DE2953216A1

DE2953216A1 - Fresh water cooling system for compressed charged i.c.engines

Info

Publication number: DE2953216A1
Application number: DE792953216A
Authority: DE
Inventors: T Bjoerkqvist; P Ohlsson
Original assignee: NOHAB DIESEL AB
Current assignee: NOHAB DIESEL AB
Priority date: 1978-10-23
Filing date: 1979-10-22
Publication date: 1980-12-04
Also published as: SE7810997L; DK148544B; NO153743C; SE413427B; DK440779A; NO153743B; DK148544C; WO1980000863A1; NO793389L

Description

Nohab Diesel AB A - 6

Akersjövägen

-461 24 Trollhättan / Schweden

Prischwasser-Kühlsystem für aufgeladene Brennkraftmaschinen

In der Regel werden wassergekühlte Dieselmotoren mit Frischwasser odej¹ Süßwasser gekühlt, welches in geschlossenem Kreis durch die rund um die Zylinder des Motors angeordneten Kühlmäntel zirkuliert und anschließend einem Wärmeaustauschvorgang unterworfen wird, und zwar in einem außerhalb des Motors angeordneten Frischwasserkühler, der mit Rohwasser bzw. Salzwasser oder Ventilationsluft beaufschlagt wird.

Bei bestimmten großen aufgeladenen Motoren ist man zusätzlich zum Kühlen des eigentlichen Motors bestrebt, auch die Verbrennungsluft zwischenzukühlen, bevor sie in die Zylinder eingebracht wird. Im allgemeinen umfaßt das Kühlsystem für solche sogenannte luftzwischenke,.ühlte Motoren normalerweise einen gebräuchlichen Frischwasser-Kühlkreis für die Kühlmäntel und einen speziellen Rohwasser- oder Salzwasser-Kreis für die Luft-Zwischenkühlung. Um jedoch sämtliche Funktionen zu erfüllen, muß ein solches System eine Vielzahl von Bauteilen umfassen, die viel Platz außerhalb des Motors erfordern. Dies macht den Einbau und den Betrieb kompliziert und kostenaufwendig. Spezielle, teure Materialien und Bau-

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teile sind auch für den Rohwasser-Kreis erforderlich. Voll- ■·- ständig mit Frischwasser arbeitende Kühlsysteme sowohl für .-· die Kühlmäntel des Motors als auch für die Zwischenkühlung ;;; der Verbrennungsluft werden bereits verwendet, beispielsweise·' bei Diesellokomotiven und einigen Motoren für die Seefahrt .. und für stationäre Verwendung, jedoch stimmen diese Systeme,^] soweit bekannt, in keiner Weise mit dem im folgenden zu be--.... schreibenden erfindungsgemäßen System überein.

Die Erfindung betrifft ein Frischwasser-Kühlsystem für aufgeladene Brennkraftmaschinen, insbesondere für mittelschnell laufende Dieselmotoren, mit Zylinder-Kühlmänteln und einem gebräuchlichen Frischwasserkühler sowie zusätzlich mit einem Luft-Zwischenkühler zum Kühlen der Verbrennungsluft, nachdem diese den Kompressor verlassen hat, jedoch bevor sie in die jeweiligen Zylinder gefördert wird. Außerdem ist das erfindungsgemäße Kühlsystem unterteilt in einen Hochtemperaturkreis, in einen Niedrigtemperaturkreis und in einen Wärmetauscherkreis, wobei diese Kreise paarweise miteinander durch Temperaturregler verbunden sind, die das Mischungsverhältnis zwischen den aus den jeweiligen Temperaturkreisen zusammenlaufenden Strömen so steuern, daß die jeweilige Auslaßströmung eine nahezu konstante Temperatur annimmt. Der Hochtemperaturkreis enthält zusätzlich zu den Kühlmänteln des Motors eine Umwälzpumpe, die, gesehen in Strömungsrichtung des Kühlwassers, vor dem Motor angeordnet ist. Ferner befinden sich hinter der Pumpe Entgasungs-, Ausdehnungs-, Druckhalte- und Strömungseinstellsysteme. Der Niedrigtemperaturkreis umfaßt den Luft-Zwischenkühler, während im Wärmetauscherkreis der Frischwasserkühler liegt. Die Verbindung zwischen diesen drei Kreisen ist so gewählt, daß das heiße Kühlwasser des Hochtemperaturkreises nach dem Verlassen des Motors in drei Teilströme aufgespalten wird, von denen der erste Teilstrom durch den Wärmetauscherkreis und den Frischwasserkühler geleitet wird, während der zweite Teilstrom

