DE3105190A1

DE3105190A1 - Schlagwettergeschuetzter dieselmotor mit trockener abgaskuehlung

Info

Publication number: DE3105190A1
Application number: DE19813105190
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: RGW ING BUERO
Current assignee: RGW ING BUERO
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1982-09-09
Also published as: GB2093119B; DE3105190C2; GB2093119A; FR2500057A1; FR2500057B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen schlagwettergeschützten Dieselmotor für Untertage-Strecken- und EHB-Loks sowie Gleislos-Fahrzeuge, der über Plattenschutzpakete, die in der Luftansaugleitung und in der Auspuffleitung eingebaut sind, gesichert ist, wobei die Austrittstemperatur der Auspuffgase durch eine Abkühleinrichtung auf rd. 7o C gehalten..wird.

Dieselmotoren werden für den untertägigen Berg- und Tunnelbau praktisch für jede vorkommende Zugleistung mit genügender Reserve gebaut. Sie werden dabei sowohl als Lokomotiven für den gleisgebundenen Streckenverkehr als auch für Einschienenhängebahnlokomotiven eingesetzt'. Darüber hinaus sind 'derartige Dieselmotoren in Gleislos-Fahrzeugen eingesetzt, die für die verschiedensten Zwecke zunehmend im Untertagebetrieb Verwendung finden.

Derartige Dieselmotoren werden in der Regel mit Umlaufwasserkühlung ausgeführt, wobei das Kühlwasser in einem besonderen entsprechend ausgelegten Kühler wieder gekühlt wird. Zum Schutz gegen herausschlagende Flammen sind in der Luftansaugleitung und auch in der Auspuffleitung bzw. hinter der Auspuffleitung Plattenschutzpakete angebracht. Der Abstand der einzelnen Platten beträgt rund 0,8 mm, da dadurch eine frühzeitige Verstopfung der Spalten verhindert werden soll. Bei den bekannten Dieselmotoren werden die Auspuffgase zunächst durch Einspritzen, in den Krümmer hinter dem Auspuffrohr gekühlt und anschließend durch ein Wasserbad geführt. Hier erfolgt die Kühlung und gleichzeitig zumindesteris im Anfangsstadium auch eine Reinigung von Schmieröl- und Brennstoffresten. Die Austrittstemperatur der Auspuffgase liegt nach Verlassen des auspuffseitigen Plattenschutzes und nach Durchlaufen einer Abgasverdünnung

bei 7o C. Zur Abgasverdünnung werden die Auspuffgase so in den Luftstrom des den Motorkühler versorgenden Ventilators geleitet, daß eine· Durchmischung mit dieser Luft eintritt.

Nachteilig bei den bekannten Dieselmotoren ist aber gerade"die beschriebene sogenannte nasse Abgaskühlung. Diese besondere Kühlung bringt nicht nur einen laufenden Wasserverbrauch, sondern gleichzeitig auch eine erhebliche Verschmutzung des Gesamtsystems insbesondere der im Bereich des Wasserbades und dahinter angeordneten Teile, wie beispielsweise des Plattenschutzes. Aufgrund des offenen Wasserbades kommt es darüber hinaus auch zu einer Verschmutzung der von den Lokomotiven bzw. Gleislos-Fahrzeugen befahrenen Strecken, die nicht zuletzt eine zusätzliche Gefahr für die Belegschaft darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, schlagwettergeschützte Dieselmotoren mit einer trockenen Abgaskühlung zu schaffen, wobei die insbesondere im Steinkohlenbergbau vorgeschriebenen Abgastemperaturen· und Abgaszusammensetzungswerte einzuhalten sind.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen gekühltem Auspuffrohr und ausgangsseitigem.Plattenschutz ein Abgaswärmetauscher angeordnet ist, der zusammen mit dem Auspuffrohr über die Motorkühleinrichtung mit Kühlmedium versorgt ist.

Mit einer derartigen Anordnung ist eine Abgaskühlung geschaffen, die in den Motor integrierbar ist, da ein gesonderter und kontinuierlich zu deckender Kühlwasserbedarf nicht mehr besteht und weil die für die Abgaskühlung benötigten Aggregate dem jewelllyen Bedarf des entsprechenden Dieselmotors entsprechend ausgelegt werden können.

