Verfahren zur Erhöhung der Wärmestromdichte von Wärme¬ tauschern, die von mindestens einem gasförmigen Medium mit _h oher Geschwindigkeit durchströmt werden und Wärme¬ tauscheranordnung zur Durchführung des Verfahrens. . ⁾

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Wärmestromdichte von Wärmetauschern, die von mindestens einem gasförmigen Medium mit hoher Geschwindigkeit durch¬ strömt werden und eine Wärmetauscheranordnung zur Durch- führung des Verfahrens.

Wegen des Rückgangs luf gekühlter PKW-Motoren ist die Nutzung der Abgaswärme für Zwecke der Beheizung des Fahrzeuginnenraums in den letzten Jahren stark zurück- gegangen. Bei Verwendung wassergekühlter Motoren ist eine leichte Beheizung mit dem Kühlwasser möglich, je¬ doch wird im Zuge der Maßnahmen zur Senkung des Kraft¬ stoffverbrauchs im Fahrzeugbau das Angebot an Kühlwärme des Motors immer geringer. Auf diese Weise, entstehen bei besonders effizienten Motoren Heizungslücken, die durch den Einsatz von Zusatzh izungen behoben werden müssen.

Um die Wärmeabgabe des Motors an das Kühlmittel zu steigern, ist es bekannt, die Abgase aufzustauen, wo¬ durch sich jedoch der Kraftstoffverbrauch des Motors und die Temperatur der Abgase, wie auch die Emission

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von Giftstoffen erhöht. Die einzige noch realistische nutzbare Abwärmequelle zur Ausfüllung der beschriebenen Heizungslücken ist die Wärme der Abgase. Wird die Ab¬ gaswärme über einen Gas-Wasser-Wärmetauscher gewonnen und damit in das Heiz- und Kühlsystem des Fahrzeugs integriert, dann wird sogar noch eine positive Beein¬ flussung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission über die Anhebung des Temperaturniveaus des Motors möglich.

Einige der früher vorhandenen Probleme bei Abgaswärme¬ tauschern, wie Wärmerisse durch thermische Spannungen und Zersetzung des Frostschutzmittels hat man dadurch überwunden, daß der Abgas-Wasser-Wärmetauscher im Bypass zum Abgassystem betrieben wird und nur dann mit

Abgas beaufschlagt wird, wenn Wärmeleistung erforderlich ist. Dabei wird der Wärmetauscher ständig mit Wasser durchspült und auf diese Weise auf einer etwa konstanten Temperatur gehalten.

Das Kernproblem ist jedoch geblieben, nämlich die Ab¬ hängigkeit der nutzbaren Abwärme des Abgases von der Motorleistung. Diese schwankt bei Diesel- und bei Otto¬ motoren zwischen Höchstleistung und Leerlauf etwa im Verhältnis 200:1. Da die vom Kühlmittel des Motors ab¬ transportierte Wärmemenge, die serienmäßig zur Beheizung des Innenraums zur Verfügung steht, ebenfalls von der Leistung des Motors abhängt, ist der Bedarf an zusätz¬ licher Heizleistung dort am höchsten, wo die nutzbare Abwärme im Abgas am geringsten ist. Dies führt zu rela-

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tiv großflächigen und damit großvolumigen und schweren Wärmetauschern. Diese Tendenz läuft den Bestrebungen zur Senkung des Fahrzeuggewichts und der damit ver¬ bundenen Verringerung des zur Verfügung stehenden Platzes zuwider. Da andererseits bei geringer Motor¬ leistung nicht nur die Abgasmengen gering sind, sondern auch die Abgastemperaturen, besteht der Wunsch, die Wärmestromdichte durch andere Maßnahmen zu erhöhen.

Eine wirksame Maßnahme ist die Erhöhung der Geschwindig¬ keit des Abgases entlang der vom Abgas bestrichenen Wärmetauscherfläche. Mit der Erhöhung der Strömungsge¬ schwindigkeit steigt die Wärmedurchgangszahl, auch k-Wert genannt, welche insbesondere bei Gasen eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit ist. Von diesem k-Wert hängen im hohen Maße Kosten, Bauvolumen und Gewicht eines Wärmetauschers ab.

Der Erhöhung der Gasgeschwindigkeit sind jedoch wirt- schaftliche Grenzen gesetzt. Zur Erhöhung der Strömungs¬ geschwindigkeit werden die Strömungsquerschnitte ver¬ ringert. Um die mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit erforderliche höhere Druckdifferenz zu erbringen, müssen zur Förderung des Gases dienende Gebläse, sowie die Motoren zum Antrieb dieser Gebläse, entsprechend auf¬ wendiger ausgelegt werden. Weiterhin steigen die Be¬ triebskosten durch den höheren Energieverbrauch be¬ trächtlich.

Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere bei

Personenkraftwagen, wiegen die Maßnahmen zur Erhöhung

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der Strömungsgeschwindigkeit bei Wärmeta schern be¬ sonders schwer. Durch die geräteseitigen Veränderungen werden Kosten, Gewicht und Bauvolumen negativ beein¬ flußt. Das Aufbringen der für den Betrieb der Wärme- tauscher erforderlichen Gebläseenergie erfordert weitere Maßnahmen. ^" Zunächst muß sichergestellt werden, daß die erforderliche Gebläseleistung dem Gebläse¬ motor zugeführt werden kann, hierzu wäre eine Ver¬ stärkung der Lichtmaschine erforderlich, was weitere Gewichtsnachteile und auch eine nachteilige Vergröße¬ rung des Bauvolumens mit sich bringen würde. Der wichtigste Faktor bei dem Betrieb eines Gebläses mit höherer Druckleistung ist jedoch der besonders un¬ günstige Wirkungsgrad beim Aufbringen der erforder- liehen Antriebsleistung. Zunächst muß die Druckenergie, die für eine Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeiten erforderlich ist, um ein mehrfaches angehoben werden. Zudem sind die Wirkungsgrade im Kraftfahrzeug sehr ungünstig, weil mehrere Geräte mit schlechtem Wirkungs- grad multiplikativ miteinander verbunden sind. Die Kette besteht aus folgenden Gliedern; höhere Druckenergie x schlechter Wirkungsgrad des Kreiselgebläses x schlechter Wirkungsgrad des Ge¬ bläsemotors x schlechter Wirkungsgrad der Licht- maschine x schlechter Wirkungsgrad des Fahrzeug¬ motors. Ein Teil der Verluste des Kraftfahrzeugsmotors kann zwar für Heizungszwecke rückgewonnen werden, die Ver¬ luste bei Lichtmaschine, Gebläsemotor und Gebläse selbst sind jedoch in vollem Umfang zu berücksichtigen.

