DE9400797U1

DE9400797U1 - Verbrennungsmotor mit Abgaskühlung

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Publication number: DE9400797U1
Application number: DE9400797U
Authority: DE
Original assignee: ZEISE ELEKTROMASCHINENBAU GmbH
Current assignee: ZEISE ELEKTROMASCHINENBAU GmbH
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2004-01-21

Description

Dr ThomasU.Becker Becker & &Mgr;&idigr;&idiagr;&Igr;&Igr;&thgr;&Ggr; Dr. Karl-Ernst Müller

Diplommgemeur .**. *· ^" " " ' Diplomingenieur

European Patent Attorney I P£tentailWäJte *'. .' &Pgr;. European Patent Attorney

Anmelderin: 20. Januar 1994

Elektromaschinenbau GmbH
An der Tongrube 2

40789 Monheim ZEI 22943 sch29

Verbrennungsmotor mit Abgaskühlung

Beschreibung

Die Neuerung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere für den Einbau in Schiffen, Booten, Fahrzeugen und dergleichen, mit einer Zweikreiskühlung, bestehend aus einem inneren, von einem auf Süßwasserbasis gebildeten Kühlmittel durchströmten, geschlossenen Kühlkreis und aus einem äußeren mit Brauchwasser, beim Einsatz in Schiffen und Booten vorzugsweise Seewasser, betriebenen Kühlkreis, wobei zwischen den beiden Kühlkreisen wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und mit einer Kühlanordnung für die Abgase des Verbrennungsmotors.

Ein Verbrennungsmotor mit den vorgenannten Merkmalen ergibt sich aus der Druckschrift DE 91 00 449 Ul, in welcher bei einem Verbrennungsmotor bereits beschrieben ist, den geschlossenen inneren Kühlkreis eines Verbrennungsmotors über einen zugeordneten Wärmetauscher mittels eines äußeren Kühlkreises zu kühlen, wobei auch eine Abgaskühlung insoweit vorgeschlagen ist, als in einer zugeordneten Kammer das Abgas im Parallelstrom zu dem Brauchwasser als Kühlmittel des äußeren Kühlkreises geführt ist und im Anschluß dann gemeinsam mit dem Brauchwasser austritt. Der Wärmetauscher ist bei der bekannten Ausführung nach Art einer Innenkühlung so aufgebaut, daß das kalte Brauchwasser des zweiten Kühl-

Eisenhüttenstraße 2 · D-40^2*(Jajnqen; TeIffjn^Yo'a^Vee + §42901 · Telefax (0)2102/83069

kreises in Kühlschlangen geführt ist, welche von dem zu kühlenden heißen Kühlmedium des inneren Kühlkreises des Motors jeweils umströmt sind.

Mit dieser bekannten Anordnung ist der Nachteil verbunden, daß die Wärmestrahlung des Verbrennungsmotors vergleichsweise hoch ist, da das heiße Kühlmedium des inneren Kühlkreises von der Außenwandung des zugeordneten Wärmetauschers gefaßt ist; auch die Wärmestrahlung des Abgassammlers ist wegen der Parallelführung von Abgas und Brauchwasser des zweiten Kühlkreises noch beachtlich- Die insgesamt somit zu verzeichnende hohe Wärmestrahlung des Verbrennungsmotors ist beispielsweise schon nachteilig beim Einbau von entsprechenden Verbrennungsmotoren in zumeist kleine und enge Schiffs- beziehungsweise Bootskammern oder sonstige enge Einbauräume in Fahrzeugen; besonders gravierend wirkt sich dieser Nachteil jedoch beim Einbringen des Verbrennungsmotors in eine schallgedämmte Kapsel, meistens in gemeinsamer Anordnung mit einem Generator aus, da damit eine unerwünschte Aufheizung des gesamten Kapselinnenraums verbunden ist. Da ein in einer solchen Kapsel angeordneter Verbrennungsmotor zwangsläufig auch aus der Kapsel selbst Verbrennungsluft ansaugt, kommt es wegen der Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft zwangsläufig zu nicht unerheblichen Leistungsreduzierungen des Motors.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbrennungsmotor mit den eingangs genannten Merkmalen die Wärmeabstrahlung zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der