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Durch die gefundene Kühleinrichtung kann auf die Einspritzung von Wasser und auf das Wasserbad ganz verzichtet werden und ein Anschluß an einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf erreicht werden. Eine Verschmutzung des Dieselmotors bzw. seines Gehäuses und auch der Fahrwege tritt nicht mehr ein, zumal die Abgase ohne Schwierigkeiten soweit verdünnt werden, daß sie die vorgeschriebenen Abgaswerte nicht überschreiten. Besonders vorteilhaft ist, daß aufgrund der gewählten Teile für die trockene Abgaskühlung die druckbelasteten Bauteile berechnet werden können, so daß die bisher für die nasse Abgaskühlung erforderliche Druckprüfung am einzelnen Teil entfallen kann. Vorteilhaft ist .weiter, daß durch den Wegfall von Wasserbehälter und Wassereinsprit zanlage Platz- und Gewichtseinsparungen eintreten, die insbesondere für EHB-Anlagen und' für die Gleislos-.technik von großer Bedeutung sind. Durch die Integrierung der für die Abgaskühlung notwendigen Teile zum Dieselmotor ergibt sich eine verbesserte Prüfmöglichkeit.der.kompletten Einheit und somit eine vergrößerte Sicherheit.

Um für alle mit Wasser zu kühlenden Teile eine exakte Kühlwassermenge zum jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung zu haben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß für das Auspuffrohr, den gekühlten Krümmer und den .Abgaswärmetauscher ein zum Motorkühlkreislauf paralleler Kreislauf vorgesehen ist, wobei beide an einen Kühler angeschlossen sind. Dabei ist es besonders zweckmäßig, Auspuffrohr, Krümmer und Abgaswärmetauscher in Reihe in die gleiche Kühlwasserleitung zu'schalten, damit die zur Verfügung stehende Kühlwassermenge genau definiert werden kann. Dabei wird das Kühlwasser zunächst dem Abgaswärmetauscher, dann dem Auspuffrohr und Krümmer zugeführt und anschließend in den als Zweikreis-Radiatorkühler ausgebildeten Kühler geführt, in dem der Motorkühlkreislauf und der Kreislauf für Abgaswärmetauscher und Auspuffrohr gleichzeitig gekühlt

werden bzw. die entsprechenden Kühleinheiten dem gleichen Ventilator zugeordnet sind.

Die für die trockene Abgaskühlung benötigten Teile, wie Abgaswärmetauscher, Auspuffrohr und Krümmer, sind· fest mit dem eigentlichen Dieselmotor verbunden, während der abgasseitige Plattenschutz und die Abgasverdünnung an einem jeweils zweckmäßigen Platz anzuordnen sein sollten. Um dieses zu erreichen,.ist nach einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Rohrleitung zwischen dem dem Abgaswärmetauscher nachgeschalteten Kompensator und abgasseitigen Plattenschutz sowie zwischen Plattenschutz und Abgasverdünnung längenaustauschbar ausgebildet sind.

Aufgrund der im Abgas enthaltenen Schmieröl- und Brennstoffreste ist eine Verschmutzung des Abgaswärmetauschers nicht vermeidbar. Um hier eine schnelle Reinigungsmöglichkeit zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Abgaswärmetauscher mit einem herausnehmbaren Rohrpaket ausgerüstet ist. Das Rohrpaket, durch das das Abgas geführt wird, kann somit durch ein neues ersetzt werden, ohne daß der Dieselmotor selbst lange stillgelegt werden muß. Das herausgenommene Rohrpaket kann dann an geeignetem Ort gesäubert und später wieder eingesetzt werden.

Um den Austausch der Rohrpakete zu erleichtern und auch die Wartung der Gesamtanlage zu verbessern, ist es zweckmäßig, den Mantel des Abgaswärmetauschers teilbar auszuführen. Durch Lösen der Verbindung der beiden Mantelteile kann der Abgaswärmetauscher auf diese Art und Weise auch falls notwendig vergrößert oder verkleinert und somit den jeweiligen Bedingungen sehr gut angepaßt werden.

Die bisher übliche Abgasverdünnung bringt zwangsweise die Notwendigkeit mit sich, die entsprechenden Aggregate in die Nähe des Kühlers zu legen. Um hiervon unabhängig zu werden und um darüber hinaus auch eine zusätzliche und dem jeweiligen Bedarf anpaßbare Kühlung des Abgases sicherzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Abgasverdünnung als Düse auszubilden, in der Abgas und Luft unter gleichzeitiger Abkühlung des Abgases, gemischt werden. Bei einer derartigen Abgasverdünnung wird in vorteilhafter Weise der hohe Druck der Abgase ■ ausgenutzt, um dem jeweiligen Bedarf entsprechend viel Raumluft mitzureißen und beim Austritt aus der Düse bzw. bereits darin mit den Abgasen zu verwirbeln. Dabei tritt in vorteilhafter Weise nicht nur eine Vermischung, sondern gleichzeitig auch eine Kühlung der Abgase auf, ohne daß der Motor durch den Gegendruck behindert wird.

