DE2939086C2 - Vorrichtung zum Verkürzen der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verkürzen der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs I definierten Gattung.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (GB-PS 09 481) ist der Wärmetauscher an einer vom Motor entfernten Stelle vorgesehen. Dies bedeutet einen erhöhten Raumbedarf für den Wärmetauscher und dessen Zuleitungen, der — beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs — nicht immer ohne weiteres zur Verfügung steht. Die gesonderte Lagerung des Wärmetauschers ist bei einem derartigen, beträcht-

liehen Temperaturschwankungen unterworfenen Bauteil ebenfalls verhältnismäßig aufwendig. Schließlich läßt die lediglich axiale Strömung des Abgases durch den bekannten Wärmetauscher nur eine begrenzte Wärmetauschleistung zu, da der Weg, auf dem das Abgas Wärme abgeben kann, durch die Längserstrekkung des Wärmetauschers begrenzt ist. Mit der bekannten Vorrichtung ist daher der Zeitraum verhältnismäßig lang, der erforderlich ist, um die Brennkraftmaschine auf ihre optimale Betriebstemperatur zu biingen, bei der dann die mechanischen Verluste durch das zuvor noch zähere Schmiermittel, aber auch die Schadstoffemission, verhältnismäßig hoch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verkürzen der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der eine kompakte Bauweise sowohl des Wärmetauschers als auch der Anordnung des Wärmetauschers im Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig guter Wärmeübertragung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der vorausgesetzten Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die feste Anordnung des quaderförmigen Wärmetauschers mit einer Breitseite am Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine ermöglicht es, den Bauraum für die gesamte Anordnung auf ein Minimum zu reduzieren, wobei durch die feste Anordnung des hohen Temperaturschwankungen unterworfenen Wärmetauschers am Zylindergehäuse eine stabile dauerhafte Lagerung mit beherrschbaren Mitteln (etwa durch Befestigungsschrauben) erreichbar ist. Die U-förmige Führung des Abgases in dem quaderförmigen Block fördert die kompakte Bauweise und einen äußerst intensiven Wärmeübergang auf das Schmiermittel, insbesondere auch im Bereich der Umlenkung des Abgases um 180°. Die einen wesentlichen Teil des Schmiermittelkanals begrenzende, an einer Breitseite des quaderförmigen Blocks anzubringende Platte ist einfach, zum Beispiel als Gußteil, herzustellen. Sie ermöglicht in Verbindung mit den äußeren Schmiermittelkanälen sehr große Wärmeübergangsflächen zwischen dem Abgas und dem Schmiermittel, wobei die Wandungen des Abgaskanals im Wärmetauscher an keiner Stelle Wärme direkt an die Umgebung abgeben können. Dank der geschilderten Maßnahmen wird die für einen verlustarmen und schadstoffarmen Betrieb der Brennkraftmaschine günstige Betriebstemperatur sehr schnell erreicht.

Nach der vorteilhaften Weiterbildung des Anspruchs 2 läßt sich auf verhältnismäßig einfache Weise die Wärmeübergangsfläche, die einen Wärmeübergang flüssig/fest/flüssig ermöglicht, weiter vergrößern. Das schnelle Aufwärmen der Brennkraftmaschine ist dadurch noch weiter verbessert, gleichermaßen aber auch beispielsweise im alternativ möglichen Kühlbetrieb der Vorrichtung eine wirksame Kühlung des Kühlmittels.

Das Gegenstromprinzip eines Wärmetauschers läßt sich vorteilhaft mit den Merkmalen nach dem Anspruch 3 verwirklichen, während der Gegenstand des Anspruchs 4 die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Abgas und dem Schmiermittel weiter erhöht.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 intensiviert den Wärmeübergang vom Abgas zu den Wärmetauschwänden weiter, wobei mit dem Merkmal des Anspruchs 6 dieser Effekt nochmals erhöht werden kann, indem gezielt an einigen Stellen die Turbulenz des Abgasstroms erhöht bzw. gesteuert wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den bei der Vorrichtung eingesetzten Wärmetauscher mit einer mehr schematisch angedeuteten Abgasleitung einer Brennkraftmaschine und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie il-II in Fig. 1.

