DE3105190C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen schlagwettergeschützten Dieselmotor für Untertagefahrzeuge, der über Plattenschutz­ pakete gesichert ist und der über eine ein gekühltes Auspuff­ rohr mit anschließendem Krümmer und einen diesen nachge­ ordneten Abgaswärmetauscher aufweisende und das Abgas auf rund 70°C abkühlende Abgaskühleinrichtung sowie eine Abgas­ verdünnungseinrichtung verfügt, wobei die Abgaskühleinrich­ tung einen vom Motorkühlkreislauf getrennten Abgas-Kühlkreis­ lauf mit eigener Wasserpumpe, eigenem Luftkühler oder Luft­ kühlerteilblock aufweist.

Dieselmotoren werden für den untertägigen Berg- und Tunnelbau praktisch für jede vorkommende Zugleistung mit genügender Reserve gebaut. Sie werden dabei sowohl für Loko­ motiven für den gleisgebundenen Streckenverkehr als auch für Einschienenhängebahn-Lokomotiven 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 Umlauf­ wasserkühlung 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 vorgesehen. Der Abstand der einzelnen Platten beträgt rund 0,8 mm, wo­ durch 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 zumindest 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 70°C. Zur Abgasverdünnung werden die Auspuffgase so in den Luftstrom des den Motorkühler versorgenden Ventilators geleitet, daß möglichst eine Durchmischung mit dieser Luft eintritt.

Derartige Dieselmotoren sind beispielsweise aus der DE-OS 26 22 290 bekannt, von deren Inhalt im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird. Dabei handelt es sich um eine typische Abgaskühlvorrichtung für Verbrennungsmaschinen mit der wesentliche Nachteile aufweisenden nassen Abgasküh­ lung. Zwar wird auch hier Auspuffrohr und Krümmer durch Wasser im Trennwand-Wärmetausch gekühlt, wobei dieses Wasser über einen vom Motorkühl­ kreislauf getrennten Abgas-Kühlkreislauf mit eigener Wasser­ pumpe, eigenem Luftkühler oder Luftkühlerteilblock wieder gekühlt wird. Trotz dieser teilweisen trockenen Kühlung arbeitet die bekannte Abgaskühleinrichtung mit einer mit Wasser gefüllten Konditionierungs-Kammer, durch die das Abgas hindurchgeführt wird. Würde diese Kammer einfach weggelassen, würde das gesamte System unbrauchbar werden. Trotz der teilweisen trockenen Vorkühlung der Abgase werden die Abgase durch die anschließende Konditionierungskammer naß, d. h. sie führen aufgrund der vorherrschenden Abgasge­ schwindigkeit Wasser in Tröpfchenform mit sich. In der nach­ geschalteten Mischkammer werden diese Abgase mechanisch mit dem bereits durch den Lüfter des Radiatorkühlers geführten Luftstrom verdünnt. Aufgrund der Aufwärmung des Luftstromes im Radiatorkühler kann aber von einer nennenswerten Kühlung nicht die Rede sein. Daraus wird deutlich, daß die vom Gesetzgeber gestellte Forderung nach Einhaltung von weniger als 70° Abgastemperatur bei Austritt in die umgebende Atmosphäre hier nur unter Zuhilfenahme der Kontamination mit dem Wasser in der Konditionierungskammer, also durch Ver­ dunstungskühlung erreicht werden kann. Aufgrund des offenen Wasserbades kommt es darüber hinaus auch zu einer Ver­ schmutzung der von den Lokomotiven bzw. Gleislosfahrzeugen befahrenen Strecken, die nicht zuletzt eine zusätzliche Gefahr für die Belegschaft darstellt.

Die aus der DE-GM 18 16 157 bekannte Einrichtung ist als Auspuffentgifter bezeichnet. Die hier dargestellte doppelte Misch­ düse zeigt lediglich, daß die Verwendung strahlpumpenartigen von Mischdüsen an sich zur Abgasverdünnung mit Frischluft bekannt ist. Weitere Anhalts­ punkte sind nicht gegeben.

Die aus der GB-PS 12 41 205 bekannte Einrichtung für eine ausschließlich trockene Abgaskühlung zeigt lediglich ein verlängertes, wasser- und/oder luftgekühltes Auspuffrohr mit Plattenschutzpaket. Es fehlen zahlreiche wesentliche Merkmale des Erfindungsvorschlags.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, schlagwetter­ geschützte Dieselmotoren zu schaffen, bei denen auch ohne als Wasserbad bzw. Konditionierungskammer ausgebildete Abgaskühl­ einrichtung mit kleinem Gesamtaufwand die vorgeschriebene Abgastemperatur betriebssicher eingehalten wird.

Die Aufgabe wird - ausgehend von Dieselmotoren gemäß DE-OS 26 22 290 - erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teile der Abgaskühleinrichtung als ausschließlich trockene Abgaskühlung ausgebildet sind, die den Schlußteil der Abgaskühleinrichtung bildende Abgasverdünnungseinrichtung als Strahlpumpe ausgebildet ist, welche Frischluft mittels Abgas fördert und dem Abgas beimischt, und daß im Abgasweg ein Temperaturfühler vorgesehen ist, der bei Überschreiten der vorgegebenen Grenztemperatur den Dieselmotor abschaltet.

