Kühlverfahren bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen zum Antrieb
von Luftfahrzeugen mit einem durch eine Abgasturbine angetriebenen Lader und Flüssigkeitskühlung
der vom Lader geförderten Luft und Einrichtung zur Durchführung des Kühlverfahrens
Bei flüssigkeitgekühlten Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Luftfahrzeugen steigt
mit zunehmender Flughöhe infolge der abnehmenden Außentemperatur die Wärmeabfuhr
im. Kühler. Gleichbleibende Leistung der Brennkraftmaschine erfordert aber unter
anderem auch gleichbleibende Wärmeabfuhr durch die Kühlflüssigkeit. Deshalb sind
die Kühler meistens mit Einrichtungen versehen, welche z. B. durch teilweises Abdecken
des Kühlers bei zunehmender Flughöhe die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Kühleraustritt
auf gleichbleibender Höhe halten.Cooling method in liquid-cooled internal combustion engines for propulsion
of aircraft with a supercharger driven by an exhaust gas turbine and liquid cooling
the air conveyed by the loader and equipment for carrying out the cooling process
In the case of liquid-cooled internal combustion engines for driving aircraft, increases
the heat dissipation with increasing flight altitude due to the decreasing outside temperature
in the. Cooler. However, constant performance of the internal combustion engine requires under
among other things, constant heat dissipation through the cooling liquid. That's why
the cooler usually provided with facilities which, for. B. by partially covering
of the cooler, the temperature of the coolant at the cooler outlet with increasing flight altitude
keep at a constant height.
Ist bei einer Brennkraftmaschine zum Antrieb von Luftfahrzeugen eine
Abgasturbine zum Betrieb eines Laders vorgesehen, so steigen mit zunehmender Flughöhe
wegen des abfallenden Außendruckes Drehzahl und Leistung der Abgasturbine. Gleichzeitig
erhöht sich das Verdichtungsverhältnis und damit die Temperatur der geförderten
Luft. Temperaturerhöhung der Zylinderladung hat aber einen Leistungsabfall der Brennkraftmaschine
zur Folge.Is an internal combustion engine for propelling aircraft
Exhaust gas turbine intended to operate a supercharger, so rise with increasing flight altitude
Because of the falling external pressure, the speed and power of the exhaust gas turbine. Simultaneously
the compression ratio and thus the temperature of the conveyed increases
Air. However, an increase in the temperature of the cylinder charge results in a decrease in the performance of the internal combustion engine
result.
Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren für flüssigkeitgekühlte Brennkraftmaschinen
zum Antrieb von Luftfahrzeugen, welche °inen durch eine Abgasturbine angetriebenen
Lader aufweisen, mit Kühlung der vom Lader geförderten Luft. Erfindungsgemäß wird
zur Kühlung der Spül- und Ladeluft der Überschuß der Kühlerleistuttg verwendet,
der mit zunehmender Flughöhe infolge Absinkens der Außentemperatur über der zur
Maschinenkühlung erforderlichen Leistung nutzbar gemacht werden kann.The invention relates to a cooling method for liquid-cooled internal combustion engines
to drive aircraft, which ° inen driven by an exhaust gas turbine
Have charger, with cooling of the air conveyed by the charger. According to the invention
the excess of the radiator output is used to cool the scavenging and charge air,
the one with increasing flight altitude due to the drop in outside temperature above the for
Machine cooling required power can be made usable.
