DE301286C - - Google Patents

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,

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 150^c 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)

P ATENT-Ansprüche:

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.