Von der Vorrichtung zum Verkürzen der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine ist mit 1 der Wärmetauscher bezeichnet, der einen Abgaskanal 2 und einen Schmiermittelkanal 3 aufweist. In Fi g. 1 der Zeichnung ist die Strömung des Abgases in strichlierten Strömungspfeilen dargestellt, während der Strömungsverlauf des Schmiermittels in ausgezogenen Strömungspfeilen veranschaulicht ist. Wie man der F i g. 2 besser entnehmen kann, sind der Abgaskanal 2 und der Schmiermittelkanal 3 durch gemeinsame Zwischenwände 4 bzw. 5 voneinander getrennt.

In Fig. 1 ist die Abgasleitung 6 einer Brennkraftmaschine angedeutet, von der der Abgaskanal 2 des Wärmetauschers 1 — beispielsweise durch die Drehklappe 7 — trennbar ist. In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung der Drehklappe 7 wird der Wärmetauscher 1 von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt, während in der in strichlierten Linien dargestellten Stellung die Abgase über den angedeuteten Stutzen 8 den Schalldämpfern zugeführt werden. Die Leitungen, über die die Abgase nach Durchströmen des Wärmetauschers 1 den Schalldämpfern zugeführt werden, sind nicht näher dargestellt.

In der in strichlierten Linien dargestellten Stellung der Drehklappe 7 ist der Abgaskanal 2 des Wärme Lauschers 1 mit Kühlluft beaufschlagbar. Die Frischluft kann durch eine nur schematisch angedeutete trichterförmige Erweiterung 9 aufgenommen oder auch durch ein Gebläse zusätzlich verdichtet werden.

Wie man erkennt, ist der Abgaskanal 2 allseitig von Wärmeübergangswänden, nämlich den Zwischenwänden 4 und 5 sowie der Trennwand 10 begrenzt, so daß im Wärmetauscher keinerlei Wärme von den Abgasen unmittelbar nach außen abgegeben werden kann.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abgaskanal 2 in einem im wesentlichen quaderförmigen Block 11 ausgebildet, der mit einer Breitseite an dem in strichpunktierten Linien angedeuteten Zylindergehäuse 12 der Brennkraftmaschine befestigt ist. Gemäß Fig. 2 ist die der Brennkraftmaschine zugekehrte Breitseite des Blocks 11 vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine bespült.

Der Abgaskanal 2 hat einen U-förmigen Verlauf und seine Eintrittsöffnung 13 sowie seine Austrittsöffnung 14 sind an einer Stirnseite des quaderförmigen Blocks 11 vorgesehen.

Der insbesondere in F i g. 2 erkennbare Schmiermittelkanal 3' bildet einen äußeren Schmiermittelkanal, der an die äußeren Wandungen bzw. Trennwände des U-förmigen Abgaskanals 2 angrenzt. Dieser äußere Schmiermittelkanal 3' ermöglicht insbesondere auch im Bereich der 180°-Umlenkung der Abgase einen besonders intensiven Wärmeübergang, da die Abgase hier die äußeren Wandungen besonders stark aufheizen.

Auf der der Brennkraftmaschine abgekehrten Breitseite des quaderförmigen Blocks 11 ist eine Platte 15 mit einem mäanderförmigen Schmiermittelkanal 3 angeordnet, der mit dem äußeren Schmiermittelkanal 3' in Verbindung steht und einen etwa U-förmigen, zur Breitseite des Blocks 11 hin offenen Kanalquerschniit hat. Die Zuströmöffnung !6 für das Schmiermittel befindet sich in einem angegossenen Auge 17 des Blocks 11, während die Abströmöffnung 18 in einem entsprechenden Auge 19 vorgesehen ist, das an dem Block dem Auge 17 etwa diagonal gegenüberliegt. Eine Übertrittsöffnung 20 vom äußeren Schmiermittelkanal 3' des Blocks 11 zum Schmiermittelkanal 3 der Platte 15 ist im Bereich der mit der Zuströmöffnung 16 versehenen Längsseite des quaderförmigen Blocks 11 vorgesehen. Die Zuströmötfnung 16 ist gemäß Fig. 1 an dem der Austrittsöffnung 14 des Abgaskanals 2 zugekehrten Ende der Längsseite ausgebildet. Wie man in F i g. 1 erkennt, sind im Bereich des Scheitels des U-förmigen Abgaskanals 2 weitere Übertrittsöffnungen 20' und 21 aus dem äußeren Schmiermittelkanal 3' in den mäanderförmigen Schmiermittelkanal 3 vorgesehen.

