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Regelung der Kühlung von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelung der Kühlung von flüssigkeitsgekühlten
Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen, mit mehreren Kühlflüssigkeitsräumen,
von denen ein Teil mit Hilfe von Flüssigkeitsschaltern entleerbar ist. Bei einer
bekannten derartigen Maschine kann der den Zylinderkopf umgebende Kühlflüssigkeitsraum,
der bezüglich des Kühlflüssigkeitsstromes mit dem den Zylinder umgebenden Kühlflüssigkeitsraum
in Reihe geschaltet ist, mit Hilfe eines von Hand zu betätigenden Absperrorgans
entleert werden. Und zwar wird hierbei der Abfluß aus dem Zylinderkopf-Kühlflüssigkeitsraum
gesperrt, so daß die Flüssigkeit zu verdampfen beginnt und der Dampf mit der Zeit
den Raum der Flüssigkeit einnimmt. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß der entleerbare, bezüglich des Flüssigkeitsstromes parallel zu den ian@deren
Kühlflüssigkeitsräumen geschaltete Teil der Kühlflüssigkeitsräume mit Hilfe von
zwei über Temperaturfühler in Abhängigkeit von der Maschinentemperatur, insbesondere
der Kühlflüssigkeitstemperatttr, betätig ten, den Zu- und Ablauf der entleerbaren
Kühlflüssigkeitsräume steuernden Flüssigkeitsschaltern bei laufender Maschine beim
Unterschreiten einer bestimmten, unterhalb der normalen Betriebstemperatur liegenden
Temperatur vom Kühlflüssigkeitsstrorn abgeschaltet und geleert und beim Überschreiten
der Temperatur an den Kühlflüssigkeitsstrom angeschlossen und gefüllt wird.
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Die Beaufschlagung der entleerbaren Kühlflüssigkeitsräume wird also
bei der Erfindung im Gegensatz zu der bekannten Anliage automatisch gesteuert, und
zwar in einem ganz bestimmten Sinne, nämlich so, daß diese Kühlflüssigkeitsräume
nur dann mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind, wenn die Maschinentemperatur das Gebiet
der normalen Betriebstemperatur erreicht oder auch überschritten hat. Beim Warmfahren
bleiben bei der erfindungsgemäßen Anlage die entleerbaren Kühlflüssigkeitsräume
leer, so daß sich die Maschine an diesen Stellen rasch erwärmt, was z. B. für die
Vorkammern, Wirbelkammern od. dgl. von Dieselmaschinen zwecks Vermeidung des »Nagelas«
erwünscht ist. Bei .der bekannten Anlage wird hingegen der Zylinderkopf kalt gehalten,
@da sich in dem ihn umgebenden Kühlflüssigkeitsraum Kühlwasser befindet, das erst
erwärmt und sogar verdampft werden muß, ehe die Kammer entleert wird. Ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Regelung im Normalbetrieb ist darin zu sehen, diaß,
sobald das Signal zum Warmhalten der Maschine, also zum Entleeren des Kühlwasserraumes
kommt, die Entleerung sofort beginnt und somit sofort weniger Kalorien der Maschine
entzogen werden. Im Gegensatz hierzu sind die Vorgänge bei der bekannten Anlage
so, -d@aß nach dem manuellen Absperren des Abflusses aus dem Kühlwasserraum das
dort befindliche Kühlwasser weiter aufgeheizt und die Maschine lalso im Gegensatz
zu dem, was man eigentlich will, weiter gekühlt wird. Dann wird das Kühlwasser sogar
noch verdampft, was der Maschine erst recht Wärme entzieht. Erst wenn sich so viel
Dampf gebildet hat, daß sich kein Kühlwasser- mehr in dem betreffendem Raum befindet,
tritt der gewünschte Warmhaltungseffekt auf. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Regelung soll noch erwähnt werden, daß infolge der Parallelschaltung der entleerbaren
und der nicht entleerbaren Kühlflüssigkeitsräume durch Änderungen in -der Beaufschlagung
der entleerbaren Räume die Kühlverhältnisse in den anderen Räumen kaum beeinflußt
werden.
