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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, die eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum aufweist, wobei dem Brennraum der Brennkraftmaschine während ihres Betriebs ein Betriebsmittel und ein Kühlmittel zugeführt werden, wobei als Kühlmittel ein Gemisch aus Wasser, Alkohol und wenigstens einem Tensid verwendet wird. Die Erfindung betrifft zudem eine Antriebseinrichtung.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 4 708 118 A bekannt. Diese beschreibt eine Brennkraftmaschine, welche drei Ventile pro Zylinder aufweist und einen neuartigen Kraftstoffinjektor aufweist, das eine erwärmte Kraftstoffmischung aus 30 % Flüssigkeit und 70 % Dampf an seinem Auslass bereitstellt. Zur Reduzierung von Verschmutzungen und zur Erhöhung der Effizienz der Brennkraftmaschine wird ein dampfförmiges Methanol-Wasser-Gemisch durch eine Entlüftungsleitung geführt und mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch vor Eintritt in einen Brennraum zusammengeführt.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2014 100 307 A1 bekannt. Diese beschreibt Verfahren und Systeme zur Verwendung einer Windschutzscheibenwischerflüssigkeit mit einer umformulierten Zusammensetzung, die ein oder mehrere nichtionische Tenside aufweist. Die Flüssigkeit wird als Reaktion auf eine Bedieneranforderung zum Windschutzscheibenwischen zu der Windschutzscheibe befördert. Die gleiche Flüssigkeit wird als Reaktion auf einen Hinweis auf eine abnormale Verbrennung im Zylinder auch zu einem Zylinder befördert.
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Weiterhin offenbart die Druckschrift
DE 10 2016 205 146 A1 eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, welche mindestens einen Wasserinjektor zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank, und ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zum Wasserinjektor umfasst. Ferner ist bei der Wassereinspritzvorrichtung eine Zufuhrleitung vorgesehen, welche eingerichtet ist, den Wassertank mit mindestens einem Ablauf einer Karosserie des Fahrzeugs zu verbinden. Dabei ist Wasser, das in den Ablauf gelangt, über die Zufuhrleitung dem Wassertank zuführbar.
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Weiterhin umfasst die Wassereinspritzvorrichtung eine Wasserqualitätserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Wasserqualität von Wasser in der Zufuhrleitung, ein Ventilelement, und eine Steuereinheit zum Steuern des Ventilelements und/oder der Wasserqualitätserfassungseinrichtung. Die Steuereinheit ist eingerichtet, das Ventilelement in eine erste Stellung zu bringen, wenn die erfasste Wasserqualität gleich oder größer als eine vorbestimmte Qualitätsschwelle ist, wobei in der ersten Stellung des Ventilelements Wasser dem Wassertank zuführbar ist. Die Steuereinheit ist eingerichtet, das Ventilelement in eine zweite Stellung zu bringen, wenn die erfasste Wasserqualität kleiner als die vorbestimmte Qualitätsschwelle ist, wobei in der zweiten Stellung des Ventilelements kein Wasser dem Wassertank zuführbar ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere auf effiziente Art und Weise eine Reduzierung der Emissionen der Brennkraftmaschine erzielt.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass als Tensid ein Tensid auf Etherbasis verwendet wird.
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Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung die Brennkraftmaschine auf, welche wiederum über den wenigstens einen Brennraum verfügt. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine selbstverständlich mehrere Brennräume auf. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung lediglich auf den wenigstens einen Brennraum verwiesen wird, so sind die entsprechenden Ausführungen stets auf mehrere der Brennräume der Brennkraftmaschine beziehungsweise alle Brennräume der Brennkraftmaschine - soweit vorhanden - übertragbar.
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Dem Brennraum der Brennkraftmaschine wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine das Betriebsmittel und das Kühlmittel zugeführt. Das Betriebsmittel und das Kühlmittel sind voneinander verschieden, liegen also in Form von unterschiedlichen Stoffen vor. Das Betriebsmittel und das Kühlmittel werden beide während des Betriebs der Brennkraftmaschine verbraucht. Insbesondere wird das Betriebsmittel in dem Brennraum verbrannt beziehungsweise oxidiert, während das Kühlmittel verdampft wird. Zusätzlich oder alternativ zu dem Verdampfen kann das Kühlmittel verbrannt beziehungsweise oxidiert werden. Das Betriebsmittel liegt beispielsweise in Form eines Kraftstoffs vor, wohingegen das Kühlmittel zur Aufnahme von während der Verbrennung des Betriebsmittels anfallender Wärme, insbesondere durch sein Verdampfen, dient.
