DE3841700C1

DE3841700C1 - Exhaust system for internal combustion engines, especially in submarine craft

Info

Publication number: DE3841700C1
Application number: DE19883841700
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 2800 Bremen De Fass
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-10
Filing date: 1988-12-10
Publication date: 1990-05-31
Anticipated expiration: 2008-12-11

Abstract

A method for removing the residual gas from the exhaust system for internal combustion engines is described, which can be hermetically sealed off when the internal combustion engine is shut off and has a pressure-tight collecting tank (4) and a shut-off valve (5) in a pipeline (3) between the exhaust system (2) and the collecting tank (4), a vacuum pump (6) connected to the inside of the collecting tank (4) on the suction side and to the exhaust system (2) on the pressure side, and a bottom water outlet of the collecting tank (4) with a further shut-off valve (10), it being possible to control the shut-off valves and the drive for the vacuum pump by shutting off or restarting the engine (Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für Verbren nungsmotoren, insbesondere in Unterwasserfahrzeugen, welches bei Motorabschaltung gegen die Umgebung absperrbar ist und einen druckfesten Sammelbehälter aufweist.The invention relates to an exhaust system for burning motors, especially in underwater vehicles, which with engine shutdown against the environment is lockable and a pressure-resistant collection container having.

Aus der DE-PS 2 26 403 ist ein Unterseeboot mit einem Verbrennungsmotor und einem zuvor genannten Abgas system bekannt, welches die Abgase bei Unter wasserfahrt aufnimmt, so daß die Abgase in Abständen ausgestoßen werden können.From DE-PS 2 26 403 is a submarine with a Internal combustion engine and a previously mentioned exhaust gas known system, which the exhaust gases at sub water travel picks up so that the exhaust gases at intervals can be expelled.

Bei Unterseebooten ist es jedoch üblich, daß die Absperrung des Abgassystems durch ein Abgas-Seeventil in der Abgasleitung des als Hauptmaschine einge setzten Verbrennungsmotors erfolgt. Die Betätigung dieses Abgas-Seeventils erfolgt gleichzeitig mit dem Schaltvorgang zum Stillsetzen der Hauptmaschine bei der Einleitung des Abtauchvorganges. Durch die zeitliche Dauer des Abschaltvorganges und die dadurch bedingte zeitliche Überschneidung mit anderen Vorgängen dringt noch eine gewisse Menge Seewasser in das Abgassystem ein und außerdem baut sich in dem Abgassystem, bedingt durch Ventilüberschneidung und den Nachlaufeffekt des Verbrennungsmotors, ein Überdruck aus den Abgasen auf. Das in das Abgassystem eingedrungene Seewasser muß abgeleitet werden, wobei zwangsläufig auch die Abgase in das Schiffsinnere gelangen. Dazu dient bisher eine Entwässerungsleitung zwischen dem Abgassystem des Verbrennungsmotors und der Bilge, in die das offene Ende der Entwässerungsleitung mündet. Somit gelangen auch die für die Besatzung schädlichen Abgase in den Innenraum des Schiffes.In submarines, however, it is common for the Isolation of the exhaust system by an exhaust sea valve turned into the exhaust pipe as the main engine set internal combustion engine. The actuation this exhaust sea valve takes place simultaneously with the Switching process to stop the main machine the initiation of the immersion process. Through the duration of the shutdown process and the resulting conditional overlap with others Processes still a certain amount of sea water enters the exhaust system and also builds in the Exhaust system due to valve overlap and the lag effect of the internal combustion engine Excess pressure from the exhaust gases. That in that Exhaust system that has penetrated seawater must be drained off be, whereby inevitably also the exhaust gases in the Get inside the ship. So far, one has been used for this Drainage pipe between the exhaust system of the Internal combustion engine and the bilge, in which the open End of the drainage pipe opens. So get there also the exhaust gases harmful to the crew in the Interior of the ship.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für das Abgassystem der Verbrennungsmotoren, insbesondere in Unterwasser fahrzeugen, eine Ausbildung zu schaffen, die die Entwässerung des Abgassystems ermöglicht, ohne daß dabei schädliche Abgase in das Schiffsinnere gelangen.It is an object of the invention for the exhaust system Internal combustion engines, especially in underwater vehicles to create an education that the Drainage of the exhaust system allows without harmful exhaust gases get into the ship's interior.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Abgassystem.The invention solves this problem by Exhaust system marked claim 1.