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hinter dem Frischwasserkühler mit dem ersten Teilstrom in einem Verhältnis gemischt wird, das ein erster Temperaturregler am Kreuzungspunkt dieser beiden Teilströme bestimmt, woraufhin das Gemisch durch den Niedrigtemperaturkreis und \ den Luft-Zwischenkühler sowie anschließend an der Stelle eines zweiten Temperaturreglers mit dem Kühlwasser des dritten Teilstroms des Hochtemperaturkreises in einem Ver- -. hältnis gemischt wird, das dieser zweite Temperaturregler bestimmt, woraufhin das Kühlwasser mit konstanter Temperatur erneut in den Hochtemperaturkreis und durch diesen zu den Kühlmänteln des Motors gefördert wird.

Erfindungsgemäß steuern also die beiden Temperaturregler das Mischungsverhältnis zwischen den Kühlwasserströmen unterschiedlicher Temperaturen. Die Größe der Kühlwasserströmung wird bestimmt durch die Kapazität der Umwälzpumpe und die Strömungseinstellvorrichtung, die im Hochtemperaturkreis vorgesehen ist.

Es gehört ferner zu den erfindungsgemäßen Merkmalen, daß die Entgasungs-, Ausdehnungs- und Druckhaltesysteme, die im Hochtemperaturkreis liegen, zu einer Einheit bzw. zu einem Tank zusammengebaut sind, der direkt auf dem Motor sitzt, wobei der Ausdehnungsraum aus einer Kammer besteht, die im unteren Teil des Tanks angeordnet ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kühlsystems liegen vor allem in dessen einfacher Gestaltung, wobei nur wenige und robuste Bauteile verwendet werden, sowie in seiner großen Plexilibität, betrachtet man die Temperaturregelung innerhalb des Systems über dem gesamten Leistungs- und Drehzahlbereich des Motors sowie unter veränderlichen Außenbedingungen.

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Hinzu kommt, daß der kombinierte Eritgasungs-, Aüsdehnungs- und Druckhaltetank des Systems eine sehr gute Lösung zur . _:"* Vereinigung all dieser Funktionen in einer einzigen robusten--Einheit darstellt, die im Werk direkt auf den Motor auf ge- *"· setzt werden kann. Weil der Ausdehnungsraum unterhalb der Entgäsungskammer angeordnet ist, vergrößert diese Einheit nicht die Einbauhöhe des Motors, wenn man den Tank so '---installiert, daß sein vom Motor kommender Einlaß unter dem Gesichtspunkt günstiger Strömungsführung auf der optimalen. Höhe liegt.

Das erfindungsgemäße Frischwasser-Kühlsystem wurde in den folgenden Ansprüchen definiert und soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 ein vereinfachtes Diagramm des Kühlwassersystems j

Figur 2 eine geschnittene Seitenansicht des kombinierten Entgasungs-,Ausdehnungs- und Druckhaltetanks;

Figur 3 ein Kennfeld des gesamten Systems, gemessen an einem bestimmten Motor.

