Die Kühlung leichter Verbrennungsmotoren [Reprint 2022 ed.] 9783112693803, 9783112693797

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Automobiltechnlsche Bibliothek. Band X. Die Kühlung leichter Verbrennungsmotoren pon

K. R. ß. Praeforius, Ingenieur

m i t 916 F i g u r e n im T e x t

Berlin VJ. Perlag von m. Krayn 1920

Hufomobiltechnilche Bibliothek Bd. X.

Praeiorius, Die Kühlung leichter Perbrennungsmoforen.

Hufomobilfechniidie ens m Ks» ens m Bibliothek Die Hufomobilfechnik in €inzefdariiel(ungen Bd.

I.

Bd.

II.

Bd.

III.

Bd.

IV.

Bd. Bd.

Der Automobilmotor und seine Konstruktion

von W . P f i t z n e r Ingenieure.

und A. Q. v. L o e w e ,

Diplom-

Der Automobilzug des Colonel Charles Renard

von W . A. Th. M ü l l e r , Oberingenieur. Automobilvergaser von H e i n r i c h D e c h a m p s , Dipl.-Ingenieur. Die Kugellagerungen von A u g . B a u s c h l i c h e r , Ingenieur.

V. Der Konstruktionsstahl und seine Mikrostrukt u r von A. H a e n i g ,

VI.

Ingenieur.

Das Fahrgestell von Gaskraftwagen

Dr.-Ing. R. L u t z.

von

Prof.

3 Teile.

Bd. VII. Die Leistungsverluste und die Abfederung von Kraftfahrzeugen von Dr.-Ing. E r i c h B o b e t h . Bd. VIII. Konstruktionsberechnungen von Kraftfahrzeugen und die Organisation des Konstruktionsbüros Bd. IX. Bd.

X.

von Dipl.-Ing. A. O. von L o e w e.

Die Schmierung leichter Verbrennungsmotoren

von K. R- H. P r a e t o r i u s, Ingenieur.

Die Kühlung

leichter

Verbrennungsmotoren

von K- R. H. P r a e t o r i u s, Ingenieur.

Berlin W. Verlag von III. Krayn

Die Kühlung leichter Verbrennungsmotoren t>0 Fl

K, R, B. Praeforius, Ingenieur

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Figuren

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Berlin W. Perlag pon m . Krayn 1920

Copyright 1920 by M. Krayn, Berlin W. 10.

Alle Rechte, namentlich das der Uebersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.

VORWORT. Die verschiedenartigen Beanspruchungen, denen leichte Verbrennungsmotoren und namentlich Flugmotoren bei verschiedenen Temperaturverhältnissen unterworfen sind, erfordern eine sorgfältige Ausführung ihrer Kühlung. Insbesondere bei Fiugmotoren hat es sich gezeigt, daß die Durchbildung der Kühlung von Einfluß auf den Wirkungsgrad des Motors und auf die Wirtschaftlichkeit des Betriebes ist. Bei Kraftwagenmotoren hat man bisher der Kühlung noch weniger Sorgfalt zugewendet, als bei den erstgenannten. Der Mangel an Brennstoffen, welcher voraussichtlich nicht so bald nachlassen wird, macht es erforderlich, daß auch bei diesen die Wirtschaftlichkeit durch eine zweckmäßige Durchbildung der Kühlung erhöht und die Möglichkeit gegeben wird mit schwereren Brennstoffen zu arbeiten, als bisher. Der Verfasser hat es sich zur Aufgabe gemacht, die grundlegenden Gesichtspunkte für eine zweckentsprechende Kühlung leichter schneilaufender Motoren zusammenzufassen und in ihren Einzelheiten zu beleuchten. Es sollen hiermit zusammenhängend die zur Kühlung gehörigen und von dieser konstruktiv beeinflußten Bauteile betrachtet werden. Ferner soll ein Bild der verschiedenen ¡auf die konstruktive Durchbildung des Motors einwirkenden Temperaturverhältnisse gegeben werden unter Erläuterung einer Reihe von Beispielen aus der Praxis. Praetorius.

INHALT. I.

II.

Allgemeines. A. Zweck und Wesen der K ü h l u n g B. Kühlsysteme a) Luftkühlung b) Frischwasserkühlung C j Rückkühlung unter Verwendung einer Wasserpumpe c 2 Thermosyphonkühlung C . Heißkühlung Konstruktiver Ausbau der Kühlung. A. B. C. D. E. F.

III.

Zylinder a) Luftgekühlte Zylinder b ) Wassergekühlte Zylinder Ventile Kolben Lagerstellen Abgasleitungen Zündkerzen

40 40 53 72 81 93 97 98

Kühler. A. B. C. D. E. F.

IV.

. .

7 13 13 17 23 23 35

Berechnung der Kühlfläche Kühlerelemente Kühlerkonstruktionen Kühleraufhängung Einfüllverschlüsse und Wasserstandsgläser Kühlerreparaturen

101 107 123 162 169 174

Anordnung der Kühler. A.