Bei diesem Abgassystem können die Restgase durch Vakuum in ein Zusatzvolumen gesaugt, hierin durch Abkühlung entspannt und während des Stillstandes des Verbrennungsmotors gespeichert werden, bis der Verbrennungsmotor wieder angefahren wird. In diesem Augenblick werden die gespeicherten Gase wieder in das Abgassystem des Verbrennungsmotors zurück gefördert, so daß sie über die Abgasleitung abgeleitet werden können.With this exhaust system, the residual gases can pass through Vacuum sucked into an additional volume, through here Cooling relaxed and while the Internal combustion engine can be saved until the Combustion engine is started again. In this The stored gases are instantly in again the exhaust system of the internal combustion engine promoted so that they are on the exhaust pipe can be derived.

Das Abgassystem nimmt nach der Abschaltung des Verbrennungsmotors sowohl die noch in das Abgassystem eingedrungene Wassermenge als auch die durch den Nachlaufeffekt und die Ventilüberschneidung des Motors noch in das Abgassystem verdrängten Abgase auf, trennt beide voneinander, so daß das Wasser und die Abgase getrennt entsorgt werden können. Von besonderer Bedeutung ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung, daß die Abgase während der Stillstandszeit des Verbrennungsmotors in dem Sammel behälter verbleiben und nach dessen Wiederinbe triebsetzung in das Abgassystem rückgeführt werden können. Das vom Sammelbehälter aufgenommene Wasser kann während der Stillstandszeit des Motors in der bisher üblichen Weise in die Bilge abgeleitet oder nach der Wiederinbetriebsetzung des Motors in die Abgasleitung zurückgefördert werden, so daß es über die Abgasleitung ins offene Wasser gelangt. Zu diesem Zweck ist der Wasserablauf des Sammelbehälters mittels einer Rohrleitung an die Verbindungsleitung zwischen dem Abgassystem und dem Absperrventil vor dem Sammelbehälter angeschlossen, wobei ein weiteres Absperrventil in dieser Verbindungsleitung vorgesehen ist und im Arbeitstakt der Vorrichtung möglichst selbsttätig gesteuert wird. Außerdem ist bei einer solchen Anordnung an den Innenraum des Behälters ein steuerbarer Druckluftanschluß vorgesehen, so daß der Sammelbehälter bei laufendem Verbrennungsmotor, geschlossenem Vakuumanschluß und geschlossenem Absperrventil in der Entwässerungsleitung und offenem Ventil in der Verbindungsleitung des Wasserablaufs mit dem Abgassystem unter einen Innendruck gesetzt werden kann, um das Wasser aus dem Sammelbehälter in das Abgassystem des Verbrennungsmotors zu verdrängen.The exhaust system takes off after the Internal combustion engine both the still in the exhaust system amount of water penetrated as well as by the Lag effect and the valve overlap of the Engines still displaced exhaust gases in the exhaust system on, separates the two so that the water and the exhaust gases can be disposed of separately. From is of particular importance in the case of the invention Training that the exhaust gases during the Downtime of the internal combustion engine in the collection remain container and after its recovery drive control can be returned to the exhaust system can. The water absorbed by the reservoir can occur during the idle period of the engine previously derived in the bilge or after restarting the engine in the Exhaust pipe are returned so that it is over the exhaust pipe enters the open water. To this is the water drainage of the collecting tank by means of a pipeline to the connecting line between the exhaust system and the shut-off valve connected to the collection container, with another Shut-off valve provided in this connecting line is possible and in the working cycle of the device is controlled automatically. In addition, one such an arrangement to the interior of the container controllable compressed air connection is provided so that the Collection container with the internal combustion engine running, closed vacuum connection and closed Shut-off valve in the drainage line and open Valve in the connection line of the water drain pressurized with the exhaust system can be used to bring the water out of the reservoir to displace the exhaust system of the internal combustion engine.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aus einzelnen Baugruppen zusammengesetzt oder als eine betriebsfertige Montageeinheit ausgebildet werden. Von besonderem Vorzug ist die Möglichkeit des nachträglichen Einbaus bei vorhandenen Abgassystemen von Verbrennungsmotoren in Unterwasserfahrzeugen.The device according to the invention can consist of individual Assembled assemblies or as one ready-to-use assembly unit. From The possibility of the retrofitting with existing exhaust systems of internal combustion engines in underwater vehicles.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung schematisch unter Verwendung von üblichen Symbolen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are on the Drawing schematically using conventional Symbols shown. Show it:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit Wasser ableitung nach der Abgasentspannung in die Bilge eines Bootes oder dergl. und Fig. 1 shows an embodiment with water discharge after the exhaust gas relaxation in the bilge of a boat or the like. And

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer Wasserrückführung in das Abgassystem mittels Druckluft. Fig. 2 shows an embodiment with a water return in the exhaust system by means of compressed air.