Figur 1 zeigt in strichpunktierten Linien diejenigen Teile, die man geeigneterweise direkt auf dem Motor anordnet oder in ihn einbaut. Diese Teile sollten daher vorzugsweise als geschlossene Baugruppe vom Werk geliefert werden. Ek ist ein Kühlmantel 1 vorgesehen, der im vorliegenden Fall vier Kühlströme umfaßt. Von hier aus fließt das Kühlwasser in einem Hauptstrom 2 zu einer oberen Entlüftungs- oder Entgasungskammer h eines kombinierten Entlüftungs-, Ausdehnungsund Druckhaltetanks 3. Unterhalb der Entgasungskammer und von ihr durch eine Trennwand 5 getrennt ist eine Ausdehnungs-

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und Druckhaltekammer 6 innerhalb des Tanks angeordnet. Die "··■' Ausbildung des Tanks soll eingehender im Zusammenhang mit . Figur 2 beschrieben werden. Nach dem Entlüften oder Entgasen.';; in der Kammer 4 verläßt das Kühlwasser diese Kammer in Form'--" eines Hauptstroms, der durch ein Strömungseinstellventil 8 -hindurchgeht. An einem ersten Abzweigpunkt 9 hinter dem

Strömungseinstellventil 8 und an einem zweiten Abzweigpunkt

10, der noch etwas weiter stromab liegt, wird der Kühlwasserstrom in drei Teilströme aufgeteilt, von denen der erste Teilstrom 11 über einen ersten Temperaturregler T. zu einem als Wärmetauscher arbeitenden Luft-Zwischenkühler 12 gefördert wird. Im Temperaturregler T₁ wird der Kühlwasser-Teilstrom 11 mit einem Kühlwasser-Teilstrom 13 gemischt, der direkt aus einem Frischwasserkühler 21.. kommt, welcher vorzugsweise außerhalb des Motors angeordnet ist. Dieser letztgenannte Teilstrom 13 stellt einen der beiden Kühlwasser-Teilströme dar, die an dem vorher erwähnten zweiten Abzweigpunkt 10 aufgeteilt werden. Der Teilstrom 13 wird nun zurückgefördert, nachdem er den Frischwasserkühler passiert hat. Der Temperaturregler T₁ ist in der Lage, ständig einen Kühlwasserstrom 14 mit einer konstanten Temperatur zum Luft-Zwischenkühler 12 zu fördern. Der Temperaturregler bestimmt also lediglich das Mischverhältnis zwischen den beiden Kühlwasser-Teilströmen 11 und Ar einem zweiten Temperaturregler T~, der direkt hinter dem Luft-Zwischenkühler 12 sitzt, wird der von diesem kommende Kühlwasserstrom lh mit dem zweiten Kühlwasser-Teilstrom derjenigen beiden Teilströme gemischt, die sich am Abzweigpunkt 10 auftrennen. Wenn der Kühlwasserstrom 14 mit dem Teilstrom 15 kombiniert wird, ergibt dies wiederum einen Hauptstrom 16 mit der gleichen Strömungsstärke wie der von den Kühlmänteln 1 des Motors kommende Hauptstrom 2. Auch der Temperaturregler T_? ist in der Lage, das Mischungsverhältnis zwischen dem Kühlwasserstrom 14 und dem Teilstrom 15,

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die sich auf unterschiedlichen Temperaturen befinden, einzustellen. Dementsprechend kann der Kühlmantel 1 des Motors ständig mit Kühlwasser von konstanter Temperatur W versorgt werden. Auf seinem Weg zum Kühlmantel des Motors "--passiert der Kühlwasser-Hauptstrom 16 eine Kühlwasserpumpe oder Umwälzpumpe 17· Diese Pumpe bestimmt zusammen mit \\ dem vorher erwähnten Strömungseinstellventil 8 die gesamte.. Kühlwasserströmung des Systems. Aus der obigen Beschreibung der Anordnung ergibt sich, daß jegliche Änderung der Kühlwassertemperatur an irgendeinem Punkt des Systems zu einer Änderung des Mischungsverhältnisses der verschiedenen Teilströme 11, 13 und 15 führt, woraus eine konstante Temperatur in den Strömen lh und 16 resultiert. „.

Dies führt dazu, daß man eine praktisch konstante Temperatur der in den Motor eingebrachten Luft erhält, und zwar in Abhängigkeit von der geeigneten Wahl der Pumpenkennwerte, von der Kombination und Wahl der Regelbereiche der Thermostatventile und von der Wahl;der Kennwerte des Luft-Zwischenkühlers im Hinblick auf Kühlfläche und K-Wert (siehe die in Figur 3 angegebenen Kennwerte).