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Aus diesem Grunde wird es bisher für unwirtschaftlich angesehen, Wärmetauscher für Fahrzeuge mit hohen Ge¬ schwindigkeiten zu beaufschlagen. Daraus erwuchs die branchenübliche Norm, Wärmetauscher bei Kraftfahrzeugen mit einem möglichst niedrigen Druckverlust zu betreiben, d.h. mit einer möglichst niedrigen Strömungsgeschwindig¬ keit. Daraus ergeben sich branchenübliche Wärmedurch¬ gangszahlen (k-Werte) zwischen 20 - 50 Watt/qm/Grad Kelvin.

Es ist bekannt, Abgaswärmetauscher von .Kraftfahrzeugen mit Kolbenmotoren direkt mit dem AuspuffSystem des Motors zu verbinden, so daß die Verwendung eigener Gebläse überflüssig wird. Aufgrund der branchenüblichen Norm, Wärmetauscher mit niedrigem Druck und niedrigen Durchströrageschwindigkeiten zu betreiben, werden auch diese Wärmetauscher konventionellausgelegt. Dies ist, wie. sich nachfolgend noch ergibt, die Folge eines unbe¬ gründeten Vorurteils. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß die vorstehend beschriebenen Probleme überwindbar sind, wenn man Wärmetauscher einsetzt, bei welchen eine hohe Warmestromdichte erzielt werden kann.

Der Kühler eines Kraftfahrzeugmotors ist ein Wärme- tauscher, dessen derzeit noch erforderliches Gewicht und Bauvolumen den Tendenzen zur Einsparung von Kraft¬ stoff entgegensteht. Zur Einsparung von Kraftstoff ist es erwünscht, das Fahrzeuggewicht und den aerodynamischen Widerstand des Fahrzeugs zu verringern. Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach kleineren Kühlern mit

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geringerem Gewicht. Dieser Forderung kann mit einer Er¬ höhung der Wärmestromdichte des als Kühler dienenden Wärmetauschers entsprochen werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe -zugrunde, die Erhöhung der Wärmestromdichte von Wärmetauschern, die von mindestens einem gasförmigen Medium mit hoher Ge¬ schwindigkeit durchströmt werden, auf wirtschaftliche Weise zu ermöglichen, d.h.. unter Vermeidung eines kosten- trächtigen Aufwandes zur Erzeugung hoher. Drücke und/oder hoher. Durchströmgeschwindigkeiten, nämlich hinsichtlich der technischen Ausstattung, sowie des Energie-, Ge¬ wichts- und Raumbedarfs. Die Vermeidung eines hohen Ge¬ wichts- und Raumbedarfs soll insbesondere der Anwendung in Kraftfahrzeugen entgegenkommen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei dem eingangs beschriebenen Verfahren darin, daß die Energie zur Be¬ schleunigung dieses gasförmigen Mediums den Abgasen eines Verbrennungsmotors entnommen wird.

Es wurde damit eine Energiequelle gefunden, die niedrige Anla ekosten und einen geringen Energieverbrauch be¬ sitzt, bzw. den Energieaufwand aus Abfallenergie deckt.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Lösung bei Wärmetauschern zur Fahrzeugheizung eingesetzt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht dabei darin, daß zur Steigerung des Energiegehalts des Abgases das Abgas gestaut wird.

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Ein zusätzlicher Bedarf an Wärmeenergie besteht vor allem bei niedriger Motorbelastung. Die erfindungsgemäße Lösung hat zur Folge, daß in Umkehrung der Verhältnisse beim konventionellen Wärmetauscher dafür gesorgt wird, daß bei geringer Motorbelastung hohe Wärme ^' stromdichten erzielt werden können und bei mittlerer Motorbelastung möglichst niedrige Wärmestromdichten.

Durch den Stau wird die Abgastemperatur erhöht, was sich am Abgaswärmetauscher vorteilhafte bemerkbar macht, andererseits wird auch die Kühlwassertemperatur erhöht, was sich an der normalen Fahrzeugheizung positiv aus¬ wirkt.Wird der Stau am Eingang des Wärmetauschers oder im Wärmetauscher erzeugt, erhält man auch bei niedriger Motorleistung Jiohe Geschwindigkeiten der Abgase längs der Wärmetauscherflächen und durch Beseitigung, des Staus niedrige Geschwindigkeiten bei hohen Motorleistungen. Die zur Verwirklichung höherer Geschwindigkeiten er¬ forderliche Verdichterleistung wird vom Motor selbst über den Rückstau der Gase geleistet.

Durch die Stauung der Abgase bei niedriger Motorbe¬ lastung steigen Dichte und Temperatur der Abgase, was den Wärmeübergang zusätzlich fördert. Außerdem steigt die Wärmeabgabe an das Kühlmittel des Motors.

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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Abgase des Verbrennungsmotors zur Abgabe von Bewegungsenergie über eine Fördervorrich¬ tung zur Beschleunigung des gasförmigen Mediums ge- leitet werden, wobei bei einem Verfahren, bei welchem der Wärmetauscher zur Kühlung eines Kühlmittels von einem gasförmigen Medium durchströmt wird, noch eine zweckmäßige Ausgestaltung darin besteht, daß beim Überschreiten einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur die Fördervorrichtung zugeschaltet wird.

Abgaswärmetauscher konventioneller Bauart weisen den Nachteil auf, daß sie um so effektiver sind, je höher die Motorbelastung ist und je weniger sie deshalb ge- braucht werden, und um so ineffizienter, je geringer die Motorbelastung ist, also je mehr sie gebraucht werden.

