DE301304C - - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung, betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung, der Betriebsverhältnisse von Verbrennungskraftmaschinen durch entsprechende Kühlung: Dieses Verfahren bietet dten großen Vorteil, daß man in den Kühlmänteln ganz bestimmte Temperaturen einhalten kann, wodurch der Wärmezustand in den Zylinderwandungen je nach Wahl des Kühlmitfels auf einer fast gleichbleibenden

to Höhe, gegebenenfalls sofort nach _dem Anlassen der Maschine, gehalten werden kann. Diese gleichbleibende Temperatur wird erreicht durch Anwendung der an sich bereits zum Teil bekannten Siedekühlung, bei welcher das Kühlmedium, bisher meist Wasser, zur Verdampfung gebracht wird. Beim Verdampfen entsteht eine konstante Temperatur, die Siedetemperatur, welche im Gegensatz zur früheren Flüssigkeitskühlung'die Wärme dadurch abführt, daß ein Teil des Kühlmittels den Aggregatzustand ändert, wahrend früher Flüssigkeit von oft sehr kalter Einlauftemperatur die heißen Motorwandungen ,kühlte und dadurch. Spannungen, Abscheidungen von Kesselstein und ungünstige Beeinflussungen des Prozesses herbeiführte.

Durch Versuche ist festgestellt worden, daß bis zu einer bestimmten Grenze mit der Steigerung der Kühlmitteltemperatur^; eine .30 Verringerung, im Gasverbrauch eintritt, und diese Erkenntnis macht sich die vorliegende Erfindung dadurch zunutze, daß sie je nach Bedarf Kühlmittel verschiedenartigen Siedepunktes verwendet und dadurch die Wandungstemperatur so beeinflußt, wie es der jeweilig zur Verwendung kommende Brennstoff und die gewünschten Betriebsverhältnisse bedingen. Durch die richtige Wahl der Kühlmitteltemperatur karin sogar der Selbstzündungsdruck von Dieselmaschinen in bestimmt gewollten Grenzen günstig beeinflußt werden, auch verhindert eine genügend heiße Wan dung ein. Niederschlagen des eingeführten Brennstoffes und die Bildung von Ölkohle, auch kann dadurch logischerweise schlechte Verbrennung verhindert werden.

Der gute Wärmezustand der Maschine, infolge gleichbleibender Kühlung, verhindert aber auch Spannungen, die zur Sprungbildung führen können, und bei Anwendung stets der gleichen Kühlflüssigkeit »im Kreislauf« ist auch die Abscheidung von Kesselstein u. dgl., welche ebenfalls Sprungbildung begünstigt, verhindert. ■· .

Um die verschiedenen Warmhaltungseffekte zu erreichen, sollen also die verschiedenartigsten Kühlflüssigkeiten je nach Art der gewünschten Betriebsverhältnisse unter Verdampfung — möglichst. im Kreislauf — zur Anwendung gebracht werden, beispiels weise würde Wasser bei ioo° und Atmosphärendruck sieden, Naphthalin bei etwa 220°, ein anderes Schweröl bei z. B. 350°, Benzol hingegen bei nur 80° und Benzin bei noch tieferer Temperatur. Man hat also, je nach Art des Kühlmittels eine weitgehende, aber kontstanteWarmhaltung desKühlmantels in der Hand. Von größter Wichtigkeit für

diesen Prozeß ist jedoch, daß der Siedezustand im Kühlmantel möglichst sofort nach Anlassen der Maschine herbeigeführt werden kann. Im anderen' Falle können schwere Anlaßunzuträglichkeiten die Folge sein. Was würde es beispielsweise' nutzen, mit einem bestimmten heißen Kühlmittel während des Betriebes den Selbstzündungsdruck von Dieselmaschinen etwa -auf die Hälfte herabzusetzen, wenn man beim Anlassen doch mit der kalten Temperatur' und somit hohem Selbstzündungsdruck einige Zeit arbeiten müßte. Die" schnelle Herbeiführung des Sicdezustandes kann nun in neuartiger Weise dadurch herbeigeführt werdten, daß die Wärmeabgabe der äußeren Kühlflüssigkeitsbehälterwandi so gering gehalten wird, daß die Kühlflüssigkeit auch bei schwacher Motorbelastung ständig sieden muß. Am vorteilhärtesten ist es, die Behälterwand vollständig zu isolieren, so daß schon nach einigen Zündungen die geringe Kühlflüssigkeitsmenge kochen muß und der gewünschte Temperaturzustand eintritt. Das Anlassen erfolgt in^x diesem Falle zweckmäßig mit leichtsiedendten ölen. Von großer Wichtigkeit ist es nun, daß der beim Sieden der jeweiligen Kühlflüssigkeit erzeugte Dampf im geschlossenen Kreislauf wieder zurückgekühlt wird, um am