Figur 1 zeigt außerdem eine Druckhalteverbindung 18 sowie zwei Entgasungsverbindungen 19 und 20, jeweils für den Luft-Zwischenkühler 12 und den Frischwasserkühler 21. Zum Frischwasserkühler führt eine Rohwasserleitung 22. Der Rohwasserkreis umfaßt natürlich sowohl eine Umwälzpumpe als auch geeignete Bauteile zur Steuerung des Rohwasserstroms, jedoch fehlen diese Elemente auf der Zeichnung, da deren Hauptzweck darin besteht, das Frischwasser-Kühlsystem zu zeigen. Gleichermaßen sind der Schmierölkühler und verschiedene Sicherheits- und Steuersysteme, wie sie normalerweise zu einem Motor dieser Art gehören, fortgelassen worden, um die Zeichnung so klar wie möglich zu machen.

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Allerdings wurde ein Kühlwasser-Vorwärmer 25 dargestellt, der in seinem eigenen Kreis 23 mit einer gesonderten Kühlwasserpumpe 2*1 liegt.

Dieser Kreis dient dazu, die Motortemperatur zu halten, oder aber er kommt während einer kurzen Zeitspanne beim ." Start unter extremen Kältebedingungen zum Einsatz.

Wie bereits erwähnt, besteht der kombinierte Entgasung:;-, Ausdehnungs- und Druckhaltetank 3 gemäß Figur 2 aus der oberen Entgasungskammer k- und der unteren Ausdehnungs- und Druckhaltekammer 6, wobei diese beiden Kammern durch die Trennwand 5 gegeneinander abgeschlossen sind. Die Kammer 6 ist von außen her zugänglich, und zwar über einen Deckel 26, der druckdicht oben auf dem Tank angeordnet ist, jedoch einen Druckregler enthält, welcher auf einem aufsteigenden Rohr 27 sitzt, das durch die obere Kammer 4 hindurch zur unteren Kammer 6 führt. Der normale Flüssigkeitsstand in der unteren Kammer ergibt sich aus der Zeichnung. Wie dargestellt, ist die obere Entgasungskammer normalerweise vollständig mit Kühlwasser gefüllt.

Die obere Kammer k weist einen Einlaß 28 und einen Auslaß 29 auf. Einlaß und Auslaß münden an unterschiedlichen Stellen der Kammer, und zwischen ihnen ist eine Führungsplatte 30 angeordnet, die sich quer über die Kammer erstreckt.

Das Kühlwasser wird auf diese Weise gezwungen, einem Strömungsweg zu folgen, der als strichpunktierte Pfeillinie in Figur 2 dargestellt ist. Aufgrund der Tatsache, daß der Impuls der Wasserströmung durch den von der Führungsplatte hervorgerufenen Richtungswechsel vermindert wird und daß innerhalb des Tanks ein übergang auf einen größeren Quer-

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schnitt erfolgt, ergibt sich ein überwechseln zu laminarer "V" Strömung, wodurch man eine wirksame Entlüftung oder Entgasung : des Kühlwasserstroms erzielt. -■;-.

Die abgeschiedene. Luft wird im oberen Teil der. Kammer ge- -"",", sammelt und kann durch ein Rohr 31 in die untere Kammer des".-Tanks gelangen. Das Rohr 31 weist eine Öffnung 32 im oberen·---" Teil der Kammer k und eine Öffnung 33 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer 6 auf. Wie dargestellt, ist ferner ein Reinigungsstopfen 3^ vorgesehen. Der Einlaß weist ein Entlüftungsloch 35 auf,um das Ansammeln von Luft im Rohrknick zu verhindern, während das System gefüllt wird. Die Druckhalteverbindung 18 und die Entgasungsverbindungen ■■ 19 und 20 jeweils vom Luft-Zwischenkühler 12 und vom Frischwasserkühler 21 münden in der unteren Kammer 6 des -Tank. Der Gas- oder Lüftanteil innerhalb des Tanks wird .somit zusammengepreßt und absorbiert die Ausdehnung, während das Wasser in dem System aufgeheizt wird (siehe Figur 1).

