DE3115314A1 - Brennkraftmaschine mit umlaufkuehlung - Google Patents
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Description
- A -J ■- Λ
~ 3 —
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, deren thermisch beanspruchte Aufbauelemente mittels eines umlaufenden
Mediums gekühlt werden.
Als Kühlmedium wird sehr häufig Wasser verwendet. Man nimmt hierbei bewußt in Kauf, daß die mit Wasser in Berührung kommenden
Aufbauelemente gegen nachteilige Wasser-Einwirkungen geschützt werden müssen, wie Korrosion, Kalkablagerung u.a.
Bei Verwendung von Meerwasser in der Umlaufkühlung von Bootsbzw. Schiffsmotcren kommt noch starke Aggression des Salzwassers
gegen die zu kühlenden Flächenhinzu. Zum Schutz gegen solche Einwirkungen ist man gezwungen, wxderstandsfähxgere Materialien
für die mit Seewasser in Berührung kommenden Maschinenelemente zu verwenden oder kurzlebige und deshalb häufig auszutauschende
Opfer-Anoden einzubauen. Ein weiterer, allerdings sehr teuerer Weg ist die Anwendung von Zweikreis-Kühlsystemen.
Maßnahmen dieser Art sind jedoch sehr nachteilig, weil sie teuere Materialien oder häufigen Austausch erfordern und deshalb
die Herstellung bzw. Unterhaltung solcher Brennkraftmaschinen sehr aufwendig gestalten. Es ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen. Erfindungsgemäß erfolgt
die Kühlung der Maschinen-Aufbauelemente vollkommen mit öl, wobei das Kühlöl die aufgenommene Wärme in einem Wärmetauscher
abgibt.
Bei Brennkraftmaschinen, die mit Schmierölkreislauf ausgerüstet sind, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Vereinfachung
dann wenn nach einem weiteren Erfindungsmerkmal das Schmieröl zugleich als Kühlöl verwendet wird.
Bei Brennkraftmaschinen wird das zum Schmieren vorgesehene öl
meist im unteren Bereich des Gehäuses gespeichert, das zu diesem Zweck als Sammelbehälter ausgebildet ist. Nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, den Sammelbehälter als Wärmetauscher auszubilden, in welchem die
Wärmeabgabe vom öl an eine Flüssigkeit erfolgt.
Gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal ist es zweckmäßig, als Kühlflüssigkeit das Wasser zu verwenden. Dies bringt den besonderen
Vorteil, daß man Wasser ohne besonders hohen Aufwand als gut geeignetes Wärmetransportmittel benutzen und es einem Wärmeabnehmer
zuleiten kann, in welchem es seine dem öl abgenommene Wärme zur Weiternutzung wieder, abgibt, z.B. an einen Heizungskreislauf bei Hausbeheizungen.
Brennkraftmaschinen werden auch zum Antrieb von Kompressoren bei Wärmepumpen verwendet, die man in steigenden Maß für Hausbeheizungen
einsetzt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, den Wärmeabnehmer, der die Wärme aus dem öl übernimmt, in den Heizun
kreislauf der Wärmepumpe zu integrieren.
Eine weitere Steigerung in der Kühlung und Wärmeweiteleitung sowie Nutzung bei einer Brennkraftmaschine erreicht man nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß im Wärmetauscher auch die Wärme der Maschinen-Abgase mindestens teilweise
in das Kühl-und Schmieröl abgegeben wird.
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Bei einer Brennkraftmaschine, die neben dem Wärmepumpen-Kompressor
noch ein Aggregat zum Erzeugen von zusätzlicher Wärme antreibt, ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
dadurch, daß im Wärmetauscher auch die zusätzliche Wärme in das Kühl-und Schmieröl eingeleitet wird. Über Wärmetausch kann dann
auch die Zusatzwärme der Weiternutzung zugeführt werden. Als zusätzliches Aggregat kann eine Reibungsbremse oder hydraulische
Bremse vorgesehen sein.
In der nachstehenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine einzylindrige,ölgekühlte Brennkraftmaschine samt
Wärmetauscher im Längsschnitt,
Fig.2 eine erste Art der Verwendung der Ölwärme für eine Hausbeheizung, und
Fig.3 eine zweite Art der Ölwärme-Verwendung bei Hausbeheizungen
mit Wärmepumpe.