Die Verwendung der Abfallenergie der Motorabgase zur Erhöhung der Wärmestromdichte an Wärmetauschern für die Fahrzeugheizung und an Wärmetauschern für die Kühlung des Verbrennungsmotors erweist sich insofern als besonders vorteilhaft, als bei niedriger Motorbe¬ lastung ein erhöhter Wärmebedarf für die Heizung besteht, während in diesem Betriebszustand eine Erhöhung der Wärmestromdichte am Kühler nicht erforderlich ist. Andererseits ist es bei hoher Motorbelastung wünschens¬ wert durch Erhöhung der Wärmestromdichte- am Kühler die Kühlleistung zu verbessern, während bei diesem Betriebs- zustand ein Bedarf an zusätzlicher Heizenergie nicht besteht. Zwischen den beiden beschriebenen Betriebszu- ständen wird sich in der Regel noch ein mittlerer Be-

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- - triebszustand befinden, bei welchem weder eine erhöhte Kühl- noch eine erhöhte Heizwirkung erforderlich ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in einer Wärmetauscheranordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem in einen Strö¬ mungsweg für das Abgas einbezogenen Wärmetauscher, wo¬ bei erfindungs emäß in diesen Strömungsweg eine zu- und abschaltbare Stauvorrichtung für das wärmeabgebende Medium einbezogen ist. Nach einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Strömungskanal des gasförmigen

Mediums des Wärmetauschers derart dimensioniert, daß sich zwischen Einlaß und Auslaß für das gasförmige

Medium am Wärmetauscher ein Druckunterschied von 0,01- 0,5 bar ergibt und die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich 50-200 m/s beträgt.

Ein derartiger Wärmetauscher, der sich in seiner Dimensionierung von herkömmlichen Wärmetauschern unter- scheidet, paßt die Wärmetauscheranordnung besonders an die Verwendung bei Kraftfahrzeugen an, weil er besonders für den Bereich mittlerer Motorbelastung. ausgelegt ist, wo einerseits die Wärmeabgabe an das Kühlmittel des Motors nicht ausreicht um den Heizungsbedarf zu decken und wo andererseits die Abwärme im Abgas an sich aus¬ reicht, um das bestehende Heizungsdefizit zu decken, so daß der Einsatz der Stauvorrichtung bei diesem Be¬ triebszustand noch nicht erforderlich ist. Der gemäß den vorstehenden Angaben dimensionierte Wärmetauscher wirkt aufgrund der gegenüber herkömmlichen Wärme¬ tauschern erhöhten Strömungsgeschwindigkeit sehr inten¬ siv, so daß er nachfolgend als "Intensivwärmetauscher"

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bezeichnet wird. Die für den Betrieb des Intensiv¬ wärmetauschers erforderliche Druckerhöhung der Abgase erfordert keinerlei geräteseitige Veränderungen im Ab¬ gas- bzw. Motorsystem. Die Energie für ^' die Verdichtung der Abgase wird vom Motor selbst geliefert. Durch die Verdichtung der Abgase ergibt sich zwar ein Mehrauf¬ wand an Kraftstoff im Motor, dieser ist jedoch gering, weil der Verdichterwirkungsgrad des Kolbenmotors sehr viel höher ist als der des Kreiselverdichters, weil der Elektromotor zum Antrieb eines Gebläses fehlt, weil infolgedessen auch die Beanspruchgung der Lichtmaschine wegfällt und die Motorverluste ohnehin in' nutzbare Wärme umgesetzt werden, ausgenommen ein Strahlungsverlust von ca. 10%. Der Kraftstoffverbrauch des Motors steigt also nur unwesentlich und ist sogar im Rahmen der Meß- ungenauigkeit vernachlässigbar, Geräteseitige Verände¬ rungen im Abgas- bzw. Motorsystem sind nicht erforderlich.

Der Intensivwärmetauscher ist bei niedriger Motorbe- lastung einerseits durch die niedrige Temperatur der Abgase und andererseits durch die Reduzierung der Wärmedurchgangszahl n nahezu wirkungslos. Die Redu¬ zierung des k-Wertes ergibt sich dabei dadurch, daß bei niedriger Motorbelastung die Abgasvolumen niedriger werden, wodurch die Durchströmungsgeschwindigkeit sinkt und dadurch bedingt wiederum der k-Wert. Aufgrund des niedrigen Durchflußwiderstandes ist allerdings auch kein Mehrverbrauch an Kraftstoff vorhanden. Bei hoher Motorbelastung sind die Verhältnisse genau umgekehrt.

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Hier sind die Abgasvolumina und die Temperaturen der Abgase wesentlich höher als bei mittlerer Belastung. Dadurch ergibt sich im AbgasSystem ein sehr hohes An¬ gebot von Wärme, gleichzeitig auch ein sehr hoher Wirkungsgrad des Wärmetauschers, infolge der hohen

Durchflußgeschwindigkeiten, die dann noch durch Reibungs¬ effekte ergänzt werden und durch die mit dem sich aus der höheren Geschwindigkeit ergebenden Abgasstau verbundene höhere Dichte der Abgase. Darüber hinaus fällt bei Be- triebszuständen mit hoher Motorbelastung im Kühlmittel des Motors genügend Abwärme für die Beheizung des Fahr¬ zeugs an, d.h. die Funktion des Abgaswärmetauschers ist hier nicht erforderlich. Wegen des sehr hohen Anfalls von Wärme im Intensivwärmetauscher bei hoher Motorbe- lastung müssen die Mittel vorgesehen sein, welche die Abgase unter Umgehung des Wärmetauschers abführen. Als Signal für diesen Betriebszustand kann bei Vergaser¬ motoren die Stellung der Drosselklappe des Vergasers dienen und bei Einspritzmotoren die Stellung der Regel- stange der Einspritzpumpe oder die Temperatur der Abgase.

