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Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine
flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine. Bei den bekannten
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei den größeren Maschinen, werden die Zylinder
und die Zylinderdeckel mittels einer Flüssigkeit gekühlt, die durch entsprechend
ausgebildete Hohlräume im Zylinderblock und in den Zylinderdeckeln in einem ständigen
Kreislauf fließt und in einer Rückkühlanlage wieder auf die ursprüngliche Eintrittstemperatur
gebracht wird. In besonderen Fällen verzichtet man auch auf einen geschlossenen
Kühltnittelkreislauf mit Rückkühlung und benutzt ständig zufließendes Frischwasser,
wenn dieses in der erforderlichen Menge billig zur Verfügung steht und, z. B. auf
Schiffen, wenig Platz für die Rückkühlanlage vorhanden ist.
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Die Kühlung der Außenwände des Verbrennungsraumes, die im Zylinder
und im Deckel liegen, ist notwendig, da ohne diese die Verbrennungsraumwände im
Betrieb infolge der ständig stattfindenden Verbrennungen eine so hohe Temperatur
annehmen würden, daß ein ordnungsgemäßer Betrieb der Brennkraftmaschine nicht aufrechterhalten
werden kann. Bei allen bekannten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen sind
die Kühlmittelräume des Zylinderblockes und der Zylinderdeckel hintereinandergeschaltet,
und zwar in der Regel in der Weise, daß das Kühlmittel erst in die Zylinderkühlräume
eintritt und danach in die Deckelkühlräume übergeleitet wird, von wo es zur Rückkühlanlage
oder ins Freie abfließt. Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen der Kreislauf
umgekehrt ist und das Kühlmittel zuerst die Zylinderdeckel und dann den Zylinderblock
durchströmt. Es sind dabei Überlegungen ausschlaggebend, bei welchem Teil der Verbrennungsraum-
Wandung
eine stärkere Kühlung durch das eintretende kältere Kühlmittel zweckmäßiger ist.
Eingehende Untersuchungen haben nun gezeigt, daß es für den Betrieb der Maschine
vorteilhafter ist, wenn derZylinderdeckel stärker gekühltwirdalsder Zylinderblock,
da einerseits die heißen Teile des Verbrennungsraumes, insbesondere wenn es sich
um sogenannte Kammermaschinen handelt, im Zylinderdeckel liegen und andererseits
dieZylinderlauffläche zweckmäßig nicht unterkühlt werden darf, da sie sonst ihre
guten Laufeigenschaften verliert und der mechanische Wirkungsgrad sowie die Laufbüchsenabnutzung
zu hoch werden. Der Eintritt des Kühlmittels zuerst in den Kühlraum des Zylinderdeckels
und danach' in den des Zylinderblockes kommt zwar der Forderung nach stärkerer Kühlung
der Zylinderdeckel entgegen, reicht aber bei weitem nicht aus, um den gewünschten
Erfolg zu bringen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in der `''eise gelöst, daß der
Kühlmittelkreislauf für die Zylinderdeckel vom Kühlmittelkreislauf für die Zylinderblöcke
getrennt ist. Damit hat man es ohne weiteres in der Hand, für jeden Bedarfsfall
(Zylinderdeckel und Zylinderblock) unabhängig voneinander die richtige Stärke der
Kühlung einzustellen. Für den Kühlkreislauf für die Zylinderdeckel ist zweckmäßigerweise
ein zusätzlicher Rückkühler vorgesehen, der es ermöglicht, die Kühltemperatur im
Zylinderdeckel genügend tief zu halten. Da die Forderung nach stärkerer Kühlung
der Zylinderdeckel in erster Linie bei höherer Belastung der Brennkraftmaschine
dringlich ist, werden in Weiterausbildung der Erfindung die beiden Kühlkreisläufe
so geschaltet, daß sie wahlweise während des Betriebes hintereinander oder parallel
zueinander betrieben werden können.
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Umfangreiche Untersuchungen mit der Kühlung nach der Erfindung haben
ergeben, daß sich eine nicht unerhebliche Senkung des Mindestbrennstoffverbrauches
durch sie erreichen läßt, die bis zu 12 g/PS beträgt. Durch den kühleren Zylinderdeckel
und der damit verbundenen niedrigeren Temperatur im Einlaßkanal, Einlaßventil, Hauptverbrennungsraum
und gegebenenfalls Vorkammer erreicht man einen verbesserten Liefergrad vor allem
bei höherer Belastung der Brennkraftmaschine. Der kühlere Brennraum und insbesondere
die kühlere Vorkammer bei Kammermaschinen erlauben bei höherer Belastung eine stärkere
Füllung, welche wiederum, insbesondere bei Vorkammermaschinen, eine bessere Umsetzung
des Brennstoffes und mithin einen kräftigeren Ausblasestoß des Kammerinhaltes in
den Hauptbrennraum zur Folge hat. Einen weiteren günstigen Einfluß übt die kältere
Einspritzdüse aus. Bei einer zu heißen Düse verschlechtert sich nämlich das Einspritzverhalten
in der Form, daß durch die hohen Temperaturen eine Herabsetzung der Brennstoffzähigkeit
eintritt und dadurch eine exakte Ausbildung der Strahlform und z. B. Vorlagerung
des Brennstoffes vor der Brenneröffnung der Vorkammer nicht mehr erzielt wird. Der
kühlere Zylinderdeckel und damit die kühleren Auslaßventile lassen auch eine gefahrlose
höhere Belastung zu und erhöhen vor allem die Dauerhaltbarkeit der Auslaßventile
und deren Sitze im Deckel. Durch die niederen Kühlwassertemperaturen im Zylinderdeckel
wird auch zusätzlich die unangenehme Kesselsteinbildung wirksam herabgesetzt. Schließlich
läßt sich durch die Unterteilung des Kühlkreislaufes entsprechend der Erfindung
die Kühlwassertemperatur im Zylinderblock gefahrlos beliebig hoch einstellen, so
daß der mechanische Wirkungsgrad verbessert werden kann.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise ein Schema einer Kühlung und ihrer
Schaltung bei einer Brennkraftmaschine entsprechend der Erfindung.