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Es ist auch eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der in dem an sich
üblichen Kühlflüssigkeitskreislauf Pumpe-Maschine-Kühler-Pumpe zwischen Kühler und
Pumpe eine Abzweigleitung zu einem Behälter vorgesehen ist, die durch einen die
Kühlflüssigkeitstemperatur fühlenden Thermostaten und ein von diesem bedientes Ventil
oberhalb einer bestimmten Temperatur, z. B. 40° G, -abgesperrt und unterhalb dieser
mit der Pumpe unter Absperrung des Rücklaufes vom Kühler verbunden wird. Beim Erkaltender
Maschine entleert sich der Kühlflüssigkeitsraum bei stehender Maschine durch die
dann nicht fördernde Pumpe hindurch in den Behälter, und bei der Inbetriebnahme
ist der Kählflüssigkeitsraum zunächst leer und wird nach und nach durch die Pumpe
gefüllt. Die erfindungsgemäße Anlage hat demgegenüber idie Vorteile, claß bestimmte,
heiß zu haltende Teile der Brennkraftmaschine heiß gehalten werden können, ohne,daß'
die normale Kühlung der anderen Brennkraftmaschinenteile darunter leidet, daß beim
Unterschreitender Grenztemperatur
der den heiß zu haltenden Teil
umgebende Kühlflüssigkeitsraum auch bei laufender Maschine entleert wird, wodurch
er schneller als mit Flüssigkeitsfüllung wieder auf eine höhere Temperatur kommt
und daß dieser Kühlflüssigkeitsraum bei Inbetriebnahme der Brennkraftmäschine aus
kaltem Zustand heraus so lange ohne jede Kühlflüssigkeit bleibt, bis die gewünschte
Temperatur tatsächlich erreicht ist.
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Im einzelnen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Flüssigkeitsschalter
in der abtrennenden Stellung die entleerbaren Kühlflüssigkeitsräume einerseits mit,der
Atmosphäre und andererseits mit einer Entleerungsleitung verbinden. Die den entleerbaren
Kühlflüssigkeitsräumen entzogene Flüssigkeitsmenge wird zweckmäßigerweise durch
eine Pumpe dem Hauptkühlflüssigkeitssystem wieder zugeführt, wobei die Zuführung
in .dieses System von einem Niveau aus erfolgen kann, das höher als das höchste
Niveau des Hauptflüssigkeitssystems liegt. Bei einer derartigen Anordnung braucht
hinter der Pumpe keinerlei Rückschlagventil od. dgl. angeordnet zu sein.
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Bei Kühlsystemen mit einer den Kühler umgehenden Kurzschlußlentung
ist es vorteilhaft, als Temperaturfühler den ohnehin vorhandenen Temperaturfühler
zu benutzen, der die Kurzschlußleitung steuert.
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Bei Anwendung auf Dieselmaschinen mit einer mit dem Hauptbrennraum
in Verbindung stehenden Kammer, die von einem Kühlflüssigkeitsraum umgeben ist,
wird weitethin empfohlen:, den die Kammer umgebenden entleerbaren Kühlflüssngkeitsraum
nach :außen hin mit Kühlflüssdgkeitsräumendes Hauptkühlflüssigkeitssystems zu umgeben.
Auf diese Weise wird ein eventuell trotz der schnellen Erhitzung der Kammer noch
auftretendes »Nagel«-Geräusch .nach außen hin durch den Wassermantel gedämpft.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können den Ansprüchen
und dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel entnommen werden.
