DE974837C

DE974837C - Device for putting liquid-cooled internal combustion engines into operation by means of an auxiliary internal combustion engine

Info

Publication number: DE974837C
Application number: DEC6552A
Authority: DE
Inventors: Werner Hermann Gottl Stegemann
Original assignee: Rockwell GmbH
Current assignee: Rockwell GmbH
Priority date: 1952-10-17
Filing date: 1952-10-17
Publication date: 1961-05-10

Description

AUSGEGEBEN AM 10. MAI 1961ISSUED MAY 10, 1961

C 6552 Ia/46a⁷ C 6552 Ia / 46a ⁷

Zum Andrehen von Brennkraftmaschinen höherer Leistung hat man an Stelle elektrischer Anlasser bereits Hilfsbrennkraftmaschinen benutzt, welche ein Schwungrad mit zum Andrehen der Hauptbrennkraf tmaschine ausreichendem Energiespeichervermögen aufweisen, wobei zwischen dem Schwungrad und der Hauptbrennkraftmaschine eine Schaltkupplung vorgesehen ist. Mit dieser Einrichtung lassen sich zwar auch schwere Brennkraftmaschinen mit starken inneren Widerständen andrehen und in Betrieb setzen, aber nicht die Gefahren vermeiden, die sich für die anzudrehende Brennkraftmaschine aus dem Kaltstart, insbesondere bei tiefen Außentemperaturen, ergeben.To start internal combustion engines of higher power, one has an electric starter instead already used auxiliary internal combustion engines, which have a flywheel to crank the main combustion engine t machine have sufficient energy storage capacity, with between the flywheel and the main internal combustion engine is provided with a clutch. With this facility Although heavy internal combustion engines with strong internal resistances can also be turned on and in Set operation, but do not avoid the dangers that arise for the internal combustion engine to be turned on from a cold start, especially at low outside temperatures.

Es ist andererseits bekannt, eine zum Andrehen einer Brennkraftmaschine dienende Hilfsbrennkraftmaschine auch zum Antrieb eines nach Art der Wasserwirbelbremsen arbeitenden Energiewandlers zu verwenden, der jedoch lediglich das der Hauptbrennkraftmaschine zuzuführende Kühlwasser zur Erleichterung ihres Anspringens vorwärmt; dieser Einrichtung fehlen indessen geeignete Mittel für die zweckmäßige Durchführung des Andrehvorganges in einem günstigen Zeitpunkt.On the other hand, it is known to use an auxiliary internal combustion engine for cranking an internal combustion engine also to drive an energy converter working in the manner of water vortex brakes to use, but only the cooling water to be supplied to the main internal combustion engine Relief of their starting warmed up; however, this institution lacks adequate funds for the appropriate implementation of the cranking process at a favorable point in time.

Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ingangsetzung flüssigkeitsgekühlter Brennkraftmaschinen sowohl ohne Schädigung der Hauptbrennkraftmaschine als auch in kürzester Zeit und mit größter Zuverlässigkeit auch bei tiefen Außentemperaturen zu ermöglichen.Compared to these known devices, the invention is based on the task of starting liquid-cooled internal combustion engines both without damaging the main internal combustion engine as well as in the shortest possible time and with the greatest reliability even at low outside temperatures to enable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale: Die Hilfsbrennkraftmaschine treibt einerseits einen Energiewandler an, der die ihm zugeführte Leistung teils nach Art der Wasser-According to the invention, this object is achieved by the combination of the following, which are known per se Features: The auxiliary internal combustion engine drives an energy converter on the one hand, which it supplied power partly according to the type of water

109' 571/T109 '571 / T

wirbelbremsen, in Form von Wärme, teils nach Art der Flüssigkeitspumpen in Form von Förderleistung auf das Kühlwasser der Hauptbrennkraftmaschine überträgt; andererseits treibt die Hilfsbrennkraftmaschine einen zum Andrehen der Hauptbrennkraftmaschine ausreichenden Energiespeicher, z. B. ein Schwungrad, an, der über eine ein- und ausrückbare Kupplung die Hauptmaschine andreht.eddy brakes, in the form of heat, partly in the form of fluid pumps in the form of delivery rate transfers to the cooling water of the main internal combustion engine; on the other hand drives the auxiliary internal combustion engine a sufficient energy storage device to crank the main internal combustion engine, e.g. B. a flywheel, which turns the main engine on via an engaging and disengaging clutch.