Bei einer Alisschaltung des Dieselmotors sowie bei einem Ausfall besteht die Gefahr, daß aufgrund nachströmender mit Gas gemischter Frischluft ein sofortiger Stillstand nicht erreicht wird. Zur Vervollkommnung des Gesamtsystems mit der trockenen Abgaskühlung wird vorgeschlagen, im Ansaugrohr hinter dem Plattenschutz eine vom Motor steuerbare Schnellschlußklappe anzuordnen. Diese Schnellschlußklappe, die mit dem Motor bzw. den sonstigen Überwachungsaggregaten in Verbindung steht, wird bei Abstellen des Motors sofort das Ansaugrohr verschließen, so daß weitere Frischluft nicht in den Motor eindringen kann.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß über wenige und vollrechenbare Teile und ' die Integrierung des Kühlsystems dieser Teile eine trockene Abgaskühlung geschaffen ist, die die bisherigen Verunreinigungen vermeidet und über die eine sichere Ableitung und Abgasverdünnung gewährleistet ist. Mit dem System wird ein Abgasgegendruck eingehalten., der zu hohe Temperaturen im Bereich des Dieselmotors sicher verhindert und der schließlich die Auspuffgase mit einer Temperatur von 7o G und weniger austreten läßt. Da die verwendeten Bauteile, wie insbesondere der Abgaswärmetauscher, vor der endgültigen konstruktiven Festlegung berechnet werden können, entfallen die bisher notwendigen Druckprüfungen und die dann später fällig werdenden Nacharbeiten. Auf die übrigen Vorteile ist bereits hingewiesen worden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des .Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schemazeichnung des Dieselmotors und Fig. 2 einen Plattenschutz im Schnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Dieselmotor 1 mit seinem allgemein mit 2 bezeichneten Motorgehäuse ist mit einem Ansaug-Abgassystem mit trockener Abgaskühlung und Wärmetauscher ausgerüstet. Bei dem dargestellten Sechs-Zylinder-Dieselmotor 1 wird die Luft zunächst über den Staubabscheider 3 und den Luftfilter 4 durch den ansaugseitigen Plattenschutz 5 geführt und dann vom Ansaugrohr 7 aus gleich-

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mäßig den einzelnen Zylindern zugeführt. Am Eintritt des Ansaugrohres 7 ist eine Schnellschlußklappe 8 vorgesehen, über die das Ansaugrohr 7 im Bedarfsfalle so verschlossen werden kann, daß keine weitere Ansaugluft mehr herangeführt und dem Motor zugeführt wird. Damit wird sicher · verhindert, daß bei einem Abschalten des Motors dieser noch weiterläuft, weil er beispielsweise über das Ansaugrohr 7 ein explosionsfähiges oder zumindest verbrennungsfähiges Gemisch anzieht.

Das Abgasgemisch wird auf der Abgasseite vom Auspuffrohr 9 aus in den Abgaskühlungsteil weitergeleitet und abgekühlt. Dazu ist das Auspuffrohr wassergekühlt ausgeführt,· d.h. es handelt sich um ein wasserdurchströmtes Doppelrohr. Von dort wird das Abgas über den doppelwandigen Krümmer 17 in den Abgaswärmetauscher 18 geleitet. Beide Teile sind ebenfalls wassergekühlt und erhalten über die Wasserpumpe 12 das benötigte Kühlmedium. Die Wasserpumpe erzeugt einen ausreichend hohen Druck, um auch bei eventuellen Verschmutzungen durch das Kühlwasser noch eine ausreichende Wassermenge an die zu kühlenden Flächen heranzubringen. Die Wasserpumpe 12 erzeugt somit einen wesentlich höheren Wasserdruck als die den Dieselmotor 1 selbst mit Kühlmedium versorgende Wasserpumpe 11. Sowohl das Kühlwasser aus dem Motorkühlkreislauf als auch das Auspuffrohr 9, Krümmer 17 und Abgaswärmetauscher 18 kühlende Kühlwasser wird von den Wasserpumpen 11 bzw. 12 in den Kühler 13 geleitet und dort von dem gemeinsamen Lüfter 14 über Luft indirekt wieder gekühlt. Der Kühler 13 ist als Zweikreis-. Radiatorkühler ausgebildet, wobei,wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, der für den Motorkühlwasserkreislauf benötigte Teil des Kühlers 13 größer ist als der für die Abgaskühlung benötigte Teil. Mit 15 ist das Schwungrad am Dieselmotor 1 bezeichnet.

