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Saugluftkühlung mittels durch Auspuffgase betriebenen Ejektors bei
Brennkraftmaschinen Die Kühlung von Brennkraftmaschinen durch angesaugte Luft ist
bekannt, desgleichen das Ansaugen dieser Kühlluft durch Ejektorwirkung der Auspuffgase.
Letztere vermag jedoch nicht bei allen Maschinenarten allein ausreichende Luftmengen
zu fördern, weshalb Kurbelgehäuseluftpumpen vorgesehen sind, deren geförderte Luft
zuerst das innenliegende Getriebe, besonders die Kolben, kühlt und sodann die Ejektorwirkung
der Auspuffgase unterstützt. Die Kühlwirkung mittels angesaugter Luft hat den großen
Vorteil, daß sie mit Sicherheit je nach dem örtlichen Bedarf sehr verschieden bemessen
werden kann, wodurch es möglich ist, durch Zulassung einer höheren Temperatur an
dem nicht geschmierten Zylinderdeckel den Wirkungsgrad zu verbessern, was durch
Einblasen der Luft zumindest mit gleich einfachen Mitteln nicht möglich ist.
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In der Zeichnung veranschaulicht Abb. i einen Maschinensatz im Schnitt,
Abb. 2 einen anderen Schnitt durch einen Zylinder und Abb. 3 einen Grundriß in Ansicht.
Abb.2 zeigt den Auspufftopf samt Saugvorrichtung in senkrechter, Abb. 3 in waagerechter,
besonders für Zweitaktmotoren .geeigneter Lage.
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Abb. q. zeigt in vergrößertem Maßstab den Deckel des Zylinders im
Schnitt, Abb. 5 dessen halben Grundriß in Ansicht.
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In Abb. 6 ist als Einzelheit ein senkrechter Schnitt durch .die versteifenden
Kühlrippen des Zylinderdeckels und den Kühlmantel dargestellt, während Abb. 7 den
gleichen Schnitt am Deckel .des Ventilgehäuses des Luftverdichters zeigt.
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In .der veranschaulichten beispielsweisen Ausführungsform sind am
gemeinsamen Kurbelgehäuse i eine im Zweitakt arbeitende, durch den Arbeitskolben
gesteuerte Ölkraftmaschine 2 mit einem einfach wirkenden Verdichter 3 mit einer
gemeinsamen Kurbelwelle zusammengebaut. Der Zylinder der Kraftmaschine ist von dem
Blechmantel q., der Zylinder des Verdichters von dem Blechmantel 5 umgeben, aus
welchen die durch entsprechend verteilte Bohrungen eintretende Kühlluft mit Hilfe
der am Auspufftopf angebrachten Saugvorrichtung durch die Schläuche 7 und 8 abgesaugt
wird. .
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Der Deckel des Kraftmaschin.enzylinders weist hohe schmale Rippen
9 und io in verhältnismäßig geringen Abständen auf. Um die Abstände klein zu halten,
sind zwischen diesen Hauptrippen nach Bedarf noch kürzere V-förmige Rippen vorgesehen.
Da beim Deckel keine Rücksicht auf das Schmieröl zu nehmen ist, kann die Temperaturgrenze
lediglich nach Maßgabe der mechanischen Festigkeit mit 35o bis 4oo° zugelassen werden.
Nachdem diese Temperatur nur an den auf Biegung am stärksten beanspruchten Teilen
eingehalten
werden muß, sind im Deckel des Blechmantels 4. lediglich
gegenüber den Rippen kleine, aber zahlreiche Bohrungen zz angebracht, sodaß die
durch Biegung am stärksten beanspruchten Rücken der Rippen weitaus am wirksamsten
gekühlt sind, während deren Seitenflanken und der Boden der Zwischenräume von erwärmter
Luft nach unten zu stetig sinkender Strömungsgeschwindigkeit bestrichen werden.
Um die Temperatur der Innenfläche des Deckels noch zu steigern, können am Grunde
der Zwischenräume wärmeisolierende Einlagen 12, angeordnet sein (Abb. d. rechts
und Abb. 6). Dadurch wird erreicht, daß die eigentliche Begrenzungswand des Brennraumes
zugunsten einer hohen Brenntemperatur noch erheblich wärmer sein kann, ohne zu platzen.