In Fig.1 ist eine einzylidrige Einspritzbrennkraftmaschine dargestellt,
die ein Gehäuse 10, eine hier eingesetzte Zylinderbüchse
12 sowie einen mit dem Gehäuse 10 festgeschraubten Zylinderkopf 14 umfaßt. Im Gehäuse 10 ist eine Kurbelwelle 16 gelagert,
die mit einer Pleuelstange 18 gekuppelt ist. Ein Kolben 20 läuft in der Zylinderbüchse 12 und ist über den Zapfen 24 mit der
Pleuelstange 18 gekuppelt. Ein Deckel 22 schließt eine seitliche, zum Einführen der Kurbelwelle 16 vorgesehene öffnung 10a des
Gehäuses 10 ab und dient zugleich als ein Hauptlager für die Kurbelwelle 16. Am herausragenden Ende 16a der Kurbelwelle 16
ist ein Schwungrad 23 befestigt, das in bekannter Weise zum
Antrieb von Aggregaten odgl. dient.
OBIGINAL INSPECTED copy~
Das Gehäuse 10 ist nach unten offen und mündet in eine ölwanne
11, die unterhalb des Gehäusen 10 befestigt ist. Der Raum 10s im unteren Bereich des Gehäuses und in der Ölwanne 11 ist mit
Öl gefüllt und dient als Öl-Vorratsbehälter.
Im Zylinderkopf 14 sind zwei Ventile 26 angeordnet, die den Eir
und Auslaß aus dem Arbeitsraum des Zylinders 12 steuern. Die Ventile 26 werden in bekannter Weise über Kipphebel 28 und
Stössel $0 von einer Nockenwelle 32 mit Nocken 32a betätigt.
Am Ende 16b der Kurbelwelle 16 ist ein Zahnrad 3^ befestigt,
das mit einem Zahnrad 36 an der Nockenwelle 32 in Eingriff stet
und den Antrieb der Ventil-Steuerelemente besorgt. Ein seitlich Deckel 38 schließt die seitliche Öffnung 10b des Gehäuses 10 at
und dient zugleich als Lager für die Nockenwelle 32.
Eine im Zylinderkopf 1'I- sitzende Einspritzdüse 4-0 besorgt die
Kraftstoff-Einführung in den Arbeitsraum oberhalb des Kolbens S Die Düse 40 ist an eine nicht dargestellte Einspritzpumpe angeschlossen.
Die Kipphebel 28 sind durch einen Deckel 42 verschlossen,
der am Zylinderkopf 14 befestigt ist.
Eine Zahnrad-Förderpumpe umfaßt zwei ineinandergreifende Fördei
räder 44,46, wobei das Rad 44 auf einer Welle 48 festsitzt, dei Zahnrad SO mit dem Zahnrad 34 der Kurbelwelle 16 in Eingriff
steht und hier den Antrieb für die Förderpumpe 44,46 abnimmt.
Der untere Raum 10s im Gehäuse 10,11 und der untere Raum 10ss
zwischen Gehäuse 10 und Decke] 3^ sind leitungsmäßig verbunden,
sodaß beide Räume mit öl gefüllt sind. Die Pumpe 44,46 saugt dieses Öl an und fördert es zwecks Schmierung zu den verschiedenen
Schmierstellen in der Maschine. Die Ausbildung derartiger
>§AD ORIGINAL
ι j:-:-.;-; ■; 31153η
_ ΓΊ
Schmieröl-Systeme innerhalb der Maschine ist allgemein bekannt und deshalb nicht in Einzelheiten dargestellt;. Die Öl-Druckleitung
der Pumpe 44,46 ist deshalb nur strichpunktiert angedeutet
und mit 52 bezeichnet.