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Eine gleichmäßige und ausreichende Abkühlung der Abgase wird insbesondere im Abgaswärmetauscher erreicht, der zunächst mit Kühlmedium, d.h. mit Kühlwasser, versorgt wird. Nach Durchfließen des Abgaswärmetauschers 18 wird das Kühlwasser dann in das Auspuffrohr 9 und in den· doppelwandigen Krümmer 17 geleitet und von dort dem Kühler 13 zugeführt.

Der Abgaswärmetauscher 18 weist einen zweigeteilten Mantel 19 auf, wobei beide Teile im Bereich der Muffe 2o miteinander zu verbinden sind. Hierdurch ist es möglich, bei Verschmutzungen den eigentlichen Kühlteil abzunehmen und durch einen neuen oder zumindestens durch neue Rohre zu ersetzen bzw. durch Rohrpakete 21, 22. Dabei sind die einzelnen das Abgas führenden Rohre 21,-22 nicht im einzelnen dargestellt. Diese Rohre werden von dem Kühlwasser umspült, das dabei dem Abgas die Wärme entnimmt. Beim Verlassen des Abgaswärmetauschers 18 im Bereich des Kompensators 24 hat das Abgas eine Temperatur von etwa 15o°. Über den Temperaturfühler 23 wird diese Temperatur fortlaufend überwacht. Bei einem Überschreiten der vorgegebenen Grenztemperatur wird der Motor über den Temperaturfühler sofort abgeschaltet, wobei gleichzeitig auch die Schnellschlußklappe 8 einfällt.

über den Kompensator 24 ist der übrige Teil des Abgaskühlsystems vom eigentlichen Dieselmotor 1 abgetrennt, um die beiden restlichen Teile an den jeweils günstigsten Orten und unter Einsparung von Platz anordnen zu können. Dazu sind die Rohrleitungen 25, 26 längenveränderbar ausgebildet. Der Plattenschutz 27 und die Abgasverdünnung 28 sind damit den jeweiligen Gegebenenheiten entsprechend zu positionieren.

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Fig. 2 zeigt den Plattenschutz 27 der im prinzipiellen Aufbau dem Plattenschutz 5 entspricht. Beide sind so konzipiert, daß sie einen möglichst geringen Platzbedarf haben. Hierzu ist'das Gehäuse 32, das die verschiedenen Platten 3o, 31 aufnimmt, gebogen ausgeführt. Auf beiden Seiten der Platten 3o, 31 entstehen damit Gehäuseteile, in die über die Meßstellen 33 bei Bedarf Temperatur- und Druckmesser eingesetzt werden können, um die Abgasseite auch in-diesem Bereich laufend zu'überwachen.

Leerseite

Claims

Schlagwettergeschützter Dieselmotor mit trockener Abgaskühlung

Patentansprüche

1/ Schlagwettergeschützter Dieselmotor für Untertage-Strecken- und EHB-Loks sowie Gleislos-Fahrzeuge, der über Plattenschutzpakete, die in der Luftansaugleitung und in der Auspuffleitung eingebaut sind, gesichert ist, wobei die Austrittstemperatur der Auspuffgase durch eine Abkühleinrichtung auf rd. 7o°C gehalten wird, dadurch gekennzeichnet·, daß zwischen gekühltem Auspuffrohr (9) und ausgangsseitigem Plattenschutz (27) ein Abgaswärmetauscher (18) angeordnet ist, der zusammen mit dem Auspuffrohr über die Motorkühleinrichtung (11, 12, 13) mit Kühlmedium versorgt ist.
2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Auspuffrohr (9), den gekühlten Krümmer (17) und den Abgaswärmetauscher (18) ein zum Motorkühlkreislauf paralleler Kreislauf vorgesehen ist, wobei beide an einen Kühler (13) angeschlossen sind.
3. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Auspuffrohr (9), Krümmer (17) und Abgaswärmetauscher (18) in Reihe in die gleiche Kühlwasserleitung geschaltet sind.
4. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß die Rohrleitung (25, 26) zwischen dem dem Abgaswärmetauscher (18) nachgeschalteten Kompensator (24) und abgasseitigen Plattenschutz (27) sowie zwischen Plattenschutz und Abgasverdünnung (28) längenaustauschbar·ausgebildet sind.
5. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (18) mit einem herausnehmbaren Rohrpaket (21, 22) ausgerüstet ist.
6.· Dieselmotor nach Anspruch 1 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (19) des Abgaswärmetauschers (18) teilbar ausgeführt ist.
7. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasverdünnung (28) als Düse ausgebildet ist, in der Abgas und Luft unter gleichzeitiger Abkühlung des Abgases gemischt werden.
8. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugrohr (7) hinter dem Plattenschutz (5) eine vom Motor steuerbare Schnellschlußklappe (8) angeordnet ist.