Andererseits muß wegen der Wirkungslosigkeit des Intensivwärmetauschers bei niedriger Motorb lastung erfindungsgemäß die Stauvorrichtung eingesetzt werden. Obwohl sich .also durch Einsatz des Intensivwärmetauschers die Stauvorrichtung nicht erübrigt, ergibt sich doch der Vorteil, daß der Intensivwärmetauscher gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern wegen der sehr viel engeren Strömungsquerschnitte zur Erzielung der höheren Strö-

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mungsgeschwindigkeiten und damit der höheren Wärmedurch¬ gangszahlen ein geringeres Bauvolumen und ein geringeres Gewicht aufweist, was günstige Rückwirkungen für den Kraftstoffverbrauch und die Gerätekosten zur Folge hat.

Die Stauvorrichtung, kann an beliebiger Stelle des Strδ- mungsweges für die Abgase angeordnet sein. Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wärmetauseheranordnung bestehen jedoch darin, daß die Stauvorrichtung im Wärmetauscherbereich vorgesehen ist, sei es in Form einer Düsenanordnung auf der Seite des Abgaseinlasses in den Wärmetauscher, deren Düsen derart gerichtet sind, daß der Abgasström gegen die Wärme¬ tauscherfläche verläuft, wodurch sich eine wesentliche Erhöhung der Geschwindigkeit des Abgases entlang der Wärmetauscherwände und damit eine b_.oh.ere Wärmestrom¬ dichte, sowie eine höhere Gasdichte und eine höhere Abgastemperatur ergibt.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung des Rückstaus be¬ steht darin, den Strömungskanal für das Abgas im Wärme¬ tauscher derart zu dimensionieren, daß zwischen Einlaß _. und Auslaß ein Druckunterschied von 0,1-5 bar besteht und die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich 100-500 m/s beträgt. Bei dieser Wärmetauscher- dimensionierung sind die Strömungsgeschwindigkeiten so hoch, daß ein beträchtlicher Geschwindigkeitsgradient im strömenden Gas entsteht, wodurch die Reibung erzeugt wird, die zur Temperaturerhöhung des Gases

und damit zu einer Verbesserung des Wärmedurchgangs führt. Außerdem werden durch die sehr hohen Strömungs¬ geschwindigkeiten relativ hohe Aufstauungen erzeugt, wodurch sich wiederum eine wesentliche Erhöhung der Temperatur des aus dem Motor kommenden Abgases ergibt. Außerdem steigt die Dichte der. Abgase wesentlich, wo¬ durch die Wärmedurchgan szahl erhöht wird. Die Wärme¬ durchgangszahl steigt etwa mit der 0,8ten Potenz der Dichte der Abgase. Wegen der inneren Reibung wird diese Wärmetauscherbauart nachfolgend noch als "Reibungs¬ wärmetauscher" bezeichnet. Hinsichtlich der Wärme¬ stromdichte beim Reibungswärmetauscher wirken folgende Faktoren zusammen: hohe Temperaturdifferenz durch den Staueffekt, hohe Wärmedurchgangszahl durch die höhere Dichte, hohe Wärmedurchgangszahl durch die hohe Strö¬ mungsgeschwindigkeit entlang der*Wärmetauscherfläche und hohe Temperaturentwicklung durch innere Reibung der Gase bzw. Reibung der Gase an den Wärmetauscherflächen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er¬ geben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der nun folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wärmetauseheranordnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Fahrzeughei- zungssystem mit Zusatzheizung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

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Fig. 2. einen sche tischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wärmetauschers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Wärmetauschers,

Fig. 4 noch eine'weitere Darstellung einer für die

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Wärmetauscherkonstruktion,

Fig. 5 eine gegenüber der Fig. 4 etwas geänderte Aus- .führungsform eines Wärmetauschers,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Einbeziehung eines Wärmetauschers in den Strömungsweg des wärmeabgebenden Mediums,

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein für die Durchfüh- . rung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignetes Wärmetauscherrohr.

Fig. 8 noch eine andere Darstellung eines zur Durchfüh¬ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Wärmetauscherkonstruktion und Fig. 9 eine der Fig. 8 ähnliche Konstruktion, jedoch mit der Möglichkeit der Umschaltung auf Staubetrieb,

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Kühlsystems eines Verbrennungsmotors mit Beschleunigungsvor¬ richtung für das gasförmige, zur Kühlung des Kühlmittels dienende Medium und

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer gegenüber

Fig. 10 abgewandelte Ausführungsform eines Kühlr Systems in Verbindung mit einem Abgaswärme¬ tauscher für die Fahrzeugheizung.

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Das für die Heizung angestrebte Ziel hoher Wärmestrom¬ dichte bei niedriger Motorleistung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein an sich bekannter Rohr¬ bündelwärraetauscher in konventioneller Weise für die Ver- hältnisse bei hoher Motorleistung ausgelegt wird. Dabei wird man auf möglichst -niedrige Durchflußgeschwindig¬ keiten und möglichst kleine Flächen achten. Es sei weiter angenommen, daß das Abgas die Wärmetauscherrohre innen durchfließt, während das wärmeaufnehmende Kühlmittel die Rohre außen umfließt.Ein so ausgelegter Wärmetauscher wird bei niedrigen Motorleistungen sehr wenig Wärme ab¬ geben.

Die Fig. 1 zeigt die Anordnung eines solchen Wärme- tauschers in einem Heizungssystem mit Zusatzheizung an einem Kraftfahrzeug, welche es ermöglicht, den Wärmetauscher mit hoher Effizienz einzusetzen, um bei niedriger Motorleistung eine wesentliche Steigerung der Wärmestromdichte zu erhalten.

