DE941881C

DE941881C - Liquid-cooled internal combustion engine

Info

Publication number: DE941881C
Application number: DEL14645A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Reinhart Stier
Original assignee: Heinrich Lanz AG
Current assignee: Heinrich Lanz AG
Priority date: 1953-02-10
Filing date: 1953-02-10
Publication date: 1956-04-19

Description

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine DieErfindung betrifft flüssigkeitsgekühlteBrennkraftmaschinen, bei denen der Kühler über dem Arbeitszylinder angeordnet ist. Die mit dem Erfindungsgegenstand zu lösende Aufgabe wird darin gesehen, mit einfachen Mitteln eine möglichst gleichmäßige Temperatur der zu kühlenden Teile der Maschine zu erreichen.Liquid-cooled internal combustion engine The invention relates to liquid-cooled internal combustion engines, in which the cooler is arranged above the working cylinder. The one with the subject of the invention The task to be solved is seen as a uniform as possible with simple means Temperature of the parts of the machine to be cooled.

Bei den bekannten Brennkraftmaschinen nach dem Gattungsbegriff steht der die zu kühlenden Teile umgebende Kühlmantel mit dem Kühler in direkter und ungehinderter Verbindung- So. sind Ausführungen bekannt, bei denen das Kühlwasser vom Kühlmantel aus nach seiner Verdampfung ungehindert in über dem Kühlmantel angeordnete Rohre gelangt, um sich darin abzukühlen bzw. zu kondensieren. Nach seiner Abkühlung fließt das Kühlmittel durch eine Rücklaufleitung wieder in den Kühlmantel zurück. Es findet also ein ständiger Kreislauf des Kühlmittels vom Kühlmantel durch die Kondensatorröhren und die Rückleitung zum Kühlmantel statt. Infolgedessen hat dieses bekannte Kühlsystem lediglich einen einzigen Kühlkreis, wobei am untere Ende des Kühlmantels die stärkste Kühlung auftritt, da an dieser Stelle das Kondensat in den Kühlmarftel zurückfließt. Der wesentliche Nachteil dieses bekannten Kühlsystems besteht darin, daß die zu kühlenden Maschinenteile bzw. der Maschinenzylinder unterschiedlich gekühlt wird, wodurch Wärmespannungen entstehen.In the known internal combustion engines according to the generic term the cooling jacket surrounding the parts to be cooled with the cooler in a direct and unhindered manner Versions are known in which the cooling water from the cooling jacket from after its evaporation unhindered in tubes arranged above the cooling jacket arrives to cool or to condense therein. After its cooling it flows the coolant back into the cooling jacket through a return line. It finds So a constant circulation of the coolant from the cooling jacket through the condenser tubes and the return line to the cooling jacket takes place. As a result, this has known cooling system only a single cooling circuit, with the strongest at the lower end of the cooling jacket Cooling occurs because the condensate flows back into the cooling unit at this point. The main disadvantage of this known cooling system is that the too cooling machine parts or the machine cylinder differently chilled which creates thermal stress.