Das Sicherheitssystem, das in Figur 1 nicht im einzelnen dargestellt ist, umfaßt Einrichtungen, um den Flüssigkeitsspiegel in der Atisdehnungs- und Druckhaltekammer 6 innerhalb bestimmter Grenzen zu halten. Hierzu kann ein Pumpenstart 36 in Aktion treten, der im Tank auf einem niedrigen Niveau angeordnet 1st, um mehr Kühlwasser aus einem, gebräuchlichen (nicht dargestellten) Dränagetank in das System einzubringen. Ferner ist ein Pumpenstopp 37 auf Normalhöhe vorgesehen und schließlich ein Alarmgeber 38 für extrem niedrigen Füllstand.

Figur 2 zeigt eine Füllstandskala 39 neben dem Tank 3. Diese Skala entspricht einem Füllstand-Anzeigerohr, das

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außerhalb des Tanks 3 sitzt und mit der.Ausdehnungs- und Druckhaltekammer 6 in Verbindung steht. Die Entgasungs- _■--· kammer 4 ist darüberhinaus mit einem Luftauslaßventil 40 ._';, versehen. Die Füllstandskala 39 trägt drei Zeichen, näm- '..." lieh "niedrig", "hoch", und "füllen". Bei Normalbetrieb ..".. soll der Pegel in der Kammer 6 innerhalb des normalen Be- ·"-■·■ ■

reichs liegen, nämlich zwischen den Zeichen für hohen und -

niedrigen Füllstand. Das Zeichen "füllen" wird erreicht, wenn man ein leeres System auffüllt, wenn also das Luftauslaßventil 40 geöffnet ist. Wenn das Kühlwasser bis zu diesem Pegel aufgefüllt ist und das Ventil 40 geschlossen und sodann das System gestartet wird, verteilt sich das Wasser innerhalb des Systems, so daß die obere Kammer 4 aufgefüllt wird und sich ein mit Luft gefüllter Ausdehnungsraum in der unteren Kammer 6 bildet.

Im Zusammenhang mit der allgemeinen Funktion des erfindungsgeraäßen Frischwasser-Kühlsystems ist ferner zu erwähnen, daß die Kapazität der Umwälzpumpe 17 mit Hilfe des Strömungseinstellventils 8 so eingeregelt wird, daß sich ein erwünschter Temperaturanstieg über dem Motor bei voller Leistung ergibt. Die Druckhöhe im Kühlmantel wird dabei ebenfalls angehoben, so daß die Grenztemperatur für die Dampfbildung ansteigt, wodurch eine solche Dampfbildung an denjenigen Flächen des Motors verhindert wird, die in großem Umfange Wärme abgeben. Die Strömungseinstellvorrichtung 8 kann als fest einstellbares Drosselventil oder als fest eingestellte Drosselblende ausgebildet sein.

Der Temperaturregler T mischt heißes Wasser mit dem vom Frischwasserkühier kommenden kalten Wasser zu einer konstanten Eintrittstemperatur für den Luft-Zwischenkühler.

Der Temperaturregler Tp mischt Wasser von hoher und niedriger

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Temperatur zu einer konstanten Eintrittstemperatur in

den Hochtemperaturkreis (Kühlmantel-Kühlung). :

Beim Starten des Motors läßt der Temperaturregler Tp während einer kurzen Zeitspanne das Wasser lediglich durch den Hochtemperaturkreis zirkulieren, bis die Betriebstemperatur erreicht ist.