Im Kraftwagen

177

B.

Im Flugzeug

181

V.

Regelung der Kühlung

196

VI.

Kühlwasserpumpen A. Pumpen

207 207

B. VII. VIII.

Zubehör. A. Kontroll- und Sicherheitsvorrichtungen B.

IX. X.

Pumpenantriebe

Ventilatoren

Rohrleitungen und Anschlüsse

221 226 237 244

Kühlung des Schmieröls

251

Aus der Praxis. A. Anlassen der Motoren bei kaltem Wetter B. Verhütung von Frostschäden C. Behandlung der Kühlanlage

262 269 275

Sach-Verzeichnis Abdeckung der Kühlfläche S. 197, 198. Abgasleitungen S. 97. Abioheerstück im Pumpenantrieb S. 224. Abzuleiterde Wärmemenge S. 12, 17. Alkohol-Kühlung S. 272. Aluminiumkühler S. 110, 111, 138. Aluminiumzylinder S. 69. Anlassen der Motoren S. 262. Anordnung dea Kühlers hinter dem Motor 8. 31, 179. Anwärmen des Kühlwassers S. 262. Anzani-Motor S. 46. Auftauen von eingefrorenen Rohren 8.277. Auspufftopf von Benz S. 98. Baer-Motor 8. 42. Bosch-Aggregat S. 13. Brennstoffenergie S. 11. Brennstoffverbrauch S. 11 Dampfentwickler von Dichtigkeitsgrade des Durchllussquerschnitt Durchläasigen Stellen finden der S. 176.

Seppeier S. 267. Wassers S. 29 im Zylinder S. 20. im Kühler Auf-

EinfüllstuUen für Kühler S. 169—173. Energiediagramm S 10. Energieverlust S. 10 Esha-Zündkerze S. 99. Expandierende Pressluft. Kühlung durch S. 49, 53. Fernthermometer S. 240, 241. Förderkurven von Kühlwmsserpumpen S. 208, 209, 212, 215. Frayer-Miller-Motor S 45. Frischwaeeerküblung S. 17. Frostschäden S. 269.

Gegenstromkühler S. 154. Gleitfluge. Verhalten beim S. 277. Glyzerin-Kühlung S. 272. Glyzerin-Kühlung. Versuch mit S. 273. Grade-Motor S. 45 Gütegrad der Kühler S. 127, 129 Heisskühlung 8. 35. Heisskühlung nach Semmler S. 37. Heisskühlung nach Wolf S. 36. Indian-Motor S. 40. Kesselsteinansatz 8 277. Kolben nach Büssing 8. 89. » Körting S. 85. » des Liberty-Motors S. 90. » » nach Linnebrügge 8. 88. » von Rolls-Royce 8. 93. » des Salmson-Motors 8. 92. Kolbenkühlung nach der A.E. G. 8. 83. » » Markus 8. 84. » Müller S. 87. » » der Maschinenfabrik Keiherstieg S. 82. nach Windhoff S. 86 Kraftverbrauch des Ventilators 8. 231. Kühlanlage am Adlerwagen 8. 24. Kühler, der Adlerwerke Gegenstrotn 8. 154 » der Adlerwerke. Zusatz S. 156, 156. » von Anderson S. 115. » von Behringer S 145. » von Ekehorn S 140. *< der Internationalen RotationsMaschinen G. m b. H S. 157. von Kinkel S. 113. » von Längerer und Reich S 159

VIII Kühler, von Meister S 161. » von Michael und Franke S. 153. » der Neuen Industrie-Werke S. 150. der Norddeutschen Kühlerfabrik » S. 114, 119. » von Protos S 141, 142. von Stoewer S. 135. » von Seppeier S. 151, 152. » » von Stern S. 158. » der Süddeutschen Kühlerfabrik S. 108, 109, 143, 144, 227 » von Teves und Braun S 110, 148. von Tintemann S. 139. » von Windhoff S. 111, 114, 117, 120, 137, 138, 146, 147, 152. » von Dr. Zimmermann S . 113, 115. Kühlern, Beurteilung der Grösse von s . 130. Kühleranordnung der Ago-Flugzeugwerke S. 192 » von Clément Bayard S. 179. von Daimler S. 180. » der Kondorwerke S. 191. » nach Seppeier S . 183, 184, 185. » im SiemeDS K I 8 . 187. im Siemens R 8 188, 389. » an Stern-Motoren S . 195. » am Stoewerwagen S . 178. nach Windhoff S. 194. Kühleraufhängung S . 162. Kühlercharakteristik S . 130, 131, 133. Kühlerelemente S. 107. Kühlergütegrad S . 127, 129. Kühlermaterial S. 123. Kühlerprüfung S. 161 Kühlerreparatur S. 174. Kühlerstirnfläche. Berechnung der S . 105. Kühlerwirkung S. 130. Kühlfähigkeit, spezifische S. 121, 122. Kühlfläche. Berechnung der S. 101. Kühlflächenbemessung der Süddeutschen Kühlerfabrik S 106. Kühlflächenbemessung von Teves und Braun S. 105. Kühlflächenbemessung von Windhoff S. 105 Kühlrippen. Form der S . 15. Kühlwasseraustrittstemperaturen S. 2 5 , 2 7 . Kühlwasserbedarf S . 19. Kühlwassereinführung nachDr. Praetorius S. 59. Kühlwassereintrittstemperaturen S. 25. Kühlwasserkreislaufkontrolle S. 238. Kühlwassermantel S. 54. 63, 64. Kühlwassermenge S. 125, 126.