In Fig. 1 bezeichnet 10 einen Verbrennungsmotor vor¬ zugsweise einen Dieselmotor, 12 die Zufuhr für die Verbrennun sluft, 14 den Strömungsweg für die als wärmeabgebendes Medium für die Zusatzheizung dienenden Motorabgase, welche einem Auspuff 16 zugeführt werden, 18 den Kühlwasserkreislauf mit einer Kühlwasserpumpe 20, 22 die Zuleitung der Kühl- oder Heizluft mit einem Gebläse 24, 26 die Fahrgastkabine, aus welcher die Kühl- oder Heizluft bei 28 abgeleitet wird, 30 den

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Kühler für das Kühlwasser, wobei 32 den Strömungsweg für die Kühlluft bezeichnet, 34 ein Thermostatventil, welches bei Bedarf das Kühlwasser aus dem Kühlwasser¬ kreislauf 18 über die Zuleitung 36 und die Rückleitung 38 über den Kühler 30 umlenkt, 40 einen Wärmetauscher, welcher es gestattet, die vom Gebläse 24 geförderte Luft durch das Kühlwasser aufzuheizen und 42 einen Ab¬ gaswärmetauscher, welcher über einen Zufluß 44 und einen Abfluß 46 von den Motorabgasen im Bypass-System durchströmt werden kann, wenn ein im direkten Strömungs¬ weg 14 zwischen Zufluß 44 und Abfluß 46 angeordnetes Ventil 48 geschlossen wird.

Bei hoher Motorleistung steht ausreichend Wärme für diese Zusatzheizung zur Verfügung. Bei niedriger Motorleistung werden erfindungsgemäß Vorkehrungen getroffen, um die Heizwirkung zu verbessern. Dies ge¬ schieht, wie erwähnt, durch Zuschaltung einer Stau¬ vorrichtung im Strömungsweg 14 des Abgases. Diese Stauvorrichtung kann an unterschiedlichen Staupunkten vorgesehen werden, wodurch die Wahl des Staupunktes unterschiedliche Auswirkungen hat, so daß der Stau¬ punkt je nach den praktischen Bedürfnissen gewählt werden kann.

Ordnet man den Staupunkt im Bereich zwischen dem Motor 10 und dem Zufluß 44 des Abgaswärmetauschers 42 an, was in Fig. 1 mit A angedeutet ist, so wird sich da- . durch die Abgastemperatur und auch die Temperatur des Kühlwassers erhöhen, was über die beiden Wärmetauscher

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40 und 42 der Fahrzeugheizung dienlich ist, ein weiterer Einfluß im Bereich des Abgaswärmetauschers 42 ergibt sich im wesentlichen nicht.

Ordnet man den Staupunkt dagegen an der- Einmündung des Zuflusses 44 in den.Abgaswärmetauscher 42 an, was durch B gekennzeichnet ist, so erhält man nicht nur eine Er¬ höhung der Abgastemperatur und der Temperatur des Kühl¬ wassers, sondern durch düsenartige, gegen die Wärme- tauscherflache gerichtete Ausbildung der Stauvorrichtung auch eine sich im Bereich des Wärmetauschers auswirkende Erhöhung der Abgasdichte und der S römungsgeschwindigkei der Abgase im Bereich des Wärme auschers.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Stau im Wärme¬ tauscher 42 selbst isu erzeugen, indem die Wärmetauscher¬ flächen als Drossel verwendet werden. Wie dies in Fig. 1 schematisch durch C bezeichnet ist. Man erhält ebenso wie beim Staupunkt B eine hohe Abgasgeschwindigkeit, eine hohe Temperatur und eine hohe Dichte des Abgases.

Der wesentliche Vorteil liegt wie auch bei B darin, daß a diese Weise die Wärmetauscherfläche frei von Ablage¬ rungen, insbesondere von Ruß, gehalten werden kann. Legt man den Staupunkt an jene Stelle, wo der Abfluß 6 mit dem Abgaswärmetauscher 42 in Verbindung steht, wie dies in Fig. 1 mit D bezeichnet ist, so erhält man wiederum eine erhöhte Abgastemperatur, eine erhöhte Ab¬ gasdichte und einen günstigen Einfluß des Nachexpansions¬ effektes, Das durch den Abgaswärmetauscher 42 strömende Abgas weist einen höheren Druck als die Umgebung auf.

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Nach dem Wärmeentzug im Abgaswärmetauscher 42 hat dieses Gas eine Temperatur, die noch etwas über der Temperatur des eintretenden Kühlwassers liegt. Am Staupunkt D und hinter diesem Staupunkt entspannt sich das Gas auf Atmosphärendruck und kühlt sich entsprechend ab. Da¬ durch kann die Temperatur des in die Atmosphäre aus¬ strömenden Gases unter der Eintritts emperatur des Kühlwassers liegen, wodurch eine höhere Wärmeausbeute möglich ist als durch die anderen Staupunkt ,

Die Fig. 2 zeigt eine Wärmetauscherkonstruktion für den Staupunkt B. Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein Wärmetauscher mit nur einem Wärmetauscherrohr dargestellt, das Konstruktionsprinzip.läßt sich jedoch - wie. auch bei den nachfolgenden Beispielen - auf Kon¬ struktionen mit einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren oder auch auf eine beliebig geformte Wärmetauscherfläche ohne weiteres übertragen.

Der in Fig. 2 gezeigte Wärmetauscher besteht aus einem zylindrischen Mantel 50, in den ein durch Stege 52 und 54 getragenes Wärmetauscherrohr 56 konzentrisch eingebettet ist. Zwischen dem Mantel 50 und dem Wärme¬ tauscherrohr 56 befindet sich ein Raum 58 für das Kühlwasser. Am einen Ende des Mantels 50 befindet sich ein Einlaßstutzen 60 und am anderen Ende ein Austritts¬ stutzen 62 für das Motorabgas. An dem Wärmetauscher 56 befinden sich außerdem in den Raum 58. mündende An¬ schlüsse für den Zu- und Ablauf des Kühlwassers.

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Der Wärmetauscher 56 ist mit einem Düsenboden 64 mit zur Erzeugung eines Abgasstaus geeigneten Düsen 66 versehen, welcher auf der Einströmseite des Wärme¬ tauscherrohrs 56 aufsitzt und über ein Betätigungs- organ 68 vom Wärmetauscherrohr 56 abgehoben werden kann.