Kreislauf der Kühlflüssigkeit wiederum teilzunehmen. Zu diesem Zweck ist ein oberhalb der Maschine gelegener Schwaderikühler vorgesehen, aus welchem das Kondensat ständig wieder — und zwar ohne Anwendung einer Pumpe — in das Kühlbad zurücklaufen kann. Die Anwendung sehr schwersiedender Kühlmittel ergibt nun derartig große Temperaturdifferenzen zwischen de.r äußeren Kühlluft und dem inneren, heißen Dampf, daß die Kühleinrichtung in ihrer Oberfläche so stark verkleinert werden kann, daß nicht nur die bisher (z. B. bei Automobilen) notwendigen Ventilatoren in Fortfall kommen können, es' kann sogar die Kühlfläche so klein gehalten werden, d<aß man den Schwadenkühler direkt deckelartig ausbilden und über dem Kühlgefäß anordnen kann., In diesem Falle entsteht ein äußerst einfacher Haubenmotor, der weder einer Umlaufpumpe noch einer Ventilationseinrichtung bedarf und der mit einem Minimum an Gewicht, namentlich für Flugzeuge, sehr wertvoll sein kann.· Daß die Herstellungskosten dadurch gleichfalls verringert werden,- sei erwähnt, auch sei darauf hingewiesen, daß man, in an sich bekannter Weise, am heißen Kühlmittel schwersiedende Brennstoffe oder die angesaugte Luft gut vorwärmen könnte und auf diese Weise ein Mittel hätte, Schweröle jeder.Art in einfachstem Motor wirtschaftlich zu verbrennen.

Von großer Wichtigkeit für das Verfahren ist natürlich die Einheitlichkeit der Temperatur. Bei sämtlichen bekannt gewordenen Siedekühlungen, ebensowohl wie bei Flüssigkeitskühlungen hat man dieser "Voraussetzung wenig Rechnung getragen. Es wurden Zylinderblocks gegossen, in denen tote Ecken oder Flächen entstanden, unter denen sich Dampfblasen festsetzen konnten, die sich hoch überhitzten und durch keine Umlaufvorrichtung weggespült werden konnten.

Das vorliegende Verfahren trägt auch diesem wunden Punkte Rechnung, indem alle Konstruktionseinzelheiten der im heißen Kühlbade liegenden Motorteile so durchge- ⁷^ bildet werden, daß sowohl die Kühlflüssigkeit wie auch die erzeugten Dampfblasen während des Betriebes stets im Bewegungszustande sich befinden müssen.

Man würde es auch in der Hand haben, gegebenenfalls den Brennstoff selbst unter Einhaltung des gewünschten einheitlichen Warmhaltungseffektes im Motor als Kühlmittel zu verwenden. In diesem Falle bietet abweichend vom bisherigen Verfahren die vorliegende Erfindung weitgehende Vorteile dadurch, daß, namentlich bei Anwendung eines deckeiförmigen Schwadenkühlers, der erzeugte Gasdampf oberhalb des Flüssigkeitsbades direkt als Brennstoff abgesaugt werden kann, ohne daß der so einfache Siedeprozeß beeinflußt oder die Bauart dies Motors geändert zu werden braucht. Mari würde es beispielsweise in der Handhaben, direkt durch den Motor Luft in ungenügender Menge durch die Schwadenhaube zu saugen, so daß ein -nicht explosibles Gasluftgemisch zur Maschine ging und könnte kürz vor Eintritt in die Verbrennungsräume so viel Zusatzluft beimischen, daß ein gutes Explosionsgemisch 1°° dortselbst zur Verfügung steht.