Dennoch ist die Umgebung gegen Feuersgefahr gesichert, obwohl der Mantel bei dieser
Temperatur natürlich' schon einen erheblichen Teil an gestrahlter Wärme vorn Zylinderdeckel
aufnimmt, also zum Teil gleichfalls .der Kühlfläche hinzuzurechnen ist. Wird gemäß
der dargestellten Ausführungsform der Blechmantel durch die Deckelschrauben auf
erhöhte Angüsse 13 ohne wärmeisolierende Unterlagsscheiben niedergeschraubt, wodurch
gleichzeitig der allseits gleiche Abstand des Blechmantels von den seitlichen Kühlrippen
besser gesichert ist, so nimmt der Mantel auch noch geleitete Wärme auf.
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Der Rand des Zylinderdeckels muß bedeutend stärker gekühlt sein als
dessen Scheibe, damit sich die ringförmige Paßfläche nicht durchbiegt und nicht
etwa Wärme auf den Zvlinder übergeleitet wird. Diese dünnen und zahlreichen, bloß
kühlenden Rippen 1q. (Abb. d. und 5) werden am zylindrischen Umfang des Deckelflansches
ausgefräst oder autogen ausgeschnitten oder, wie in den Abb.4 und 5 rechts ersichtlich,
als U-förmige Doppelrippen 15 elektrisch aufgeschweißt.
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Darunter liegen ähnliche, jedoch in der Achsrichtung längere und nach
unten zu allenfalls höher werdende Kühlrippen 16 des nebenbei aus Gründen des Temperaturausgleichs
durch erhöhte Wärmeaufnahmefähigkeit verstärkten Zylinderflansches. Zwischen den
Kühlrippen am Deckelflansch und jenen am Zylinderflansch befindet sich schon zum
Zweck erhöhterWirbelbildung ein ringförmiger Zwischenraum, dem gegenüber um den
gesamten Umfang des Blechmantels d. herum zahlreiche Bohrungen 17 angeordnet sind,
durch welche der Großteil der gesamten Kühlluft .des Motors hinzutritt, um zuerst
die Kühlrippen 16 und den unteren glatten Teil des Zylinders stärkstens zu kühlen
und nebenbei auch den Blechmantel innen zu bestreichen. Die Kühlluft könnte beim
Motor auch am unteren Ende des Mantels 4 eingelassen werden, um nach wirksamster
Kühlung des Zylinders den Dekkel infolge des geringeren Wärmegefälles weniger zu
kühlen, sodann aber durch den oberen Hals 6 in die Saugvorrichtung geleitet zu werden.
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Der Auspuffflansch wird dadurch gekühlt, daß ihn der Mantel 4 nicht
ganz .dicht umschließt.
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Beim Verdichter gestattet es die Kühlung mittels angesaugter Luft,
den von der Brennkraftmaschine durchaus abweichenden Verhältnissen Rechnung zu tragen.
Die Kühlrippen 18 am Zylinderflansch sind mit Rücksicht auf den geringen Einfluß
der Zylinderkühlung kürzer, dagegen nehmen die entsprechenden Kühlrippen z9 des
den Verdichterzylinder oben abschließenden Ventilgehäuses dessen gesamte Höhe ein.
Oberhalb dieser Rippen tritt :der Großteil der Kühlluft durch die im Blechmantel
s vorgesehenen zahlreichen Bohrungen 2o ein, während der Deckel des Blechmantels
wenige große, ohne Rücksicht auf die Lage der wenigen Versteifungsrippen 21 angeordnete
Bohrungen22 aufweist, damit die zwischen den Rippen liegende ausgedehnte Fläche
des Gehäusedeckels gleich gut gekühlt ist wie die Rippen. Diese Anordnung gestattet
es in der einfachsten Weise, in der kalten Jahreszeit z. B. .dem Vereisen der angetriebenen
Druckluftwerkzeuge dadurch vorzubeugen, daß die Kühlung durch Verschließen von Bohrungen
der Reihe 20 oder 22 mittels kleiner Metallpfropfen geschwächt wird.
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Das Ansaugen der Kühlluft wird ähnlich wie bei einer Lokomotive, das
Ansaugen der Verbrennungsluft -durch den Auspuff der Brännkraftmaschine besorgt.
Beim Zweitaktmotor besorgen dies die mit der Spülluft geinengteiZAuspuffgase um
so wirksamer, als der Gasstrom durch entsprechende Verengung der Blasrohrdüse zeitlich
weitgehend ausgeglichen werden kann, so daß .der saugende Gasstrom nie ganz-aufhört.