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Die Düsen 66 sind so angeordnet, daß der Strahl des

Abgases bei auf dem Wärmetauscherrohr 56 aufsitzendem Düsenboden 64 die Wand des Wärme auscherrohrs 56 optimal beaufschlagt. Dabei stellt sich in Abhängigkeit vom

Gasvolumen und der Querschnittsfläche der Düsen 66 ein mehr oder weniger leichter oder starker Stau bei den Abgasen ein, der zur Düsenströmung führt. Der Stau bewirkt über die Düsen ein Ansteigen der Geschwindig¬ keit des Gases entlang der Wärmetauscherwände und damit eine höhere Wärmestromdichte, sowie eine höhere Gas¬ dichte und eine höhere Temperatur. Bei stärkerem Auf¬ stau treten diese Wirkungen spürbar in Erscheinung, dann ergibt sich allerdings auch eine merkbare Rück¬ wirkung auf den Verbrauch des Motors, sowie eine ver¬ mehrte Wärmeabgabe an das Kühlwasser.

Im Inneren des Wärmetauscherrohrs 56 entsteht eine Rückströmung, wodurch erreicht wird, daß trotz des großen Innenquerschnitts des Wärmetauscherrohrs 56 hohe Gasgeschwindigkeiten verwirklicht werden, weil die Düsenströmung nur einen Teil des Raumes durchströmt, nämlich den wandnahen Bereich. Wird die Motorleistung erhöht, dann wird - vorzugsweise automatisch - der

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Düsenboden 64 angehoben, so daß die Abgase vom Ein¬ trittsstutzen 60 direkt in das Wärmetauscherrohr 56 einmünden können und auf diese Weise das gesamte Rohr durchströmen. So kann erreicht werden, daß Auslegungs- bedingt bei mittlerer Motorleistung die Strömungsge¬ schwindigkeiten an dem Wärmetauscherrohr 56 kleiner sind als bei geringer Motorleistung, wo der Düsen¬ boden 64 eingesetzt wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Konstruktion stellt ein

System dar, welches für den stufenlosen Übergang von Staubetrieb auf Normalbetrieb und umgekehrt geeignet ist. Wie in Fig. 2 ist ein Wärmetauscher 70 dargestellt, der ein einziges Wärmetauscherrohr 72 aufweist, welches konzentrisch zum Mantel 74 angeordnet ist und welches vom Kühlwasser umspült wird. Das Wärmetauscherrohr ^' 72 mündet auf der Einströmseite in eine Einströmkammer 76 und auf der Ausströmseite in eine Ausstrδmka mer 78, an welche der Abfluß 46 angeschlossen ist.

Die Einströmkammer 76 wird in einem Abstand von dem in die Einströmkammer 76 mündenden Ende des Wärme¬ tauscherrohrs 72 von einem Düsenboden 80 durchquert und durch diesen Düsenboden 80 in einen unmittelbar mit dem Wärmetauscherrohr 72 in Verbindung stehenden

Kammerabschnitt 76a und in einen vom Wärmetauscherrohr 72 abgewandten, als Druckraum bezeichneten Kammerab¬ schnitt 76b unterteilt. Vom Druckraum 76b aus kann über in den Düsenboden 80 eingesetzte Düsenrohre 82 eine Strömung in Richtung auf das W

72 erzeugt werden. — -

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Der Zufluß 44 teilt sich vor dem Erreichen der Ein- strömkamraer 76 in einen Zweig 84 mit großem Quer¬ schnitt und einen Zweig 86 mit kleinem Querschnitt, wobei der Zweig 84 mit großem Querschnitt in die Kammer 76a mündet, während der Zweig 86 mit kleinem Querschnitt in den Druckraum 76b ausmündet. An der Verzweigu gsstelle ist eine Klappe 88 vorgesehen, welche den Zufluß des Abgases zum Wärmetauscher 70 auf die beiden Zweige 84 und 86 verteilt. Verschließt die. Klappe 88 den Zweig 84, so strömt die ganze Ab¬ gasmenge über den Druckraum 76b und das Düsenrohr 82 in das Wärmetauscherrohr 72 ein. Wird durch die Klappe 88 der Zweig 86 abgeschlossen, so gelangt die gesamte Abgasmenge über die Kammer 76a unmittelbar in das Wärmetauscherrohr. Es kann jede beliebige Zwischen¬ stellung der Klappe 88 mit der entsprechenden Verteilung des Abgasstromes eingestellt werden, und zwar durch ein schematisch bei 90 dargestelltes Betätigungsorgan.

Wenn die Klappe 88 das Abgas über den Zweig 84 leitet, arbeitet der Wärmetauscher in konventioneller Weise, d.h. , das Abgas wird mehr oder weniger gleichmäßig über den Querschnitt des Wärmetauscherrohrs 72 verteilt. Schließt die Klappe 88 dagegen den Zweig 84, so wird durch die Querschnittsverengungen des dann zur Ver¬ fügung stehenden Strömungsweges für das Abgas das Abgas angestaut und strömt mit erhöhter Geschwindigkeit

in das Wärmetauscherrohr 72, wo es durch die Stellung der Düsenrohre 82 gegen die Wand gerichtet wird und so den erhöhten Wärmefluß bewirkt. Bei einer Zwischen¬ stellung der Klappe 88 wird eine geringere Aufstau- ung des Abgases erreicht und eine geringere Blas¬ wirkung der Düsenrohre 82. Der Rückstau und die Steige¬ rung des Wärmedurchgangs ist ebenfalls geringer als Bei reinem Druckbetrieb über den Druckraum 76b. Es wird jedoch auf diese Weise eine stufenlose .Regelung des Wärmeangebots bei geringst möglicher Rückwirkung auf den Motor möglich.

Wegen der Düsen 66 bzw. 82 können die Wärmetauscher nach den Fig. 2 und 3 als "Düsenwärmetauscher" be- zeichnet werden.

Die Fig. 4 zeigt einen Wärmetauscher 92 mit einer Ein- ströraka mer 94 und einer Ausströmkammer _. 96, wobei sich zwischen den beiden Kammern 94 und 96 ein Wärmetauscher- röhr 98 mit großem Querschnitt und ein Wärmetauscher¬ rohr 100 mit dem gegenüber wesentlich kleinerem Quer¬ schnitt erstreckt. Die Einströmkammer wird durch eine mit einer verstellbaren Klappe 102 versehene Trennwand 104 in zwei Teilkammern 94a und 94b unterteilt und zwar derart, daß die dem Zufluß 44 benachbarte Teilkammer 94a unmittelbar mit dem Wärmetauscherröhr 100 mit ge¬ ringem Querschnitt in Verbindung steht, während die Teilkammer 94b, welche mit dem Wärmetauscherrohr 98 mit großem Querschnitt verbunden ist, erst nach Öffnung der Klappe 102 über die Teilkammer 94a erreichbar ist.