Durch die an sich neue gleichzeitige Verwendung ίο von zwei in ihrer Wirkung so unterschiedlichen Baugruppen wie des energiespeichernden Schwungrades mit der Schaltkupplung und des das Kühlwasser anwärmenden Energiewandlers wird mit der Erfindung eine Verkürzung der Anlaßzeiten und insbesondere bei Kaltstart eine Schonung der Hauptmaschine erzielt, weil es durch das willkürliche Einrücken der Schaltkupplung ermöglicht wird, das Durchdrehen der Hauptmaschine dann einzuleiten, wenn sie genügend vorgewärmt ist, um sofort und unter Ausschluß von Kaltstartschäden anzuspringen. Diese Möglichkeit gibt dem Bedienungspersonal die völlige Beherrschung des gesamten Ingangsetzungsvorganges in die Hand; es kann nunmehr nach eigenem Ermessen, d. h. unter erfahrungsmäßiger Berücksichtigung sämtlicher Umstände und Betriebsverhältnisse¹, wie vor allem der erreichten Vorwärmtemperatur und der Außentemperatur, den jeweils günstigen Zeitpunkt für das Andrehen der Hauptbrennkraftmaschine bestimmen und in diesem Augenblick die Kupplung einrücken. In der praktischen Handhabung wirkt sich dies so aus, daß die Hauptbrennkraftmaschine beim Andrehen völlig ausreichend angewärmt ist; damit ist ihr Schmiermittel genügend dünnflüssig geworden, und ihre sämtlichen Gleitflächen befinden sich in einem vorgewärmten und dadurch ohne weiteres betriebsfähigen Zustand, so daß einerseits das schädliche Loßreißen der gleitenden Flächen und die sonstigen Nachteile des Kaltstarts mit Sicherheit vermieden und andererseits die für den Verbrennungsablauf erwünschten höheren Temperaturen der Verbrennungsluft erreicht werden. Im übrigen führt die erfindungsgemäße Vereinigung einer Hilfsbrennkraftmaschine, eines Energiewandlers, eines Energiespeichers und einer Schaltkupplung vor allem bei Hauptbrennkraftmaschinen großer Leistung zur Verringerung des Bauaufwandes für die Einrichtung zum Inbetriebsetzen sowie zur Erleichterung dieses Vorganges. Zweckmäßig wird der nach Art einer Wasserwirbelbremse ausgebildete Energiewandler so ausgelegt, daß er bei der Nenndrehzahl der Hilfsbrennkraftmaschine deren volle.Leistung aufnimmt. Dann verhindert die quadratisch zur Drehzahl ansteigende Drehmomentcharakteristik des Wandlers das Durchgehen der Hilfsbrennkraftmaschine und macht dadurch die Verwendung des sonst erforderlichen Reglers oder Drehzahlbegrenzers entbehrlich.Due to the per se new simultaneous use of two assemblies as different in their effect as the energy-storing flywheel with the clutch and the energy converter that heats the cooling water, the invention shortens the starting times and, in particular, protects the main engine when starting from cold, because it is achieved through the arbitrary engagement of the clutch is made possible to initiate the spin of the main engine when it is sufficiently preheated to start immediately and to the exclusion of cold start damage. This possibility gives the operating personnel complete control of the entire start-up process; it can now at its own discretion, that is, taking into account all circumstances and operating conditions ¹ based on experience, such as the preheating temperature reached and the outside temperature, determine the best time to start the main internal combustion engine and engage the clutch at this moment. In practical use, this has the effect that the main internal combustion engine is completely sufficiently warmed up when it is started; This means that your lubricant has become sufficiently fluid, and all of your sliding surfaces are in a preheated and thus easily operable state, so that on the one hand the harmful looseness of the sliding surfaces and the other disadvantages of cold start are avoided and on the other hand the higher levels desired for the combustion process Combustion air temperatures can be reached. In addition, the combination according to the invention of an auxiliary internal combustion engine, an energy converter, an energy store and a clutch, especially in the case of high-performance main internal combustion engines, leads to a reduction in the construction costs for the commissioning device and to facilitate this process. The energy converter, which is designed in the manner of a water vortex brake, is expediently designed in such a way that it absorbs its full power at the rated speed of the auxiliary internal combustion engine. Then the torque characteristic of the converter, which increases as the square of the speed, prevents the auxiliary internal combustion engine from running away and thus makes the use of the otherwise required controller or speed limiter superfluous.