Im Gegensatz zur Dampfmaschine kann hier nämlich der Auspuff ohne Einbuße an Leistung
gedrosselt werden. Als .Saugvorrichtung dient ein normaler Auspufftopf mit geringfügigen
Abänderungen, die seine Herstellung sogar erleichtern. Der zylindrische Auspufftopf
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sowie dessen Kühlmantel24 sind oben am Ausströmende offen. Dort ist am
Auspufftopf das Blasrohr 225 angeschraubt, welches je nachBedarf durch ein
solches mit engerer oder weiterer Düse auszuwechseln ist, so daß ohne kostspielige
Änderungen die erforderliche und bei der äußeren Lufttemperatur vorteilhafteste
Kühlluftmenge eingestellt werden kann. Auch der zweitewesentlicbeBestandteil .dieser
Saugvorrichtung, nämlich das an der Mündung des Kühlmantels 2q. aufgesetzte doppelt
kegelförmige Saugrohr 26, ist einfach und leicht auswechselbar.
Je
nach der Zahl der zu kühlenden Zylinder besitzt der Mantel 24. des Auspufftopfes
kurze Anschlußstutzen 27 und 28 zwecks Verbindung mit den entsprechenden Stutzen
nächst den unteren Enden der Zylinderkühlmäntel .durch die Schläuche 7 und B.
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In Abb. 2 ist ein normaler Auspuff ins Freie dargestellt, welcher
den kürzesten Luftweg für die Kühlluft ergibt, so daß ein Schlauch? gar nicht angewendet
werden kann, sondern etwa durch ein um die sich nahezu berührenden Stutzen gewundenes
luftdichtes Band 7 zu ersetzen ist. Die Schlauchverbindung hat noch den besonderen
Vorteil, daß der Schlauch durch eine Zwinge verengt, somit die gesamte Kühlung -
etwa des Verdichterzylinders - beliebig gedrosselt werden kann.
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Abb. 3 zeigt die beschriebene Saugvorrichtung in waagerechter Lage,
in welcher sie vornehmlich bei Zweitaktmotoren zu einem besonderen Zweck verwendet
werden kann. Da nämlich die Leistung bei letzteren durch einen mäßigen Widerstand
in der Auspuffleitung nicht beeinträchtigt wird, ist es ohne weiteres möglich, den
Auspuff samt der Luft durch eine an das Saugrohr 26 dicht anschließende Rohrleitung
z9 weiterzuleiten. Dieser Sonderbetrieb wird weiter durch die Abkühlung, also Raumverminderung
der Auspuffgase in der Rohrleitung 29 unterstützt, so daß es möglich ist, solche
Maschinensätze auch in nicht besonders gelüfteten Stollen zu verwenden, sofern nur
durch waagerechte Anbringung des Auspufftopfes dafür gesorgt wird, daß die Geschwindigkeit
des saugenden Gasstrahles nicht unmittelbar hinter dem den Unterdruck erzeugenden
Teil des Kegelstutzens 26 durch eine scharfe Krümmung gehemmt wird. Den zum Atmen
erforderlichen Luftwechsel besorgt die große Menge der angesaugten Kiihlluft sowie
der Luftverbrauch der Brennkraftmaschine. Arbeitet letztere als ortsbeweglicher
Maschinensatz nächst der Stollenbrust, saugt sie auch den geringfügigen durch Atmen
verbrauchten Bruchteil des gesamten Luftbedarfes an und schafft ihn durch die einzige
im Stollen zu verlegende Rohrleitung 29 aus demselben heraus. Die als Ersatz durch
den freien Stollenquerschnitt nachströmende Luft braucht lediglich durch ein am
Wellenstummel der Maschine aufzusetzendes Flügelrad durcheinandergewirbelt zu werden.
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Bei Verwendung einer im Viertakt arbeitenden Brennkraftmaschine ist
die Drosselung des Auspuffs durch eine enge Blasr ohrdüse wegen der damit verbundenen
Herabsetzung der Leistung nicht zulässig. L m die saugende Wirkung des Gasstrahles
auch in diesem Fall möglichst gleichmäßig zu gestalten, müssen die Kurbelgehäuse
herangezogen werden, um zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Auspuffstößen Luft
in den Auspufftopf, somit durch das Blasrohr zu treiben. Diese Luft dehnt sich durch
Erwärrnung an den vom vorangehenden Auspuff erhitzten Wänden des Auspufftopfes aus,
wird daher befähigt, eine stärkere Saugwirkung auszuüben, als es das gleiche Gewicht
kalter Luft könnte. So wird die Stärke der einzelnen Auspuffstöße untereinander
einigermaßen ausgeglichen, indem sich andererseits das aus dein Zylinder 2 austretende
Gas an der vorher von der Luft bestrichenen Innenfläche des Auspufftopfes abkühlt
und an Druck verliert. Immerhin strömt es noch erheblich wärmer als die Luft durch
das Blasrohr, wird also gemäß der Forderung möglichst geringer Verbrennungsrückstände
im Blasrohr weniger gedrosselt.
