DE3131685A1

DE3131685A1 - Exhaust gas heat exchanger

Info

Publication number: DE3131685A1
Application number: DE19813131685
Authority: DE
Inventors: Helmut 5060 Berg.-Gladbach Müller; Konrad 4000 Düsseldorf Okulicz
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1981-08-11
Filing date: 1981-08-11
Publication date: 1983-03-03

Abstract

Exhaust gas heat exchanger whose temperature is regulated by a variable distance from the exhaust pipe wall or from the contact surface of a part heated by the exhaust gas. The regulation is performed automatically by a thermostat. <IMAGE>

Description

W ä r m e t a u s c h e r W e r m e t a u s c h e r

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenden ArtO Derartige Wärmetauscher können dazu dienen, das Kühl- oder Schmiermittel einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart aufzuheizen und/oder einen Wärmeträger, der die aufgenommene Wärme über einen anderen Wärmetauscher dann wieder in einem Fahrgastraum oder einer Fahrerkabine eines Kraftfahrzuges abgibt.The invention relates to a device of the preamble of the first claim indicating ArtO Such heat exchangers can serve to heat up the coolant or lubricant of an internal combustion engine after a cold start and / or a heat transfer medium that transfers the absorbed heat via another heat exchanger then releases again in a passenger compartment or a driver's cab of a motor vehicle.

Aus der US-PS 1,8959503 ist ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher bekannt, in dem das Schmieröl erwärmt wird und in einem weiteren Wärmetauscher, der in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges angeordnet ist, wieder abgibt. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die gesamte Schmierölmenge aufgewärmt wird 9 so daß die Heizwirkung nur allmählich einsetzt0 Weiterhin läßt sich eine derartige Heizeinrichtung nur unvollkommen regulieren, da bei geringen den Wärmetauscher durchströmenden Schmierölmengen diese sehr stark durch das Abgas erwärmt werden9 unter Umständen derart stark, daß es überhitzt wird.From US-PS 1,8959503 is a vehicle with an internal combustion engine known with an exhaust gas heat exchanger in which the lubricating oil is heated and in one another heat exchanger, which is arranged in the passenger compartment of the vehicle, again gives away. The disadvantage of such an arrangement is that the entire amount of lubricating oil it is warmed up 9 so that the heating effect only starts gradually Such a heating device can only be regulated imperfectly, since at low levels The quantities of lubricating oil flowing through the heat exchanger are heavily influenced by the exhaust gas may be heated to such an extent that it is overheated.

Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, einen separaten Heizkreislauf mit Wasser und Antifrostmittel zu installieren. Nachteilig hierbei ist, daß bei Vollast der Brennkraftmaschine sehr hohe Abgastemperaturen auftreten, die von dem Wärmeträger auf Dauer nicht vertragen werden. Versuche, einen gegen diese hohen Temperaturen beständigen Wärmeträger zu finden, sind bisher Shlgeschlagen.For these reasons, a separate heating circuit has been used to install with water and antifreeze. The disadvantage here is that at Full load of the internal combustion engine very high exhaust gas temperatures occur, which of the Heat transfer medium cannot be tolerated in the long term. Try to get one against this high Finding temperature-resistant heat transfer media has so far been beaten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem übliche Wärmeträger verwendet werden können, ohne daß sie durch zu hohe Abgastemperaturen unbrauchbar werden.The object of the present invention is therefore to provide a heat exchanger of the type mentioned to provide, used in the conventional heat transfer medium without becoming unusable due to excessively high exhaust gas temperatures.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.According to the invention, the object is achieved by the characterizing features of the first claim solved.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß die Ubertragung der hohen Abgastemperaturen im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine auf den Wärmeträger dadurch vermieden werden kann, daß der Wärmeträger mit dem Wärmetauscher in einem in Abhängigkeit der Abgastemperatur oder seiner Temperatur veränderbaren Abstand zum Abgasrohr gehalten wird. Der größtmögliche Abstand wird dabei so groß gewählt, daß die bei Vollast der Brennkraftmaschinen auftretenden Abgastemperaturen es nicht mehr möglich machen, den Wärmeträger derart aufzuheizen, daß seine Standzeit darunter leidet.The invention is based on the idea that the transmission of the high Exhaust gas temperatures in full load operation of the internal combustion engine on the heat transfer medium can thereby be avoided that the heat transfer medium with the heat exchanger in one depending on the exhaust gas temperature or its temperature variable distance is held to the exhaust pipe. The greatest possible distance is chosen so large that that the exhaust gas temperatures occurring at full load of the internal combustion engines do not make more possible to heat the heat transfer medium in such a way that its service life is below it suffers.