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In der Zeichnung :ist mit 1 der Zylinder und mit 2 der Zylinderkopf
einer Dieselmaschine bezeichnet. Der Haüptbrennraum :der Maschine steht mit einer
Brennkammer 3 in Verbindung. Der Zylinderblock 1 und der Zylinderkopf 2 besitzen
Kühlwasser mänt"el 4 1.md 5, die durch Öffnungen 6 miteinander verbunden sind- Die
Kammer 3 ist v_ an einem geisonderten Kühlraum 7 umgeben. Das Hauptkühlflüssigkeitseystem
besteht in üblicher Weise aus einer Hauptpumpe 8, einer Druckleitung 9, einer Rückleitung
10, .einem Kühler 11@ und. einer Kurzschlußleitung 12. Die Kurzschlußieitrung wind
von. einem Kolbernschie her 7.3 ge-@steuert, ,der von einem (der Übersirhtlirhkeit
wegen nicht gezeichneten) Temperaturfühler innerhalb eines ?ylinders 14 hin= und
herbewegt wind. Er schließt in seiner ruhten, gezeichneten Stellung die Kurzschlüßleitung
12 ab' und läßt das über 10 rückströmende Kiihlwasser durch auf seinem. Umfang angebrachte
axiale Nuten @in eine zum Kühler 11 führende Leitung 15 eintreten. In seiner linken
Stellung verschließ t er diese Leitung 15 -und eröffnet den Zufluß zu der Kurzschlußieitung
12. Im Nebenschiuß: zu d em Haupt kühiwasserstrom 9-4-5-10 führt ein T#-ühlwasserstrGrn
durch. Leitungen 1'6 und 17 zu dem .gesonderten Kühlraum 7 hin und 'von diesem durch
Lmtungen 18 und 1'9 zur Leitung 30 weiter. - In diesem Neibenschluß-Käxhiwasserstrorn
Bind zwei .hydraulische Schalter20 und 21 angeördhet, slic Tiber daran befestigte
Hebel 22 und-23 um 45' verschjvenkbär sind. In der gegenüber der gezeichneten Stellung
um 45° verschwenkten. Stellung verbinden diese Schalter 20 und 21 die Leitung 17
mit -einer Leitung -24 und die Leitung 18 mit einer Leitung 25, die in die Atmosphäre
mündet. Die Hebel 22 und 23 stehen unter der Wirkung von Zugfedern 26 und 27, können
aber durch Elektromagneten 28 und 29 gegen die Kräfte dieser Federn in der gezeichneten
Stellung gehalten werden. Die Leitung 24 führt über eine elektrisch angetriebene
Pumpe 30 zu einer Leitung 31, die oberhalb des Kühlwasserspiegels in den Kühler
11 mündet. Mit der Leitung 24 steht ein, Druckschalter 32 in Verbindung, der beim
Vorhandensein von Druck eine Stange 33 nach oben bewegt.
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Eine Batterie 34 ist über einen Hauptschalter 35 einerseits mit einem
Schalter 36 und .andererseits mit einem Schalter 37 verbunden.- Der Schalter 36
wird durch die Stange 33 bewegt und stellt beim Vorhandensein .von Druck in der.
Leitung 24, also bei einem Aufwärtsgehen der Stange 33, über .eine Leitung 38 eine
elektrische Verbindung mit ,dem Antriebsmotor der Pumpe.30 her. Wenn der Druck n@achläßt,
-bewegt sich des Schaltei 36s.elbsttäri@g in die offene Stellung. Der Schalter 37
.steht mit dem Kolben 13 des Kurzschluß-'i'hermostaüen in Verbindung und ist bei
der die Kurzschlußleitung 12 absperrenden Stellung des Kolbens 33 geschlossen. In
dieser Stellung verbindet er die Batterie 34 mit den Elektromagneten 28 und 29.
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Gezeichnet ist die Stellung im normalwarmen Betrieb der Brennkraftmaschine..