Bei einem anderen bekannten Kühlsystem dieser Art liegt der Kühlwasserspiegel über dem Kühlmantel, der durch eine mit Durchtrittsöffnungen versehene Wand vom Kühler abgeteilt ist. Über dem Kühlwasserspiegel befindet sich ein Dampfsammelraum. Das heiß gewordene Kühlwasser steigt durch die besagten Öffnungen ungehindert in den Dampfsammelraum auf. Hierdurch werden Kühlwasserschichten unterschiedlicher Wärme erzeugt, die sich im Kühlmantel aneinander vorbeibewegen. Infolgedessen ergeben sich im Kühlmantel ungleich hohe Temperaturen. Schließlich ist eine Anordnung bekannt, bei welcher der Kühlwassermantel im Querschnitt die Form eines Doppelkonus hat, dessen Scheitel ;in der sen@kreoht- zur Zylinderachse gerichteten mittleren Ebene des Wasseranschlußflansches liegt, um einen guten Abzug der Dampfblasen zu erreichen, ohne das einfallende Kühlwasser durch die aufsteigenden Dampfblasen zu behindern. Auch in diesem Fall steht der Kühler mit dem Kühlmantel in direkter und ungehinderter Verbindung. In diesem Fall ist die benötigte Wassermenge besonders groß, da die aus dem Kühlwassermantel des Zylinders entweichenden Dampfblasen von dem aus mehreren Kondensatorröhren bestehendenDampfsammelraum aufgenommen und dort niedergeschlagen werden. Diese Kühlvorrichtung hat den Nachteil; daß infolge der großen Kühlwassermenge die Anheizzeit, um das Kühlwasser auf die erforderliche Betriebstemperatur zu bringen, entsprechend groß ist, so daß dem Verbrennungsprozeß unnötig viel Wärme entzogen wird. Außerdem ist die notwendige Fläche zum Rückkühlen des gebildeten Dampfes relativ groß, was die Herstellung der Kühlanlage verteuert.In another known cooling system of this type, the cooling water level is located above the cooling jacket, which is passed through a wall provided with passage openings from the Is compartmentalized. There is a steam collecting space above the cooling water level. The hot cooling water rises unhindered through the openings open the steam plenum. This makes the cooling water layers more different Generates heat that move past each other in the cooling jacket. As a result, surrendered unequal temperatures in the cooling jacket. Finally, an arrangement is known in which the cooling water jacket has the shape of a double cone in cross section, its vertex; in the middle plane directed towards the cylinder axis of the water connection flange in order to achieve a good evacuation of the steam bubbles, without obstructing the incoming cooling water by the rising steam bubbles. In this case, too, the cooler and the cooling jacket are in a more direct and unhindered manner Link. In this case, the amount of water required is particularly large because the Vapor bubbles escaping from the cooling water jacket of the cylinder from several Condenser tubes existing steam collecting chamber and deposited there will. This cooling device has the disadvantage; that due to the large amount of cooling water the heating-up time to bring the cooling water to the required operating temperature, is correspondingly large, so that an unnecessarily large amount of heat is withdrawn from the combustion process will. In addition, the area required to cool the steam back down is relative large, which makes the production of the cooling system more expensive.