Die Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 2 bis 4 beschreibt drei bevorzugte AusfUl1rungsformen, mit denen auf einfache Art und Weise stufenlose Abstände zwischen dem Wärmetauscher und dem Abgasrohr eingestellt werden können. Hierbei wird bei der Ausführung nach Anspruch 2 ein zweiteiliger Wärmetauscher benötigt, bei der Ausführung nach Anspruch 3 und 4 kann ein rohr- oder kastenförmiger, einteiliger Wärmetauscher zur Anwendung gelangen.The development of the invention according to claims 2 to 4 describes three preferred embodiments, with which in a simple manner stepless Distances between the heat exchanger and the exhaust pipe can be adjusted. Here, a two-part heat exchanger is required in the embodiment according to claim 2, in the embodiment according to claim 3 and 4, a tubular or box-shaped, one-piece Heat exchanger used.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 stellt eine besonders einfache und robuste Ausführungsform für die Anordnung des Wärmetauschers nach Anspruch 3 das, Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The development of the invention according to claim 4 represents a special one simple and robust embodiment for the arrangement of the heat exchanger according to claim 3 That, In the following the invention is based on a preferred embodiment explained in more detail.

Es stellen dar: Fig0 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäß Wärmetauscheranordnung; Fig0 2 einen Schnitt durch den Thermostaten in Fig. 1; Fig0 3 eine Anordnung bei Verwendung eines rohr oder Rylinderförmigen Wärmetauschers ; Fig0 4 eine Anordnung des Wärmetauschers bei Verwendung eines Wärmerohres-.The figures show: FIG. 1 a plan view of the heat exchanger arrangement according to the invention; Fig0 2 shows a section through the thermostat in Fig. 1; Fig0 3 shows an arrangement Use of a tubular or cylindrical heat exchanger; Fig0 4 shows an arrangement of the heat exchanger when using a heat pipe.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Abgasro bws 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Es wird in Richtung des Pfeiles 2 vom Abgas durchströmt.In Fig. 1 is part of an exhaust gas bws 1 of an internal combustion engine shown. The exhaust gas flows through it in the direction of arrow 2.

Der Wärmetauscher 3 besteht aus den beiden Hälften 3.1 und 3.2. Das wärmeaufnehmende Medium tritt bei 4 in die Wärmetauscherhälfte 3.1 ein, durchströmt se, wird über eine elastische Leitung 5 in die.Wärmetauscherhälfte 3.2 geleitet, durchströmt auch diese und tritt bei 6 wieder aus. Die beiden Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 werden über vier scherenförmige Gelenke 7 unter der Wirkung einer oder mehrerer Rückholfedern 8 gegen das beidseitig abgeflachte Abgasrohr 1 gepreßt. Die scherenförmigen Gelenke 7 weisen einen zentralen Gelenkpunkt 7.1 auf, der auf dem Umfang des Abgasrohres 1 ortsfest angeordnet ist.The heat exchanger 3 consists of the two halves 3.1 and 3.2. That heat-absorbing medium enters the heat exchanger half 3.1 at 4, flows through it se, is passed through an elastic line 5 into the heat exchanger half 3.2, also flows through this and exits again at 6. The two halves of the heat exchanger 3.1 and 3.2 are about four scissor-shaped joints 7 under the action of one or several return springs 8 pressed against the flattened exhaust pipe 1 on both sides. the scissors-shaped joints 7 have a central hinge point 7.1, which is on the Perimeter of the exhaust pipe 1 is arranged stationary.