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Mit i ist der Kurbelkasten, mit 2 der Zylinderblock und mit 3 der
Zylinderdeckel einer Brennkraftmaschine bezeichnet. .4 ist die Kühlmittelumw älzpumpe,
5 der Hauptrückkühler, 6 der Zusatzkühler, und 7, 8 und 9 sind Dreiwegehähne zur
Schaltung der verschiedenen Kühlmittelkreisläufe. Die Stellung der Dreiwegehähne
für die verschiedenen Schaltungen sind nebeneinander dargestellt und mit I, II und
V bezeichnet. In den Kühlmittelkreislauf für die Zylinderdeckel ist noch zusätzlich
ein Vorwärmer io eingeschaltet.
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In der gezeichneten Stellung I der Dreiwegehähne 7, 8 und 9 sind die
Kühlkreisläufe für den Zylinderblock 2 und für den Zylinderdeckel 3 unabhängig voneinander.
Das Kühlmittel strömt, aus der Pumpe q. kommend, zum Hahn 9. Ein Teil fließt durch
den Zylinderblock 2 und von dort über die Hähne 8 und 7 zum Hauptkühler 5. Der andere
Teil des Kühlmittels fließt vom Hahn 9 zum Zusatzkühler 6, wird dort noch tiefer
gekühlt und tritt dann in die Zylinderdeckel 3 ein, von wo es über den Vorwärmer
io und den Hahn 7 ebenfalls in den Hauptkühler 5 gelangt. Das dort rückgekühlte
Kühlmittel fließt dann wieder zur Umwälzpumpe q. und beginnt den Kreislauf von neuem.
Durch den eingeschalteten Zusatzkühler 6 kann das Kühlmittel für den Zylinderdeckel
3 auf eine sehr niedrige Eintrittstemperatur gehalten werden. Die Kühlräume der
einzelnen Zylinderdeckel für jeden Zylinder können hintereinander-oder parallel
geschaltet sein. In letzterem Fall ist die Kühlung besonders intensiv und für alle
Zylinderdeckel gleichmäßig. Auch eine Parallelschaltung der einzelnen Zylinderkühlmäntel
im Zylinderblock :2 ist natürlich möglich.
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Wenn beim Anfahren und bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine
eine gesonderte Kühlung der Zylinderdeckel 3 nicht erforderlich oder nicht erwünscht
ist, dann werden die Hähne 7, 8 und 9 in die Stellung II gebracht. Das gesamte Kühlmittel
fließt dann von der Pumpe q. über den Hahn 9 durch den Zylinderblock 2 und von dort
über den Hahn 8 nicht zum Hahn 7, sondern zunächst durch die Zylinderdeckel 3 und
gelangt von dort erst über den Vorwärmer io zum Hahn 7 und zum Hauptkühler 5. Der
Zylinderblock 2 und der Zylinderdeckel 3 sind in diesem Fall hintereinandergeschaltet,
und
der Zusatzkühler 6 ist stillgelegt. Bei steigender Belastung werden die Hähne 7,
8 und 9 in die Stellung I gebracht. Das läßt sich ohne weiteres während des Betriebes
ausführen. Durch ein einfaches Gestänge können die Hähne 7, 8 und 9 so zusammengeschaltet
werden, daß ihre Umstellung durch einen einzigen Handgriff möglich ist.
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Der im Kühlmittelkreislauf für die Zylinderdeckel 3 eingeschaltete
Vorwärmer io ist während des normalen Betriebes der Brennkraftmaschine selbstverständlich
in seiner Wirkung als Vorwärmer ausgeschaltet, d. h. das von den Zylinderdeckeln
3 kommende Kühlwasser durchströmt lediglich den Vorwärmer io, ohne erwärmt zu werden.
Bei niedriger Außentemperatur ist es jedoch zweckmäßig und gegebenenfalls notwendig,
die Brennkraftmasdhine vor dem Anlassen und auch noch während der ersten Betriebszeit
statt zu kühlen anzuwärmen, damit sie schnell auf die notwendige Betriebstemperatur
kommt. In diesem Fall wird der Vorwärmer io durch eine besondere Wärmequelle beheizt,
und der Kühlmittelkreislauf für die Zylinderdeckel dient als Wärmeträger, der nicht
nur eine Wärmeabführung aus der Maschine verhindert, sondern ihr zusätzlich Wärme
zuführt, bis ihre normale Betriebstemperatur erreicht ist. Während dieser Anwärmeperiode
stehen die Hähne 7, 8 und 9 in der Stellung V, und das vorgewärmte Kühlmittel fließt
nur im Kreislauf durch die Zylinderdeckel 3.