Bei Verwendung einer Hilfsbrennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung kann in an sich bekannter Weise deren Kühlsystem ganz oder teilweise in den Umlauf des vorgewärmten Kühlmittels der Hauptbrennkraftmaschine einbezogen und dadurch auch die Wärmeabgabe der Hilfsbrennkraftmaschine für die Vorwärmung der Hauptbrennkraftmaschine zusätzlich verwertet werden. Die Wasserwirbelbremse kann, wie gleichfalls an sich bekannt, vorteilhaft parallel zum Kühler des Kühlkreislaufs der Hauptbrennkraftmaschine geschaltet werden, so daß mittels an den Anzweigstellen der Parallelleitungen angeordneter Schaltorgane wahlweise entweder die Wasserwirbelbremse oder der Kühler in den Kühlkeislauf einschaltbar ist und die Hauptbrennkraftmaschine nach dein Inbetriebsetzen mit ihrem üblichen Kühlkreislauf allein arbeiten kann.When using an auxiliary internal combustion engine with liquid cooling, it is known per se Way their cooling system wholly or partially in the circulation of the preheated coolant of the main internal combustion engine included and thereby also the heat output of the auxiliary internal combustion engine for preheating the main internal combustion engine be recycled. As is also known per se, the water vortex brake can be advantageous be connected in parallel to the cooler of the cooling circuit of the main internal combustion engine, so that by means of switching elements arranged at the branch points of the parallel lines, optionally either the water vortex brake or the cooler can be switched on in the cooling circuit and the main internal combustion engine can work alone with its usual cooling circuit after it has been commissioned.

In weiteren Einzelheiten ist der Erfindungsgegenstand im nachstehenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung inIn further details, the subject matter of the invention is given below on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail that in the drawing in

Abb. ι in Seitenansicht schematisch veranschaulicht ist, währendFig. Ι illustrated schematically in side view is while

Abb. 2 in größerem Maßstab die Wasserwirbelbremse im Schnitt zeigt.Fig. 2 shows the water vortex brake in section on a larger scale.

In Abb. ι sind eine Hauptbrennkraftmaschine mit i, ihre Kurbelwelle mit 2 und die Kühlmittel ihrer Zylinder mit 3 bezeichnet. Eine Hilfsbrennkraftmaschine 4 treibt einerseits eine Wasserwirbelbremse 5 an und andererseits ein Schwungrad 6 von verhältnismäßig großem Speichervermögen; über ein Vorgelege 7 mit Übersetzung ins Langsame und über eine Schaltkupplung 8 kann die Hilfsmaschine 4 die Kurbelwelle 2 der Hauptmaschine 1 in Drehung versetzen. Die Druckleitung 9 der Wasserwirbelbremse 5 führt — gegebenenfalls unter Zwischenschaltung des Zylinderkühlmantels 10 der Hilfsmaschine 4 — zu den Kühlmänteln 3 der Zylinder der Hauptmaschine; die Kühlmittelrückleitung ist mit 11 bezeichnet.In Fig. Ι are a main internal combustion engine with i, its crankshaft with 2 and the coolant their cylinder is designated by 3. An auxiliary internal combustion engine 4 drives a water vortex brake on the one hand 5 on and on the other hand, a flywheel 6 of relatively large storage capacity; The auxiliary machine can 4 set the crankshaft 2 of the main engine 1 in rotation. The pressure line 9 of the water vortex brake 5 leads - optionally with the interposition of the cylinder cooling jacket 10 of the Auxiliary machine 4 - to the cooling jackets 3 of the cylinders of the main machine; the coolant return line is denoted by 11.