Jedoch wird ein gewisser Vorwärmeffekt im Luft-Zwischenkühler erzielt, und zwar durch ein kleines Verbindungsloch im Element des Temperaturreglers und auch durch die Entgasungsverbindung des Luft-ZwischenkUhlerSi Sobald der Motor seine normale Betriebstemperatur erreicht, lassen die Temperaturregler Tp und T ' das Wasser auch durch den Niedrigtemperaturkreis (den Luft-Zwischenkühler) zirkulieren, und es kommt auf diese Weise zu einer Temperierung der Einlaßluft, d.h., sie wird heruntergekühlt, wenn dies wegen der aufgebrachten Last erforderlich ist, oder sie wird nach Bedarf vorgewärmt.

Wenn die Betriebstemperatur im Niedrigtemperaturkreis erreicht ist, beginnt der Temperaturregler T. bei einem Lastanstieg damit, Wasser aus dem Prischwasserkühler in den Niedrigtemperaturkreis einzulassen, wodurch der Luft-Zwischenkühler einen erhöhten Kühleffekt erhält. Es sei hervorgehoben, daß die Anordnung so getroffen ist, daß im Luft-Zwischenkühler ein erhöhter Kühleffekt erzielt wird, wenn die Belastung des Motors ansteigt. Dies führt dazu, daß die thermische Belastung des Motors niedrig gehalten wird.

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Das Aufrechterhalten des Drucks im System wird erzielt durch den statischen Wasserpegel in der unteren Kammer in : Verbindung mit dem Druckanstieg durch die Ausdehnung des Wassers. Die Druckausübung erfolgt durch die Druckhalteverbindung l8, die die untere Kammer 6 mit der Saugseite der Umwälzpumpe 17 verbindet. Dies garantiert, daß keine . Störungen (Kavitation) in der Pumpe auftreten. Alternativ besteht die Möglichkeit, einen Außendruck an das aufsteigende Rohr 27 anzulegen. Dieses aufsteigende Rohr, das von der unteren Kammer 6 ausgeht, ist außerdem mit dem druckdichten Deckel 26 versehen, der einen Druckregler enthält. Dieser öffnet bei einem vorbestimmten überdruck (Sicherheitsfunktion) und außerdem knapp unterhalb des atmosphärischen Drucks (Vakuumfunktion).-

Es sei erwähnt, daß der Durchfluß durch das Entgasungs-Rohr 31 aus der oberen Kammer zur unteren Kammer (Ausdehnungsteil) unterhalb des Wasserspiegels mündet, so daß kein Spülen des Ausdehnungsteils und dementsprechend nur eine minimale Oxydierung des Wassers im System auftritt. Der Verlauf des Entgasungs-Rohres 31 bringt es ferner mit sich, daß keine Lufttasche in die obere Kammer hineingezogen wird, wenn der Motor zum Stillstand gekommen ist.. Dies vereinfacht die Beurteilung des Flüssigkeitsstandes.

Die mit dem erfindungsgemäßen System erzielten Vorteile können folgendermaßen zusammengefaßt werden:

Ein einziges Kühlsystem sowohl für den Kühlmantel als auch für die Luft-Zwischenkühlung, wobei sämtliche Funktionen in einer Maschine zusammengefaßt sind, abgesehen des Frischwasserkühlers.

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Die Wirksamkeit der Luft-Zwischenkühlung steigt -.,■ an, wenn die Belastung des Motors wächst, wodurch „„].

die thermische Belastung des Motors niedrig gehalten '....'

wird. ' .'.■■'■'■' ' .' ' ' ^{r f} '''■"■'■ '■"■ ■ ■ ' ' "■ ·

Ein Vorwärmen (Temperieren) der Einlaßluft tritt auf -..-/■' beim Starten und während des Betriebs unter/arktisehen: ; Bedingungen (eine Kondensation wird vermieden).

Eine kontinuierliche Entlüftung (Entgasung) wird sichergestellt.

Ein korrosionssicheres System, da keine Oxydierung des Wassers auftritt.

Man kann einheitlicheres und billigeres Material für die Rohre, die Armaturen und den Luft-Zwischenkühler verwenden (im Vergleich zu einer Rohwasser^-Kuhlung).

Vereinfachte Arbeitsweise.
Beträchtlich vereinfachter Motoreinbau.