Die große Zahl von Wärmeübergangsflächen zwischen dem Abgas und dem Schmiermittel in Verbindung mit der großen Wärmeübergangsfläche zum Kühlwasser der Brennkraftmaschine gewährleisten eine sehr intensive Ausnützung der Wärme der Abgase zum Erwärmen der Brennkraftmaschine auf ihre Betriebstemperatur. Die Warmlaufphase, in der die insbesondere auch durch das zähflüssige Schmiermittel bedingten Reibungsverluste besonders hoch sind, kann dadurch deutlich verkürzt werden, so daß insgesamt eine Verbrauchsverbesserung erreicht werden kann. Arbeitet der Wärmetauscher 1 als Schmiermittelkühler, so ist der Effekt ebenfalls besonders wirksam, da einerseits das Schmiermittel vom Kühlwasser der Maschine durch die Frischluft isoliert ist und andererseits sowohl vom Schmiermittel als auch vom Kühlwasser wirksam Wärme abtransportiert werden kann.

Die Wärmeübergangsflächen vom Abgaskanjl zum Schmiermittel können noch erweitert werden wenn — wie in Fig.2 in strichpunktierten Linien angedeutet — zwischen den beiden U-Schenkeln des U-förmigen Abgaskanals 2' ein mit dem mäanderförmigen Schmiermittelkanal 3 in Verbindung stehender Schmiermittelraum 22 vorgesehen ist. Der Schmiermittelraum 22 wird dann ebenfalls von dem durch den mäanderförmigen Schmiermittelkanal 3 strömenden Schmiermittel durchflossen, wobei eine noch größere Wärmemenge vom Abgas auf das Schmiermittel übertragen werden kann.

Wie man in Fig. 2 in strichpunktierten Linien weiterhin erkennen kann, kann der Abgaskanal 2' auch in den Kanalquerschnitt gerichtete Rippen 23 aufweisen. Auf diese Weise läßt sich die Gesamtfläche vergrößern, über die vom Abgas Wärme abgegeben werden kann. Der Wärmeübergang läßt sich dabei noch steigern, wenn die Rippen 23 als Strömungsleitrippen ausgebildet sind. Auf diese Weise läßt sich eine gezielte Turbulenz des Abgasstroms erzeugen, die einen noch intensiveren Wärmeübergang bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verkürzen der Warmlauf phase einer Brennkraftmaschine, mit einem Wärmetauscher, der in aneinander angrenzenden, durch gemeinsame Zwischenwände voneinander getrennten Kanälen einerseits von dem Schmiermitte! und andererseits von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt wird, wobei der Abgaskanal von der Abgasleitung der Brennkraftmaschine trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (2) des Wärmetauschers (1) in einem im wesentlichen quaderförmigen Block (11) ausgebildet ist, der mit einer Breitseite am Zyiindergehäuse (12) der Brennkraftmaschine befestigt ist, wobei der Abgaskanal (2) ferner einen U-förmigen Verlauf hat und seine Ein- und Austrittsöffnungen (\3, 14) an einer Stirnseite des Blocks (11) vorgesehen sind, daß nuf der der Brennkraftmaschine abgekehrten Breitseite eine Platte (15) mit einem mäanderförmigen Schmiermiitelkanal (3) angeordnet ist, der einen zum Block (11) offenen Kanalquerschnitt hat, der durch die Breitseite des Blocks (II) begrenzt ist und daß zwischen den Längsseiten sowie der den Ein- und Austrittsöffnungen (13, 14) gegenüberliegenden Stirnseite des Blocks (U) und dem Abgaskanal (2) in dem Block (11) äußere Schmiermittelkanäle (3') ausgebildet sind, die mit dem Schmiermittelkanal (3) der Platte (15) in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zugekehrte Breitseite des Blocks (11) vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine bespült ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmöffnung (16) des äußeren Schmiermittelkanals (3') an dem der Austrittsöffnung (14) des Abgaskanals (2) zugekehrten Ende der Längsseite des Blocks (11) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden U-Schenkeln des Abgaskanals (2') ein mit dem mäanderförmigen Schmiermittelkanal (3) in Verbindung stehender Schmiermittelraum (22) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (2') in den Kanalquerschnitt gerichtete Rippen (23) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (23) als Strömungsleitrippen ausgebildet sind.