Zur Erklärung des Verfahrens dient das Schaubild Abb. z, welches die
Abhängigkeit der abgeführten Wärmemenge Q von der Flughöhe Hdarstellt. Die von einem
nichtgeregelte n
Kühler abgeführte Wärmemenge nach der Linie Q1
steigt bis zu einer gewissen Flughöhe infolge der sinkenden Außentemperatur an,
um dann als Folge des überwiegenden Einflusses der gleichzeitig abnehmenden Luftdichte
wieder abzusinken. Wird die Spül- und Ladeluft _ge= kühlt, so sinkt die zur 'Maschinenkühlung
noch verfügbare Kühlerleistung entsprechend dem Linienzug Q2. Die zur Kühlung der
Spül- und Ladeluft abzuführende Wärmemenge Q1 Q., steigt mit zunehmender Flughöhe
an. Von einem geregelten Kühler sei zur Aufrechterhaltung- einer gleichbleibenden
Leistung der Brennkraftmaschine die gleichbleibende Wärmemenge nach der Linie Q",
abzuführen, die in Bodennähe der Gesamtleistung des Kühlers entsprechen soll. Bis
zu einer gewissen Flughöhe H1 verläuft dann die Linie Q_ unterhalb der Linie Q",,
d. h. bis zu einer gewissen Flughöhe H1 würde die vollständige Kühlung der vom Lader
geförderten und verdichteten Luft eine solche Erhöhung der Temperatur der Kühlflüssigkeit
zur Folge haben, daß die zur Abfuhr der gleichbleibenden Wärmemenge nach der Linie
Q", am Kühleraustritt erforderliche Temperatur nicht eingehalten werden könnte,
sondern einen zu hohen Wert annehmen würde. Das Verfahren sieht deshalb vor, daß
zur Kühlung der Spül- und Ladeluft nur der Überschuß der Kühlerleistung Verwendung
findet, der mit zunehmender Flughöhe über der zur 'Maschinenkühlung erforderlichen
Leistung nach der Linie Q", nutzbar gemacht werden kann. Im Schaubild Abb. i entspricht
diesem Ü berschuß bis zur Flughöhe H1 der jeweilige Abstand zwischen den beiden
Kurvenzügen Q", und Q, Oberhalb der Flughöhe H1 steht genügend überschüssige Kühlerleistung
zur Verfügung, um die Kühlung der Spül- und Ladeluft vollständig durchzuführen.
Hierzu muß nur die Wärmemenge Q,7-Q., abgeführt werden, während ein ungeregelter
Kühler über der zur Maschinenkühlung abzuführenden Wärmemenge Q", hinaus die Wärmemenge
Qt- Q," abführen würde. Ein Teil der Kühlerleistung von der Größe Q@ Q," muß deshalb,
wenn die Spül- und Ladeluft gekühlt und die zur Maschinenkühlung abgeführte Wärmemenge
auf gleicher Höhe gehalten werden soll, oberhalb der Flughöhe Hl unwirksam gemacht
werden.The diagram Fig. Z, which shows the
Dependence of the dissipated amount of heat Q on the flight altitude H. The one of one
unregulated n
Heat dissipated from the cooler according to line Q1
increases up to a certain altitude due to the falling outside temperature,
to then as a consequence of the predominant influence of the simultaneously decreasing air density
to descend again. If the scavenging and charge air is cooled down, the amount of air used to cool the machine is reduced
still available cooler capacity according to the Q2 line. The one used to cool the
The amount of heat to be dissipated Q1 Q. for scavenging and charge air increases with increasing flight altitude
at. From a regulated cooler to maintaining a constant one
Power of the internal combustion engine the constant amount of heat according to the line Q ",
discharge, which should correspond to the total output of the cooler near the ground. To
at a certain altitude H1 the line Q_ then runs below the line Q ",,
d. H. up to a certain flight altitude H1 the complete cooling of the loader would be
promoted and compressed air such an increase in the temperature of the cooling liquid
have the consequence that the removal of the constant amount of heat after the line
Q ", the temperature required at the cooler outlet could not be maintained,
but would assume a value that is too high. The procedure therefore provides that
only the excess of the cooler output is used to cool the scavenging and charge air
finds, which with increasing flight altitude above that required for 'machine cooling
Power according to the line Q ", can be made usable. In the diagram Fig. I corresponds
this excess up to the flight altitude H1 is the respective distance between the two
Curves Q ″, and Q, Above the flight altitude H1 there is sufficient excess cooling power
available to completely cool the scavenging and charge air.
For this purpose, only the amount of heat Q, 7-Q., Has to be dissipated, while an unregulated
Cooler above the amount of heat Q "to be dissipated for cooling the machine, beyond the amount of heat
Qt- Q, "would dissipate. A part of the cooler output of the size Q @ Q," must therefore,
when the scavenging and charge air are cooled and the amount of heat dissipated for cooling the machine
should be kept at the same height, made ineffective above the flight altitude Hl
will.