Schließlich zeigt Figur 3 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Frischwasser-Kühlsystem, und zwar unter Angabe der relevanten Daten eines solchen Kuhlsystems für einen mittelschnell laufenden, aufgeladenen Dieselmotor mit Luft-Zwischenkühlung, wobei die Entwicklung von Leistung und Drehzahl dem Propellergesetz folgt. Wie es sich aus dem Diagramm ergibt, war der betreffende Motor mit einer direkt angetriebenen Wasserpumpe versehen. Die Motordrehzahl ist auf der X-Achse angegeben. Im übrigen sollten die verschiedenen Kurven für sich selbst sprechen.

Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 kann als die derzeit vorteilhafteste Aüsführungsform des erfindungs-

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gemäßen Frischwasser-Kühlsystems angesehen werden, obwohl im Rahmen der Erfindung Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind. ■ ■ ,..

Wie es sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist das erfindungsgemäße Frischwasser-KUhlsystem vor allem dazu vorgesehen, auf industrieller Basis für aufgeladene Brennkraftmaschinen Verwendung zu finden, und zwar insbesondere für mittelschnell laufende Dieselmotoren.

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Claims

Nohab Diesel AB A - 6

Akersjövägen ,..-. ;

461 2H Trollhättan / Schweden

Patentansprüche

IJ Frischwasser-Kühlsystem für aufgeladene Brennkraftmaschinen, insbesondere für mittelschnell laufende Dieselmotoren, mit Zylinder-Kühlmänteln und einem gebräuchlichen 'Frischwasserkühler sowie zusätzlich mit einem Luft-Zwischenkühler zum Kühlen der Verbrennungsluft, nachdem diese den Kompressor verlassen hat, jedoch bevor sie in die jeweiligen Zylinder gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem in einen Hochtemperaturkreis, der die Kühlmäntel (1) des Motors, eine in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen vor dem Motor angeordnete Umwälzpumpe (17) und hinter dem Motor liegende Entgasungs-., Ausdehnungs-, Druckhalte- und Strömungseinstellsysteme (3, 8). umfaßt, in einen Niedrigtemperaturkreis, der den Luft-Zwischenkühler (12) enthält, und in einen Wärmetauscherkreis, der den Frischwasserkühler (21) ausweist, unterteilt ist, wobei die Verbindung zwischen diesen Kreisen so gewählt ist, daß der heiße Kühlwasserstrom (2) des Hochtemperaturkreises nach Verlassen des Motors in drei Teilströme (13, 11, 15) aufgespalten wird,

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von denen der erste Teilstrom (13) durch den Wärmetauscherkreis und den Frischwasserkühler (21) geleitet wird, während der zweite Teilstrom (11) hinter dem Prischwasserkühler mit dem ersten Teilstrom in einem Verhältnis gemischt wird, das ein erster Temperaturregler (T.) am Kreuzungspunkt dieser beiden Teilströme bestimmt, woraufhin das Gemisch (1*0 durch den Niedrigtemperaturkreis und den Luft-Zwischenkühler (12) geleitet sowie anschließend an der Stelle eine zweiten Temperaturreglers (Tp) mit dem Kühlwasser des dritten Teilstroms (15) des Hochtemperaturkreises in einem Verhältnis gemischt wird, das dieser zweite Temperaturregler (T„) bestimmt, woraufhin das Kühlwasser mit konstenter Temperatur erneut in den Hochtemperaturkreis und durch diesen zu den Kühlmänteln (1) des Motors gefördert wird. .

2. Frischwasser-Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch; g e k en η ζ e ic h η et, daß die Entgasungs-, Ausdehnungs-, Druckhalte- und Strömungseinstellsysteme (3, 8), die zum Hochtemperaturkreis gehören, in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen hinter dem Motor, jedoch vor der Teilung des Hochtemperatur-Kühlwasserstroms (2) liegen.