Die erwähnten Mängel werden gemäß der-Erfindung im wesentlichen dadurch beseitigt, daß der untere Wasserkasten des Kühlers einerseits -mit dem heißeren Teil des Kühlmantels, andererseits mit dem kälteren Teil desselben, außerdem mit dem oberen Wasserkasten durch Kanäle verbunden ist, wobei in die Verbindung zwischen dem heißeren Teil des Kühlmantels und dem unteren Wasserkasten Strömungswiderstände eingebaut sind. Auf diese Weise erhält das Kühlsystem zwei sich teilweise überschneidende Kühlkreise, die durch eine Drossel miteinander in Verbindung steheng wobei der Kühlmantel der zu kühlenden Teile der Brennkraftmaschine nicht mehr wie bisher direkt an den Kühlmittelumlauf .angeschlossen ist, sondern in einem mit dem Kühler durch die Drossel verbundenen Nebenraum liegt. Dieser Raum hat nur von seiner Oberseite zur Unterseite des Kühlers führende Verbindungen, die einen Drosselwiderstand aufweisen, der erst beim Auftreten von Dampfblasen eine merkliche Strömung. zuläßt, die im Kühlerkiels einen Umlauf des Kühlmittels veranlaßt. Hierdurch wiederum wird. die aufzuheizende Menge des Kühlmittels stark verringert und umfaßt praktisch nur noch den Inhalt des die zu kühlenden Teile der Biennkraftmaschine umschließendenlühlmäntels. Hierdurch wird gleichzeitig die Zeit ver= kürzt, die zur Erreichung bestimmter Betriebstemperaturen auch bei Leerlauf notwendig ist. Soglange die Verdampfungstemperatur irn Kühlraum nicht erreicht wird, findet praktisch keim Wärmetransport vom Kühlmantel zum-Kühler statt, so da3 die Temperatur schnell bis. zur Verdau@pfungstemperatur steigt, während bei Teillastern und im Lastlauf durch die im Kühlraum auftretende Verdampfungskühlung eine konstante Temperatur von. ioo° C erreicht wird. Beim Erfindungsgegenstand wird also der Kühlmittelumlauf auf zwei, Kreise aufgeteilt. Der erste Kreis umfaßt den Zylinder mit seinen öffnungen zum Kühler 'und wirkt erst bei Dampfentwicklung auf den zweiten Kreis ein, der innerhalb des- Kühlers umläuft und die eigentliche Rückkühlung vornimmt.The aforementioned shortcomings are essentially thereby made according to the invention eliminates the fact that the lower water tank of the cooler on the one hand - with the hotter Part of the cooling jacket, on the other hand with the colder part of the same, also with the upper water tank is connected by ducts, being in the connection between the hotter part of the cooling jacket and the lower water tank have flow resistances are built in. In this way, the cooling system receives two partially overlapping Cooling circuits, which are connected to one another by a throttle, the cooling jacket the parts to be cooled of the internal combustion engine no longer directly to the as before Coolant circulation .is connected, but in one with the cooler through the throttle connected adjoining room. This space has only from its top to the bottom of the cooler leading connections that have a throttle resistance that only a noticeable flow when vapor bubbles appear. allows that in the radiator keel causes the coolant to circulate. This in turn becomes. the one to be heated The amount of coolant is greatly reduced and practically only includes the contents of the cooling jacket surrounding the parts of the Biennkraftmaschine to be cooled. Through this at the same time, the time it takes to reach certain operating temperatures is shortened is also necessary when idling. So long the evaporation temperature in the refrigerator is not achieved, practically no heat transfer takes place from the cooling jacket to the cooler instead, so that the temperature quickly rises. to digestion temperature rises while in the case of partial loads and during load operation due to the evaporative cooling occurring in the cold room a constant temperature of. 100 ° C is reached. When the subject of the invention is So the coolant circulation is divided into two circles. The first circle includes the Cylinder with its openings to the cooler and only acts when steam is generated the second circuit that circulates inside the cooler and the actual recooling undertakes.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Hauptverbindung zwischen dem das Kühlmittel für. die zu .kühlenden Motorteile enthaltenden Behälter bzw. Kühlmantel und dem -Kühler derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die sich bildenden Dampfblasen in den Wärmeaustauscher und nicht in das Steigrohr des Kühlers entweichen, während in gleichem Maß vom Kühler Kühlmittel durch die Hauptverbindung in den Behälter nachströmt Im Wärmeaustauscher kondensieren die Dampfblasen, ohne bis an die Kühloberfläche zu gelangen. Zweckmäßig sind an den Stellendes Kühlmittelbehälters, an denen sich infolge der vor allein bei Fahrzeugen wechselnden Schräglage der Brennkraftmaschine Dampf ansammeln kann, zum Wärmeaustauscher zusätzliche Verbindungen vorgesehen, die infolge starker Drosselung in erster Linie nur Dampfblasen durchläßt. Hierdurch wird vermieden, daß sich im Kühlmittelbehälter Dampfsäcke bilden, die eine örtliche Überhitzung der zu kühlenden Teile hervorrufen würden.The invention also provides that the main connection between the the coolant for. the container or cooling jacket containing the engine parts to be cooled and the cooler is designed and arranged in such a way that the vapor bubbles that form escape into the heat exchanger and not into the riser pipe of the cooler while in equal measure from the radiator coolant through the main connection into the tank flows in The steam bubbles condense in the heat exchanger without reaching the cooling surface to get. At the points of the coolant tank, where as a result of the inclination of the internal combustion engine, which changes primarily in vehicles Can accumulate steam, additional connections are provided for the heat exchanger, which primarily only lets through vapor bubbles due to strong throttling. Through this this prevents the formation of steam pockets in the coolant tank, which could cause a local Overheating of the parts to be cooled.

Gemäß der Erfindung können die Strömungswiderstände aus die Wärmezirkulation beeinflussenden Einbauten, z. B. Blenden, mechanisch oder thermisch beeinflüßbären Öffnungen bestehen. Hierdurch kann die Drossel im Bedarfsfall auch regelbar sein. Wenn z-. B. die Dampferzeugung im Kühlmantel des Zylinders im Belastungsfall stärker wird, so ist es vorteilhaft, daß sich die-Drosselöffnungen zwangläufig vergrößern, um --in rascheres Überströmen der Dampfblasen in den Kühler zu ermöglichen. Diese Arbeitsweise der Drossel läßt sich durch die steuerbaren Einbauten erreichen.According to the invention, the flow resistances can result from the heat circulation influencing fixtures, z. B. diaphragms, mechanically or thermally influenced Openings exist. As a result, the throttle can also be regulated if necessary. If z-. B. the steam generation in the cooling jacket of the cylinder under load is, it is advantageous that the throttle openings inevitably enlarge, - to enable the vapor bubbles to flow faster into the cooler. These The operation of the throttle can be achieved through the controllable internals.