Der unter Druck stehende Kühlwasserstrom.in .,der Leitu b 9 verzweigt sich in einen
durch die Kühlrvasserräume 4 und 5 laufenden Teil und in einen durch die Leitungen
16, 17, den erbtrennbaren Kühlraum 7 und die Leitungen 18 und, 19 laufenden Teil.
Sämtliche Teile der Brennkraftmaschine werden gekühlt. Wind die Maschine außer Betrieb
gesetzt;.so wird der Schalter35 geöffnet wenden, so daß die Elektromagneten 28 und
29 stromlos werden und die bydraulischen Schalter 20 "iind@=21 -dürcfi- die Federn
26 und 27 in die andere, durch Anschläge begrenzte Stellung bewegt werden. Damit
füllt sich dieLeitung 24 und, sofern. die Pumpe 30 etwas Flüssigkeit durchläßt,
aarch die Leitung 31 (zum T#6il) mit Wasser. Obwohl der Schalter 36 durch den Wasserdruck
geschlossen wird, setzt sich die Pumpe 30 nicht in Bewegung, da wegen des geöffneten
Schalters 35 kein Strom fließen kann.
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Wird--die Brennkraftmaschinebald wieder in Betrieb ,gesetzt, so ist
das Kühlwasser noch warm geblieben, und der Kolben 13 steht noch in dergleichen
Stellung wie zuvor, so daß beim erneuten Einschalten des Hauptschalters 35 die hydraulißchen
Schalter 20 und 21 sofort wieder in de gezeichnete Stellung zurückschwemken, wodurch
der Druck in der Leitung 24 so klein wird;daß der Schalter 36 wieder geöffnet wird.
Im Betrieb,stellt sich also wieder der alte Zustand her.
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Ist hingegen während der Still-standperiode .die Brennkraftmasehine
ausgekühlt,- . so ist der Kolben 13 durch den ihn verstellenden Tenlperufiurfühler
nach links geschoben worden, so daß der Schalter 37 geöffnet wurde. Wenn jetzt bei
erneuter Inbetriebnahme der Maschine rler Schalter35 geschlossen wird, erhalten
.die Magnete 28 und 29 keinen Strom, so daß die Ver#birndung zwischen den Leitungen
17 und 24 einerseifis und 18 und 25 andererseits aufrechterhalten bleibt. Damit
lastet nach wie vor der Flüssigkeitsdruck auf der Leitung 24, der Schalter 36 bleibt
.geschlossen, und die Pumpe 30 fördert sämtliche Flüssigkeit .aus dein System 25,,18,
7, 17, 24 über die Leitung 31 in _den Klier 11- zurück. Wenn, die Leitung 17 leer
.ist, ist der Flüssigkeitsdruck bei 32 so stark gesunken, 4a2 der Schalter 36 geöffnet
wird und die
Pumpe 30 stehenbleibt. Der die Kammer 3 umgebende Kühlraum
7 ist also nur mit Luft gefüllt, so daß sich die Kammer 7 schnell erhitzen kann
und ein einwandfreier Verbrennungsvorgang ohne nagelndes Geräusch stattfindet. Hat
die Kühlwassertemperatur den Normalwert erreicht, so bewegt sich der Kolben 13 nach
rechts und schließt damit den Schalter 37, wodurch die Elektromagneten 28 und 29
unter Strom gesetzt werden, :die ihrerseits die hydraulischen Schalter 20 und 21
in,die gezeichnete Stellung für Normalbetrieb drehen.
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Die Erfindung ist nicht auf das :dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So kann selbstverständlich der die Anlage steuernde Thermostat unabhängig
von .dem Thermostaten für die Kurzschlußleitung 12 sein. Er braucht auch nicht,die
Temperatur :des Kühlwassers, sondern kann auch direkt die Temperatur eines Maschinenteiles
fühlen. Ferner können die Schaltorgane für die Abtrennung der Kühlräume im Innern
der Brennkraftmaschine, mehr oder weniger in unmittelbarer Nähe dieser Kühlräume
angeordnet sein.