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Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine DieErfindung betrifft flüssigkeitsgekühlteBrennkraftmaschinen,
bei denen der Kühler über dem Arbeitszylinder angeordnet ist. Die mit dem Erfindungsgegenstand
zu lösende Aufgabe wird darin gesehen, mit einfachen Mitteln eine möglichst gleichmäßige
Temperatur der zu kühlenden Teile der Maschine zu erreichen.
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Bei den bekannten Brennkraftmaschinen nach dem Gattungsbegriff steht
der die zu kühlenden Teile umgebende Kühlmantel mit dem Kühler in direkter und ungehinderter
Verbindung- So. sind Ausführungen bekannt, bei denen das Kühlwasser vom Kühlmantel
aus nach seiner Verdampfung ungehindert in über dem Kühlmantel angeordnete Rohre
gelangt, um sich darin abzukühlen bzw. zu kondensieren. Nach seiner Abkühlung fließt
das Kühlmittel durch eine Rücklaufleitung wieder in den Kühlmantel zurück. Es findet
also ein ständiger Kreislauf des Kühlmittels vom Kühlmantel durch die Kondensatorröhren
und die Rückleitung zum Kühlmantel statt. Infolgedessen hat dieses bekannte Kühlsystem
lediglich einen einzigen Kühlkreis, wobei am untere Ende des Kühlmantels die stärkste
Kühlung auftritt, da an dieser Stelle das Kondensat in den Kühlmarftel zurückfließt.
Der wesentliche Nachteil dieses bekannten Kühlsystems besteht darin, daß die zu
kühlenden Maschinenteile bzw. der Maschinenzylinder unterschiedlich
gekühlt
wird, wodurch Wärmespannungen entstehen.
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Bei einem anderen bekannten Kühlsystem dieser Art liegt der Kühlwasserspiegel
über dem Kühlmantel, der durch eine mit Durchtrittsöffnungen versehene Wand vom
Kühler abgeteilt ist. Über dem Kühlwasserspiegel befindet sich ein Dampfsammelraum.
Das heiß gewordene Kühlwasser steigt durch die besagten Öffnungen ungehindert in
den Dampfsammelraum auf. Hierdurch werden Kühlwasserschichten unterschiedlicher
Wärme erzeugt, die sich im Kühlmantel aneinander vorbeibewegen. Infolgedessen ergeben
sich im Kühlmantel ungleich hohe Temperaturen. Schließlich ist eine Anordnung bekannt,
bei welcher der Kühlwassermantel im Querschnitt die Form eines Doppelkonus hat,
dessen Scheitel ;in der sen@kreoht- zur Zylinderachse gerichteten mittleren Ebene
des Wasseranschlußflansches liegt, um einen guten Abzug der Dampfblasen zu erreichen,
ohne das einfallende Kühlwasser durch die aufsteigenden Dampfblasen zu behindern.
Auch in diesem Fall steht der Kühler mit dem Kühlmantel in direkter und ungehinderter
Verbindung. In diesem Fall ist die benötigte Wassermenge besonders groß, da die
aus dem Kühlwassermantel des Zylinders entweichenden Dampfblasen von dem aus mehreren
Kondensatorröhren bestehendenDampfsammelraum aufgenommen und dort niedergeschlagen
werden. Diese Kühlvorrichtung hat den Nachteil; daß infolge der großen Kühlwassermenge
die Anheizzeit, um das Kühlwasser auf die erforderliche Betriebstemperatur zu bringen,
entsprechend groß ist, so daß dem Verbrennungsprozeß unnötig viel Wärme entzogen
wird. Außerdem ist die notwendige Fläche zum Rückkühlen des gebildeten Dampfes relativ
groß, was die Herstellung der Kühlanlage verteuert.
