DE3115314C2

DE3115314C2 - Brennkraftmaschine zur Heizwärmeerzeugung

Info

Publication number: DE3115314C2
Application number: DE3115314A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8399 Ruhstorf Hatz
Original assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Current assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date: 1981-04-15
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1984-10-04
Also published as: JPS57179326A; IT1150256B; US4397269A; IT8220023A0; GB2097115B; FR2504200A1; GB2097115A; DE3115314A1

Abstract

Die Erfindung hat zur Aufgabe, keine teueren Materialien für die Fertigung der Elemente der Kühleinrichtung verwenden zu müssen und auch einen häufigen Austausch dieser Elemente verhindern zu können, so daß sich eine sehr wirtschaftliche Herstellung bzw. Unterhaltung der Brennkraftmaschine ergibt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kühlung der Maschinen-Aufbauelemente vollkommen mit Öl erfolgt, wobei das Kühlöl die aufgenommene Wärme in einem Wärmetauscher abgibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kompressors einer Wärmepumpe in einer Heizungsanlage mit einem Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme vom Schmieröl der Brennkraftmaschine an das Medium im Kreislauf der Heizungsanlage.

Eine solche Anlage ist durch die FR-PS 24 34 928 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist eine Anordnung vorgeschlagen, bei welcher die Wärme des Maschinen-Schmieröls mittels einer von der Maschine angetriebenen hydraulischen Bremse gesteigert und dann über einen Wärmetauscher der Heizungsanlage zugeführt wird. Die Verlustwärme der Maschine bleibt jedoch ungenützt.

Es sind auch mannigralfjge Anordnungen bekannt, welche eine mindestens teilwe.-e Zuführung der Verlustwärme der Brennkraftmaschine in die Heizungsanlage zum Ziele haben. Bei Brennkraftmaschinen mit Wasserkühlung sind beispielsweise Anordnungen vorgeschlagen (DE-OS 27 47 734), bei welchen die Wärme der Verbrennungsabgase und des Schmieröls der Maschine mittels voneinander getrennter Wärmetauscher in das Kühlwasser der Maschine eingegeben wird, wobei dann ein weiterer Wärmetauscher die so erreichte Zusatzwärme dem Kühlwasser abnimmt und einer Heizungsanlage zuführt.

Derartige Anordnungen sind jedoch sehr nachteilig. Zunächst einmal sind viele Wärmeta-ischer mit freiliegenden Verbindungsleitungen und Anschlußstellen notwendig, die eine sorgfältige, teuere und starken Rüttelungen standhaltende Abdichtung erfordern, weil verhindert werden muß, daß aus solchen sehr verzweigten Systemen doch noch Medien entweichen und die Umgebung verunreinigen. Die Überwachung und Wartung solcher Anlagen ist demzufolge sehr kostspielig. Außerdem geht hier ein beachtlicher Teil der Zusatzwärme verloren, weil er über die Freileitungen des verzweigten Systems nutzlos an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und die Verlustwärme der den Kompressor der Wärmepumpe antreibenden Brennkraftmaschine in höchstmöglichem Grade als Zusatzwärme in das Medium im Kreislauf der Heizungsanlage einzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schmieröl der Brennkraftmaschine gleichzeitig als deren Kühlmittel dient und daß die Abgaswärme der Brennkraftmaschine zumindest teilweise an deren

Schmieröl übertragen wird.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn ein spiralförmiger Abschnitt der Abgasleitung als Wärmetauscher in der Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

In der nachstehenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine einzylindrige, ölgekühlte Brennkraftmaschine im Längsschnitt, und

F i g. 2 die Zuordnung dieser Brennkraftmaschine an eine Heizungsanlage mit Wärmepumpe.