Das Verfahren sieht eine Aufteilung der den Kühler verlassenden Kühlflüssigkeit
in der «eise vor, daß ein Teil den Kühlräumen der Brennkraftmaschine zugeleitet
wird, während der andere, zweckmäßig tiefer gekühlte Teil, nachdem er mit einem
gewissen Betrag, dessen Größe von der Flughöhe abhängig ist, zur Kühlung der Spül-
und Ladeluft herangezogen wurde, wieder mit der Kühlflüssigkeit im Kühler vermischt
wird. Über die Abhängigkeit der Kühlerleistung von den beiden Kühlflüssigkeitsströmen-.
gibt das Schaubild Abb. i Auskunft. Die den Kühlräumen der Brennkraftmaschine zugeleitete
Flüssigkeitsmenge ist so bemessen, daß sie unter Berücksichtigung eines im Kühler
gegebenenfalls stattfindenden Temperaturausgleichs zwischen den beiden Flüssigkeitsströmen
in der Flughöhe Hl die Wärmemenge Q", abführt, während der gesamte andere Teil der
Kühlflüssigkeit in dieser Flughöhe gerade zur vollständigen Kühlung der Spül- und
Ladeluft, d. h. zur Abfuhr der Wärmemengen Q1 und Q., ausreicht. In Bodennähe hingegen
kann die gleichbleibende Wärmemenge Q", am Kühler nur dadurch abgeführt werden,
daß der gesamte zweite Teil der Kühlflüssigkeit, ohne Wärme von der Spül- und Ladeluft
aufgenommen zu haben, zur Herabsetzung der Temperatur der Kühlflüssigkeit im Kühler
mit dieser gemischt «-ird. Zwischen Bodennähe und Flughöhe H1 wird ein gewisser
von der Flughöhe H abhängiger Betrag der nicht den Kühlräumen der Brennkraftmaschine
zugeleiteten Kühlflüssigk°it zur Kühlung der Spül- und Ladeluft benutzt und dann
mit dem Rest gemischt dem Kühler wieder zugeleitet.The method provides for a division of the cooling liquid leaving the cooler
in the same way that a part is fed to the cooling chambers of the internal combustion engine
is, while the other, expediently more deeply cooled part after being with one
certain amount, the size of which depends on the flight altitude, for cooling the flushing
and charge air was used, mixed again with the coolant in the radiator
will. About the dependence of the cooler performance on the two coolant flows.
the diagram in Fig. i provides information. The one fed to the cooling chambers of the internal combustion engine
The amount of liquid is such that it takes into account one in the cooler
possibly taking place temperature equalization between the two liquid flows
in the flight altitude Hl the amount of heat Q ", dissipates, while the entire other part of the
Cooling liquid at this altitude just for complete cooling of the rinsing and
Charge air, d. H. to dissipate the heat quantities Q1 and Q., is sufficient. On the other hand, near the ground
the constant amount of heat Q "can only be dissipated at the cooler by
that the entire second part of the coolant, without heat from the scavenging and charge air
to have taken to lower the temperature of the coolant in the radiator
mixed with this one. There is a certain amount between ground proximity and flight altitude H1
on the flight altitude H dependent amount that does not affect the cooling chambers of the internal combustion engine
supplied cooling liquid is used to cool the scavenging and charge air and then
mixed with the rest, fed back to the cooler.