Bei den Ausführungsbeispielen ist an das Abgassystem 2 eines Verbrennungsmotors 1 mittels einer Rohrleitung 3 ein Sammelbehälter 4 angeschlossen. In der Rohrleitung 3 ist vor deren Mündung in den Sammelbehälter 4 ein Magnetventil 5 angeordnet. Eine durch einen Druckwächter P vom Innendruck des Behälters gesteuerte Vakuumpumpe 6 ist saugseitig im oberen Teil mit dem Sammelbehälter 4 verbunden und druckseitig über eine Leitung 7 an das Abgassystem 2 angeschlossen. Auch in dieser Leitung 7 sitzt ein Magnetventil 8.In the exemplary embodiments, a collecting container 4 is connected to the exhaust system 2 of an internal combustion engine 1 by means of a pipeline 3 . A magnetic valve 5 is arranged in the pipeline 3 before it flows into the collecting container 4 . A vacuum pump 6 controlled by a pressure switch P from the internal pressure of the container is connected on the suction side in the upper part to the collecting container 4 and on the pressure side via a line 7 to the exhaust system 2 . A solenoid valve 8 is also located in this line 7 .

An der Unterseite ist der Sammelbehälter 4 mit einem Wassersumpf 9 ausgestattet, dessen Wasserablauf durch ein weiteres Magnetventil 10 absperrbar und über eine Leitung 11 an die Rohrleitung 3 zwischen dem Abgassystem 2 und dem Absperrventil 5 angeschlossen ist. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 erfolgt die Öffnung des Ventils 10 durch einen innerhalb des Behälters angeordneten Niveauschalter 14 nach der Abkühlung und der damit einhergehenden Entspannung der Gase in dem Behälter 4. Bei dem Beispiel entsprechend Fig. 2 ist außerdem ein über ein Magnetventil 12 steuerbarer Druckluftanschluß 13 vorgesehen. Die Magnetventile 5, 8 und der Antrieb der Vakuumpumpe 6 liegen im elektrischen Stromkreis eines Schalters, mit dem der Verbrennungsmotor abgeschaltet oder wieder in Betrieb gesetzt werden kann.On the underside, the collecting container 4 is equipped with a water sump 9 , the water outlet of which can be shut off by a further solenoid valve 10 and connected via a line 11 to the pipeline 3 between the exhaust system 2 and the shut-off valve 5 . In the example according to FIG. 1, the valve 10 is opened by a level switch 14 arranged inside the container after cooling and the associated relaxation of the gases in the container 4 . In the example according to FIG. 2, a compressed air connection 13 that can be controlled via a solenoid valve 12 is also provided. The solenoid valves 5 , 8 and the drive of the vacuum pump 6 are in the electrical circuit of a switch with which the internal combustion engine can be switched off or put back into operation.

