EP0185009A2 - Brennkraftmaschine mit einer sie umschliessenden, schallisolierenden Kapsel - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer sie umschliessenden, schallisolierenden Kapsel Download PDF

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capsule wall
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Franz Dr. Dipl.-Ing. Moser
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
    • F02B77/13—Acoustic insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/12—Filtering, cooling, or silencing cooling-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P9/00—Cooling having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P7/00

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a sound-insulating capsule surrounding it.
  • Capsules of this type which are preferably made of sheet metal or light metal casting, can either encase a self-contained conventional internal combustion engine and can be attached to it or to the vehicle frame.
  • wet capsules are also known, which form the closure of the lubricating oil spaces of the internal combustion engine to the outside, that is to say contain the lubricating oil sump, and the walls of which are exposed to spray oil.
  • a dry capsule which is used exclusively to reduce the noise emission, difficulties often arise during operation in that the heat accumulating in the capsule cannot be dissipated to a sufficient extent.
  • a cooling system for the cooling water and / or for the lubricating oil is required in all internal combustion engines, a cooler with a corresponding fan driven by the internal combustion engine itself or via an electric motor being generally provided. In order to save fuel and to limit the comparatively large space requirement for the cooling system, it is desirable to reduce it or to avoid it at all.
  • the invention has for its object to remedy these shortcomings and to improve the internal combustion engine described at the outset so that the cooling system is reduced in size by simple means and more favorable conditions are achieved when starting after a long interruption in operation.
  • the invention achieves the stated object in that the capsule wall is formed, at least in regions, by heat-storing material which is applied superficially and / or filled into cavities as a heat accumulator and / or by increasing the surface area as a heat exchanger.
  • the heat-storing material is arranged on the inside of the capsule wall, sprayed with oil and optionally ripped.
  • the heat transfer from the internal combustion engine to the heat-storing material is carried out in a simple manner by the lubricating oil spraying around in the interior of the capsule.
  • the heat-storing material warmed up by the lubricating oil remains at a higher temperature for a long time and slowly releases the stored heat to the machine.
  • the capsule wall is provided with ribs in a manner known per se for enlarging the surface.
  • ribs can be arranged both on the outside of the capsule and on the inside, depending on whether they are to form the heat exchanger or to serve to reinforce the heat storage effect.
  • Heat pipes have the property of enabling particularly intensive heat transport.
  • the connection of hot parts of the internal combustion engine, from which the heat pipe takes heat, to the corresponding areas of the capsule wall, to which the heat pipe releases the heat again, can significantly intensify the heat dissipation from the internal combustion engine to the capsule wall designed as a store or heat exchanger.
  • a further embodiment of the invention consists in that the heat pipes are acted upon directly or indirectly by the cooling water and / or by the lubricating oil, and on the other hand are connected to the capsule wall. It is thus possible for the cooling of the internal combustion engine to be carried out entirely by the capsule wall and for a separate water and / or oil cooler to be dispensed with. Finally, according to the invention, the area of the capsule designed as a heat exchanger is exposed to a cooling air flow, from which the wall areas serving as heat stores are removed. This makes it possible, on the one hand, to ensure sufficient cooling of the internal combustion engine and, on the other hand, to maintain the heat to be stored for the cooling and starting phases of the machine.
  • the design according to the invention not only results in the described thermal advantages, but also the noise-damping effect is increased and the ribs stiffen the capsule walls, which can bring about a further improvement in soundproofing.
  • the sound-absorbing capsule surrounding the internal combustion engine 1 consists of the central capsule part 2, the capsule cover or upper part 3 and the oil pan 4, since the capsule for the internal combustion engine 1 forms the lubricating oil collecting space.
  • One half of the capsule middle part 2 and the capsule lid or top part 3 is provided on the inside with a layer of heat-storing material 5.
  • a ceramic mass is an example of a heat-storing material. But it is also possible to provide the capsule wall with cavities and the like in the cavities water, glycerin or the like. fill in as heat-storing material.
  • the lubricating oil thrown around by the internal combustion engine 1 during its operation reaches the capsule walls and heats the storage material 5 there. When the machine is at a standstill, the heat in the heat storage material 5 is retained for a long time, so that the restarting of the machine is facilitated.
  • the other half of the capsule middle part 2 or capsule Upper part 3 is provided for increasing the surface with outer wall ribs 65, which serve to intensify the heat dissipation to the outside and thus form a heat exchanger.
  • the ribs 6 are exposed to the cooling air flow from a fan 7, which can serve, for example, at the same time as a fan for the water cooler 8 of the internal combustion engine 1.
  • the capsule half serving as a heat accumulator naturally has no outer ribs and is thus essentially removed from the cooling air flow of the fan 7.
  • heat pipes 9, indicated by dash-dotted lines, are provided to improve the heat transport from the hot parts of the internal combustion engine 1 to the capsule wall.