Zum Verschwenken der Wärmetaus cherhälft en 3.1 und 3.2 um die ortsfesten Gelenkpunkte 7.1 ist ein Thermostat 9 vorgesehen, welches von dem wärmeaufnehmendem Medium durchströmt wird und in diesem -Beispiel auf der Wärmetauscherhälfte 3.2 befestigt ist. Es weist eine in Abhängigkeit der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums bewegbare Thermostatstange 10 auf, welche sich gegen eine an der Wärmetauscherhälfte 3.1 befestigte Platte 11, die für die Stange 10 einen Anschlag 12 aufweist, abstützt.To pivot the heat exchanger halves 3.1 and 3.2 around the fixed ones 7.1 pivot points, a thermostat 9 is provided, which of the heat-absorbing Medium flows through and in this example on the heat exchanger half 3.2 is attached. It has a function of the temperature of the heat-absorbing Medium movable thermostat rod 10, which is against a on the heat exchanger half 3.1 fixed plate 11, which has a stop 12 for the rod 10, is supported.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Thermostaten 9 dargestellt. Er besteht aus einem Gehäuse 13, welches einen Einlaß 13.1 zum Einströmçn des wärmeaufnehmenden Mediums aus der WärmetauscherhälSte 3.2 aufweist und dem Auslaß 6e In dem Gehäuse 13 ist ein Kolben 14 angeordnet, in dessen Inneren die Thermostatstangc 10 axial verschiebbar angeordnet ist0 Der Kolben 14 weist einen Dehnstoffteil 15 auf, in dem eine unter Wärme sich ausdehnende Flüssigkeit oder ein Gas angeordnet ist. Die Wärmeausdehnung wirkt auf die Thermostatstange 10 so daß diese bei zunehmender Erwärmung aus dem Thermostat 9 ausgefahren wird. In Fig. 2 a cross section through the thermostat 9 is shown. It consists of a housing 13, which has an inlet 13.1 for inflow of the heat-absorbing Medium from the WärmetauscherhälSte 3.2 and the outlet 6e in the housing 13 is a piston 14 is arranged, in the interior of which the thermostat rod 10 is axially displaceable is arranged0 The piston 14 has an expansion material part 15 in which a lower Heat expanding liquid or gas is arranged. The thermal expansion acts on the thermostat rod 10 so that this with increasing heating from the Thermostat 9 is extended.

Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet folgendermaßen. Im Betrieb der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird das Abgasrohr 1 in Pfeilrichtung 2 von dem Abgas durchströmt. Solange das wärmeaufnehmende Medium in den beiden Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 kalt ist, umschließen die beiden Wärmetauscherhälften den Umfang des Abgasrohres 1 (wie dargestellt).The system according to the invention works as follows. In operation of the The internal combustion engine, not shown here, is the exhaust pipe 1 in the direction of the arrow 2 flows through the exhaust gas. As long as the heat-absorbing medium is in the two heat exchanger halves 3.1 and 3.2 is cold, the two halves of the heat exchanger enclose the circumference of the Exhaust pipe 1 (as shown).

Mit zunehmender Erwärmung des wärmeaufnehmenden Mediums wird auch der Thermostat 9 erwärmt. Dadurch wird die Thermostatstange 10 durch das sich ausdehnende Gas oder die Flüssigkeit in dem Dehnstoffteil 15 weiter herausgeschoben. Dadurch wird über den Anschlag 12 und die Platte 11 einerseits die Wärmetauscherhälfte 3.1 und über das Thermostatgehäuse 13 andererseits die Wärmetauscherhälfte 3e2 von dem Abgasrohr 1 weggedrückt und aufgrund der scherenförmigen Gelenke 7 um die ortsfesten Drehpunkte 7.1 geschwenkt, so daß die beiden Wärmetauscherhälften einen in Abhängigkeit der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums entsprechenden Abstand zu der Oberfläche des Abgasrohres 1 einnehmen. Die mögliche Endstellung ist in Fig. 1 skizziert dargestellt. Fällt nun die Temperatur in der Umgebung des Thermostaten 9 ab, dann wird die Stange 10 durch die Rückholfeder 8 und Anschlag 12 in das Thermostatgehäuse hineingeschoben. Dadurch werden die Wärmetauscherhälften wieder an die Seiten des Abgasrohres gepreßt.With increasing heating of the heat-absorbing medium is also the thermostat 9 is heated. This causes the thermostat rod 10 to expand through the Gas or the liquid in the expansion part 15 pushed out further. Through this is via the stop 12 and the plate 11 on the one hand the heat exchanger half 3.1 and via the thermostat housing 13 on the other hand, the heat exchanger half 3e2 of the Exhaust pipe 1 pushed away and due to the scissor-shaped joints 7 around the stationary Pivot points 7.1 pivoted so that the two heat exchanger halves are dependent on one the Temperature of the heat-absorbing medium corresponding to the distance to the surface of the exhaust pipe 1. The possible end position is shown outlined in FIG. 1. If the temperature falls in the vicinity of the thermostat 9, then the rod 10 pushed into the thermostat housing by the return spring 8 and stop 12. As a result, the heat exchanger halves are pressed against the sides of the exhaust pipe again.