Bei laufendem Verbrennungsmotor 1 ist der Zufluß aus der Leitung 3 in den Sammelbehälter 4 durch das Ventil 5 abgesperrt. Die Vakuumpumpe 6 ist eingeschaltet und erzeugt in dem Sammelbehälter ein Vakuum bis zu einer vorbestimmten Kenngröße, so daß die Vakuumpumpe durch einen Vakuum-Druckschalter geregelt wird. Bei laufender Vakuumpumpe ist das Absperrventil 8 in der Leitung 7 zwischen der Vakuumpumpe und dem Abgassystem geöffnet. Das Absperrventil 10 im Wasserablauf des Behälters ist dabei geschlossen. Beim Abschalten des Verbrennungsmotors öffnet sich durch den gleichen Impuls, der auch den Abschaltvorgang des Ver brennungsmotors auslöst, das Absperrventil 5 in der Rohrleitung 3 zwischen dem Abgassystem 2 und dem Sammelbehälter 4. Gleichzeitig schaltet die Vakuum pumpe 6 ab. Somit gelangt auch das noch in das Abgassystem durch Ventilüberscheidung und den Nachlaufeffekt des Verbrennungsmotors verdrängte Abgas in den Sammelbehälter 4. In diesen Behälter strömt das Abgas mit dem Betriebsdruck, zum Beispiel 350 Grad Celsius, ein und entspannt unter Abkühlung. In einfachster Ausführung kann dadurch bei Erreichen des Normaldrucks in dem Behälter 4 ein Wasserablauf in die Bilge des Bootes erreicht werden, wenn das Absperrventil 10 durch eine Ansteuerung geöffnet wird, wie es bei dem Beispiel nach Fig. 1 erfolgt. Dabei sollte eine Niveausteuerung in dem Behälter 4 vorgesehen sein, so daß stets eine Restmenge Wasser in dem Behälter bzw. dem Wassersumpf verbleibt, um einen Austritt von Abgasen über den Wassersumpf 9 zu vermeiden. In diesem Falle wird bei dem Wiederanfahren des Verbrennungsmotors die Ansteuerung der Vakuumpumpe 6 freigegeben, so daß das in dem Vakuumsystem, insbesondere in dem Behälter 4 befindliche Abgas in das Abgassystem 2 des Verbrennungsmotors 1 zurückgeleitet wird.When the internal combustion engine 1 is running, the inflow from the line 3 into the collecting container 4 is blocked by the valve 5 . The vacuum pump 6 is switched on and generates a vacuum up to a predetermined parameter in the collecting container, so that the vacuum pump is regulated by a vacuum pressure switch. When the vacuum pump is running, the shut-off valve 8 in line 7 between the vacuum pump and the exhaust system is open. The shut-off valve 10 in the water drain of the container is closed. When the internal combustion engine is switched off, the shut-off valve 5 in the pipeline 3 between the exhaust system 2 and the collecting container 4 opens by the same pulse which also triggers the switching off of the internal combustion engine. At the same time, the vacuum pump 6 switches off. Thus, the exhaust gas which is still displaced into the exhaust system by valve overlap and the after-running effect of the internal combustion engine also reaches the collection container 4 . The exhaust gas flows into this container at the operating pressure, for example 350 degrees Celsius, and relaxes while cooling. In the simplest embodiment, when the normal pressure in the container 4 is reached, a water drain into the bilge of the boat can be achieved if the shut-off valve 10 is opened by a control, as is done in the example according to FIG. 1. A level control should be provided in the container 4 so that a residual amount of water always remains in the container or the water sump in order to prevent exhaust gases from escaping through the water sump 9 . In this case, the control of the vacuum pump 6 is released when the internal combustion engine is restarted, so that the exhaust gas located in the vacuum system, in particular in the container 4, is returned to the exhaust system 2 of the internal combustion engine 1 .

Bei der etwas komfortableren Ausführungsform, wie sie in dem Beispiel in Fig. 2 auf der Zeichnung dargestellt ist, wird das Wasser aus dem Sammelbehälter 4 beim Wiederanfahren des Verbren nungsmotors 1 durch Druckluft in das Abgassystem 2 zurückgedrückt, so daß es über die Abgasleitung ins offene Wasser abgegeben wird. Bei geschlossenem Absperrventil 5 und offenem Absperrventil 10 wird durch Öffnen des Absperrventils 12 Druckluft über die Leitung 13 in den Behälter 4 gegeben, so daß das Wasser aus dem Behälter 4 über die Leitung 11 und die Rohrleitung 3 in das Abgassystem 2 verdrängt werden kann. Diese Anordnung verlangt eine Verzögerung in der Ansteuerung der Vakuumpumpe 6, damit das Wasser erst aus dem Behälter 4 verdrängt und die Absperrventile 5, 10 und 12 geschlossen sind, bevor die Vakuumpumpe anläuft.In the somewhat more comfortable embodiment, as shown in the example in Fig. 2 on the drawing, the water from the reservoir 4 when restarting the combustion engine 1 is pushed back by compressed air into the exhaust system 2 , so that it is via the exhaust pipe into the open Water is released. When the shut-off valve 5 is closed and the shut-off valve 10 is open, compressed air is supplied via the line 13 into the container 4 by opening the shut-off valve 12 , so that the water can be displaced from the container 4 via the line 11 and the pipeline 3 into the exhaust system 2 . This arrangement requires a delay in the activation of the vacuum pump 6 , so that the water is only displaced from the container 4 and the shut-off valves 5 , 10 and 12 are closed before the vacuum pump starts.

Da die Vakuumpumpe das Vakuum in dem Behälter 4 nur während des Motorenlaufes aufrechterhält, kann diese Vakuumpumpe bei einer weiteren Ausbildung der Erfin dung unmittelbar vom Verbrennungsmotor angetrieben und über einen Druckwächter P gesteuert werden. Dadurch kann zum Beispiel bei Unterseebooten auf den teuren Antrieb mittels eines Gleichstrommotors verzichtet werden.Since the vacuum pump maintains the vacuum in the container 4 only while the engine is running, this vacuum pump can be driven directly by the internal combustion engine in a further development of the invention and controlled by a pressure switch P. This means, for example, that the expensive drive using a DC motor can be dispensed with in submarines.