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Ist die Klappe 102 geöffnet, so stehen beide Wärme¬ tauscherrohre 98 und 100 mit dem Zufluß 44 in Ver¬ bindung, wobei die mit geringer Geschwindigkeit statt¬ findende Strömung überwiegend über das .Wärm tauscher- röhr 98 stattfinden wird. ^' Wird die Klappe 102 ge¬ schlossen, so erfolgt die Strömung zunehmend über das Wärmetauscherröhr 100 mit geringem Querschnitt, ver¬ bunden mit einer entsprechenden Stauwirkung und einer Erhöhung der Dichte und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Der Druckunterschied zwischen Zufluß

44 und Abfluß 46 beträgt bei diesem Betriebszustand als "Reibungswärmetauscher" 0,1-5 bar, die Strö¬ mungsgeschwindigkeit liegt bei 100-500 m/s. Die Fig. 5 zeigt einen Wärmetauscher 106, welcher ähnlich aufgebaut ist, wie der Wärmetauscher nach Fig, 4, bei welchem jedoch das Wärmetauscherrohr 100 mit kleinem Querschnitt in eine Zwischenkammer 108 mündet, aus welcher ein Wärmetauscherrohr 110, dessen Quer- schnitt dem des Wärmetauscherrohr 100 entspricht, in die Teilkammer 94b der Einströmkammer 94 führt. Die Zwischenkammer 108 wird mittels einer Wand 112 von der Ausströmkammer 96 abgetrennt. Diese Konstruktion hat den besonderen Vorteil, daß in Zeiträumen mit niedrigem Anfall nutzbarer Wärme eine besonders große Wärme¬ tauscherfläche zur Verfügung gestellt wird.

Die Fig. 6 zeigt in einer der Fig, 1 entsprechenden schematischen Darstellung den Bereich des Strömungs- • weges 14, in welchem der Abgaswärmetauscher angeordnet ist, dabei ist ein Wärmetauscher 70 (Fig. 3) dargestellt.

Bei dieser Anordnung ist zur Kosteneinsparung ein Vier¬ wegventil 114 gezeigt, welches in den Strömungsweg 14 einbezogen ist und drei Ausgänge 1,2 und 3 sowie einen Eingang 4 besitzt. Der Eingang 4 wird mit dem Ausgang 1 verbunden, wenn die Zusatzheizung nicht in Betrieb ist. Andernfalls wird Ausgang 2 oder 3 mit dem Eingang 4 verbunden, entsprechend der gewünschten Wärmewirkung des Abgas-Wärmetauschers 70, und zwar erfolgt die Strö¬ mung über den Ausgang 2 solange eine geringe Wärmewir- kung gewünscht ist. ;

Die vorstehend beschriebenen Klappensteuerungen können durch Bimetallklappen ersetzt werden, um eine Selbst¬ regelung des Systems zu bewirken.

Der Schieber des Ventils 48 (Fig. 1) kann als Bimetall¬ klappe ausgebildet werden, so daß er beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur das Ventil öffnet und die Strömung durch den Wärmetauscher reduziert.

In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch ein Wärmetauscher¬ rohr 116 gezeigt, welches ringförmig mit nach innen und außen gerichteten rippenartigen Vorsprüngen 118 bzw. 120 versehen ist und welches dadurch eine besonders große Wärmetauscherfläche in Bezug auf den Querschnitt zur Verfügung stellt.

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Die Fig. 8 zeigt einen Wärmetauscher 122 mit einem Zufluß 44 und einem Abfluß 46, wobei zwischen einer dem Zufluß 44 benachbarten Einströmkammer 121 und einer mit dem Abfluß 46 verbundenen Ausströmkammer 123 Wärmetauscherrohre 124 verlaufen, die durch

Stege 52 und 54 getragen werden. Der Querschnitt der Wärmetauscherrohre 124 ist so bemessen, daß sich zwischen der Einströmkammer 121 und der Ausströrakammer 123 ein Druckunterschied von 0,01- 0,5 bar und eine Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich von 50-200 m/s ergibt. Es handelt sich somit um den bereits er¬ wähnten Intensivwärmetauscher, welcher bei relativ geringem Bauvolumen und relativ geringem Gewicht bei mittlerer Motorbelastung optimal wirksam wird.

Die Fig. 9-zeigt eine Abwandlung der in Fig. 8 ge¬ zeigten Konstruktion, wobei die Einströmkammer 121 durch eine mit einer verstellbaren Klappe 102 ver¬ sehene Trennwand 104 in zwei Teilkammern 121a und 121b unterteilt wird, 126 bezeichnet diesen Wärmetauscher

Bei mittlerer Motorbelastung ist die Klappe 102 ge¬ öffnet, so daß sich der Abgasström auf sämtliche Wärmetauscherrohre 128, 130 und 132 verteilt. In diesem Falle wirkt der Wärmetauscher 26 als Inteftsiv- wärmetauscher. Beim Übergang auf niedrige Motor¬ belastung wird die Klappe 102 geschlossen, wodurch sämtliche Abgase allein das Wärmetauscherrohr 132 durchströmen können. Dadurch ergibt sich eine derart