Mit einer derartigen Anordnung ist eine Abgaskühlung geschaffen, die in den Motor integrierbar ist, da ein ständig zu deckender Kühlwasserbedarf nicht mehr besteht und weil die für die Abgaskühlung be­ nötigten Aggregate dem jeweiligen Bedarf des entsprechenden Dieselmotors entsprechend ausgelegt werden können. Durch die erfundene Einrichtung kann auf die Einspritzung von Wasser und auf das Wasserbad ganz verzichtet werden. Eine Ver­ schmutzung des Dieselmotors bzw. seines Gehäuses und vor allem auch der Fahrwege tritt nicht mehr ein. 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 im einzelnen entfallen kann. Vorteilhaft ist weiter, daß durch den Wegfall von Wasserbe­ hälter und Wassereinspritzanlage Platz und Gewichtsein­ sparungen eintreten, die insbesondere für Einschienenhängebahn-Anlagen und für die Gleislostechnik 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.

Die Umstellung auf eine Abgasverdünnung mit Frischluft, d. h. auf Luft mit Umgebungstemperatur anstelle erwärmter Radiatorkühler-Abluft, macht die Luft-Mischkühlung erst richtig wirksam und verkleinert so erheblich den Aufwand für die Abgas­ kühlung im Trennwand-Wärmetausch. Durch die Strahlpumpe ist ferner eine wenig aufwendige Lösung für das Fördern der Mischluft eingeführt.

Durch den im Abgasweg angeordneten Temperaturfühler mit zwangläufiger Motorabschaltung ist auch im Falle einer irregulären Überschreitung der Abgas-Grenztemperatur die Sicherheit im Untertagebetrieb ge­ währleistet.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Temperaturfühler im Abgasauslaß des Abgaswärmetauschers angeordnet ist und bei Abschalten des Dieselmotors auch das Fallen einer am Eintritt des Ansaug­ rohres vorgesehenen Schnellschlußklappe veranlaßt. Dadurch ist eine noch sicherere Abschaltung des Dieselmotors bei auftretenden Temperaturüberschreitungen gewährleistet.

In der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung ist ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt. In der Zeichnung zeigt

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 Ansaugsystem und einem Abgassystem mit trockener Abgaskühlung, Wärme­ tauscher, ausgerüstet. Bei dem dargestellten Sechs-Zylinder- Dieselmotor 1 wird die Luft zunächst über den Staubab­ scheider 3 und den Luftfilter 4 durch den ansaugseitigen Plattenschutz 5 geführt und dann vom Ansaugrohr 7 aus gleich­ 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 dem Motor zugeführt wird. Damit wird sicher verhindert, daß bei einem Abschalten des Motors dieser noch weiterläuft, weil er beispielsweise über das Ansaug­ rohr 7 ein explosionsfähiges oder zumindest verbrennungs­ fähiges Gemisch anzieht.

Das Abgasgemisch wird auf der Abgasseite vom Aus­ puffrohr 9 aus in den Abgaskühlungsteil weitergeleitet und abgekühlt. Dazu ist das Auspuffrohr wassergekühlt ausge­ führt, 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 12 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 Kühl­ medium 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 ent­ nehmen 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.

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 20 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 das Abgas führenden Rohre 21, 22 nicht im einzelnen dargestellt. Diese Rohre werden von dem Kühl­ wasser 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 150°. Über den Temperaturfühler 23 wird diese Temperatur fortlaufend überwacht. Bei einem Überschreiten der vor­ gegebenen 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 abge­ trennt, um die beiden restlichen Teile an den jeweils günstigsten Orten und unter Einsparung von Platz anordnen zu können. Dazu sind die Rohrleitungen 25, 26 längenver­ änderbar ausgebildet. Der Plattenschutz 27 und die Abgas­ verdünnung 28 sind damit den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend zu positionieren.

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 30, 31 aufnimmt, gebogen ausgeführt. Auf beiden Seiten der Platten 30, 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.

Claims (2)

1. Schlagwettergeschützter Dieselmotor für Untertage­ fahrzeuge, der über Plattenschutzpakete gesichert ist und der über eine ein gekühltes Auspuffrohr mit anschließendem Krümmer und einen diesen nachgeordneten Abgaswärmetauscher aufweisende und das Abgas auf rund 70°C abkühlende Abgas­ kühleinrichtung sowie eine Abgasverdünnungseinrichtung ver­ fügt, wobei die Abgaskühleinrichtung einen vom Motorkühl­ kreislauf getrennten Abgas-Kühlkreislauf mit eigener Wasser­ pumpe, eigenem Luftkühler oder Luftkühlerteilblock aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Teile der Abgaskühleinrichtung als ausschließlich trockene Abgaskühlung ausgebildet sind,
• - die den Schlußteil der Abgaskühleinrichtung bildende Abgas­ verdünnungseinrichtung (28) als Strahlpumpe ausgebildet ist, welche Frischluft mittels Abgas fördert und dem Abgas beimischt,
• - und daß im Abgasweg ein Temperaturfühler (23) vorgesehen ist, der bei Überschreiten der vorgegebenen Grenztemperatur den Dieselmotor abschaltet.

2. Schlagwettergeschützter Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (23) im Abgasauslaß des Abgaswärme­ tauschers (18) angeordnet ist und bei Abschalten des Diesel­ motors auch das Fallen einer am Eintritt des Ansaugrohres (7) vorgesehenen Schnellschlußklappe (8) veranlaßt.