DE1155635B

DE1155635B - Einrichtung zum Verhindern von Kavitation an wassergekuehlten Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1155635B
Application number: DEM37474A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Seitz
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1958-04-26
Filing date: 1958-04-26
Publication date: 1963-10-10

Description

Einrichtung zum Verhindern von Kavitation an wassergekühlten Brennkraftmaschinen Die Erfindung beträgt eine Einrichtung zum Verhindern von Kavitation an wassergekühlten Brennkraftmaschinen mit einer Kühlwasseraustrittstemperatur von weniger als 100° C.
Bekanntlich treten an Zylinderlaufbüchsen von schnellaufenden und hochbelasteten Dieselmotoren häufig auf der Kühlwasserseite starke Anfressungen auf, und zwar hauptsächlich auf der Seite, an welcher die Kolben während des Arbeitshubes anschlagen.
über die Entstehungsursache gehen die Meinungen der Fachwelt noch auseinander. Einerseits schreibt man die Anfressuagen elektrolytischen Korrosionsvorgängen und andererseits reinem Kavitationsvorgängen, hervorgerufen durch Schwingungsbewegangen der Zylinderlaufbüchsen zu. Die letztgenannte Auslegung wird durch zahlreiche Versuche erhärtet, mit welchen starke Schwingungsausschläge im Augenblick des Kolbenanschlagens nachgewiesen wurden. Da auch durch Luftzusatz zum Kühlwasser eine Verbesserung erzielt wurde, scheint :tatsächlich ein Kavitationsvorgang vorzuliegen.
Man hat bereits versucht, diesen Mangel durch metallische oder andere Schutzüberzüge an den Zylin derlaufbüchsen zu verhüten. Diese bieten aber nur dann einen Schutz, wenn sie absolut dicht und schlagfest sind. Außerdem konnte man durch Zusatz von Korrosionsschutzöl zum Kühlwasser eine Besserung, wenn auch keine absolute Schutzwirkung erzielen.
Bei näherer Untersuchung des Problems wurde durch neuere Versuche nunmehr nachgewiesen, daß im Kühlwasser selbst, und zwar im Takt des seitlichen Kolbenschlages sehr starke Druckschwingungen auftreten. Die an der äußeren Begrenzung .des Kühlwasserraumes einer Brenukraftmaschine vorgenommenen Messungen zeigen, daß je ,nach der Höhe des Zünddruckes bzw. der Belastung der Maschine der Wasserdruck bis zu einem Mehrfachen des mittleren Wasserdrucks nach oben und unten schwankt. Unter Umständen können dabei Unterdrücke auftreten, welche weit unterhalb des der gebräuchlichen Wassertemperatur von 80 bis 90° C entsprechenden Dampfdruckes liegen, so daß während der Wasserdruckschwankungen mit hoher Frequenz laufend Dampfbläschen entstehen, welche während der Druckspitze wieder zusammenfallen und damit Zerstörungen der kühlwasserseitigen Oberflächen von Zylinderbüchse und Gestell hervorrufen.
Erfindungsgemäß soll dies dadurch vermieden werden, daß in der Kühlwasserleitung am Eintritt in den Kühlwasserraum der Brennkraftmaschine eine Hochdruckpumpe und unmittelbar nach dem Austritt aus dem Kühlwasserraum eine Drossel derart angeordnet ist, daß der Kühlwasserdruck in an sich bekannter Weise innerhalb des Kühlwasserraumes so weit erhöht wird, daß der geringste Wasserdruck an jeder Stelle zwischen Hochdruckpumpe und Drossel zu jeder Zeit größer als 1 ata ist, und daß der Druck im übrigen Kühlwasserkreislauf auf der üblichen, das Durchströmen gewährleistenden Höhe gehalten wird. Durch diese lediglich örtliche Erhöhung des Kühlwasserdrucks wird in einfacher Weise ohne großen Aufwand das Entstehen eines Unterdrucks innerhalb der Brennkraftmaschine selbst vermieden und der übrige Kreislauf außerhalb der Maschine auf der üblichen Druckhöhe gehalten, so daß ein Durchströmen des Wasserkühlers und der Wärmetauscher für Öl usw. gewährleistet ist, bei einem Druck vor der Pumpe von nicht weniger als 1 atü.