Würde man. andererseits mit flüssigem Brennstoff unter Anwendung von Vergasern arbeiten wollen, so ist es von höchster Wichtigkeit, einen Brennstoff zu haben, der mögliehst . benzinartige Eigenschaften besitzt, also welcher dünnflüssig ist und nahe seinem Siedezustande sich befindet. Solcher Brennstoff ist im unteren Teile des Kühlbehälters ständig vorhanden, derselbe kann vorzüglich Uo zur Karburation der Luft oder zur Zerstäubung iri Vergasern Anwendung findten.

■Freilich würde man bei Anwendung von Brennstoff als Kühlmittel den "Kreislauf insofern etwas stören, als die entnommene Brennstoffmenge naturgemäß ersetzt werden muß. Das vorliegende Verfahren, bei dem die Flüssigkeit unten und der Dampf oben steht, gestattet aber in sehr einfacher. Weise den Flüssigkeitsspiegel auf konstanter Höhe zu

halten, was bei keiner älteren Erfindung möglich gewesen ist. Man hat es dadurch in der Hand, die heißen Motorteile ständig mit Sicherheit durch Flüssigkeit zu kühlen,
Es hat natürlich an Bestrebungen nicht gefehlt, Einzelheiten des vorliegenden Verfahrens schon auszunutzen, aber die hier angestrebten Effekte in bezug auf Beeinflussung der Betriebsverhältnisse, namentlich durch

ίο Beeinflussung der Wärmeabgabe der Kühlbehälterwandungen, sind nirgendwo erkennbar. Es mag jetzt an einigen rein schematischen Ausführungsbeispielen das Wesen der vorliegenden Erfindungsgedanken erläutert werden.

In Fig. ι stellt,ι (F) einen Verbrennungszylinder dar, welcher in einen Kühlflüssigkeitsbehälter K zweckmäßig so gelagert ist, daß er unabhängig von diesem Behälter sich frei ausdehnen kann. Der Kühlbehälter ist mit einem Kühlmittel bis zum Flüssigkeitsspiegel A angefüllt und möge 3 die Einsaugeleitung für das Gemisch und 2 die Auspuffleitung des Explosionsmotors sein. (Bei Dieselmaschinen sind entsprechende Änderungen notwendig.) Eine Nockenwelle N möge die angedeuteten Ein- und Auslaßorgane durch ein nicht gezeichnetes Steuersystem beeinflussen. Die Steuerung liegt im zeichnerischen Beispiel innerhalb einer als Schwadenhaube ausgebildeten Kühlvorrichtung L. Die Steuerung kann naturgemäß auch an anderen Stellen und in anderen Ausführungen angebracht werden! Die Zylindergruppe möge auf dem Gestell G verschraubt sein. Die Wärmestrahlung der Behälterwand// wird nun möglichst stark beeinflußt dahingehend, daß dieselbe so gering wie möglich gehalten wird, zweckmäßig durch Anwendung einer Isolierung Z. Dadurch wird erreicht, daß schon nach wenigen Zündungen der geringe Flüssigkeitsinhalt ins Kochen kommt. Verwendet man ein öl als Kühlmittel, welches bekanntlich selbst ein schlechter Wärmeleiter ist, so hat man selbst bei langen Betriebsstillständen die Sicherheit, daß die Wärme im Kühlmittel erhalten bleibt und ein sehr schnelles. Heißanlassen möglich ist. Die Kühlflüssigkeit kann nun Wasser oder eine leichter oder schwerer wie Wasser siedende Flüssigkeit sein; beispielsweise Benzol, Siedepunkt 8o°, oder ein Kühlöl mit Siedepunkt von z. B. 350⁰. Je höher der Siedepunkt liegt, desto größer wird die Temperaturdifferenz zwischen Innenraum' dfes Kühlers und der Außenluft, desto kleiner kann also der Schwadenkühler werden. Es' bietet sich deshalb die Möglichkeit, densel-. ben so klein auszubilden, daß er als Deckel oberhalb des Kühlbehälters angeordnet werden kann. Auf diese Weise könnte der gebildete Schwaden selbsttätig in den Behälter zurücktropfen, und jede Umläufpumpe „und sonstiges Kühlorgan erübrigt sich. Die Ausbildung des Schwadenkühlers ist auf verschiedenste Weise denkbar. Man könnte ihn beispielsweise nach Fig. 2 als Deckel D mit eingesetzten, einseitig geschlossenen Rohren L versehen, man könnte aber auch, namentlich bei großen stationären Anlagen, bei denen die Wärmestrahlung im Maschinenhause . lästig · ist, den Schwadenkühler außerhalb des Maschinenhauses, aber oberhalb der Flüssigkeit dergestalt anordnen, daß isolierte, aufsteigende Schwadenrohre zum Kühler führen. Da der Kühlbehälter bestens isoliert ist, wird selbst bei hoher Siedetemperatur die Wärmestrahlung im Maschinenhaus nicht lästig empfunden. Es ist nun von hohem Werte, daß die Flüssigkeit und der Dampf sich nirgendwo festsetzen können, andernfalls entstehen an solchen Stellen schädliche Überhitzungen im Kühlbade bzw. Motorwandungen, an welchen eine möglichst gleichbleibende Temperatur erwünscht erscheint, sonst sind Sprünge der Zylinderkonstruktion oder Frühzündungen u. dgl. zu befürchten. Zu diesem Zwecke empfiehlt es sich, sämtliche Konstruktionsteile so durchzubilden, daß die Flüssigkeit stets im Bewegungszustan'd sein muß. Dies wird er- 90» reicht, wenn man allen Teilen eine Form gibt, die das Hochsteigen der Dampfblasen begünstigt. .