Von der Anordnung nach Fig. 1 unterscheidet sich die Anordnung gemäß Fig. 3 dadurch, daß in Fig.The arrangement according to FIG. 1 differs from the arrangement according to FIG Fig. 3 in that in Fig.

1 zwei Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 vorgesehen sind, die mit dem Abgasrohr ebene Kontaktflächen aufweisen. In Fig. 3 hingegen ist ein ringförmiger Wärmetauscher 16 vorgesehen, dessen Kontaktfläche 17 mit dem Abgasrohr 1 konisch ausgebildet ist. Im Unterschied zu Fig. 1, 2 stützt sich die Thermostatstange 10 nunmehr gegen einen Anschlag 18 an dem Abgasrohr 1 ab. In der oberen Bildhälfte ist in Fig.1 two heat exchanger halves 3.1 and 3.2 are provided with the Exhaust pipe have flat contact surfaces. In Fig. 3, however, is an annular Heat exchanger 16 is provided, the contact surface 17 of which with the exhaust pipe 1 is conical is trained. In contrast to FIGS. 1, 2, the thermostat rod 10 is supported now against a stop 18 on the exhaust pipe 1. In the upper half of the picture is in Fig.

3 der Wärmetauscher anliegend an das Abgasrohr 1 dargestellt, in der unteren Bildhälfte im max.3, the heat exchanger is shown adjacent to the exhaust pipe 1, in the lower half of the picture in the max.

möglichen Abstand hierzu. Der Wärmetauscher 16 wird durch eine federartige Rückholeinrichtung in die ersterwähnte Stellung gebracht.possible distance to this. The heat exchanger 16 is by a spring-like Return device brought into the first-mentioned position.

Aufgrund der konisch ausgebildeten Kontaktflächen 17 sind nun nicht mehr die scherenförmigen Gelenke 7 notwendig, sondern der Wärmetauscher 16 wird in einer Führung 19 auf Teilen seines Umfangs parallel zur Achse des Abgasrohres geführt. Der Thermostat 9 ist hierbei derart angeordnet, daß sich die Thermostatstange 10 an einen ortsfesten Anschlag abstützen kann und der Wärmetauscher 16 parallel zur Konusachse verschieben kann.Because of the conical contact surfaces 17 are not now more the scissor-shaped joints 7 are necessary, but the heat exchanger 16 will in a guide 19 on parts of its circumference parallel to the axis of the exhaust pipe guided. The thermostat 9 is arranged in such a way that the thermostat rod 10 can be supported on a stationary stop and the heat exchanger 16 in parallel can move to the cone axis.

Erwärmt sich das wärmeaufnehmende Medium in der Anordnung gemäß Fig. 3, so fährt ebenfalls die Thermostatstange 10 aus und verschiebt nun den Wärmetauscher 16 parallel zur Achse des Abgasrohres 1. Aufgrund der konischen Kontaktfläche entsteht durch diese Geradbewgung ein Luftspalt zwischen dem Wärmetauscher 16 und dem Umfang des Abgasrohres 1.If the heat-absorbing medium in the arrangement according to Fig. 3, the thermostat rod 10 also extends and now moves the heat exchanger 16 parallel to the axis of the exhaust pipe 1. Due to the conical contact surface arises this straight movement creates an air gap between the heat exchanger 16 and the circumference of the exhaust pipe 1.