Neuerung aus dem Inhalt der Schutzansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Neuerung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß zusätzlich zu einem ersten, zwischen den inneren Kühlkreis und dem äußeren Kühlkreis angeordneten Wärmetauscher ein mit dem Abgasausgang der Verbrennungskammern des Motors verbundenes Ausdehnungsgefäß für den zur Kühlung des Abgases herangezogenen inneren Kühlkreis als zweiter Wärmetauscher zu dem äußeren Kühlkreis ausgebildet ist, wobei die Wärmetauscher (Ausdehnungsgefäß) als Außenhautkühler derart ausgebildet sind, daß das Brauchwasser des äußeren Kühlkreises die wasserführenden Teile des inneren Kühlkreises an deren Außenseiten umgibt. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß aufgrund der besonderen Anordnung der

Wärmetauscher die dem zweiten Kühlkreis zuzuordnenden i

"kalten" Flächen an der Außenseite liegen, so daß sich eine &iacgr;

geringere Wärmeabstrahlung einstellt; dies gilt insbesondere für die Kühlung der Abgase, die nach dem Austritt aus den Verbrennungskammern des Motors zunächst über den inneren Kühlkreis des Motors gekühlt'und dann mit dem Brauchwasser des äußeren Kühlkreises zusammengebracht werden, so daß die

Wärmeabstrahlung in diesem mit sehr hohen Temperaturen ;

belasteten Bereich ebenfalls gering gehalten ist.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Neuerung dient das dem &iacgr;

inneren Kühlkreis des Motors zuzurechnende Ausdehnungsgefäß insbesondere zur Kühlung der heißen Abgase, weil das j

entsprechende Abgasrohr zunächst durch das Ausdehnungsgefäß f

geführt ist; wegen der damit verbundenen hohen Wärmebe-

lastung ist das Ausdehnungsgefäß als zweiter Wärmetauscher j

ausgebildet, und zwar doppelwandig mit einer die Ausdehnungskammer des Kühlmittels des inneren Kühlkreises

umschließenden und in sich Kühlräume zur Durchleitung des Brauchwassers des äußeren Kühlkreises ausbildenden Wandung.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Neuerung ist der erste Wärmetauscher zwischen dem inneren und dem äußeren Kühlkreis in Strömungsrichtung des im äußeren Kühlkreis geführten Brauchwassers vor dem Ausdehnungsgefäß angeordnet, wobei die Strömungsrichtung des im inneren Kühlkreis geführten Kühlmediums im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung des äußeren Kühlkreises ausgelegt ist- Aufgrund dieser Zuordnung ist eine besondere Effektivität der Kühlung erreichbar, weil der in Strömungsrichtung des Brauchwassers im zweiten Kühlkreis an erster Stelle liegende Wärmetauscher das im Gegenstrom geführte Kühlmedium des inneren Kühlkreises aufnimmt, und zwar nach dessen Austritt aus dem Ausdehnungsgefäß, wobei aufgrund der hohen Temperaturbelastung im Ausdehnungsgefäß trotz der dort bereits über die Wärmetauscher-Ausbildung des Ausdehnungsgefäßes verwirklichten Kühlung des Kühlmediums gleichwohl eine entsprechende Wärmebelastung noch gegeben ist.

Aufgrund der Ausbildung der Wärmetauscher als Außenhautkühler ist vorgesehen, daß die Wärmetauscherflächen zwischen dem inneren und dem äußeren Kühlkreis aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehen, und zwar vorzugsweise aus Bronze.

Weiter kann vorgesehen sein, daß der äußere Kühlkreis an die Ölwanne des Motors oder auch an einen zugeordneten Ölkühler angeschlossen ist, so daß hier auch eine entsprechende Wärmeabstrahlung vermieden ist.

Eine besondere Anwendung eines Verbrennungsmotors liegt darin, diesen auf seiner Abtriebsseite mit einem Generator zu koppeln, und mit Blick auf die

erforderliche Kühlung auch des Generators ist nach einem Ausführungsbeispiel der Neuerung vorgesehen, daß der Generator einen inneren, von einem auf Süßwasserbasis gebildeten Kühlmittel durchströmten geschlossenen Kühlkreis aufweist, der über einen Wärmetauscher an den äußeren Kühlkreis für den Motor gekoppelt ist, wobei der Wärmetauscher in Strömungsrichtung des im äußeren Kühlkreis geführten Brauchwassers vor dem ersten Wärmetauscher des Motors angeordnet ist.

Schließlich ist es zweckmäßig, einen neuerungsgemäßen Verbrennungsmotor, gegebenenfalls gemeinsam mit einem neuerungsgemäßen Generator in einem mit einem schallschluckenden Material ausgekleideten geschlossenen Gehäuse anzuordnen.