In der Zeichnung ist ein Ausführungs- und Anwendungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.The drawing shows an exemplary embodiment and application of the subject matter of the invention illustrated.

Fig. i zeigt die Kühleinrichtung im Schnitt, und zwar in Verbindung mit einem liegenden Motor für landwirtschaftliche Zugmaschinen, während Fig.2 eine Einzelheit der Kühleinrichtung in größerem Maßstab kenntlich macht.Fig. I shows the cooling device in section, specifically in connection with a horizontal engine for agricultural tractors, while Fig.2 a Makes detail of the cooling device recognizable on a larger scale.

Der Motor der Zugmaschine hat einen liegenden Zylinder i, in dem der Kolben 2 arbeitet. Mit 3 ist das Pleuel und mit q. der Zylinderkopf bezeichnet. Der Arbeitszylinder i wiederum ist von einem Mantel 5 umgeben, der im wesentlichen Ringquerschnitt hat und mit dem Zylinder i aus einem Stück gegossen sein kann. Auf den Zylinder ist ein zweckmäßig aus Blech gefertigter Kühler aufgesetzt, der aus dem quer liegenden Kanal 6, dem Steigrohr 7, den Kühlerelementen 8, dem Ventilator g und der Haube io besteht. Mantel 5 und Kanal 6 sind durch die beiden Drosselöffnungen i i und 12 miteinander verbunden, von denen die Öffnung i i im Durchmesser wesentlich kleiner gehalten ist als die Hauptöffnung 12. Die .Öffnungen ii und 12 wiederum können durch entsprechendes Verformen (z. B. Stanzen und Ziehen) des Bodens 13 des Kanals 6 gebildet werden. In Fig. 2 ist die Hauptöffnung 12 in größerem Maßstab wiedergegeben. Die in den Boden 13 eingearbeiteten, die Öffnungen i i und 12 enthaltenden Vertiefungen sind in je eine Öffnung 14 bzw. 15 der oberen Querwand 16 des Mantels 5 eingesetzt und gegen diesen zweckmäßig mittels je eines Gummiringes 17 bzw. 18 abgedichtet.The engine of the tractor has a horizontal cylinder i in which the Piston 2 works. With 3 the connecting rod and with q. denotes the cylinder head. The working cylinder i in turn is surrounded by a jacket 5, which is essentially Ring cross-section and cast in one piece with the cylinder i can be. A cooler made of sheet metal is placed on the cylinder, from the transverse channel 6, the riser 7, the cooler elements 8, the Fan g and the hood io. Sheath 5 and channel 6 are through the two Throttle openings i i and 12 connected to one another, of which the opening i i im Diameter is kept much smaller than the main opening 12. The .Openings ii and 12 can, in turn, be deformed accordingly (e.g. punching and drawing) of the bottom 13 of the channel 6 are formed. In Fig. 2, the main opening 12 is in reproduced on a larger scale. The openings incorporated into the bottom 13 i i and 12 containing wells are each in an opening 14 and 15 of the upper one Transverse wall 16 of the jacket 5 used and against this appropriately by means of one Rubber ring 17 or 18 sealed.

Die Arbeitsweise des neuen Kühlverfahrens ist folgende: Durch die Öffnung 1g wird der Kühler mit Wasser gefüllt, das durch die Öffnungen i i und i2 hindurch auch dem Arbeitszylinder i zugeführt wird.The new cooling method works as follows: Through the Opening 1g, the cooler is filled with water that flows through openings i i and i2 through it is also supplied to the working cylinder i.