3. Frischwasser-Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperaturregler (T.., Tp) lediglich in der Lage sind, das Mischungsverhältnis zwischen dem auf unterschiedlichen Temperaturen liegenden Kühlwasser zu steuern, welches, aus den verschiedenen Kreisen kommend, in den Temperaturreglern gemischt wird, um einen kontinuierlichen Kühlwasserstrom von vorbestimmter Temperatur zu bilden, während die Strömungseinstellvorrichtung (8) und die Umwälzpumpe(17), die zum Hochtemperaturkreis gehören, die Größe der Kühlwasserströmung innerhalb des gesamten Systems steuern.

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.4. Frischwasser-Kühlsystem nach einem der .Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz e i c hn et, daß die Regelbereiche und Kennwerte der im System .enthaltenen Bauteile so gewählt und kombiniert sind, daß die Temperatur der. in den Motor eingebrachten Luft innerhalb eines Proportionalbereichs konstant gehalten wird, welcher 10? des Nennwertes eines unter Last laufenden Motors entspricht, wodurch die Luft innerhalb des Hochleistungsbereichs des Motors gekühlt und innerhalb dessen Niedrigleistungsbereichs vorgewärmt wird, obwohl der Temperaturfühler des Systems in das Kühlmittel eingesetzt ist.

5· Frischwasser-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis M, dadurch g e.k e η η ζ e lehne t, daß im Hochtemperaturkreis, gesehen in Strömungsrichtung des_: Kühlwassers, hinter dem Motor ein kombinierter Entgasungs-, Ausdehnungs- und Druckhaltetank (3) vorgesehen ist, der eine vollständig mit Kühlwasser gefüllte Entgasungskainmer (Jj) mit Einlaß und Auslaß für das Kühlwasser sowie unterhalb dieser Kammer eine gleichermaßen druckdichte und zum Teil mit Kühlwasser gefüllte Ausdehnung- und Druckhaltekammer (6) aufweist, wobei letztere über ein unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in dieser Kammer mündendes Rohr (18) mit dem Hochtemperaturkreis vor Eintritt in den Motor verbunden ist und ferner über ein zweites Rohr (31), das unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündet, mit dem höchsten Punkt der Entgasungskammer in Verbindung steht.

6.' Frischwasser-Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungskammer (Ό durch eine sich aufwärts quer über den Tank erstreckende Führungsplatte (30) in einen Einlaßbereich und in einen Auslaßbereieh unterteilt ist, und zwar derart, daß sich der Strömungsquerschnitt des Kühlwassers beträchtlich er-

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weitert, so daß das Wasser zu einer laminaren Durchströmung der Kammer gebracht wird.

7. Frischwasser-Kühlsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß die Entgasungskammer (¹O und die Ausdehnungs- und Druckhaltekammer (6) unter Verwendung einer Zwischenplatte (5) durch Abteilungen ein und desselben Tanks (3) gebildet werden, welcher direkt auf dem Motor sitzt, wobei der Einlaß der Entgasungskammer auf einer Höhe liegt, die unter strömungstechnischen Gesichtspunkten in Bezug auf die Kühlmäntel des Motors optimal ist.

8. Frischwasser-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet., daß die Entgasungskammer(4)in ihrem obersten Teil mit einem Luft-Auslaßventil (40) versehen ist, welches geöffnet werden kann, und daß der untere Teil der Ausdehnungs- und Druckhaltekammer (6) mit dem oberen Teil eines aufsteigenden Rohrs (27), welches durch die Entgasungskammer hindurch mit der Kammer (6) in Verbindung steht, verbunden ist, und zwar mittels eines Füllstand-Anzeigerohrs (39), das auf der Außenseite des Tanks (3) entlangläuft, wodurch es möglich ist, beim Füllen des Systems mit dem Auslaßventil (40) in der Öffnungsstellung beide Kammern des Tanks auf einen gemeinsamen, am Anzeigerohr (39) angezeigten Pegel zu füllen und anschließend bei geschlossenem Auslaßventil (40), wenn das System gestartet wird, das Kühlwasser derart zu verteilen, daß sich die obere Kammer des Tanks vollständig mit Wasser füllt, während ein mit Luft gefüllter Ausdehnungsraum in der unteren Kammer entsteht.

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