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Als Kühlmittel kann beispielsweise pures Wasser, insbesondere Reinwasser oder Reinstwasser, verwendet werden. Als Reinstwasser kann beispielsweise destilliertes Wasser oder demineralisiertes Wasser verwendet werden. Wasser eignet sich hervorragend als Kühlmittel beziehungsweise zur Kühlung, weil es eine hohe Wärmekapazität und eine hohe Verdampfungsenthalpie aufweist, also mit einer gegebenen Menge eine vergleichsweise starke Abkühlung erzielen kann, insbesondere eine Abkühlung des Abgases der Brennkraftmaschine.
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Allerdings weist Wasser eine Gefriertemperatur auf, welche zumindest zeitweise höher sein kann als eine Umgebungstemperatur der Antriebseinrichtung. Entsprechend kann es vorkommen, dass das Wasser bei einem Start der Antriebseinrichtung gefroren ist und entsprechend kein flüssiges Wasser zur Einbringung in den Brennraum zur Verfügung steht. Das bedeutet, dass das Wasser zunächst erwärmt werden muss, damit das Wasser in flüssiger Form zur Einbringung in dem Brennraum zur Verfügung steht. Ein derartiges Erwärmen bedingt Heizmaßnahmen, welche technisch und energetisch aufwendig sind.
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Zudem besteht die Gefahr einer Biokontamination. Hierdurch kann es zu Ablagerungen und/oder einer Verschlammung kommen, was vermieden werden sollte. Eine solche Biokontamination tritt beispielsweise durch den Kontakt des Wassers mit Umgebungsluft und gegebenenfalls in dieser enthaltenen Fremdstoffen auf und entwickelt sich beispielsweise durch eine längere Standzeit der Antriebseinrichtung.
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Schließlich weist Wasser eine Oberflächenspannung auf. Beim Einbringen des Wassers in den Brennraum treten somit kein feiner Nebel, sondern vielmehr große Tropfen auf. Dies steht einer raschen Verdampfung beziehungsweise Verdunstung des Wassers in dem Brennraum entgegen und kann dazu führen, dass flüssiges Wasser in den Brennraum gelangt beziehungsweise über einen vergleichsweise langen Zeitraum in diesem vorliegt.
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Aus diesem Grund ist es vorgesehen, kein pures Wasser als Kühlmittel zu verwenden, sondern vielmehr ein Gemisch aus Wasser, Alkohol und dem wenigstens einen Tensid. Als Wasser kann wiederum das vorstehend erwähnte Reinwasser oder Reinstwasser, insbesondere destilliertes Wasser oder demineralisiertes Wasser, verwendet werden. Das Wasser stellt eine gute Kühlwirkung des Kühlmittels sicher, nämlich aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und Verdampfungsenthalpie.
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Mittels des Alkohols wird effektiv die vorstehend beschriebene Biokontamination verhindert, der insoweit als Desinfektionsmittel dient. Zudem zeichnet sich Alkohol ebenso wie das Wasser üblicherweise durch eine hohe Verdampfungsenthalpie auf, die eine Verbesserung der Kühlleistung mit sich bringt. Das wenigstens eine Tensid schließlich dient der Herabsetzung der Oberflächenspannung des Wassers und mithin des Kühlmittels, sodass eine raschere Verdampfung des Kühlmittels bei seinem Einbringen in den Brennraum im Vergleich zu purem Wasser realisiert ist. Insbesondere bewirkt das Tensid eine Verkleinerung der Tröpfchengröße des Wassers bei seinem Einbringen in den Brennraum.
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Durch die Verwendung des beschriebenen Gemischs als Kühlmittel wird somit zum einen ein Einsatz des Kühlmittels auch bei niedrigen Temperaturen ohne aufwändige Heizmaßnahmen gewährleistet. Zudem wird die beschriebene Biokontamination effektiv verhindert und auch ein rasches Verdampfen beziehungsweise Verdunsten des Kühlmittels in dem Brennraum oder bereits vor dem Einbringen in den Brennraum sichergestellt. Hierdurch ergibt sich eine Reduzierung der Emissionen der Brennkraftmaschine, weil eine Beeinflussung der Verbrennung des Betriebsmittels in dem Brennraum durch das Kühlmittel verhindert wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Betriebsmittel unmittelbar in den Brennraum oder in ein über wenigstens ein Einlassventil an den Brennraum angeschlossenes Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und/oder dass das Kühlmittel unmittelbar in den Brennraum oder in das Saugrohr zugeführt wird. Das Betriebsmittel kann also entweder im Rahmen einer Direkteinspritzung oder einer Saugrohreinspritzung in den Brennraum eingebracht werden. Das Einbringen des Betriebsmittels in den Brennraum erfolgt mittels der Direkteinspritzung unmittelbar und mittels der Saugrohreinspritzung lediglich mittelbar, nämlich über das Saugrohr, welches über das wenigstens eine Einlassventil an den Brennraum angeschlossen ist.