OMFI

--„26 - starke Verringerung des Strömungsquerschnittes, daß das Rohr 132 nun als Reibungswärmetauscher mit den oben bereits erwähnten Eigenschaften wirksam wird. Der technische und wirtschaftliche Vorteil dieses Wärmetauschers liegt darin, daß man für die mittlere Motorbelastung ohne meßbare Erhöhung des Kraftstoff¬ verbrauchs des Motors eine sehr kompakte, kosten¬ günstige Wärmetauschεranordnung zur Verfügung hat, daß durch eine einfache Vorrichtung auch bei Betriebs- zuständen mit niedriger Motorbelastung die erforderliche Heizleistung erbracht werden kann und daß durch Ab¬ schaltung des Wärmetauschers bei hoher Motorbelastung die unerwünschten Rückwirkungen einschließlich der Überhitzung des Wärmetauschers ausgeschaltet werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen der einzelnen Wärmetauscherbauarten sind stets nur einige wenige Wärmetauscherrohre dargestellt, um das Konstruktions- prinzip möglichst einfach zu erläutern. In der Praxis kann sich die Anzahl der Wärmetauscherrohre stark verändern, beispielsweise kann ein Intensivwärme- tauscher etwa 60 Rohre aufweisen, während ein Reibun s- wärmetauscher beispielsweise 6 Rohre doppelter Länge enthalten kann. So ist beispielsweise auch in Fig. 9 das Rohr 132 stellvertretend für eine

Gruppe von Rohren zu verstehen, welche in ihrer Gesamtheit den für den Betrieb als Reibungswärme¬ tauscher erforderlichen Strömungsquerschnitt zur Verfügung stellen.

Um eine starke Verunreinigung der Wärmetauscher zu verhindern, kann die Wärmetauscheranordnung mit einer Steuerung versehen sein, welche bei Betriebszuständen, die sehr rußintensiv sind, die Abgase unter Umgehung des Wärmetauschers ableitet.

Bei der Anordnung nach Fig. 10 ist ein Verbrennungs¬ motor 150 über Leitungen 152 und 154 mit einem Kühler 156 verbunden, wobei das Kühlmittel vom Motor über die Leitung 152 dem Kühler zugeführt und über die Leitung 154 wieder zum Motor zurückgeführt wird.

Zur Kühlung des Kühlmittels wird über eine Leitung 158 dem Kühler 156 ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft zugeführt. Dieses gasförmige Medium verläßt den

Kühler 156 über eine Leitung 160, welche mit dem Saug¬ stutzen einer in die Abgasleitung 162 des Motors 150 eingefügten Strahlpumpe verbunden ist, so daß durch die Strömungsenergie des die Strahlpumpe 164 durch- strömenden Motorabgases eine Saugwirkung erzeugt wird, welche das gasförmige Medium über die Leitung 158 und die Leitung 160 durch den Kühler 156 saugt, wo¬ durch- die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums und damit die Wärmestromdichte im Bereich des Kühlers 156 wesentlich erhöht werden kann.

Die Strahlpumpe 164 kann durch eine nicht dargestellte zu- und abschaltbare Leitung von der Abgasleitung 162 umgangen werden, so daß die Möglichkeit besteht, die

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Saugwirkung der Strahlpumpe 164 nur bei Bedarf zuzu¬ schalten, was z.B. automatisch durch einen Temperatur¬ fühler im Kühlmittelkreislauf geschehen kann.

Die Fig. 11 zeigt eine andere Anordnung zur Beschleuni¬ gung des zur Kühlung ^' des Kühlmittels dienenden gas¬ förmigen Mediums, vorzugsweise also der Kühlluft, wobei mit der Konstruktion nach Fig. 10 übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen besitzen.

Die Abgasleitung 162 ist hier bis zu einem Dreiwegeven¬ til 166 geführt, dessen einer Ausgang über eine Leitung 168 mit einem allgemein mit 170 bezeichneten Wärme- tauschersystem für die Fahrzeugheizung verbunden ist, ^• während der andere Ausgang über eine Leitung 172 mit einer Strahlpumpe 174 verbunden ist. Der Saugstutzen

175 der Strählpumpe 174 ist mit der Außenluft ver¬ bunden, wobei gegebenenfalls noch ein Absperrventil

176 vorgesehen sein kann. Der Ausgang der Strahlpumpe 174 ist über die Leitung 158 an den Wärmetauscher 156 angeschlossen. Die Leitung 160 führt ins Freie. Das Wärmetauschersystem 170 besitzt eine wahlweise zu¬ schaltbare Umgehungsleitung 180, so daß die Abgase des Motors 150 unter Umgehung des Wärmetauschers ins Freie abgeleitet werden können.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Anordnung wird bei ent¬ sprechender Stellung des Dreiwegeventils 166 das Motor¬ abgas entweder über die Wärmetauscheranαrdnung 170 ins Freie geleitet, oder aber bei Umschaltung des

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Dreiwegeventils 166 über die Strahlpumpe 174 dem Wärmetauscher 156 zugeleitet, wobei im Bereich der Strählpumpe 174 Außenluft angesaugt und mit ent¬ sprechend hoher Geschwindigkeit den Wärmetauscher 156 zugeführt wird.

Ist die Anordnung mit einem Absperrventil 176 am Saugstutzen 175 versehen, so kann bei niedriger Be¬ triebstemperatur des Motors 150 das Ansaugen von Außenluft verhindert werden, so daß der Wärmetauscher 156 über die Leitung 158 nur mit Motorabgas versorgt wird, so daß sich das Kühlsystem rasch auf die erforder¬ liche Betriebstemperatur bringen läßt.. Sobald die ge¬ wünschte Betriebstemperatur erreicht ist, was durch einen Temperaturfühler ermittelt werden kann, wird das Absperrventil 176 geöffnet und Außenluft angesaugt.

Um bei hoher Motorbelastung und Betrieb einer Wärme¬ tauscheranordnung mit Stauvorrichtung eine Überlastung des Motors zu vermeiden und um bei plötzlicher Be¬ schleunigung eine möglichst große Motorleistung zur Verfügung zu haben, kann der Staudruck der Abgase vor einer Stauvorrichtung gemessen werden, um die Stauvor¬ richtung beim Überschreiten eines vorgegebenen Stau- drucks abzuschalten, worauf dann die Stauvorrichtung erst wieder einsetzbar ist, wenn der durch sie erzeugte Staudruck zumindest nahezu völlig abgebaut ist. Es kann auch ein automatischer Druckbegrenzer zur Begrenzung des Staudrucks vorgesehen sein.