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Die Änderung, welche die Anordnung bei dieser Betriebsart zweckmäßig
erfährt, ist in Abb.2 durch punktierte Linien dargestellt. Es tritt lediglich das
am Boden des Auspufftopfes angegossene oder daran befestigte Gehäuse 3o mit dem
Rückschlagventil 31 'hinzu. In dieses Gehäuse münden sodann die an die einzelnen
Kurbelgehäuse angeschlossenen Luf tleitungen 32. Ob es sich nun uin eine reine Kraftmaschine
'handelt oder ob sich unter den Zylindern auch solche von Luftverdichtern befinden.
muß jedem Zylinder sein gegen die übrigen abgeschlossenes oder abschließbares Abteil
im Kurbelgehäuse zugeordnet sein. Falls der Verdichter durch eine Einzylinder-Viertaktbrennkraftmaschine
angetrieben wird, entfällt auf jeden Hub ein saugender Luftstrom. Beim Auspuffhub
der Kraftmaschine fällt dieser gemäß der dargestellten Ausführungsform sogar theoretisch
mit dem Luftstrom aus dein Kurbelgehäuse des Verdichters zusammen. In Wirklichkeit
öffnet aber das Auspuffventil bereits vdr Erreichung des unteren Totpunkts, während
die Luft aus dem Kurbelgehäuse des Verdichters erst im Verlauf des nun einsetzenden
Hubes in den Auspufftopf eintreten kann, bis ihre Pressung das Rückschlagventil
31 anzuheben vermag, zu welcher Zeit der größte Teil der Auspuffgase bereits aus
dem Zylinder 2 entwichen ist. Dieser Lufteintritt in den Auspufftopf kann durch
eine entsprechend starke Ventilfeder 33 beträchtlich verzögert werden.
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Die höhere Temperatur des Zylinderdeckels der Brennkraftmaschine bringt
eine Verbesserung des Wirlzungsgrades mit sich, der sich in der Verminderung der
Abfallwärme ändern muß, hat aber auch eine erhöhte Wärmestrahlung nach dem Kolbenboden
hin zur Folge, so daß die Kühlung des Kolbens nicht wie bei kleinen wassergekühlten
Maschinen nur von der Zylinderwand her bewirkt werden kann. Zu diesem Zweck sind
je zwei benachbarte
Kurbelgehäusespülpumpen durch zwei Querwände
3q. und 35 geteilt, wodurch auch eine Verkleinerung des schädlichen Raumes derselben
erzielt wird. Diese Querwände bilden im Kurbelgehäuseunterteil und zum Teil auch
noch im Kurbelgehäuseoberteil um die Kurbelwelle herum einen Ölraum. Der obere Zwischenraum
zwischen diesen Ouerwänden ist seitlich frei und bloß oben durch die Auflagerfläche
für -den Zylinderflansch begrenzt. Auf dieser Platte befindet sich innerhalb des
Zylinderflansches je ein Saugventil, vorteilhaft ein Klappenventil 36 und 37, so
daß :die kalte, angesaugte Luft zunächst in die Höhlung des Kolbens eintritt. Dadurch,
daß sich die Klappen in einer zur Tangente an den Kolben parallelen Ebene bewegen,
bildet sich innerhalb des Kolbens ein rasch kreisender, daher gut kühlender Luftstrom
aus, welcher durch schräg nach oben abgebogene Ablenkbleche vor den Klappen sogar
schraubenförmig nach aufwärts gegen den Kolbenboden getrieben werden kann.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung ergibt gegenüber den gebräuchlichen
Kühlungsarten außer den bereits erwähnten noch folgende Vorteile: Der empfindliche,
kostspielige Wasserrückkühler entfällt und mit ihm das in manchen Gegenden schwer
zu beschaffende Wasser. EineUndirJitheit in denKühlmänteln ist durch bloßes Verschmieren
mit einem beliebigen Kitt zu beheben, während die Wiederherstellung eines geborstenen
angegossenen Mantels schwierig und teuer ist.
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Der Zylinderdeckel und Zylinder sind billig, weil sie als volles Gußstüclk
gegossen oder gar gepreßt (Zylinderdeckel) sein können.
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Geringeres Gewicht des Blechmantels im Vergleich mit einem angegossenen
Kühlmantel für Wasser.
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\Tachdetn die Luft eingesaugt wird, schützt der Blechmantel trotz
Wärmestrahlung vom Deckel her die Umgebung vor Feuergefahr und Hitze.