In Fig. 3 ist diese Grundform durch ein Auspuffrohr 2, welches in der Flüssigkeit F liegt, verdeutlicht. Dieses Rohr wird vorteilhaft nach unten mit einer Spitze S versehen oder erhält elliptischen Querschnitt o. dgl. In Fig. ι sind die Rohre 2 und¹ 3 in dieser Weise zur Durchbildung gebracht. Es ist natürlich das Prinzip des Verfahrens auch für liegende Maschinen öder für Gasturbinen anwendbar, aus Fig. 6 ist solches an einer Gasturbine T schematisch erkennbar gemacht. Dieselbe lagert in dem isolierten Behälter H (Isolie- i°5 rung nicht gezeichnet), und der im Prozeß fortgeführte Mäntelwärmebetrag erzeugt Dampf, der im Schwadenkühler L in gleicher Weise niedergeschlagen werden kann, wie bei Fig. ι beschrieben. Es ist natürlich ohne no weiteres möglich, auch Gruppen von Zylindern in gemeinsamen Kühlbehältern ,anzuordnen, wie solches in Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Dort empfiehlt es sich, namentlich bei Flugzeug- und Äutomobilmotoren, Scheider wände Q zwischenzuschalten, welche bei Neigung des Motors verhindern, daß der Flüssigkeitsspiegel einzelne Motorteile nicht bedeckt.

Würde man als Kühlmittel in dem Kühl-

behälter (Fig. τ) den Brennstott selbst benutzen, so hat man die Möglichkeit, den sich bildenden Gasdampf in an sich bekannter Weise direkt im Motor zu benutzen. Man

5. würde in diesem Falle zweckmäßig von der Maschine aus Luft durch die Haube saugen lassen in einer Menge, daß das Gemisch luftarrn bleibt, aber sich schon innig mit der Luft mischt. Vor der Maschine wird dann Zusatzluft angesaugt, so daß z. B. ein guter Explosionsbereich gewährleistet wird. Auf diese Weise kann man auch sehr schwersiedende Brennstoffe in einer Weise in Ölmotoren verwenden, daß dieselben in ihrer Wirkung Gasmotoren fast gleichkommen. Bei ölen, die einen weiteren Siedebereich haben, ist es in der öldestillation bekannt, daß man nicht die höchste Siedetemperatur zu erreichen braucht, weil be.im Austreten der

ao leichter siedenden Bestandteile in vielen Fällen die schwerer siedenden mit übergehen. Würde man dieselbe Anlage als ö 1 motor betrieben wünschen, so ist es bekannt, daß man den flüssigen Brennstoff, um ihn gut zerstäuben oder karburieren zu können, möglichst fest mit Siedetemperatur ' verwerten möchte. In diesem Falle.braucht man nur den Brennstoff am unteren Teile des Kühlapparates zu entnehmen und hat eine Brenn- stoffvorwärmung, wie sie bei Flüssigkeitskühlung überhaupt nicht erreiqhbar ist. Erst die Anwendung der isolierten Kühlflüssigkeitsbe^ halter, in denen ein Kühlflüssigkeitsspiegel (durch Wasserstandsglas gegebenenfalls) erkennbar, gemacht werden kann, hat man es in der Hand, diesen Flüssigkeitsspiegel stets so hoch zu halten, daß sämtliche heißen Maschinenteile von Flüssigkeit bedeckt sind. Das Niveau kann automatisch durch Schwimmervorrichtung o. dgl. fixiert werden.