In F i g. 1 ist eine Einspritzbrennkraftmaschine mit Gehäuse 10 dargestellt, in dem eine Zylinderbüchse 12 eingesetzt ist. Auf dem Gehäuse 10 ist ein Zylinderkopf 14 festgeschraubt. Im Maschinen-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 einen Zapfen 24 mit der Pleuelstange 18 gekuppelt. Ein Deckel 22 schließt eine seitliche, zum Einführen der Kurbelwelle 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 eine Schwungrad 23 befestigt, das in bekannter Weise zum Antrieb von Aggregaten o. dgl. dient. Das Gehäuse 10 ist nach unten offen und mündet in eine ölwanne 11, die unterhalb des Gehäuses 10 befestigt ist. Der Raum 10s im unteren Bereich des Gehäuses und in der Ölwanne ist mit Öl gefüllt und dient als Öl-Vorratsbehälter.

Im Zylinderkopf 14 sind zwei Ventile 26 angeordnet, die den Ein- und Auslaß aus dem Arbeitsraum des Zylinders 12 steuern. Die Ventile werden in bekannter Weise über Kipphebel 28 und Stössel 30 von einer Nockenwel-Ie 32 mit Nocken 32a betätigt. Am Ende 166 der Kurbelwelle 16 ist ein Zahnrad 34 befestigt, das mit einem Zahnrad 36 auf der Nockenwelle 32 in Eingriff steht und den Antrieb der Ventil-Steuerelemente besorgt. Ein seitlicher Deckel 38 schließt die seitliche öffnung iOb des Gehäuses 10 ab und dient zugleich als Lager für die Nockenwelle 32.

Eine im Zylinderkopf 14 si'zsnde Einspritzdüse 40 besorgt die Kraftstoff-Einführung in den Arbeitsraum oberhalb des Kolbens 20. Die Düse ist an eine nicht dargestellte Einspritzpumpe angeschlossen. Die Kipphebel 28 sind durch einen am Zylinderkopf 14 befestigten Deckel 42 abgedeckt.

Eine Zahnrad-Förderpumpe umfaßt zwei Förderräder 44,46, wobei das Rad 44 auf einer Welle 48 festsitzt, deren Zahnrad 50 mit dem Zahnrad 34 der Kurbelwelle 16 in Eingriff steht und hier den Antrieb für die Förderpumpe 44,46 abnimmt.

Der untere Raum 105 im Gehäuse 10 und der untere Raum lOss zwischen Gehäuse 10 und Deckel 38 sind leitungsmäßig verbunden, sodaß diese beiden Räume und auch die ölwanne 11 mit öl vollgefüllt sind. Die Pumpe 44, 46 saugt dieses öl an und fördert es zwecks Schmierung zu den verschiedenen Schmierstellen in der Maschine. Die Ausbildung derartiger Schmieröl-Systeme innerhalb der Maschine ist allgemein bekannt und deshalb nicht in Einzelheiten dargestellt. Die Öl-Druckleitung der Pumpe 44, 46 ist deshalb auch nur strichpunktiert angedeutet und mit 52 bezeichnet.
Im Bereiche des Kolben-Arbeitsraumes ist im Gehäuse 10 ein ringförmiger Hohlraum lOk als Flüssigkeitsmantel vorgesehen, der eine Flüssigkeitsströmung nur in Richtung der Zylinderachse zuläßt. Der Raum \0k ist nach oben offen und steht mit den untereinander lei-

tungsmäßig verbundenen Hohlräumen 14k und 14JtJt im Zylinderkopf 14 in Leitungsverbindung. Die Druckleitung 52 der Öl-Förderpumpe 44, 46 Hefen das Öl nicht nur in den schematisch angedeuteten Schmierölkreislauf 52s (für die Lagerstellen der Kurbelwelle 16), sondem auch über eine Leitungsabzweigung 52jt in den Flüssigkeitsmantel lOfc wo es die Kühlung des Zylinders 12 und der angrenzenden Wandungen des Gehäuses 10 besorgt. Das Kühlöl fließt dann weiter durch die Hohlräume 14Jt sowie 14kk des Zylinderkopfes 14, um auch hier die thermisch hoch beanspruchten Stellen (200—250°) zu kühlen. Ober eine aus dem Hohlraum lOkk nach unten herausführende Rückströmleitung, die nur schematisch angedeutet und mit 52r bezeichnet ist, gelangt das Kühlöl wieder iu die Sammelräume 10s, lOss und Ölwanne 11 zurück. Das Öl besitzt nach dem Durchlaufen des Schmier- und Kühlsystems eine beträchtliche Temperatur (etwa 120° C).