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Auch das Kühlmittel kann entweder unmittelbar oder lediglich mittelbar in den Brennraum eingebracht werden, nämlich entweder direkt in den Brennraum oder lediglich mittelbar über das Saugrohr. Es kann vorgesehen sein, das Betriebsmittel und das Kühlmittel beide unmittelbar in den Brennraum oder beide in das Saugrohr einzubringen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das Betriebsmittel in den Brennraum und das Kühlmittel in das Saugrohr oder umgekehrt das Betriebsmittel in das Saugrohr und das Kühlmittel unmittelbar in den Brennraum einzubringen.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, das Betriebsmittel in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Antriebseinrichtung wahlweise unmittelbar in den Brennraum oder in das Saugrohr einzubringen, wohingegen das Kühlmittel stets entweder in den Brennraum oder in das Saugrohr eingebracht wird. Hieraus resultieren eine hohe Flexibilität bei dem Betreiben der Antriebseinrichtung und insgesamt eine hohe Effizienz.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als Alkohol Ethanol verwendet wird. Als Ethanol kann beispielsweise Spiritus, also vergällter Ethylalkohol, herangezogen werden. Ethanol ist einfach und kostengünstig verfügbar und weist hervorragende Frostschutzeigenschaften auf.
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Die Erfindung sieht vor, dass als Tensid ein Tensid auf Etherbasis verwendet wird. Zusätzlich kann das Tensid ein anionisches Tensid sein. Unter dem anionischen Tensid ist ein Tensid zu verstehen, das eine negativ geladene funktionelle Gruppe besitzt. Grundsätzlich ist jedoch das Tensid ein Tensid auf Etherbasis. Besonders bevorzugt ist das Tensid ein anionisches Tensid auf Etherbasis. Mit einem solchen kann eine besonders effektive Verdampfung beziehungsweise Verdunsten des Kühlmittels bei oder vor seinem Einbringen in den Brennraum erfolgen.
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Schließlich kann im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Gemisch aus Wasser und Scheibenreinigungsmittel als Kühlmittel verwendet wird. Das Scheibenreinigungsmittel wird im Rahmen des Kraftfahrzeugs üblicherweise ohnehin vorgehalten, nämlich bevorzugt in einem Reinigungsmitteltank, insbesondere zusammen mit dem Wasser. Das Scheibenreinigungsmittel dient, bevorzugt zusammen mit dem Wasser, dem Reinigen wenigstens einer Scheibe des Kraftfahrzeugs, insbesondere zumindest einer Frontscheibe beziehungsweise einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs. Zu diesem Zweck ist der Reinigungsmitteltank strömungstechnisch an wenigstens eine Ausbringvorrichtung angeschlossen, mittels welcher das Scheibenreinigungsmittel und - bevorzugt - das Wasser auf die wenigstens eine Scheibe des Kraftfahrzeugs zu deren Reinigung ausgebracht werden kann.
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Der Reinigungsmitteltank und die Ausbringvorrichtung sind vorzugsweise Bestandteil einer Scheibenreinigungsanlage. Für die Verwendung des Scheibenreinigungsmittels beziehungsweise des Gemischs aus Scheibenreinigungsmittel und Wasser als Kühlmittel ist bevorzugt der Scheibenreinigungstank zusätzlich strömungstechnisch an den Brennraum der Brennkraftmaschine angeschlossen, entweder unmittelbar oder lediglich mittelbar über das Saugrohr. Die Verwendung des Scheibenreinigungsmittels als Kühlmittel hat den Vorteil, dass kein zusätzliches Mittel mitgeführt werden muss und entsprechend ein hierzu notwendiger Kühlmitteltank entfällt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittel mindestens 30 %, mindestens 40 %, mindestens 50 %, mindestens 60 % oder mindestens 70 % Wasser enthält. Zusätzlich weist das Kühlmittel bevorzugt mindestens 10 %, mindestens 20 % oder mindestens 30 % Alkohol auf. Der Anteil des wenigstens einen Tensids an dem Kühlmittel kann mindestens 1 %, mindestens 2 %, mindestens 3 %, mindestens 4 % oder mindestens 5 % betragen.