Hierdurch hat man, auch bei Brenhstoftolkühlung, einen absolut gesicherten Betrieb in der Hand, und ein sehr einfacher, motorischer Betrieb ist denkbar, Da die Kühlflüssigkeit schon nach einigen Umläufen siedet, so würde man beispielsweise/zu Anfang die Haube mit leichten Benzindämpfen füllen und damit die Maschinen anlassen.

Freilich wird bei Anwendung der Brennstoffölknhlung der vollkommene Kreislauf des verdampfenden Kühlmittels insofern etwas gestört, als man ständig eine Kleinigkeit Kühlgut Zuspeisen muß. Die einfache Konstruktion des Haubenmotors mit Deckel gestattet aber eine sehr leichte Reinigung von etwa sich bildenden Niederschlägen, die aber fast nie zu befürchten sind, da die Brennöle selbst, das Produkt von Kondensationspro-.

. zessen sind und somit die Zylinderwandungen voh Niederschlagen frei bleiben.

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Verfahren zur Beeinflussung der Betriebsverhältnisse von Verbrennungsmaschinen durch entsprechende Kühlung der — innerhalb eines mit siedender, im Kreislauf arbeitender Kühlflüssigkeit gefüllten Behälters gelagerten — heißen Motorwandungen, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Art des gewählten Brennstoffes oder gewünschten Arbeitsverfahrens eine Kühlflüssigkeit angewandt wird, deren — infolge der Siedeverhältnisse — »gleichbleibende« Kühlwirkung den gewünschten oder notwendigen, mögliehst gleichbleibend gesicherten Wärmezustand der heißen Motorwandungen gewährleistet, wobei die Wärmeabgabe der äußeren Kühlflüssigkeitsbehälterwand so gering gehalten wird, daß die Kühlflüssigkeit auch bei schwacher Motorbelastung ständig sieden muß.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Prozeß erwünschte oder notwendige Temperäturzustand im Kühlbehälter dadurch sofort nach dem Anlassen gesichert wird,.daß seine Außenwände durch eine Isolierung· gegen Wärmeyerluste geschützt sind.
3. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Sieden der jeweiligen Kühlflüssigkeit erzeugte Dampf in einem — oberhalb der Maschine gelegenen —, (die Flüssigkeit nicht festhaltenden) Schwadenkühler niedergeschlagen wird, aus welchem das Kondensat selbsttätig in das Kühlbad· zurücklaufen kann.
4. 4. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß — behufs Vermeidung örtlicher Teniperatursteigerungen im Kühlbade — die Konstruktionseinzelheiten der heißen, im Kühlbade liegenden Motorteile so durchgebildet werden, daß sowohl die Kühlflüssigkeit wie auch die erzeugten Dampfblascn während des Betriebes stets im Bewegungszustande sich befinden müssen.
5. 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel des Kühlbehälters in auf anderem Gebiet bekannter Weise als Kühlhaube ausgebildet ist, die als.Schwad'enkühler den gebildeten.Dampf 1x5 niederschlägt, so daß das Kondensat direkt in das Kühlbad zurücktropfen kann.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 5 mit Benutzung des Kühlgutes als Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß

   man — unter entsprechender Luftbeimischung — entweder aus dem hochlie- ■ genden Dampf behälter »verdampften« oder aus dem tiefliegenden Kühlbehälter »siedenden« Brennstoff entnimmt, wobei ständig so viel Breriristoffkühlgut zugespeist wird, wie solches dem Kreislauf des Kühlmittels durch den Arbeitsprozeß entnommen wird, so¹ daß die Beständigkeit des sämtliche heißen Teile, des Motors überdeckenden Flüssigkeitspiegels, der den Dampfraum vom Flüssigkeitsraum trennt, seiner Höhelage nach gewährleistet ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.