Das Abgassystem ist zwar in seiner Anwendung bei Unterseebooten oder dergleichen mit einem Hauptantrieb aus einem Verbrennungsmotor beschrieben, aber darauf nicht beschränkt. Die Anwendung ist allgemein durchführbar, wenn der Zustrom von Außenluft über das Abgassystem zu verhindern ist, zum Beispiel, wenn bei Arbeitsmaschinen oder militärischem Gerät der Antriebsmotor in einer Tauchstellung abgeschaltet werden soll oder wenn in Schutzräumen, Betriebsstätten od. dergl. mit einer Gefährdung für die Atemluft eine plötzliche Abschaltung eines laufenden Verbrennungsmotors mit hermetischer Abriegelung seines Abgassystems erfor derlich wird.The exhaust system is in use Submarines or the like with one Described main drive from an internal combustion engine, but not limited to that. The application is generally feasible when the influx of Outside air is to be prevented via the exhaust system in order to Example if with work machines or military device the drive motor in one Dive position should be switched off or if in Shelters, business premises or the like with a A sudden danger to the air we breathe Shutdown of a running internal combustion engine with Hermetic locking of his exhaust system becomes such.

Claims

1. Abgassystem für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Unterwasserfahrzeugen, welches bei Motor abschaltung gegen die Umgebung absperrbar ist und einen druckfesten Sammelbehälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sammelbehälter (4) mittels einer saugseitig an den Innenraum des Sammelbehälters (4) und druckseitig an das Abgassystem (2) angeschlos senen Vakuumpumpe (6) evakuiert ist, daß
- in einer Rohrleitung (3) zwischen dem Abgas system (2) und dem Sammelbehälter (4) ein Absperrventil (5) sowie in einem unteren Wasserablauf (9) des Sammelbehälters (4) ein Absperrventil (10) angeordnet ist, wobei
- die Absperrventile und der Antrieb der Vakuum pumpe durch die Motorabschaltung und Wieder inbetriebsetzung steuerbar sind.

1. Exhaust system for internal combustion engines, especially in underwater vehicles, which can be shut off against the environment when the engine is switched off and has a pressure-resistant collecting container, characterized in that

- The collecting container ( 4 ) by means of a suction side to the interior of the collecting container ( 4 ) and the pressure side to the exhaust system ( 2 ) connected vacuum pump ( 6 ) is evacuated that
- In a pipe ( 3 ) between the exhaust system ( 2 ) and the collecting container ( 4 ), a shut-off valve ( 5 ) and in a lower water drain ( 9 ) of the collecting container ( 4 ), a shut-off valve ( 10 ) is arranged, wherein
- The shut-off valves and the drive of the vacuum pump can be controlled by the engine shutdown and restart.

2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein elektrischer Antriebsmotor der Vakuumpumpe (6) und ein Stellmotor des Absperrventils (5) zwischen dem Abgassystem (2) und dem Sammel behälter (4) im Stromkreis eines Schalters zum Abschalten und Anfahren des Verbrennungsmotors (1) liegen.2. Exhaust system according to claim 1, characterized in that an electric drive motor of the vacuum pump ( 6 ) and a servomotor of the shut-off valve ( 5 ) between the exhaust system ( 2 ) and the collecting container ( 4 ) in the circuit of a switch for switching off and starting the Internal combustion engine ( 1 ).

3. Abgassystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserablauf (9) des Sammel behälters (4) mittels einer Rohrleitung (11, 3) an das Abgassystem (2) angeschlossen ist und der Sammelbehälter (4) einen steuerbaren Druckluft anschluß (13) aufweist.3. Exhaust system according to claims 1 and 2, characterized in that the water outlet ( 9 ) of the collecting container ( 4 ) by means of a pipe ( 11 , 3 ) is connected to the exhaust system ( 2 ) and the collecting container ( 4 ) a controllable compressed air has connection ( 13 ).

4. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vakuumpumpe (6) unmittelbar durch den Verbrennungsmotor (1) angetrieben und durch einen Druckwächter vom Druck im Behälter (4) gesteuert wird.4. Exhaust system according to claim 1, characterized in that the vacuum pump ( 6 ) is driven directly by the internal combustion engine ( 1 ) and controlled by a pressure switch from the pressure in the container ( 4 ).