In der Zeichnung ist die Kühlanordnung eines Verbrennungsmotors in einer schematischen Darstellung verdeutlicht; die dazu erforderlichen Bauteile sind in ihrer konstruktiven Ausbildung nicht dargestellt, jedoch nachstehend beschrieben, soweit dies erforderlich ist.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel richtet sich auf einen mit einem Generator verbundenen Verbrennungsmotor, wie diese beiden Bauteile beispielsweise gemeinsam in einer geräuschdämmenden Kapsel als Gehäuse angeordnet werden können; eine solche Anwendung ist insbesondere im Rahmen von dezentralen mobilen Stromerzeugereinheiten bekannt, wie diese insbesondere auf kleineren Schiffen, Booten oder als in einem Fahrzeug mitzuführende Einheiten Verwendung finden.

Wie der Figur im einzelnen zu entnehmen ist, ist einem Generator 10 ein innerer Kühlkreis 11 zugeordnet, welcher von einem auf Süßwasserbasis gebildeten Kühlmedium durchströmt wird, und zwar in Richtung der Pfeile 26, angetrieben durch eine Pumpe 12.

In gleicher Weise ist einem Motor 13 ein innerer Kühlkreis 14 zugeordnet, in welchem ein ebenfalls auf Süßwasserbasis gebildetes Kühlmedium unter der Wirkung einer Pumpe 15 strömt, ebenfalls in Richtung der Pfeile 26. In den inneren Kühlkreis 14 ist eingeschaltet ein Thermostat 16 sowie ein Bypaß 17, welcher die eigentliche Motorkühlung überbrückt.

Mit 18 ist ein in diesem Fall offener äußerer Kühlkreis bezeichnet, in welchen mittels einer Ansaugpumpe 19 Brauchwasser, bei einem Einsatz in Schiffen oder Booten, vorzugsweise Seewasser eingeführt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zunächst ein dem Generator 10 zugeordneter Wärmetauscher 25 vorgesehen, der den inneren Kühlkreis 11 des Generators 10 und den äußeren Kühlkreis 18 aneinander koppelt, und zwar in der Weise, daß das Brauchwasser des äußeren Kühlkreises 18 die wasserführenden Teile des inneren Kühlkreises 11 des Generators 10 an deren Außenflächen umgibt; dies ist konstruktiv im einzelnen nicht dargestellt. Von diesem Wärmetauscher 25 geht der äußere Kühlkreis 18 über die hiermit ebenfalls gekühlte Ölwanne 21 zu einem ersten Wärmetauscher 20, welcher dem inneren Kühlkreis 14 des Motors 13 in einer noch zu beschreibenden Weise zugeordnet ist. Der Kühlkreis 18 erstreckt sich weiter zum Ausdehnungsgefäß 23, welches doppelwandig ausgebildet ist, so daß die eine im Innern des Ausdehnungsgefäßes liegende Ausdehnungskammer umschließende Wandung des Ausdehnungsgefäßes 23 in sich Kühlräume ausbildet, die von dem Brauchwasser des äußeren Kühlkreises 18 durchströmt werden. Von dem Ausdehnungsgefäß 23 wird dann das Brauchwasser des äußeren Kühlkreises 18 einem Abgasauslaß zugeführt und hier zusammen mit dem Abgas ins Freie gebracht, wie dies in der zur Bildung der Gattung herangezogenen DE 91 00 449 Ul im einzelnen beschrieben ist.

Wie konstruktiv nicht weiter dargestellt, sind die von den Verbrennungskammern des Motors 13 abgehenden Abgasrohre durch die Ausdehnungskammer des Ausdehnungsgefäßes 23 geführt, so daß die von den Verbrennungskammern abgehenden heißen Abgase zunächst von dem Kühlmedium des inneren Kühlkreises 14 des Motors 13 gekühlt werden, bevor die Abgase dann dem Abgasauslaß 24 zugeführt und hier gemeinsam mit dem Brauchwasser des äußeren Kühlkreises 18 ins Freie verbracht werden.

Es ist der Zeichnung zu entnehmen, daß die Strömung des Brauchwassers im äußeren Kühlkreis 18 und die Strömung des Kühlmediums in den inneren Kühlkreisen 11, 14 von Generator 10 und Motor 13 jeweils im Gegenstrom ausgelegt ist. Auch liegt der erste Wärmetauscher 20 in Strömungsrichtung des Brauchwassers des äußeren Kühlkreises 18 vor dem Ausdehnungsgefäß 23, so daß hier im ersten Wärmetauscher die größere Kühlleistung für das Kühlmedium des inneren Kühlkreises 14 des Motors 13 erbracht wird.