  • One of the heat pipes 9 takes the heat directly from the cooling water system and passes it on to the capsule half occupied by cooling fins 6. Therefore, the water cooler 8 can be made smaller.
  • the oil filter head 10 is also connected to the capsule wall via heat pipes 9, a heat pipe 9 leading to the wall area of the capsule lined with the heat storage material 5 and a heat pipe from the oil filter head 10 to the wall of the capsule half serving as a heat exchanger.
  • Particularly hot areas of the internal combustion engine 1, such as the cylinder head 11 or the exhaust line, can also be connected to the wall of one or the other capsule half.
  • a heat pipe 9 consists of a closed hollow body 12 formed of metal, which has a heating zone 13, a cooling zone 14 and a transport zone 15.
  • a wire mesh 16 with a capillary structure is arranged in the interior of the hollow body 12; the cavity is filled with a liquid serving as a heat transfer medium.
  • the heating zone 13 is arranged in that area of the internal combustion engine 1 from which heat is to be removed, whereas the cooling zone 14 is connected to the capsule wall.
  • the liquid heat transfer medium is evaporated, and steam flows through the capillary structure of the wire mesh 16 in the direction of the cooling zone 14, where it condenses and releases the heat again.
  • the condensate is transported back to the heating zone 13 by the suction effect of the capillaries.
  • the shape of the heat pipe 9 is arbitrary, and it is also possible to transport heat over relatively long distances.
  • the transport zone 15 is of course shielded from the environment with heat insulation material.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine (1) ist mit einer sie umschliessenden, schallisolierenden Kapsel (2, 3, 4) versehen. Um mit einfachen Mitteln das Kühlsystem (7, 8) der Brennkraftmaschine (1) zu verkleinern und günstigere Verhältnisse beim Starten nach längerer Betriebsunterbrechung zu erreichen, ist die Kapselwand zumindest bereichsweise als Wärmespeicher und/oder als Wärmetauscher ausgebildet. Für die den Wärmespeicher bildenden Bereiche ist auf die Kapselwand oberflächlich wärmespeicherndes Material (5) aufgebracht oder solch ein Material in Wandhohlräume eingefüllt. Im Bereich des Wärmetauschers ist die Oberfläche der Kapselwand beträchtlich vergrössert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer sie umschließenden, schallisolierenden Kapsel.
  • Kapseln dieser Art, die vorzugsweise aus Blech oder Leichtmetallguß hergestellt werden, können entweder eine in sich abgeschlossene konventionelle Brennkraftmaschine umhüllen und an dieser selbst oder auch am Fahrzeugrahmen befestigt sein. Es sind aber auch schon sogenannte nasse Kapseln bekannt, die den Abschluß der Schmierölräume der Brennkraftmaschine nach außen bilden, also den Schmierölsumpf beinhalten, und deren Wände innenseitig mit Spritzöl beaufschlagt sind. Bei Brennkraftmaschinen mit trockener, also ausschließlich der Verringerung der Geräuschabstrahlung dienender Kapsel treten im Betrieb häufig Schwierigkeiten dadurch auf, daß die sich in der Kapsel stauende Wärme nicht in ausreichendem Maß abgeführt werden kann.
  • Bei allen Brennkraftmaschinen ist ein Kühlsystem für das Kühlwasser und/oder für das Schmieröl erforderlich, wobei im allgemeinen ein Kühler mit einem entsprechenden von der Brennkraftmaschine selbst oder über einen Elektromotor angetriebenen Lüfter vorgesehen ist. Um Kraftstoff einzusparen und den vergleichsweise großen Raumbedarf für das Kühlsystem einzuschränken, ist es wünschenswert, dieses zu verkleinern oder überhaupt zu vermeiden.
  • Eine weitere ungünstige Eigenschaft von Brennkraftmaschinen ist auch darin zu erblicken, daß nach langen Abkühlphasen bei niedrigen Außentemperaturen ein neuerlicher Start zeitweise erschwert bzw. mit erhöhter Abgasemission und auch erhöhtem Kraftstoffverbrauch während des Warmlaufvorganges verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und die eingangs geschilderte Brennkraftmaschine so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln das Kühlsystem verkleinert wird und günstigere Verhältnisse beim Starten nach längerer Betriebsunterbrechung erreicht werden.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Kapselwand zumindest bereichsweise durch oberflächlich aufgebrachtes und/oder in Hohlräume eingefülltes wärmespeicherndes Material als Wärmespeicher und/oder durch Oberflächenvergrößerung als Wärmetauscher ausgebildet ist.