Im Bereiche des Kolben-Arbeitsraumes ist im Gehäuse 10 ein ringförmiger Hohlraum 10k als Flüssigkeitsmantel vorgesehen,
der eine Füssigkeitsströmung nur in .Richtung der Zylinderachse
zuläßt. Der Raum 10k ist nach oben offen und steht mit den untereinander leitungsmäßig verbundenen Hohlräumen 14k sowie
14kk im Zylinderkopf 14 in Leitungsverbindung. Die Druckleitung 52 der Öl-Förderpumpe 44,46 liefert das Öl nicht nur in
den schematisch angedeuteten Schmierölkreislauf 52s (für die
Lagerstellen der Kurbelwelle 16), sondern auch über eine Leitungsabzweigung
52k in den Flüssigkeitsmantel 10k, wo es die Kühlung des Zylinders 12 und der angrenzenden Wandungen des
Gehäuses 10 besorgt. Das Kühlöl fließt dann weiter durch die Hohlraäume 14k sowie 14kk des Zylinderkopfes 14, um auch hier
die thermisch hoch beanspruchten Stellen (200-250° 0) zu kühlen, über eine aus dem Hohlraum 10k nach unten herausführende
Rückströmleitung, die nur schematisch angedeutet und mit 52r bezeichnet ist, gelangt das Kühlöl wieder in den Sammelraum
10s zurück. Das zurückfließende Schmieröl wird auch in den Räumen 10s und 10ss aufgefangen.
Die vom Öl nach dem Durchlaufen des Schmier-und Kühlsystems
aufgenommene Wärme (etwa 120 G) wird in der als Wärmetauscher gestalteten ölwanne 11 wieder abgegeben. Zu diesem Zweck ist
eine Wärmetauscher-Spirale 5^ in die Ölwanne 11 eingelegt,
ho h
wobei durch die Spirale 54- ein geeignetes flüssiges Kühlmedium,
z.B. kühles Wasser fließt und beim Durchströmen der Spirale 5^-
die Wärme dem öl in dem Sammelraum 10s wieder· abnimmt. Das
Wasser kann beispielsweise aus einer ortsüblichen Wasserleitung in einer Zuleitung 54-a eingeführt und nach dem Wärmetausch in
einer Ableitung 54-b einer geeigneten Auslaufstelle zugeführt werden.
Auf diese Weise wird diejenige Wärme, die das Kühl-und Schmieröl
beim Durchfließen der zugeordneten Systeme an den thermisch hoch beanspruchten Stellen der Brennkraftmaschine aufnimmt,
mit Hilfe des Wärmetauschers 11,54- dem im Sammelbecken 10s
befindlichen öl wieder abgenommen, sodaß es auf etwa 90 G abgekühlt einem neuen Schmier-und Kühlkreislauf zugeführt
werden kann.
Das im Leitungssystem des Wärmetauschers fließende Wasser kommt mit keinem Aufbauelement der Brennkraftmaschine in
Berührung. Es kann somit auch kaltes Meer-bzw. Salzwasser zum Wärmetausch verwendet werden, ohne nachteilige Einwirkungen
auf diese Aufbauelemente befürchten zu müssen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 wird die Wärme des
Kühl-und Schmieröls, die nach dem Durchlauf des Wärmetauschers vom Wasser aufgenommen wurde, mit dem in der Leitung 54-b abfließenden
Kühlwasser nutzlos abgeführt. Man kann jedoch die aus dem Wärmetausch gewonnene Wärme auch noch nutzbringend
anwenden, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 dargestellt ist
Die Brennkraftmaschine ist bei dieser Bauart in gleicher Weise wie vorher ausgeführt. Das in der Auslaßleitung 54-b aus dem
BAD ORIGINAL
Wärmetauscher 11,54 strömende, auf etwa 80-y0° C erwärmte
Wasser wird mittels einer Förderpumpe 5--. in den Kreislauf einer
nur schematisch angedeuteten Hausbeheizung 5c bekannter Art zugeführt. Das nach dem Durchlauf der Anlage S8 auf etwa öO-7O°C
abgekühlte Wasser strömt in der Rücklaufleitung 54a wieder in die Wärmetauscher-Spirale 5^ zurück, um hier erneut die Wärme
aus dem öl im Sammelbecken 10s aufzunehmen.
