DE301286C - - Google Patents
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kühlen von Verbrennungsmotoren,
und zwar bei sehr hohen Temperaturen im Kreislauf des Kühlmittels, welches
bei fast atmosphärischem Druck kreist.
Es hat sich durch Versuche herausgestellt, daß der Gasmotor um so günstiger arbeitet,
je höher die Flüssigkeitstemperatur in den Kühlmänteln gehalten wird; sowohl thermisch
ίο wie auch in bezug auf Betriebssicherheit entstehen
dann am Motor (bis zu einer gewissen Grenze) erhebliche Vorteile gegenüber der bisherigen
Wasserkühlung.
Es sind schon Heißkühlverfahren mit Druckwasser bekanntgeworden, sie beruhen darauf, daß Wasser im geschlossenen Kreislauf kreist. In den Kühlmänteln wird dasselbe dabei durch Druck an der Verdampfung behindert, obgleich seine Temperatur über ioo° ist,
Es sind schon Heißkühlverfahren mit Druckwasser bekanntgeworden, sie beruhen darauf, daß Wasser im geschlossenen Kreislauf kreist. In den Kühlmänteln wird dasselbe dabei durch Druck an der Verdampfung behindert, obgleich seine Temperatur über ioo° ist,
ao worauf es auf der Wärmeabgabeseite durch Druckentlastung zur Entspannung und Dampfbildung
gebracht wird. , .. .
Es ist einleuchtend, daß namentlich die normalen Verbrennungsmotoren, deren Mantel
nur selten einem höheren Druck standhalten, nur in gewissen Grenzen nach diesem Verfahren
gekühlt werden können. Nur in den seltensten Fällen war es bisher möglich,
einen Druck bis etwa 5 Atm. ausüben zu können. Bei diesem Druck liegt bei etwa
150c die Gefahr der Dampfblasenbildung im
Zylinder bereits vor, so daß man die Wassertemperatur
vorsichtshalber höchstens bis auf 130° im Zylinder kommen lassen darf, weil
sonst namentlich an Stellen, wo die Fließgeschwindigkeit
gering ist, die Gefthr der Dampfblasenbildung besteht. Andererseits ist
aber dieses Verfahren für Motoren mit schwankender Tourenzahl überhaupt nicht anwendbar, weil dort fast stets die Pumpe
mit der Motoranlage zwangläufig, verbunden ist, so daß' sich ihre Tourenzahl genau so
ändert wie diejenige des Motors. -E;ne Eigentümlichkeit
der hier benötigten Hochdruckzentrifugal pumpen ist nun, daß bei veränderter
Tourenzahl wesentlich andere Druckverhältnisse auftreten. Wenn also ein Automobilmotor,
der normal mit 1000 Touren lauf en würde, mit einer Pumpe verbunden ist, die
bei dieser Tourenzahl 5 Atm. Druck halten würde, so würde der Druck, sobald das Automobil
— oder dessen Motor ..·—.- langsamer,
läuft, sich vollständig verändern. Es liegt
dann leicht die Gefahr plötzlicher Dampf-N blasenbildung in den Kühlmänteln / trotz
feinster Bedienung des Drosselorgan vor, was namentlich bei Flugzeugen— durch
Gefährdung des Arbeitsprozesses und der Zylinder — verhängnisvoll werden kann.
Der Erfinder hat sich nun die Aufgabe gestellt, alle die Vorteile, welche an der Gasmaschine
durch das oben beschriebene Heißkühlverfahren mit Preßwasser auftreten, für alle
Verbrennungsmotoren durchzubilden, namentlich für solche, die, wie Automobile, Flugzeuge,
Unterseeboote usw., mit schwankender Belastung oder Tourenzahl arbeiten. Er umgeht
dabei die Nachteile' der Preßwasser-'
kühlung und verwendet lediglich die bisherbekannte normale Niederdruckkreiselpumpe für
das umlaufende Medium. Er bedarf also keiner anormal hohen Pumpenarbeit für die Pressung des Wassers und hat doch stets die
gewünschten Heißkühltemperaturen.
Die Erfindung ist um so wertvoller, als namentlich bei Fahrzeugen mit Flächenkühler,
z. B. bei Automobilen und Flugzeugen, eine
ίο wesentliche Gewichtserleichterung dadurch eintritt,
daß die Kühlerflächen und der Kühlerinhalt sich ganz wesentlich verkleinern und
häufig der überaus lästige Ventilator — infolge der angestrebten hohen Temperaturdifferenz
zwischen Innen und Außen des Wärmeabgebers (Kühlers) — ganz wegfallen kann. Die Erfindung
läßt erhoffen, daß auch alle vorhandenen Fahrzeuge meist unter unveränderter Beibehaltung ihrer bisherigen Kühler- und
Pumpeneinrichtungen usw. ohne weiteres verwendet werden können.