Es ist zwar bekannt, den Wasserdruck in einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine insgesamt zu erhöhen. Dies geschieht aber zu dem Zweck, den Motor mit Heißkühlung, d. h. höherer Temperatur von über 100° C zu betreiben. Ferner hat man bereits in den Kühlräumen von Brenn kraftmaschinen das Kühlwasser hoch erhitzt, wobei dessen Verdampfung durch erhöhten Druck in den Kühlräumen verhindert wird und außerhalb der Kühlräume das Wasser auf niedrigem Druckentspannt und zur Dampfbildung verwendet wird. Nach der Erfindung hingegen soll nur der Wasserdruck im Motor selbst erhöht werden, und zwar zu einem ganz anderen Zweck, während die Wassextemperatur in der üblichen Höhe von 80 bis 90° C erhalten bleiben soll. Der zur Vermeidung von Kavitationen einzuhaltende jeweilige Wasserdruck richtet sich dabei nach den im Motor auftretenden Druckschwingungsamplituden. Je weiter die Druckschwankung vom mittleren Wasserdruck nach unten ausschlägt, um so höher muß der Druck werden, damit kein Unterdruck und damit momentan Dampfblasen entstehen können. Bei hochbelastetem Motor reicht hierzu der bisher übliche Wasserdruck von etwa 2 bis 2,5 atü nicht mehr aus. Es sind vielmehr weit höhere Wasserdrücke erforderlich. Diese können nach der Erfindung durch zwei oder mehrere in Serie geschaltete Kreiselpumpen oder durch eine Verdrängerpumpe entsprechend. großer Leistung erreicht werden.
Um dabei den Durchlaufwiderstand nicht unnötig zu erhöhen und im Motor selbst infolge des Strömungsverlustes nicht einen stark reduzierten Wasserdruck von nur ca. 1 atü zu erhalten, soll dabei der Druckstutzen der entsprechend ausgelegten Hochdruckpumpe unmittelbar an den Motor angeschlossen sein. Im Gegensatz zu den bisher üblichen Anordnungen strömt das Wasser dann: erst nach Verlassen des Motors durch :den Wasserkühler und durch die übrigen Wärmetauscher. Der Wasserkühler braucht dabei nicht für hohe Drücke ausgelegt zu werden, da es nur darauf ankommt, im Motor selbst hohe Drücke aufrechtzuerhalten. Das Wasser kann nach dem Austritt aus dem Motor so weit entspannt werden, daß der nach dem Durchtritt durch ,die Drosselstelle noch zur Verfügung stehende Wasserdruck gerade ausreicht, den Strömungswiderstand bis zum Wiedereintritt in die Wasserpumpe zu überwinden, ohne daß aber vor der Pumpe ein Unterdruck entsteht oder die Kühlwirkung verringert wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Das Kühlwasser wird der Brenukraftmaschine 1 durch eine oder mehrere hintereinandergeschaltete angeflanschte Hochdruckpumpen2 unmittelbar zugeführt und gelangt nachdem Austritt aus der Brennkraftmaschine über eine Drossel 3 und einen. Temperaturregler 4 in den eigentlichen Wasserkühler 5. Im Rücklauf vom Kühler ist der Schmierölwärmetauscher 6, gegebenenfalls ein Getriebeölwärmetauscher 7 u. ä. angeordnet. Mit der Saugleitung,der Pumpe 2 ist in bekannter Weise ein Ausgleichsbehälter 8 verbunden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE.- 1. Einrichtung zum Verhindern von Kavitation an wassergekühlten Brenukraftmaschinen mit einer Kühlwasseraustrittstemperatur von weniger als 100° C, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlwasserleitung am Eintritt in den Kühlwasserraum der Brennkraftmaschine eine Hochdruckpumpe und unmittelbar nach dem Austritt aus dem Kühlwasserraum eine Drossel derart angeordnet ist, daß der Kühlwasserdruck in an sich bekannter Weise innerhalb des Kühlwasserraumes so weit erhöht wird, daß der geringste Wasserdruck an jeder Stelle zwischen Hochdruckpumpe und Drossel zu jeder Zeit größer als 1 ata ist, und daß der Druck im übrigen Kühlwasserkreislauf auf der üblichen, das Durchströmen gewährleistenden Höhe gehalten wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorn Kühlwasser durchflossenen Wärmetauscher der Brennkraftmaschine im Kühlwasserkreislauf nachgeschaltet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlwasserpumpen zwei oder mehrere Kreiselpumpen hintereinandergeschaltet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 293 302, 306 386, 424 050; Pfleiderer: >?Die Kreiselpumpen für Flüssigkeiten und Gase«, Springer-Verlag, 1955, S.166 bis 170.