Eine weitere Art der Nutzung der Wärme vom Kühl-und Schmieröl
ist in Fig.3 dargestellt. Hier wird die Wärme des Wassers
nach Durchlauf der Wärmetauscher-Spirale CA wiederum der Hausbeheizung
58 zugeführt. Zusätzlich ist nun an diese Anlage 58
eine Wärmepumpe bekannter Art, beispielsweise der in DOS 2857248
beschriebenen Gattung angeschlossen. Der Kompressor ί:>0 der
Wärmepumpe wird von der Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle 60a angetrieben, die mit der Kurbelwelle 16 der Maschine
gekuppelt ist. Der Kreislauf des vom Kompressor bO geförderten
Kältemittels umfaßt einen Verdampfer 62, in welchem der Kältemitteldampf die Wärme aus dem ihn umgebenden Medium,z.B. Luft
aufnimmt. Während der Kompressxonsphase wird der Kältemitteldampf im Kompressor 60 verdichtet und dabei erhitzt, um dann
in der Leitung 64 durch einen als Wärmetauscher fungierenden Kondensator 66 zu fließen. Hier gibt der erhitzte Kältemitteldampf
seine Wärme an das Heizwasser ab, das aus der Anlage 58
in der Leitung 68 kommend ebenfalls den Kondensator 66 durchfließt.
Bei dieser Ausführungsform wird der Heizungsanlage 58 nicht
nur die aus dem Kühl-und Schmieröl der Maschine gewonnene Wärme zugeführt, sondern auch noch die von der Wärmepumpe
gelieferte Wärme. ßAD 0R!G,NAL
Man kann im Bedarfsfalle die Wärme des Kühl-und Schmieröls
innerhalb des Sammelbeckens 10s noch weiter erhöhen und über Wärmetausch als zusätzliche Nutzwärme der weiteren Verwendung
zuführen, wenn -wie in Fig. 5 dargestellt- dutch das Öl im Sammler 10s der spiralförmig gestaltete Teil 70s des Maschinen-Auspuffrohres
70 hindurchgeleitet wird. Die Verbrennungs-Abgase geben nämlich einen erheblichen Teil ihrer Wärme an
das Öl im Sammler 10s ab, bevor sie am Auslaß 70a des Auspuffrohres
70 entweichen.
Auch kann man eine Hydraulik-Bremse 72 bekannter Art dem Ende
16b der Kurbelwelle 16 antriebsmäJiig zuordnen und einen Teil des Öls aus dem Sammler 10s durch die Bremse 72 leiten. Beim
Durchlaufen der Bremse wird die Wärme des Öls über Reibungswirk
innerhalb der Bremse zusätzlich erhöht.
BAD ORIGINAL
Leerseite
Claims (9)
1./Brennkraftmaschine, deren thermisch beanspruchte Aufbauelemente
mittels eines umlaufenden Mediums gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Aufbauelemente
(10,12,14) vollständig mit öl erfolgt, und daß das Kühlöl
die aufgenommene Wärme in einem Wärmetauscher (115 5^) abgibt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, mit einem Schmierölkreislauf,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl zugleich als Kühlöl verwendet wird.
3« Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, mit einem Sammelbehälter
für das zum Schmieren und Kühlen verwendete öl, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sammelbehälter als Wärmetauscher (11;54) ausgebildet
ist, in welchem die Wärmeabgabe vom öl an eine Kühlflüssigkeit erfolgt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
daß Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet wird.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlflüssigkeit ihre im Wärmetauscher (11;54) aufgenommene
Wärme wiederum an einen Wärmeabnehmer, vorzugsweise einen Heizungskreislauf (58) abgibt.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» die zum Antrieb eines
Kompressors bei Wärmepumpen dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungskreislauf (58) zum Kreislauf der Wärmepumpe (60-66)
gehört.
: ::.:.. X Ί 31153U
— 2 —
7- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Wärmetauscher (115 57O die Wärme der im Auspuffrohr (70,
abgeführten Maschinen-Abgase mindestens teilweise in das Kühl- und Schmieröl abgegeben wird.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, die ein weiteres Aggregat
antreibt, das zum Erzeugen einer zusätzlichen Wärme dient, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmetauscher (11;54) auch die
zusätzliche Wärme in das Kühl-und Schmieröl eingeleitet wird.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Aggregat als Reibungsbremse oder hydraulische
Bremse (72) ausgebildet ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F02G 5/04 |
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D2 | Grant after examination | ||
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8331 | Complete revocation |