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Die erwähnten Mängel werden gemäß der-Erfindung im wesentlichen dadurch
beseitigt, daß der untere Wasserkasten des Kühlers einerseits -mit dem heißeren
Teil des Kühlmantels, andererseits mit dem kälteren Teil desselben, außerdem mit
dem oberen Wasserkasten durch Kanäle verbunden ist, wobei in die Verbindung zwischen
dem heißeren Teil des Kühlmantels und dem unteren Wasserkasten Strömungswiderstände
eingebaut sind. Auf diese Weise erhält das Kühlsystem zwei sich teilweise überschneidende
Kühlkreise, die durch eine Drossel miteinander in Verbindung steheng wobei der Kühlmantel
der zu kühlenden Teile der Brennkraftmaschine nicht mehr wie bisher direkt an den
Kühlmittelumlauf .angeschlossen ist, sondern in einem mit dem Kühler durch die Drossel
verbundenen Nebenraum liegt. Dieser Raum hat nur von seiner Oberseite zur Unterseite
des Kühlers führende Verbindungen, die einen Drosselwiderstand aufweisen, der erst
beim Auftreten von Dampfblasen eine merkliche Strömung. zuläßt, die im Kühlerkiels
einen Umlauf des Kühlmittels veranlaßt. Hierdurch wiederum wird. die aufzuheizende
Menge des Kühlmittels stark verringert und umfaßt praktisch nur noch den Inhalt
des die zu kühlenden Teile der Biennkraftmaschine umschließendenlühlmäntels. Hierdurch
wird gleichzeitig die Zeit ver= kürzt, die zur Erreichung bestimmter Betriebstemperaturen
auch bei Leerlauf notwendig ist. Soglange die Verdampfungstemperatur irn Kühlraum
nicht erreicht wird, findet praktisch keim Wärmetransport vom Kühlmantel zum-Kühler
statt, so da3 die Temperatur schnell bis. zur Verdau@pfungstemperatur steigt, während
bei Teillastern und im Lastlauf durch die im Kühlraum auftretende Verdampfungskühlung
eine konstante Temperatur von. ioo° C erreicht wird. Beim Erfindungsgegenstand wird
also der Kühlmittelumlauf auf zwei, Kreise aufgeteilt. Der erste Kreis umfaßt den
Zylinder mit seinen öffnungen zum Kühler 'und wirkt erst bei Dampfentwicklung auf
den zweiten Kreis ein, der innerhalb des- Kühlers umläuft und die eigentliche Rückkühlung
vornimmt.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Hauptverbindung zwischen dem
das Kühlmittel für. die zu .kühlenden Motorteile enthaltenden Behälter bzw. Kühlmantel
und dem -Kühler derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die sich bildenden Dampfblasen
in den Wärmeaustauscher und nicht in das Steigrohr des Kühlers entweichen, während
in gleichem Maß vom Kühler Kühlmittel durch die Hauptverbindung in den Behälter
nachströmt Im Wärmeaustauscher kondensieren die Dampfblasen, ohne bis an die Kühloberfläche
zu gelangen. Zweckmäßig sind an den Stellendes Kühlmittelbehälters, an denen sich
infolge der vor allein bei Fahrzeugen wechselnden Schräglage der Brennkraftmaschine
Dampf ansammeln kann, zum Wärmeaustauscher zusätzliche Verbindungen vorgesehen,
die infolge starker Drosselung in erster Linie nur Dampfblasen durchläßt. Hierdurch
wird vermieden, daß sich im Kühlmittelbehälter Dampfsäcke bilden, die eine örtliche
Überhitzung der zu kühlenden Teile hervorrufen würden.
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Gemäß der Erfindung können die Strömungswiderstände aus die Wärmezirkulation
beeinflussenden Einbauten, z. B. Blenden, mechanisch oder thermisch beeinflüßbären
Öffnungen bestehen. Hierdurch kann die Drossel im Bedarfsfall auch regelbar sein.
Wenn z-. B. die Dampferzeugung im Kühlmantel des Zylinders im Belastungsfall stärker
wird, so ist es vorteilhaft, daß sich die-Drosselöffnungen zwangläufig vergrößern,
um --in rascheres Überströmen der Dampfblasen in den Kühler zu ermöglichen. Diese
Arbeitsweise der Drossel läßt sich durch die steuerbaren Einbauten erreichen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungs- und Anwendungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt die Kühleinrichtung im Schnitt, und zwar in Verbindung
mit einem liegenden Motor für landwirtschaftliche Zugmaschinen, während Fig.2 eine
Einzelheit der Kühleinrichtung in größerem Maßstab kenntlich macht.
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Der Motor der Zugmaschine hat einen liegenden Zylinder i, in dem der
Kolben 2 arbeitet. Mit 3 ist das Pleuel und mit q. der Zylinderkopf bezeichnet.
Der Arbeitszylinder i wiederum ist von einem Mantel 5 umgeben, der im wesentlichen
Ringquerschnitt
hat und mit dem Zylinder i aus einem Stück gegossen
sein kann. Auf den Zylinder ist ein zweckmäßig aus Blech gefertigter Kühler aufgesetzt,
der aus dem quer liegenden Kanal 6, dem Steigrohr 7, den Kühlerelementen 8, dem
Ventilator g und der Haube io besteht. Mantel 5 und Kanal 6 sind durch die beiden
Drosselöffnungen i i und 12 miteinander verbunden, von denen die Öffnung i i im
Durchmesser wesentlich kleiner gehalten ist als die Hauptöffnung 12. Die .Öffnungen
ii und 12 wiederum können durch entsprechendes Verformen (z. B. Stanzen und Ziehen)
des Bodens 13 des Kanals 6 gebildet werden. In Fig. 2 ist die Hauptöffnung 12 in
größerem Maßstab wiedergegeben. Die in den Boden 13 eingearbeiteten, die Öffnungen
i i und 12 enthaltenden Vertiefungen sind in je eine Öffnung 14 bzw. 15 der oberen
Querwand 16 des Mantels 5 eingesetzt und gegen diesen zweckmäßig mittels je eines
Gummiringes 17 bzw. 18 abgedichtet.
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Die Arbeitsweise des neuen Kühlverfahrens ist folgende: Durch die
Öffnung 1g wird der Kühler mit Wasser gefüllt, das durch die Öffnungen i i und i2
hindurch auch dem Arbeitszylinder i zugeführt wird.
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Beim Start der Brennkraftmaschine wird das sich im Mantel 5 befindende
Wasser durch die Explosionswärme erwärmt, ohne daß zunächst der Inhalt des Kühlers
von dieser Erwärmung betroffen wird, was durch die Drosselöffnungen i i und 12 verhindert
ist. Die Kühlmitteltemperatur im Mantel s steigt je nach Belastung des Motors bis
zur Bildung von Dampfblasen. Diese Dampfblasen können die Strömungswiderstände der
Hauptöffnung 12 und der Nebenöffnung i i überwinden und treten in den Wärmeaustauscher
8 über, wo sie durch die vorbeiziehende Luft abgekühlt werden und kondensieren.
Im gleichen Maß, wie Dampfblasen aus .dem Raum 5 austreten, läuft Kühlwasser durch
die Öffnung i2 in den Kühlmantel 5 nach und füllt diesen wieder auf. Infolgedessen
ist der Wasseraustausch zwischen Zylinder und Kühler nur beschränkt möglich, wodurch
der Zylinder i zumindest im Lastlauf der Brennkraftmaschine eine reine Verdampfungskühlung
erhält und auf gleichmäßiger Temperatur gehalten werden kann. Es ist nur dafür zu
sorgen, daß innerhalb des Kühlers selbst ein reibungsloser Wasserumlauf vonstatten
geht, was durch die beschriebene Kühlerkonstruktion gewährleistet ist. Die' Erfindung
ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, sondern es können
nach Bedarf vorteilhafte Änderungen vorgesehen werden. Handelt es sich beispielsweise
um einen Motor, bei- dem wesentliche Schwankungen gegenüber der Horizontalen nicht
zu erwarten sind, so kann die zusätzliche Öffnung i i fortfallen. Um bei einer einzigen
Öffnung von Schwankungen unabhängig zu werden, kann man die obere Wand 16 des Kühlmantels
5 etwa konisch ausbilden und an der obenliegenden Spitze des Konfus eine einzige
Öffnung vorsehen. Ferner brauchen Kühlmäntel 5 und Wärmeaustauscher 8 nicht unmittelbar
aneinanderzugrenzen, sondern sie können auch durch Leitungsrohre miteinander verbunden
sein, wobei es dann möglich ist, den erforderlichen, eine freie Wärmezirkulation
des Kühlmittels beim Fehlen von Dampfblasen behindernden Strömungswiderstand durch
die Gestaltung der Rohre oder durch thermisch oder mechanisch steuerbare Einbauten
bzw. Thermostaten in dieselben zu erzeugen. Schließlich brauchen die Drosselöffnungen
des Wärmeaustauschers nicht unbedingt in der dargestellten Weise ausgebildet zu
sein. So können z. B. von den unteren Öffnungen auch Rohre zu den Wärmeaustauschflächen
hinführen.