Zur Lösung der Aufgabe bedient sich der Erfinder der an sich bekannten schwer siedenden
Flüssigkeiten, das sind solche Flüssigkeiten, deren Siedepunkt bei Atmosphärendruck
sehr hoch liegt. Man hat es z. B. bei einer Flüssigkeit die bei 300 ° siedet, in der
Hand, wenn man die Flüssigkeit in die Kühlmäntel
mit 200 ° eintreten und mit 250 °' austreten läßt, dort jede Dampfbildung mit
Sicherheit zu vermeiden, da das Medium erst bei 300 ° sieden würde.
Man hat bereits z. B. Glyzerin, das bei 2900 siedet, in Automobilen in wässeriger
Lösung angewandt, jedoch lediglich, um das Gefrieren im Winter zu verhindern. (Der
weicht gelötete Kühler, der bei 150 bis 200 ° schmelzen würde, beweist dabei, daß man an
hohe Temperaturen nicht dachte).
Man benutzt bereits schwer siedende Kühlmittel, z. B. Glyzerin, um damit Wärme zu
übertragen, u. a. in den Feldküchen der Armee. Im vorliegenden Falle soll aber die schwer
siedende Flüssigkeit gezwungen werden, den Arbeitsprozeß des Motors dadurch zu verbessern,
daß sie sehr heiß in den Motor ein-, und austritt. Je höher die Temperatur ist,
desto heißer wird das angesaugte Gemisch des Motors, desto besser zündet es und umso
wirkungsvoller ist der thermische Prozeß. Auch das Schmiermittel bleibt bei längeren Stillständen
durch die heiße Kühlflüssigkeit im Winter länger schlüpfrig. Die Zündkerzen arbeiten betriebssicherer und schwer entflammbare'
Brennstoffe verdampfen an den heißen Wandungen intensiver, je höher die Temperatur
ist. Die schweren Anstände, welche schwer entflammbare Brennstoffe zeitigten, namentlich beim Ankurbeln der Motoren, sind
mit einem Schlage behoben.
Diese Wirkung erreicht nun der Erfinder dadurch, daß er im Kreislauf des Kühlmittels
die Wärmeabgabefläche bzw. die Leistung des j Wärmeabgebers verkleinert, dergestalt, daß
! auf der Abgeberseite stets nur so viel Wärme an das Außenkühlwasser oder an die Außen-
! luft abgegeben wird, daß die Temperatur der : umlaufenden, schwer siedenden Kühlflüssigkeit
so hoch bleibt, daß in den Kühlmänteln das ablaufende Medium sich auf eine Temperatur
erwärmt, die mindestens 100 ° hat, höchstens aber eine Maximaltemperatur, die etwas unter
dem Siedepunkt der Kühlflüssigkeit selbst liegt.
Diese Temperaturbegrenzung ist bei normalem
Pumpendruck, wie er schon jetzt bei all diesen geschlossen arbeitenden Motorkühlungen
Regel ist, leicht erreichbar, niemals ist zu befürchten, daß dann eine Dampfblasenbildung in den Zylindern eintritt, und
nur dort, wo sich Dampfblasen bilden, sind die Zylinder gefährdet. Eine blasenfreie
Flüssigkeit von 250° kühlt einen Zylinder genau so gründlich und besser wie blasenhaltiges
Wasser, bei dem bei Atmosphärendruck schon bei 80 bis 90 ° im Zylinder Verdampfungsgefahr
besteht.
Wie schon erwähnt, hat man bereits bei Automobilen, um das Gefrieren zu verhindern,
wässerige Glyzerinlösungen eingefüllt. Die bei vorliegender Erfindung angestrebte hohe Ταπί peratur in den Kühlmänteln konnte jedoch
! bisher nicht erreicht werden, weil'der Kühler,
j der Ventilator und die Pumpenleistung so viel Wärme abführten, daß stets in den Mänteln
(abgesehen von forcierten Bergfahrten) eine mittlere Temperatur herrschen mußte, bei
der die Gefahr der Dampfblaseribildung nicht vorlag. Im allgemeinen war selbst in heißer
Jahreszeit 60 ° wohl die äußerste obere Grenze
! für Wasser. ■
Der Ei finder verkleinert nun diese Kühlerleistung — auch bei veränderlicher Tourenzahl
— durch entsprechende Verringerung der Kühlfläche oder durch Fortfall des Ventilatorzuges,
schließlich durch Verringerung j der Pumpenleistung oder durch vorgeschaltete,
verstellbare Jalousien, die den Windstrom ! beim Fahren einschränken, dergestalt, daß
nur jeweils so viel Wärme — aus dem Kreislauf — durch den Kühler abgeführt wird,
daß in den Mänteln die gewünschte hohe Temperatur stets entsteht, die also ganz beliebig
in Grenzen gehalten werden kann, j welche jedoch bei Atmosphärendruck stets
mindestens 100° C betragen, aber etwas unter dem Siedepunkt der schwer siedenden
Flüssigkeit liegen müssen.