  • Durch die Anordnung von wärmespeichernden Bereichen an der Kapselwand wird dort während des normalen Betriebes der Brennkraftmaschine Wärme aufgenommen und während des Maschinenstillstandes langsam wieder an die die Brennkraftmaschine umgebende Luft bzw. an diese selbst abgegeben. Dadurch geht dann der Abkühlvorgang der Maschine wesentlich langsamer vor sich und ein neuerlicher Start wird erleichtert. Die Brennkraftmaschine kommt nach dem Start auch rascher wieder auf volle Betriebstemperatur, was die Phase erhöhter Abgasemission und erhöhtem Kraftstoffverbrauchs verkürzt. Durch die Ausbildung eines Teiles der Kapselwand als Wärmetauscher kann Wärme von der Brennkraftmaschine über diesen nach außen abgeführt werden, wodurch es möglich ist, Bereiche der Brennkraftmaschine thermisch zu entlasten und dadurch das Kühlsystem in seinem Umfang zu verringern.
  • Handelt es sich um eine Brennkraftmaschine, bei der die Kapsel einen Schmierölsammelraum bildet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das wärmespeichernde Material an der Innenseite der Kapselwand angeordnet, von Spritzöl beaufschlagt und gegebenenfalls gerippt ist. Die Wärmeübertragung von der Brennkraftmaschine an das wärmespeichernde Material erfolgt dabei auf einfache Weise durch das im Kapselinnenraum herumspritzende Schmieröl. Während der Stillstands- und Abkühlungsphasen der Brennkraftmaschine bleibt das vom Schmieröl aufgewärmte, wärmespeichernde Material lange auf höherer Temperatur und gibt die gespeicherte Wärme langsam an die Maschine ab.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Kapselwand in an sich bekannter Weise zur Oberflächenvergrößerung mit Rippen versehen. Diese Rippen können sowohl an der Kapselaußenseite als auch an der -innenseite angeordnet sein, je nach dem, ob sie den Wärmetauscher bilden oder zur Verstärkung des Wärmespeichereffektes dienen sollen.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn zwischen heißen Teilen der Brennkraftmaschine und der Kapselwand ein an sich bekanntes Wärmerohrsystem angeordnet ist. Wärmerohre haben die Eigenschaft, einen besonders intensiven Wärmetransport zu ermöglichen. Durch die Verbindung von heißen Teilen der Brennkraftmaschine, aus denen das Wärmerohr Wärme entnimmt, mit den entsprechenden Bereichen der Kapselwand, an die das Märmerohr die Wärme wieder abgibt, kann die Wärmeabfuhr von der Brennkraftmaschine zu der als Speicher oder Wärmetauscher ausgebildeten Kapselwand wesentlich intensiviert werden.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Wärmerohre einerseits mittel- oder unmittelbar vom Kühlwasser und/oder vom Schmieröl beaufschlagt, anderseits an die Kapselwand angeschlossen sind. Damit ist es möglich, daß die Kühlung der Brennkraftmaschine vollkommen von der Kapselwand übernommen und ein eigener Wasser und/ oder Ölkühler entbehrlich wird. Erfindungsgemäß ist schließlich der als Wärmetauscher ausgebildete Bereich der Kapsel einem Kühlluftstrom ausgesetzt, dem die als Wärmespeicher dienenden Wandbereiche entzogen sind. Dadurch ist es möglich, einerseits die Kühlung der Brennkraftmaschine in ausreichendem Maße sicherzustellen und anderseits die für die Abkühl- und Startphasen der Maschine zu speichernde Wärme zu erhalten.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich nicht nur die geschilderten wärmetechnischen Vorteile, sondern es wird auch der geräuschdämmende Effekt erhöht und durch die Rippen eine Versteifung der Kapselwände erreicht, die eine weitere Verbesserung des Schalldämmvermögens mit sich bringen kann.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen
    • Fig. 1 den Vertikalschnitt durch eine eine Brennkraftmaschine umschließende Kapsel nach der Linie I-I der Fig. 2,
    • Fig. 2 die Kapsel in Seitenansicht,
    • Fig. 3 eine Draufsicht bei abgenommenen Deckel bzw. Oberteil und
    • Fig. 4 ein Wärmerohr im Schnitt.
  • Die die Brennkraftmaschine 1 umschließende schallisorende Kapsel besteht aus dem Kapselmittelteil 2, dem Kapseldeckel bzw. -oberteil 3 und der Ölwanne 4, da die Kapsel für die Brennkraftmaschine 1 den Schmierölsammelraum bildet. Die eine Hälfte des Kapselmittelteiles 2 und des Kapseldeckels bzw. -oberteiles 3 ist innenseitig mit einer Auflage von wärmespeicherndem Material 5 versehen. Als wärmespeicherndes Material kommt beispielsweise eine Keramikmasse in Frage. Es ist aber auch möglich, die Kapselwand mit Hohlräumen zu versehen und in die Hohlräume Wasser, Glyzerin od.dgl. als wärmespeicherndes Material einzufüllen. Das von der Brennkraftmaschine 1 während ihres Betriebes umhergeschleuderte Schmieröl gelangt an die Kapselwände und erwärmt dort das speichernde Material 5. Bei Stillstand der Maschine bleibt die Wärme im wärmespeichernden Material 5 lange erhalten, so daß die Wiederinbetriebnahme der Maschine erleichtert wird.