Die Geradebewegung des Wårmetauschers 16 wird durch einen Anschlag 20 begrenzt.The straight movement of the heat exchanger 16 is controlled by a stop 20 limited.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der topfförmige Wärmetauscher mit 21 bezeichnet. Er weist eine kegelige Kontaktfläche 22 auf, die mit einer entsprechenden Kontaktfläche eines Wärmetauschers 23 in Wirkverbindung steht. Das Wärmerohr 23 reicht in den Teil des Abgasrohres 1 hinein und ist in der Wand abgedichtet. Es hat die Aufgabe, die Wärme aus dem Abgas zur Kontaktfläche zu transportieren. Zur Unterbindung des Wärmetransports bei höheren Motorlasten dient die durch den Thermostaten 9 gesteuerte Abhebevorrichtung. Die Thermostatstange 10 stützt sich hier an einem Anschlag 18a ab, der axial an dem Wärmerohr 23 angeordnet ist. Bei einer bestimmten Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums wird der Wärmetauscher 21 durch das Herausfahren der Thermostatstange 10 angehoben. Zu der Ruhe-bzw. Kaltstellung wird der Wärmetauscher durch die Rückholfeder 8a an die Kontaktflächen des Wärmerohres gepreßt. Diese Ausführung zeichnet sich gegenüber den Vorhergehenden durch eine besonders kompakte Bauweise aus.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the cup-shaped heat exchanger is designated by 21. It has a conical contact surface 22, which with a corresponding Contact surface of a heat exchanger 23 is in operative connection. The heat pipe 23 extends into the part of the exhaust pipe 1 and is sealed in the wall. It has the task of transporting the heat from the exhaust gas to the contact surface. To the The thermostat is used to prevent the transport of heat at higher engine loads 9 controlled lifting device. The thermostat rod 10 is supported here on one Stop 18a, which is arranged axially on the heat pipe 23. With a certain temperature of the heat-absorbing medium is the heat exchanger 21 by moving out the Thermostat rod 10 raised. To the rest or. Cold position becomes the heat exchanger pressed against the contact surfaces of the heat pipe by the return spring 8a. This execution is characterized by a particularly compact design compared to the previous ones the end.

LeerseiteBlank page

Claims

Claims t19 heat exchanger for heating a liquid heat carrier, which gets its heat from the exhaust gases of an internal combustion engine by the exhaust gas flow is in contact with the heat exchanger, characterized in that the distance of the heat exchanger (3, 16, 21) on the exhaust gas flow as a function of the exhaust gas and / or Heat carrier temperature is changeable.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the Heat exchanger (3) made up of two halves (3.1, 3.2) connected by elastic lines exists, which cling to the exhaust pipe leading the exhaust gas flow (1) that the heat exchanger halves (3.1, 3.2) are connected via scissor-shaped joints (7), whose central pivot point (7.1) is fixedly connected to the exhaust pipe (1) and that a thermostat (9) nLt both heat exchanger halves (3.1, 3.2) connected in such a way is that when the thermostat (9) expands the heat exchanger halves (3.1, 3.2) be moved away from each other0

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (16) extends over conical contact surfaces (17) clings to the exhaust pipe (1) carrying the exhaust gas flow that the thermostat (9) connected in this way to the heat exchanger (16) and a stationary support (18) is that the heat exchanger (16) is movable parallel to the axis of the cone by the heat exchanger (16) is guided on part of its circumference in a straight line (19) is.

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the Heat exchanger (21) is connected to a corresponding one via a conical contact surface (22) Surface of a heat pipe (23) which is in operative connection with the exhaust gas flow and that the thermostat (9) so with the heat exchanger (21) itself and with a stationary support (18a), in particular with a support on the heat pipe (23) is that the heat exchanger (21) along the axis of the conical contact surface (22) is guided movably in a pin.