Wie Abb. 2 zeigt, trägt der Läufer 12 der Wasserwirbelbremse S auf seinem Mantel kantige oder runde Stifte 13. Diese laufen eng zwischen gleichartigen, im Bremsgehäuse befestigten Stiften 14 hindurch und erzeugen dadurch starke Wirbelungen, die den Hauptteil der Antriebsleistung aufnehmen und in Wärme verwandeln, was einen schnellen Temperaturanstieg des umgewälzten Kühlwassers zur Folge hat.As Fig. 2 shows, the rotor 12 carries the water vortex brake S angular or round pins on its jacket 13. These run closely between similar, pins 14 fastened in the brake housing through and thereby generate strong eddies, which absorb the main part of the drive power and convert it into heat, which is a fast one Increases the temperature of the circulated cooling water.

Der eigentliche Andrehvorgang der Hauptmaschine wird dadurch bewirkt, daß die Kupplung 8 eingerückt wird, nachdem die Hilfsmaschine 4 die no Hauptmaschine 1 über den Kühlmittelkreislauf hinreichend vorgewärmt hat. Die Hilfsmaschine4 läuft dabei mit hoher Drehzahl. Die gespeicherte lebendige Energie des gleichfalls mit hoher Drehzahl umlaufenden Schwungrades 6 wird nach dem Kuppein zum Andrehen der Hauptmaschine 1 ausgenutzt. Diese Wirkung wird noch durch den Drehmomentüberschuß der Hilfsmaschine 4 über den Bedarf der Wirbelbremse 5 unterstützt, der mit abfallender Drehzahl rasch anwächst.The actual starting process of the main machine is brought about by the clutch 8 is engaged after the auxiliary machine 4 has reached the main machine 1 via the coolant circuit has preheated. The auxiliary machine4 runs at high speed. The saved living Energy of the flywheel 6, which also rotates at high speed, is after the coupling exploited for turning the main machine 1. This effect is made worse by the excess torque the auxiliary machine 4 supported on the need of the vortex brake 5, which is falling with Speed increases rapidly.

Das Kühlmittel kann zweckmäßig außer durch die Kühlräume 3 der Hauptmaschine 1 und gegebenenfalls durch die Kühlräume 10 der Hilfsmaschine 4 auch noch durch einen deren Auspuffrohr und Auspufftopf umschließenden Kühlraum geleitet werden, um die gesamte Abwärme derThe coolant can expediently except through the cooling chambers 3 of the main engine 1 and optionally through the cooling spaces 10 of the auxiliary machine 4 also through an exhaust pipe thereof and the cooling space surrounding the muffler are routed to the entire waste heat of the

Hilfsmaschine 4 zum Anwärmen der Hauptmaschine ι auszunutzen.Use auxiliary machine 4 for heating the main machine ι.

Ein weiterer Vorzug der Kupplung der Hilfsmaschine 4 mit der kombinierten Umwälzpumpe und Wirbelbremse 5 liegt darin, daß der sonst unentbehrliche Regler oder Drehzahlbegrenzer für die Andrehbrennkraftmaschine entfallen kann, da die quadratisch mit der Drehzahl ansteigende Drehmomentcharakteristik der Wirbelbremse ein Durchgehen der Andrehmaschine mit Sicherheit verhindert. Another advantage of the coupling of the auxiliary machine 4 with the combined circulation pump and vortex brake 5 is that the otherwise indispensable controller or speed limiter for the Starting internal combustion engine can be dispensed with, since the torque characteristic increases quadratically with the speed the vortex brake reliably prevents the turning machine from running away.