  • Die andere Hälfte des Kapselmittelteiles 2 bzw. Kapseloberteiles 3 ist zur Oberflächenvergrößerung mit äußeren Wandrippen 65 versehen, die einer Intensivierung der Wärmeabfuhr nach außen dienen und somit einen Wärmetauscher bilden. Die Rippen 6 sind dem Kühlluftstrom eines Ventilators 7 ausgesetzt, der beispielsweise gleichzeitig als Lüfter für den Wasserkühler 8 der Brennkraftmaschine 1 dienen kann. Die als Wärmespeicher dienende Kapselhälfte besitzt selbstverständlich keine Außenrippen und ist so im wesentlichen dem Kühlluftstrom des Ventilators 7 entzogen.
  • Gemäß Fig. 3 sind zur Verbesserung des Wärmetransportes von den heißen Teilen der Brennkraftmaschine 1 zur Kapselwand strichpunktiert angedeutete Wärmerohre 9 vorgesehen. Eines der Wärmerohre 9 entnimmt die Wärme direkt dem Kühlwassersystem und gibt sie an die mit Kühlrippen 6 besetzte Kapselhälfte weiter. Daher kann der Wasserkühler 8 kleiner ausgeführt werden. Auch der Ölfilterkopf 10 ist über Wärmerohre 9 mit der Kapselwand verbunden, wobei ein Wärmerohr 9 zu dem mit dem Wärmespeichermaterial 5 ausgekleideten Wandbereich der Kapsel führt und ein Wärmerohr vom Ölfilterkopf 10 zu der Wand der als Wärmetauscher dienenden Kapselhälfte gelegt ist. Besonders heiße Bereiche der Brennkraftmaschine 1, wie der Zylinderkopf 11 oder die Auspuffleitung, können ebenfalls mit der Wand der einen oder anderen Kapselhälfte verbunden sein.
  • Gemäß Fig. 4 besteht ein Wärmerohr 9 aus einem aus Metall gebildeten geschlossenen Hohlkörper 12, der eine Heizzone 13, eine Kühlzone 14 und eine Transportzone 15 aufweist. Im Inneren des Hohlkörpers 12 ist ein Drahtmaschengeflecht 16 mit Kapillarstruktur angeordnet; der Hohlraum ist mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit gefüllt. Die Heizzone 13 wird in jenem Bereich der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, aus dem Wärme abgeführt werden soll, wogegen die Kühlzone 14 an die Kapselwand angeschlossen ist. In der Heizzone 13 wird der flüssige Wärmeträger verdampft, und durch die Kapillarstruktur des Drahtmaschengeflechtes 16 strömt Dampf in Richtung zur Kühlzone 14, wo er kondensiert und die Wärme wieder abgibt. Das Kondensat wird durch die Saugwirkung der Kapillaren zur Heizzone 13 zurücktransportiert. Die Formgebung des Wärmerohres 9 ist beliebig, wobei auch ein Wärmetransport über relativ weite Strecken möglich ist. Die Transportzone 15 ist selbstverständlich gegenüber der Umgebung mit Wärme-Isolier-material abzuschirmen.

Claims (6)

1. Brennkraftmaschine mit einer sie umschließenden schallisolierenden Kapsel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselwand zumindest bereichsweise durch oberflächlich aufgebrachtes und/oder in Hohlräume eingefülltes, wärmespeicherndes Material (5) als Wärmespeicher und/oder durch Oberflächenvergrößerung (Rippen 6) als Wärmetauscher ausgebildet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Kapsel einen Schmierölsammelraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmespeichernde Material (5) an der Innenseite der Kapselwand angeordnet, von Spritzöl beaufschlagt und gegebenenfalls gerippt ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselwand in an sich bekannter Weise zur Oberflächenvergrößerung mit Rippen (6) versehen ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen heißen Teilen (10,11) der Brennkraftmaschine (1) und der Kapselwand ein an sich bekanntes Wärmerohrsystem (9) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (9) einerseits mittel- oder unmittelbar vom Kühlwasser und/oder vom Schmieröl beaufschlagt, anderseits an die Kapselwand angeschlossen sind.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Wärmetauscher ausgebildete Bereich der Kapsel (2,3,4) einem Kühlluftstrom ausgesetzt ist, dem die als Wärmespeicher dienenden Wandbereiche entzogen sind.
EP19850890300 1984-12-11 1985-12-03 Brennkraftmaschine mit einer sie umschliessenden, schallisolierenden Kapsel Expired EP0185009B1 (de)

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