Untersucht man mm an einem normalen Automobil die Wirkung der Heißkühlung auf
die Kühlergröße, so ergibt sich (z. B. bei einer Temperatur der Außenluft von 30 ° C),
daß bei der alten Wasserkühlung, wenn das Kühlwasser von 60 ° sich auf 40 ° im Kühler
abkühlte, eine mittlere Temperaturdifferenz zwischen Kühlerinnerem und Außenluft von
50—30 = 20 ° früher vorhanden war.
Nimmt man ein Medium, welches im Kühler sich von 250 ° auf 230 ° abkühlt, so daß eine
Mitteltemperatur von 240 ° vorliegt, so würde im letzteren Falle eine Temperaturdifferenz
zwischen Kühlerinnerem und Außenluft von 240 — 30 = 210 ° bestehen gegenüber früher
bei Wasserkühlung 20°. Der Kühler wird also, da auch die Zylinder bei der hohen Temperatur mehr Wärme ausstrahlen, ganz
wesentlich kleiner gebaut werden können wie früher, um die »gewünschte hohe Temperatur«
in den Zylindern erzielen· zu können.
Voraussichtlich wird er nur etwa 1Z10 der
früheren Fläche benötigen, oder aber, was wesentlich vorteilhafter ist, man kann den
Ventilator vollständig entbehren, wodurch Automobile und Flugzeuge einfacher, billiger
und betriebssicherer werden. Vielleicht ist es, wie schon erwähnt, möglich, ohne Pumpe
den ausreichenden natürlichen Umlauf, auch bei großen Motoren, herbeizuführen.
Die Vorteile, des geschilderten geschlossenen
Heißkühlverfahrens sind also sehr bedeutende.
Daß man die erzielten hohen Temperaturen der Kühlflüssigkeit vorteilhaft benutzen könnte,
um die gewonnene Wärme statt in Kühlern oder Wärmeabgebern nützlos zu vernichten,
solche in Koch-, Heiz- oder Kraftprozesse überzuführen, sei erwähnt und ist namentlich
für Unterseeboote von Wichtigkeit.
Des ferneren sei nochmals erwähnt, daß man ohne Schwierigkeit auch bereits vorhandene
Fahrzeuge, deren Wärmeabgeber also zu groß sind, um die im Zylinder gewünschte
hohe Temperatur zu erzielen, sehr einfach in der Weise für das Verfahren einrichten kann,
daß man entweder die Kühlerfläche verkleinert oder aber die Pumpen- oder Ventilatorleistung
(regulierbar) verändert; schließlich könnte man auch die Menge der Kühlluft durch vom
Führerstande aus regulierbare Jalousien fo verändern, daß stets das Kontrollthermometer
die gewünschte hohe Temperatur im Zylinder zeigt, oder man könnte bei Schiffen die Kühlwassermenge
regulieren u. a. m.
Claims (2)
1. Verfahren zum Heißkühlen von Verbrennungsmotoren,
bei denen eine schwer siedende Flüssigkeit geschlossen durch die Kühlmantel und Wärmeabgeber (Kühler)
umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe durch die entsprechend bemessenen
Abgeber so gering gehalten wird, daß die Kühlflüssigkeit — ohne im Kreislauf
zu verdampfen — gezwungen ist, mit einer Temperatur aus den Kühlmänteln auszutreten (bei annähernd Atmosphärendruck),
die 100 ° C und darüber beträgt, aber unter dem Siedepunkt der Kühlflüssigkeit
liegt. , ■ · '
2. Ausführungsform des Verfahrens nach 1, insbesondere für Motoren mit schwankender
Tourenzahl oder Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeabgeber
mit verstellbaren Einrichtungen versieht, die gestatten, die Wärmeabgabe so zu beeinflussen, daß bei jeder Wärmeproduktion
im Motor — und bei j eder Außentemperatur — in den Kühlmänteln die gewünschte Temperaturzone gewährleistet
ist.
Publications (1)
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---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2946087A4 (de) * | 2013-01-17 | 2016-11-30 | Nirmal Mulye | Innengekühlte brennkraftmaschine und verfahren dafür |
-
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- DE DENDAT301286D patent/DE301286C/de active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2946087A4 (de) * | 2013-01-17 | 2016-11-30 | Nirmal Mulye | Innengekühlte brennkraftmaschine und verfahren dafür |
US11125144B2 (en) | 2013-01-17 | 2021-09-21 | Nostrum Energy Pte. Ltd | Internally cooled internal combustion engine and method thereof |
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