Um eine möglichst große lebendige Energie im Schwungrad 6 speichern zu können, kann man bei Verwendung einer verhältnismäßig kleinen Andrehbrennkraftmaschine geringer Leistung zweckmäßig die Drehzahl des Schwungrades 6 über die durch die Wirbelbremsenwirkung der Bremse 5 bedingte Grenze hinaussteigern. Außerdem kann es wünschenswert sein, das Schwungrad 6 in möglichst kurzer Zeit auf eine recht hohe Drehzahl zu beschleunigen. Zu diesem Zweck kann man erfindungsgemäß zwischen der Hilfsbrennkraftmaschine 4 und der Bremse 5 entweder eine schaltbare Kupplung 15 vorsehen oder durch zweckmäßige An-Ordnung von Schalt- und Belüftungshähnen die Möglichkeit schaffen, die Wirbelbremse S während des eigentlichen Andrehvorganges zu entleeren, so daß sie die Hilfsmaschine 4 beim Andrehen nicht belastet.In order to be able to store the greatest possible living energy in the flywheel 6, one can use Use of a relatively small, low-power starting internal combustion engine is expedient the speed of the flywheel 6 over that caused by the vortex brake effect of the brake 5 Go beyond the limit. In addition, it may be desirable to have the flywheel 6 in as possible to accelerate to a fairly high speed in a short time. For this purpose you can according to the invention between the auxiliary internal combustion engine 4 and the brake 5 either a switchable Provide coupling 15 or the appropriate arrangement of switching and ventilation taps Create the possibility of emptying the vortex brake S during the actual cranking process, see above that it does not burden the auxiliary machine 4 when turning.

Im Betriebszustand nach dem Andrehen arbeitet die Hauptmaschine 1 mit ihrer üblichen Kühlung, z. B. in einem Kühlkreislauf, bei dem die Zylindermäntel 3 durch Leitungen 16 und 17-an einen Luftkühler 18 angeschlossen sind. An der Abzweig- bzw. Einmündungsstelle der Leitungen 16, 17 sind Schalthähne 19 bzw. 20 angeordnet; hierbei kann der Schalthahn 20 so ausgebildet sein, daß er zugleich die Bremse 5 beim Entleeren belüften kann.In the operating state after cranking, the main machine 1 works with its usual cooling, z. B. in a cooling circuit in which the cylinder jackets 3 are connected to an air cooler 18 by lines 16 and 17. At the branch or where the lines 16, 17 meet, switching cocks 19 and 20, respectively, are arranged; here can the switch tap 20 be designed so that it can simultaneously ventilate the brake 5 when emptying.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Device for commissioning

from

Liquid-cooled internal combustion engines by means of an auxiliary internal combustion engine, characterized by the combination of the following known features:

a) The auxiliary internal combustion engine (4) drives an energy converter (5), which it Supplied power partly according to the type of water vortex brakes in the form of heat, partly according to the type of liquid pumps in Transfers the form of delivery capacity to the cooling water of the main internal combustion engine;

b) the auxiliary internal combustion engine (4) drives one to crank the main internal combustion engine (1) sufficient energy storage, e.g. B. a flywheel (6), which The main engine turns on via an engaging and disengaging clutch (8).

2. Device according to claim 1, characterized in that that the energy converter designed in the manner of a water vortex brake (S) is designed in such a way that it operates at the nominal speed the auxiliary machine (4) takes full power.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling of the Auxiliary machine (4) in a manner known per se in whole or in part in the coolant circulation the main machine (1) is involved.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the auxiliary machine (4) and the water vortex brake (5) a clutch (15) is arranged is.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the water vortex brake (5) with an emptying element is provided.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in per se known way the water vortex brake (5) parallel to the radiator (18) of the cooling circuit (11, 16, 17, 3) of the main internal combustion engine (1) is switched and that arranged by means of the parallel lines at the branch-off points Switching elements (19, 20) either the water vortex brake (5) or the cooler (18) can be switched on in the cooling circuit.

Considered publications:
French Patent No. 903372;
Swiss Patent No. 229 025;
U.S. Patent Nos. 2,155 Jj6, 2,152,675.

Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings