<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur Verminderung des Leistungsaufwandes für die Luftkühlung von Brennkraftmaschinen.
In dem Kampf zwischen Luft-und Wasserkühlung bei Flugmotoren wird dem luftgekühlten Motor oft sein hoher Luftwiderstand vorgeworfen. Während bei flüssigkeitsgekühlten Motoren allein der Kühler im Flugwind liegt und im günstigsten Falle etwa 7% der Propellerzugkraft verzehrt, ist es bei luftgekühlten Motoren trotz zahlreicher Verbesserungsvorschläge bisher nicht gelungen, gleich niedrige Werte der zur Kühlung erforderlichen Leistung zu erreichen, obgleich es bereits bekannt war, bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen verschiedene Stellen der Zylinder verschieden stark zu kühlen. Entsprechend Verhältnisse liegen auch bei ortsfesten Brennkraftmaschinen vor.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, den Leistungsaufwand für die Kühlung bei luftgekühlten Motoren sogar noch unter den Wert desjenigen für flüssigkeitsgekühlte Motoren zu bringen. Sie geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Temperaturdifferenz zwischen einem luftgekühlten Zylinder und der Kühlluft nennenswert grösser ist als diejenige zwischen einem Flüssigkeitskühler und der Aussenluft.
Zahlenmässig kann die mittlere Temperatur eines luftgekühlten Zylinders zu etwa 180 , die eines Flüssigkeitskühlers im günstigsten Falle (bei Äthylenglycol) zu 1200 angesetzt werden. Schon aus dieser Tatsache geht hervor, dass unter sonst gleichen Verhältnissen bei Luftkühlung mit geringeren Kühlluft. mengen gearbeitet werden kann.
H ; ezu kommt, dass in einem flüssigkeitsgekülten Zylinder den Stellen geringerer Wärmebelastung, z. B. am unteren Ende der Kolbenlaufbahn, sehr glosse Külmittelmengen zugeführt werden müssen, um die hohe Wärmebelastung des Zylinderkopfes unter das Mass der zulässigen Wärmebelastung herabzudrücken.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass man bei luftgekühlten Zylindern die Wärmeabfuhr durch richtige Bemessung der Kühlrippenhöhe und der an den Rippen vorbeigeführten Kühl- luftmengen überall der vorhandenen örtlichen Wärmebelastung anpassen kann. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Ein-oder Ausströmquerschnitte eines etwa konischen Luftführungsmantels, der um die vom Zylinderkopf zur Befestigungsstelle des Zylinders in ihrer Breite abnehmenden Kühlrippen gelegt ist, so bemessen sind, dass an Flächen hoher Wärmebelastung mehr, an Flächen geringerer Wärmebelastung weniger Kühlluft vorbeistreicht.
Einige Ausführungsbeispiele, die die Anwendung der Erfindung bei einem Fahr-oder Flugzeug zeigen, sind in den Fig. 1-9 dargestellt. In den Fig. 1-3 ist eine Ausführungsform der Erfindung in Ansicht, im Schnitt und in Seitenansicht dargestellt, während die Fig. 4 eine andere Ausfühiungsmog- lichkeit bei einem Flugmotor im Schnitt veranschaulicht.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform durch die Mittelachse des Zylinders sowie durch die Räume für die Zuführung und Abführung der Kühlluft, Fig. 6 einen dazu senkrechten Schnitt ebenfalls durch die Mittelachse des Zylinders, Fig. 7 einen lotrechten Schnitt nach der Linie E-F, Fig. 8 einen waagrechten Schnitt nach der Linie A - Bund Fig, 9 einen Schnitt in Höhe der Linie 0 - D mit dem Zylinderkopf in Ansicht.
<Desc/Clms Page number 2>
Der Zylinder 1 ist mit ringförmigen Kühlrippen 2 versehen, die vom Zylinderkopf zum Flansch 3 hin in ihrer Höhe abnehmen und um die ein etwa konischer Luftführungsmantel 4 herumgelegt ist.
Oberhalb des Zylinderkopfes befinden sich lotrecht angeoidnete Kühlrippen 5. Der Kühlmantel hat eine dreieckige, mit der Spitze zum Befestigungsflansch des Zylinders gerichtete Einlassöffnung 6, durch die den vom Zylinder 1, den Kühlrippen 2 und 5 und dem konischen Mantel 4 gebildeten Kanälen verschieden grosse Kühlluftmengen zugeführt weiden. Die Formgebung der Einlassöffnung 6 kt der Wärmebelastung des Zylinders angepasst, die in der Fig. 2 durch die Kurve 7 angedeutet ist. Infolge der Ausbildung der Öffnung gelangt zu den Stellen grösserer Wärmebelastung und den Kanälen grösseren Querschnittes eine grössere Kühlluftmenge als zu den Stellen geringerer Wärmebelastung.
Die Eintritts- öffnung 6 erweitert sieh in Höhe des Zylinderkopfes zu einem rechteckigen Querschnitt 8, dessen Ausmasse den oberhalb des Zylinders angeordneten lotrechten Kühlrippen 5 angepasst sind und dadurch eine gute Kühlung des Zylinderkopfes 6 gewährleisten. An den konischen Mantel ist an der der Eintritts- öffnung 6 entgegengesetzten Zylinderseite ein Abströmkanal 9. angesetzt, der für die stossfreie Abführung der Kühlluft in den Fahrwind sorgt.
Es ist nicht erforderlich, gerade die E@nströmungsöffnung entsprechend der Wärmebelastung des Zylinders auszubilden. D ; e Drosselung der Kühlluft und damit die Anpassung der Kühlluftmengen an die Wärmebelastung kann auch an einer andern Stelle als an der Eintrittsöffnung erfolgen. Ein Ausführungsbeispiel hiefür ist in der Fig. 4 dargestellt. D : e Bewegungsrichtung des Flugzeuges ist hiebei durch den Pfeil 10 angedeutet. Der Stromlinie nrechte Korper.
H dient zur Luftführung und zur Verkleidung des Zylinders. D : e Kühlluft gelangt bei diesem Ausführungsbeispiel durch den von der Bewegung des Körpers H herrührenden Staudruck durch den Kanal 12 zum Zylinder 1. 3 und strömt zwischen den von den Rippen 14 und dem Körper 11 gebildeten Kanälen hindurch. Die Anordnung und Bemessung der Rippcn entspricht der in den Fig. 1 und 2 dargestelltcn Ausführung.
Der im vorliegenden Falle vom Flugkörper 11 gebildete Luftführungsmantel hat den der Wärme- belastung des Zylinders entsprechenden Drosselquerschnitt nicht an der Anströmseite des Zylinders, dieser liegt vielmehr im Windsehatt, n des Zylinders auf der Abströmseite 15. Auch durch diese Anoldnung wird erreicht, dass an den einzelnen Teilen des Zylinders jeweils nur die erforderliche Kühl- luflmenge vorbeiströmt. Bei dem dalgestellten Ausführungsbeispiel ist zur Erhöhung der Ansaugwirkung im Kanal 12 noch ein Ax'algebläse 16 vorgesehen.
Die in der Fig. 4 angegebene Ausführungsform wird vorteilhaft in den Fällen Anwendung finden, in denen eine genügende Kühlluftzufuhr durch Anordnung des Drosselquerschnittes auf der An iröm- seite nicht gewährleistet erscheint.
In der in den Fig. 5-9 gezeigten Ausführungsform hat der Zylinder 1 einen besonders eingesetzten Kopf 17 ; durch den Kanal 18 und Schlitze. 33 wird die Spül-und Ladeluft dem Zylinder zugeführt und durch Sehlitze 34 und Kanal 19 werden die Abgase abgeführt. Der Zylinder hat eine stromlinienrechte Verkleidung 20. Bei 21 wird die von einem Gebläse gelieferte Kühlluft zugeführt, die sich in dem durch die stromlinienrechte Verkleidung. gebildeten Raum 22 hinter dem Zylinder verteilt und dann durch eine Öffnung 6 zu beiden Seiten um den Zylinder herumströmt, um durch eine Öffnung 9 in den Raum 23 zu strömen, der durch die stromliÍliel1l'echte Verkleidung vor dem Zylinder gebildet wird. Bei 24 fliesst die erwärmte Kühlluft wieder ab.
Wie die Fig. 7 erkennen lässt, nimmt die Eintrittsöffnung 6 für die den Zylinder umspülende Kühlluft oberhalb des Spül-und Ladekanals 18 in ihrer Breite von unten nach oben bis zu der heissesten Stelle des Zylinders zu und dann wieder ab. Der Querschnitt der Öffnung 6 unterhalb de3 Kanals 18 ist noch etwas geringer, da dieser Teil des Zylinders verhältnismässig am kühlsten ist. D@e durchströmende Kühlluftmenge entspricht daher an allen Stellen den örtlichen Wärmebclastungen. Man erhält also bei sparsamem Kühlluftverbrauch an allen Stellen die günstigste Kühlung.
In konstruktiver Beziehung ergibt sich eine besonders zweckmässige Form dadurch, dass die Kühlluftkanäle und die Kanäle für die Zuführung der Spül- und Ladeluft sowie die Kanäle für die Abführung der Verbrennungsgase zu einem zusammenhängenden Körper vereinigt sind, wie insbesondere die Fig. 5, 8 und 9 erkennen lassen. Um diesen Körper leicht mit dem Zylinder vereinigen zu können, sind die Gas-und Luftkanäle in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kühlluft geteilt, wie ebenfalls die Fig. 8 und 9 zeigen. Die eine Hälfte enthält die Zuflusskammern und Öffnungen für die Kühlluft und Spülluft, die andere Hälfte die Ausströmungsöffnungen und Kammern für die Kühlluft und die Abgase.
Einen zuverlässigen Zusammenbau beider Hälften erhält man dadurch, dass man sie durch Befestigungsschrauben 25 in der Höhe des Spülluftkanals 18 und Abgaskanals 19 zusammenschraubt, wodurch gleichzeitig eine zuverlässige Abdichtung dieses Kanals erzielt wird. Eine weitere Befestigungsschraube 26 ist oberhalb des Zylinderkopfes angeordnet, die in einem Aufsatz 27 angebracht ist. Dieser Aufsatz ist so ausgebildet, dass er die für den Betrieb des Motors am Zylinderkopf angebrachten Teile, wie Brennstoffdüse 28, Glühkerze 29 und Druckluftanlassventil 30, einhüllt, so dass sie bei frei herausstehenden Zylindern keinen Fahrw : derstand erzeugen. Die Teile sind aber zugänglich durch Abschlussdeckel 31, die durch Federn 32 auf ihren Sitz gedrückt werden.
Wie Fig. 9 zeigt, wird die über den Zylinderkopf streichende Kühlluft durch Kanäle zwischen den Kühlrippen geführt, die zwischen der Eintrittsöffnung und Ausirittsöffnung so geformt sind, dass
<Desc/Clms Page number 3>
möglichst gleich lange Wege für die Kühlluft gebildet werden. Es wird dadurch eine gleichmässige Kühlung des Zylinderkopfes erreicht.
Mit 35 in Fig. 5 ist die Oberfläche des Tragdeckes eines Flugzeuges angedeutet.
Bei den vorstehend geschildeiten Anordnungen nimmt in an sich bekannter Weise die Rippenhöhe des luftgekühlten Zylinders vom Kopf zum Flansch ab, es wird aber erfindungsgemäss in den einzelnen Ebenen senkrecht zur Zylinderachse nur so viel Kühlluft vorbeigeführt, als in den einzelnen Zylinderabschnitten gerade noch für ausreichende Wärmeabfuhr erforderlich ist.
Wenn auch die theoretischen Feinheiten des Wärmeüberganges gewisse Abweichungen verlangen werden, so wild doch im allgemeinen zwischen dem Dreieckss (hlitz und der Kühlrippenbemessung etwa d'e Beziehung bestehen, dass jeder Abschnitt des durch den Dreiecksschlitz hergestellten Drosselquer-
EMI3.1
achse) entspricht.
Die Erfindung ermöglicht auch eine nennenswerte Verbesserung oitsfe ter luftgekühlter Motoren, weil sie die Küblluftverschwendung in der Nähe des Flansches aufhebt. In Fahrzeugen und in Flugkörpern, die zur ftromlinienrechtcn Vnkleidung von Zylindern oder Motoren dienen, kann erfindungsgemäss der Leistungsaufwand für die Kühlung noch weiter dadurch herabgesetzt werden, dass bei Benutzung der vorbeschriebenen Mittel an der Eintrittsöffnung des Gebläses der aus der Fahrzeugbewegung herrührende Staudruck ausgenutzt wild, während man die Abströmung der Kühlluft aus dem Fahrzeug oder Flugkörper daduich verlustärmer gest"Itet, dass durch zweckmässige Querschnittsbemessungen ein stossfreier'Übergang der Kühlluft in den Fahrtwind eintritt.
Weitere Verbesserungsmögliehkeiten, die ebenfalls den Leistungsaufwand für die Kühlung herabdrücken, liegen in der Wahl eines Kühlgebläses von besonders hohem Wirkungsgrad, z. B. eines Axialgebläses mit Schaufeln von tragflügelartigem Querschnitt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verminderung des Leistungsaufwandes für die Luftkühlung von Brennkraft- maschinen, insbesondere Fahrzeug-und Flugmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-oder Ausströmquerschnitte eines etwa konischen Luftführungsmantels, der um die vom Zylinderkopf zur Befestigungsstelle des Zylinders in ihrer Breite abnehmenden Kühlrippen gelegt ist, so bemessen sind, dass an Flächen hoher Wärme belastung mehr, an Flächen geringerer Wärmebelastung weniger Kühlluft vorbeistreicht.