Beim Start der Brennkraftmaschine wird das sich im Mantel 5 befindende Wasser durch die Explosionswärme erwärmt, ohne daß zunächst der Inhalt des Kühlers von dieser Erwärmung betroffen wird, was durch die Drosselöffnungen i i und 12 verhindert ist. Die Kühlmitteltemperatur im Mantel s steigt je nach Belastung des Motors bis zur Bildung von Dampfblasen. Diese Dampfblasen können die Strömungswiderstände der Hauptöffnung 12 und der Nebenöffnung i i überwinden und treten in den Wärmeaustauscher 8 über, wo sie durch die vorbeiziehende Luft abgekühlt werden und kondensieren. Im gleichen Maß, wie Dampfblasen aus .dem Raum 5 austreten, läuft Kühlwasser durch die Öffnung i2 in den Kühlmantel 5 nach und füllt diesen wieder auf. Infolgedessen ist der Wasseraustausch zwischen Zylinder und Kühler nur beschränkt möglich, wodurch der Zylinder i zumindest im Lastlauf der Brennkraftmaschine eine reine Verdampfungskühlung erhält und auf gleichmäßiger Temperatur gehalten werden kann. Es ist nur dafür zu sorgen, daß innerhalb des Kühlers selbst ein reibungsloser Wasserumlauf vonstatten geht, was durch die beschriebene Kühlerkonstruktion gewährleistet ist. Die' Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, sondern es können nach Bedarf vorteilhafte Änderungen vorgesehen werden. Handelt es sich beispielsweise um einen Motor, bei- dem wesentliche Schwankungen gegenüber der Horizontalen nicht zu erwarten sind, so kann die zusätzliche Öffnung i i fortfallen. Um bei einer einzigen Öffnung von Schwankungen unabhängig zu werden, kann man die obere Wand 16 des Kühlmantels 5 etwa konisch ausbilden und an der obenliegenden Spitze des Konfus eine einzige Öffnung vorsehen. Ferner brauchen Kühlmäntel 5 und Wärmeaustauscher 8 nicht unmittelbar aneinanderzugrenzen, sondern sie können auch durch Leitungsrohre miteinander verbunden sein, wobei es dann möglich ist, den erforderlichen, eine freie Wärmezirkulation des Kühlmittels beim Fehlen von Dampfblasen behindernden Strömungswiderstand durch die Gestaltung der Rohre oder durch thermisch oder mechanisch steuerbare Einbauten bzw. Thermostaten in dieselben zu erzeugen. Schließlich brauchen die Drosselöffnungen des Wärmeaustauschers nicht unbedingt in der dargestellten Weise ausgebildet zu sein. So können z. B. von den unteren Öffnungen auch Rohre zu den Wärmeaustauschflächen hinführen.When the internal combustion engine is started, the one located in the jacket 5 is Water is heated by the heat of the explosion without first affecting the contents of the cooler is affected by this heating, which is prevented by the throttle openings i i and 12 is. The coolant temperature in the jacket s increases depending on the load on the engine to the formation of vapor bubbles. These vapor bubbles can reduce the flow resistance of the Overcome the main opening 12 and the secondary opening i i and enter the heat exchanger 8 above, where they are cooled and condensed by the passing air. Cooling water runs through to the same extent as vapor bubbles from .dem space 5 the opening i2 in the cooling jacket 5 and fills it up again. Consequently the water exchange between the cylinder and the cooler is only possible to a limited extent, which means the cylinder i, at least when the internal combustion engine is under load, purely evaporative cooling and can be kept at a constant temperature. It's just for that too ensure that the water circulates smoothly within the cooler itself goes, which is guaranteed by the described cooler construction. The invention is not limited to the illustrated embodiment, but can advantageous changes can be provided as required. Is it for example A motor that does not have any significant fluctuations in relation to the horizontal are to be expected, the additional opening i i can be omitted. To with a single Opening to be independent of fluctuations, one can use the upper wall 16 of the cooling jacket 5 form approximately conical and a single one at the top of the confusion Provide opening. Furthermore, cooling jackets 5 and heat exchangers 8 do not need directly adjoin each other, but they can also be connected to one another by conduits It is then possible to have the required free heat circulation of the coolant in the absence of vapor bubbles impeding flow resistance the design of the pipes or through thermally or mechanically controllable internals or to generate thermostats in the same. After all, the throttle openings need of the heat exchanger is not necessarily designed in the manner shown be. So z. B. from the lower openings also pipes to the heat exchange surfaces lead there.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Liquid-cooled internal combustion engine in which the cooler is arranged above the cooling jacket of the working cylinder, characterized in that, that the lower water tank of the cooler on the one hand with the hotter part of the cooling jacket, on the other hand with the colder part of the same, also with the upper water tank connected by channels, being in the connection between the hotter part of the Cooling jacket and the lower water tank flow resistances are built in. z. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that the flow resistances from internals influencing the heat circulation, e.g. B. aperture, mechanical or thermally influenceable openings exist. Printed publications: German Patent specifications No. 316 018,, 4q.3 145, 452 101; British Patent No. 404 517