Die Erfindung läßt sich auch verwirklichen, wenn die Wärmetauscher 20, 25 nach dem Vorbild der DE 91 00 449 Ul beschriebenen Rohrwärmetauscher ausgebildet sind, bei denen das Brauchwasser des äußeren Kühlkreises in Rohrleitungsschlangen durch das zu kühlende Kühlmedium des inneren Kühlkreises geführt ist; wesentlich für die Neuerung ist die Ausbildung des Ausdehnungsgefäßes 23.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Schutzansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Neuerung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Dr.Thomas U. Becker &Bgr;&rgr;&ggr;&Iacgr;<&Rgr;&Ggr; Sz* &Mgr;&udigr;&Igr;&Igr;&thgr;&Ggr; Dr. Karl-Ernst Müller

Diplomingenieur .. ·'·· . ··, Diplomingenieur

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Anmelderin: 20. Januar 1994

Zeise

Elektromaschinenbau GmbH
An der Tongrube 2

40789 Monheim ZEI 22943 sch29

Verbrennungsmotor mit Abgaskühlung

Schutzansprüche

1. Verbrennungsmotor, insbesondere für den Einbau in Schiffen, Booten, Fahrzeugen und dergleichen, mit einer Zweikreiskühlung, bestehend aus einem inneren, von einem auf Süßwasserbasis gebildeten Kühlmittel durchströmten, geschlossenen Kühlkreis und aus einem äußeren mit Brauchwasser, vorzugsweise Seewasser, betriebenen Kühlkreis, wobei zwischen den beiden Kühlkreisen wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und mit einer Kühlanordnung für die Abgase des Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einem ersten, zwischen den inneren Kühlkreis (14) und dem äußeren Kühlkreis (18) angeordneten Wärmetauscher (20) ein mit dem Abgasausgang der Verbrennungskammern des Motors (13) verbundenes Ausdehnungsgefäß (23) für den zur Kühlung des Abgases herangezogenen inneren Kühlkreis (14) als zweiter Wärmetauscher zu dem äußeren Kühlkreis (18) ausgebildet ist, wobei der Wärmetauscher (Ausdehnungsgefäß 23) als Außenhautkühler derart ausgebildet ist, daß das Brauchwasser des äußeren Kühlkreises (18) die wasserführenden Teile des inneren Kühlkreises (14) an deren Außenseiten umgibt-

Eisenhüttenstra8e 2 · D^OSiiRaiingenrietefen^eja-foa/sSoesV812901 · Telefax (0)2102/83069
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß (23) doppelwandig mit einer die Ausdehnungskammer für das Kühlmittel des inneren Kühlkreises (14) umschließenden und in sich Kühlräume zur Durchleitung des Brauchwassers des äußeren Kühlkreises (18) ausbildenden Wandung ausgebildet ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Verbrennungskammern des Motors (13) abgehenden Abgasrohre durch die Ausdehnungskammer des Ausdehnungsgefäßes (23) geführt sind und einen außerhalb des Ausdehnungsgefäßes (23) gelegenen Abgasausgang (24) aufweisen.
4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (20) zwischen dem inneren Kühlkreis (14) und dem äußeren Kühlkreis (18) in Strömungsrichtung des im äußeren Kühlkreis (18) geführten Brauchwassers vor dem Ausdehnungsgefäß (23) angeordnet ist und daß die Strömungsrichtung des im inneren Kühlkreis (14) geführten Kühlmittels im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung im äußeren Kühlkreis (18) ausgelegt ist.
5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherflächen zwischen dem inneren Kühlkreis (14) und dem äußeren Kühlkreis (18) aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehen.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherflächen aus Bronze bestehen.
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kühlkreis (18) an die Ölwanne (21) des Motors (13) beziehungsweise einen zugeordneten Ölkühler angeschlossen ist.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Verbrennungsmotor auf seiner Abtriebsseite mit einem Generator gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (10) einen inneren, von einem auf Süßwasserbasis gebildeten Kühlmittel durchströmten geschlossenen Kühlkreis (11) aufweist, der über einen Wärmetauscher (25) an den äußeren Kühlkreis (18) für den Motor (13) gekoppelt ist, wobei der Wärmetauscher (25) in Strömungsrichtung des im äußeren Kühlkreis (18) geführten Brauchwassers vor dem ersten Wärmetauscher (20) des Motors (13) angeordnet ist.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (13) und/oder Generator (10) in einem mit einem schallschluckenden Material ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet ist.