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Beispielsweise besteht das Kühlmittel zu zwei Teilen aus Wasser und zu einem Teil aus einer Mischung, welche sich aus dem Alkohol, dem wenigstens einen Tensid und nicht zu vermeidenden Verunreinigungen zusammensetzt, also insbesondere dem Scheibenreinigungsmittel. Der letztere Teil kann auch wenigstens ein weiteres Mittel, beispielsweise ein Konservierungsmittel und/oder einen Duftstoff, enthalten. Der Anteil des Alkohols an dem entsprechenden Teil beträgt beispielsweise mindestens 80 % oder mindestens 90 %, der Anteil des wenigstens einen Tensids mindestens 5 %. Der Duftstoff ist insbesondere dann in dem Kühlmittel enthalten, falls das Scheibenreinigungsmittel zum Herstellen des Kühlmittels herangezogen wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, mit einer Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Brennraum aufweist, wobei die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, dem Brennraum der Brennkraftmaschine während ihres Betriebs ein Betriebsmittel und ein Kühlmittel zuzuführen. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, als Kühlmittel ein Gemisch aus Wasser, Alkohol und wenigstens einem Tensid zu verwenden.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, die eine Brennkraftmaschine 2 mit mehreren Zylindern 3 aufweist, wobei in jedem der Zylinder 3 ein Brennraum vorliegt, welcher von einer Zylinderwand des Zylinders 3 und einem in dem Zylinder 3 beweglich angeordneten Kolben begrenzt ist. Die Brennkraftmaschine 2 ist an einen Betriebsmitteltank 4 strömungstechnisch angeschlossen, in welchem ein für den Betrieb der Brennkraftmaschine 2 notwendiges Betriebsmittel zwischengespeichert beziehungsweise zwischenspeicherbar ist.
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Das Betriebsmittel ist über entsprechende Vorrichtungen in jeden der Zylinder 3 beziehungsweise in jede der Brennkammern einbringbar. Die Zylinder 3 beziehungsweise die Brennräume sind zudem strömungstechnisch an ein Saugrohr 5 der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, über welches der Brennkraftmaschine 2 Frischgas, insbesondere Frischluft oder ein Frischluft-Abgas-Gemisch zur Verfügung gestellt wird.
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Weiterhin weist die Antriebseinrichtung 1 einen Wassertank 6 sowie einen Reinigungsmitteltank 7 auf, wobei in letzterem ein Scheibenreinigungsmittel zur Reinigung wenigstens einer Scheibe des Kraftfahrzeugs zwischengespeichert ist. Der Reinigungsmitteltank 7 ist entsprechend über eine Leitung 8 mit einer Ausbringvorrichtung strömungstechnisch verbunden, mittels welcher das in dem Reinigungsmitteltank 7 vorliegende Scheibenreinigungsmittel auf die Scheibe zu ihrer Reinigung aufgebracht werden kann.
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Sowohl der Wassertank 6 als auch der Reinigungsmitteltank 7 sind strömungstechnisch an das Saugrohr 5 angeschlossen, nämlich über Leitungen 9 und 10. Beispielsweise mündet die Leitung 10 strömungstechnisch von dem Saugrohr 5 beabstandet in die Leitung 9 ein. Über die Leitung 9 ist das in dem Wassertank 6 vorgehaltene Wasser und über die Leitung 10 das in dem Reinigungsmitteltank 7 vorgehaltene Scheibenreinigungsmittel in das Saugrohr 5 der Brennkraftmaschine 2 einbringbar. In der hier dargestellten Ausführungsform werden das Scheibenreinigungsmittel und das Wasser stromaufwärts des Saugrohrs 5 durch das Einmünden der Leitung 10 in die Leitung 9 miteinander vermischt, sodass schlussendlich ein Gemisch aus Wasser und dem Scheibenreinigungsmittel in das Saugrohr 5 eingebracht wird.
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Beispielsweise wird bei dem Einbringen des Wassers und des Scheibenreinigungsmittels ein Verhältnis zwischen Wasser und Scheibenreinigungsmittel von 2:1 verwendet. Das Scheibenreinigungsmittel selbst setzt sich vorzugsweise aus Alkohol, wenigstens einem Tensid und nicht zu vermeidenden Verunreinigungen von maximal 1 Vol.-% zusammen. Zusätzlich kann in dem Scheibenreinigungsmittel ein Konservierungsmittel und/oder ein Duftstoff enthalten sein. Der Anteil des Alkohols an dem Scheibenreinigungsmittel beträgt beispielsweise 90 %, wohingegen der Anteil des wenigstens einen Tensids mindestens 5 % beträgt.
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Alternativ zu der separaten Aufbewahrung des Wassers und des Scheibenreinigungsmittels kann eine gemeinsame Aufbewahrung in einem Tank vorgesehen sein, insbesondere in dem Reinigungsmitteltank 7. Der Wassertank 6 kann in diesem Fall entfallen oder zusätzlich vorliegen.
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Schlussendlich setzt sich also das den Brennräumen der Brennkraftmaschine 2 während ihres Betriebs zugführte Kühlmittel aus Wasser, Alkohol und dem wenigstens einen Tensid zusammen. Mit einem derartigen Gemisch wird zum einen ein hervorragender Frostschutz, ein Schutz vor Biokontamination sowie eine gute Verdampfung beziehungsweise Verdunstung des Kühlmittels in dem Brennraum erzielt.
