Abgas-Entspannung8-raum-Kühlung erst innerhalb von Folgeräumen der Abgasanlage mittels Injektion oder Ejektion eine Durchsatzförderung erfährt.As, however, from the description page of the application P 27 18 944.2 one can see a thermal one directly behind the engine outlet for various reasons sloping exhaust gas routing required, the intensity of which can be increased in that the cooling air lines 15 and 22 then through the first relaxation space of the Engine exhaust gas are passed through. Since they absorb a considerable amount of heat there, it is usually advisable to release them into the open atmosphere afterwards. By an exhaust gas injection pipe with a narrower cross-section can be installed downstream in these cooling air pipes Air throughput can also be secured for Fahrwind Loose operating states. Also through This is the air injection into the exhaust pipe leading out of the relaxation room possible. That sinu, however, decisions depending on the overall thermal conditions case by case. The latter also applies to whether the line 4 corresponds to the one described Aspect is assigned or whether it bypassing the exhaust gas expansion8-room cooling only within subsequent rooms of the exhaust system by means of injection or ejection Experiences throughput promotion.

ist in die Abgasanlage ein Abgasreinigungssystem integriert, wird der Luftdurchsatz insbesondere mit dessen Luftzulaufstrecken bzw. dessen Kühlstrecken kombiniert, wie andernorts dargestellt.If an exhaust gas cleaning system is integrated in the exhaust system, it will be the air throughput, in particular with its air inlet sections or its cooling sections combined as shown elsewhere.

Es hängt von der Auslegung des Wasserkühlungsblocks gemäß Figur 3 ab, ob die Durchlaufleitungen 15 und 22 ganz oder teilweise dafür zusätzlich verwendet werden können, auch als Abgas-, Ansaugluft- bzw. Öldurchflußleitungen verwendet zu werden. Bei Wasserfahrzeugen bestehen hierfür besondere Möglichkeiten, was nicht näher beschrieben werden muß. In jedem Fall kann durch besonders intensive Aussenverrippung (31) die Wärmeabgabe durch Thermik, an Fahrwind oder umfliessende flüssige Medien gesteigert werden. Auch die Auslegung der Leitung 4 und ihre eventuelle Verwendung für einen der beschriebenen Zwecke, mit und ohne Aussen. bzw. Innenrippen, ist in jedem neuen Anwendungsfall neu zu überlegen bzw. geeignet in das "Schaltungssytem" einfügbar.It depends on the design of the water cooling block according to FIG. 3 from whether the flow lines 15 and 22 are also used in whole or in part for this purpose can also be used as exhaust, intake air or oil flow lines to become. In the case of watercraft, there are special possibilities for this, which is not must be described in more detail. In any case, particularly intensive external ribs (31) the heat dissipation through thermals, wind or flowing media can be increased. Also the design of the line 4 and its possible use for one of the purposes described, with and without outside. or inner ribs, is in to reconsider each new application or suitable in the "circuit system" insertable.

Je nach dem Kühlungsgrad der Abgase ist in Folgeräumen des ersten Entspannungsraumes, wenn nicht bereits in diesem selbst, eine Verwendung keramischer Gasführungselemente (82 in Figur 4) bzw. von Strangpreßteilen aus Aluminium (81 in Figur 4) möglich.Depending on the degree of cooling of the exhaust gases, the first one is in subsequent rooms Relaxation room, if not already in it, a use of ceramic Gas guide elements (82 in Figure 4) or extruded parts made of aluminum (81 in Figure 4) possible.

Wird die Abgaskühlung in den Wasserkühlblock gemäß Figur 13 @ integriert, können einzelne Durchlaufleitungen des Bündels 15 oder 22 oder auch die Ringräume als schalldämpfende Elemente ausgelegt werden, sodass der Kühlblock zugleich als schalldämpfende Baugruppe erweitert wird. In diesen Falle sind bis zum Abgasaustritt am Fahrzeugende auch Kunststoffleitungen einsetzbar.If the exhaust gas cooling is integrated into the water cooling block according to Figure 13 @, can be individual flow lines of the bundle 15 or 22 or the annular spaces can be designed as sound-absorbing elements, so that the cooling block also functions as a sound-absorbing assembly is expanded. In this case are up to the exhaust gas outlet Plastic lines can also be used at the end of the vehicle.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Patent claims air-permeating internal cooling system of an exhaust system according to P 27 18 944.2 characterized in that the inner cooling pipe or several air flow pipes of this kind, the extension or combination of similar air flow cooling tubes represent, which traverse the interior or the shell space of a building, which is used in a known manner for i: iotor cooling and either by air or a liquid t; iedium such as oil or water is flowed through and either only the engine completely or partially encased or in addition to part of its coolant circulation one that is externally separated from the rotor and with it only by the Ural conduits connected building.

2. Device according to the previous claim, characterized in that gelLennzeicimet the air inlet opening (s) of the upstream cooling group faces the wind are or are acted upon by it through suitable deflections.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the upstream cooling group according to one of the claims of P 27 18 944.2 as Single or multi-ring hollow chamber cooling tube or profile is designed and circuit-related the air throughput in the central line or in one or more gas ducts the or the annular spaces is arranged.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the air flow lines are arranged as hollow ribs within the or the annular spaces (Figure 2 in P2718946: .2 or Figure 2 of this application).

5. Device according to the previous claim X, characterized in that the air flow lines (15, 22) on the inlet and outlet side through pipe sockets conical external thread (32,33) with covers (38,39) are sealingly connected, which engage with their recesses 1 in the ends of extruded aluminum parts.

O. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that within the upstream cooling device individual flow lines Other media also flow through them, such as intake air, lubricating oil or partial exhaust gas flows.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the designated engine cooling group also performs the exhaust gas cooling in its structural unit.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that an external ribbing (31) is provided.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the exhaust gas lines, which are provided according to claim 6, parts of a represent sound-absorbing concept of a known type and from such in the Enter or exit the cooling group.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that air flow promoting air injection or exhaust gas injection at least partially already takes place within the upstream cooling group unit.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that one or more of the Durelilauflinien the upstream cooling group with or without their flow zones surrounded by hot gas, a flow of fresh air for heating purposes which is separate from the rest of the circulation system.