Abb. 2 zeigt planmäßig eine nach dem bz!-schriebenen ''erfahren arbeitende
Kühlanlage. Vom Kühler z wird die Kühlflüssigkeit über eine Leitung -z durch die
Förderpumpe 3 in die Kühlräume der Brennkraftmaschine .I gedrückt und gelangt von
dort über die Abflußleitung 5 in den Kühler i zurück. Ein Teil der Kühlflüssigkeit
wird im Kühler i durch besonders ausgebildete hintereinandergeschaltete. Kühlelemente
6 geleitet, so daß diese Teilmenge eine tiefere Temperatur annimmt, als der durch
die Leitung 2 abgeführte Kühlmittelstromaufweist. Zum Anschluß an die Kühlelemente
b ist eine besondere Abflußleitung 7 vorgesehen, welche durch eine weitere Förderpumpe
8 bis zu einem Dreiwegehahn 9 geführt ist. Durch den Dreiwegehahn 9 kann die Leitung
7 mit einer zum Kühler i zurückführenden Leitung ii verbunden «erden oder mit einer
Leitung io, welche an die Kühlelemente 12 eines Luftkühlers 13 angeschlossen ist,
dessen Abflußleitung 14 in die zum Kühler i zurückführende Leitung ii mündet. Der
Dreiwegehahn 9 ist für gleichbleibende Durchflußmenge gebaut, so daß bei Verkleinerung
der Durchflußmenge z. B. zwischen den Leitungen 7 und il die Durchflußmenge zwischen
den Leitungen 7 und io entsprechend vergrößert wird und umgekehrt. Der Luftkühler
13 dient zur Kühlung der Spül- und Ladeluft und ist zu diesem Zwecke in der Luftleitung
15 angeordnet, die von dem durch die Abgasturbine 16 angetriebenen Lader 17 zu den
7.vlindern der Brennkraftmaschine .I führt. Zur Steuerung des Dreiwegehahns 9 dient
zweckmäßig ein vom Druck der Außenluft beeinflußter Regler, der so eingestellt ist,
daß der
Dreiwegehahn, «renn sich das Luftfahrzeug am Boden befindet,
die Verbindung zwischen den Leitungen 7 und ii und von einer bestimmten Flughöhe
ab die Verbindung zwischen den Leitungen 7 und io herstellt, während im ersten Fall
die Leitung io und im zweiten Fall die Leitung ii ganz abgeschlossen ist. Bei Zwischenhöhen
wird die durch die Leitung 7 anströmende Kühlflüssigkeit nach einem von der Flughöhe
abhängigen Verhältnis auf die beiden Leitungen io und ii verteilt.Fig. 2 shows according to plan an experienced working according to the `` bz! ''
Cooling system. From the cooler z the cooling liquid is via a line -z through the
Feed pump 3 pressed into the cooling chambers of the internal combustion engine .I and comes from
there via the drain line 5 back into the cooler i. Part of the coolant
is in the cooler i by specially trained one behind the other. Cooling elements
6 passed so that this subset assumes a lower temperature than that through
the line 2 has discharged coolant flow. For connection to the cooling elements
b a special drain line 7 is provided, which by a further feed pump
8 is led to a three-way valve 9. Through the three-way valve 9, the line
7 connected to a line ii leading back to the cooler i or to a
Line io, which is connected to the cooling elements 12 of an air cooler 13,
whose discharge line 14 opens into the line ii leading back to the cooler i. Of the
Three-way valve 9 is built for a constant flow rate, so that when it is reduced in size
the flow rate z. B. between the lines 7 and il the flow rate between
the lines 7 and io is increased accordingly and vice versa. The air cooler
13 is used to cool the scavenging and charge air and is in the air line for this purpose
15 arranged by the turbocharger 17 driven by the exhaust gas turbine 16 to the
7. reduce the internal combustion engine .I leads. To control the three-way valve 9 is used
It is advisable to use a regulator that is influenced by the pressure of the outside air and is set in such a way that
that the
Three-way cock, "if the aircraft is on the ground,
the connection between lines 7 and ii and of a certain flight altitude
ab establishes the connection between lines 7 and io, while in the first case
the line io and in the second case the line ii is completely closed. At intermediate heights
the cooling liquid flowing through the line 7 becomes one of the flight altitude
dependent ratio on the two lines io and ii distributed.
An Stelle des Dreiwegehahns g kann auch ein einfacher Absperrhahn
18 in der Leitung ii zwischen den Einmündungen der Leitung io und 14 vorgesehen
sein. Bei ganz geöffnetem Absperrhahn 18 wird infolge der verschiedenen Strömungswiderstände
in der Leitung ii und im Kühler 13 dann noch ein kleiner Teil der Kühlflüssigkeit
durch den Kühler 13. strömen. Hierdurch wird die Wirkung der Kühleinrichtung nicht
wesentlich beeinflußt, andererseits aber die Bildung und Erhaltung von Dampfblasen
im. Kühler 13 bekämpft.Instead of the three-way valve g, a simple shut-off valve can also be used
18 provided in line ii between the junctions of line io and 14
be. When the stopcock 18 is fully open, due to the various flow resistances
in the line ii and in the cooler 13 then a small part of the cooling liquid
13 flow through the cooler. This does not reduce the effect of the cooling device
significantly influenced, but on the other hand the formation and maintenance of vapor bubbles
in the. Cooler 13 fights.