Um die Temperatur in den Öl-Sammelräumen noch weiter zu erhöhen, wird durch den Ölsammler 10s und die ölwanne 11 der spiralförmig gestaltete Teil 70s des Maschinen-Auspuffrohres 70 (Fig. 2) nindurchgeleitet. Die Verbrennungs-Abgase geben hier einen erheblichen Teil ihrer Wärme an das Öl ab, bevor sie am Auslaß 70a des Auspuffrohres 70 entweichen. Das Öl im Öl-Sammler 10s und 11 nimmt somit einen überwiegenden Teil der Verlustwärme der Brennkraftmaschine auf.

Es ist einleuchtend, daß man die Verlustwärme, die das Kühl- und Schmieröl von der Brennstoffmaschine und ihrem Auspuff aufnimmt, bei der beschriebenen An-Ordnung mittels eines einzigen Wärmetauschers dem Öl abnehmen und als Zusatzwärme einer Heizungsanlage wieder zuführen kann. Zu diesem Zweck ist in der Ölwanne 11 eine spiralförmig gestaltete Leitung 54 angeordnet, die über Anschlußleitungen 54a, 54/3 und eine Förderpumpe 56 mit einer Anlage 58 zur Hausbeheizung verbunden ist. Durch die Spirale 54 fließt somit das Medium (z. B. Wasser) aus der in F i g. 2 schematisch dargestellten und eine Wärmepumpe umfassenden Anlage.

Der Kompressor 60 der Wärmepumpe wird von der Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle 60a angetrieben, die mit der Kurbelwelle 16 gekuppelt ist. Der Kreislauf des vom Kompressor 60 geförderten Kältemittels umfaßt einen Verdampfer 62, in welchem der Kältemitteldampf die Wärme aus dem ihn umgebenen Medium, z. 0. Luft aufnimmt. Währe id der Kompressionsphase 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. H>r gibt der erhitzte Kältemitteldampf seine Wärme an das durch die Heizungsanlage 58 fließende Wasser ab, das in der Leitung 68 ebenfalls den Kondensator 66 durchfließt.

Das in der Auslaßleitung 546 aus dem Wärmetauscher 54 in der Ölwanne 11 strömende, durch die Verlustwärme der Brennkraftmaschine auf etwa 80—90⁰C erwärmte Wasser wird mittels der Förderpumpe 56 in den Kreislauf der Hausbeheizung 58 gefördert und gibt hier einen Teil seiner Wärme als Zusatzwärme ab. Das t>o nach dem Durchlauf der Anlage 58 auf etwa 60—70°C abgekühlte Wasser strömt in der Rücklaufleitung 54;) wieder in die Wärmetauscher-Spirale 54 zurück, um hier erneut die Wärme aus dem öl im Sammelbecken 10s und in der ölwanne 11 aufzunehmen. bj

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kompressors einer Wärmepumpe in einer Heizungsanlage mit einem Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme vom Schmieröl der Brennkraftmaschine an das Medium im Kreislauf der Heizungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl der Brennkraftmaschine gleichzeitig als deren Kühlmittel dient und daß die Abgaswärme der Brennkraftmaschine zumindest teilweise an deren Schmieröl übertragen wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein spiralförmiger Abschnitt der Abgasleitung als Wärmetauscher in der Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnet ist.