Kühlwasserpumpe. Dimensionierung der S. 211. Kühlwasserpumpe des Curtiss- Motors S. 220 » des Fiat-Motors S . 2 1 8 . des Isotta Fraschini-Motors S 219. » des Liberty-Motors S . 214 des Napier-Motors S . 2 1 9 . » des Holls Royce S. 216. Kühlwasserverteilung S. 55, 56, 5 7 , 58. Kurbelgehäuse, ventiliertes der Bayrischen Motoren-Werke A . - G . S. 96. » des Benz Flugmotors S. 97 von Sprater S . 9 4 . » » nach Wyss S . 95 Lagerkühlung nach Brown, Boveri u. Co. S. 94. Lamellenkühler S 117, 118, 120. L e Rhone-Motor S. 47 Literleistung S. 13 Lodge-Zündkerze S. 100. Lufteintritts- und Austrittstemperatur am Kühler S . 25. Luftgekühlte Zylinder S . 40. Luftkühlung S . 13. Luftröhrenkühler S. 112, 113, 114, 1 3 7 . Luftröhrenkühler. Reparatur der S . 174. N S U-Motor S. 41. Öl als Kühlmittel S . 13. Ölkühler S 255, 256, 257, 259. Olkühlung am Selve-Flugmotor S. 261. Ölkühlung am Siemens-Motor S. 253. Oltemperatur im Kurbelgehäuse P u m p e n S . 207. Pumpenantriebe S . 221. Regelung der Kühlung S. 196. nach den Deutschen Flugzeugwerken S . 205. nach Haegele und Zweigle S . 200. nach von der Heyden S. 198. nach Huene S. 197. nach Sonck S . 201 nach der Süddeutschen Kühlerfabrik S . 204. nach Teves u. Braun S. 200, 202. nach Windhoff S 147. Renault Kühleranordnung 8 . 31. Richtung der Kühlrippen S. 40, 41, 46.

IX Kohrleitung d. Ago-Flugzeugwerke S.247. Rohrleitung nach Wyss S. 245. Bohrverbindung der A. G. Hamel 8. 248. Bückkühlung S. 23. Salmson-Zylinder S. 66. Scheidenkühler S. 115, 116. Schiebermotor von Lentz S. 51 Schlangenrohrkühler S. 107, 134. Schlauchbinder S K F S. 249. Schlauchklemme S. 248. Semmlersche Heisskühlung S. 37. Siemens Maschinensatz 2 KW S. 33. SociétéNeuchateloise d'Automobiles. Motor der S. 44. Spitzkühler S. 136. Stahlzylinderblock nach Jaenisch S. 67. Temperatur der Frischgase S 8. Temperatur d. Zylinderwandung. Mittlere S. 19. Temperaturgefalle im Kühler S. 27. Temperaturunterschied S 35. Thermometeranordnungen S. 2:i7. 238. Thermometer von Schlegelmilch S 239 Thermosyphonkühlung S. 27. Tragflächenkühler S. 190. von Seppler S. 151. 152, 193. von Windhoff S. 152. Vakuumkühlung S. 76. Ventilanordnung am Stoewermotor S. 77, 81 Ventilationswiderstand bei Umlaufsmotoren S. 14, 15. Ventilatoranordnung S. 226, 236. Ventilatorberechnung 8. 228. Ventilatornabe S. 2¿ö. Ventilator des Adlermotors S. 234. » Benzmotors S. 233. »

Ventilator von Loeb u. Co. S. 235. » des Stoewermotors S. 235 Ventile S. 72. Ventilkühlung nach Baer S. 78. » » Deutsch S. 73. » Mees S. 74. der N. A. G. S. 75. nach Philipp S 76. » Windhoff S. 76. Vergrösserung der wirksamen Kühlfläche S. 199. Wassergekühlter Zylinder S. 53. Wassergeschwindigkeit S. 20, 34. Wassermenge, geförderte S. 207. Wasserstandsglas S. 173. Wärmeleitungskoefflzient S. 89. Wärmemenge, abzuleitende 8. 12. 17. Wärmerückstrahlung n. Woodworth S. 9. Wärmeübergang an das Kühlwasser S. 20. Wärmeübergangszahlen S. 19. Widerstandskoeffizienten S. 30. Zweck und Wesen der Kühlung S. 7. Zylinder S. 40 Zylinder des Baer-Motors S. 43, 44. von Clerget S. 16, 47, 48. » nach Cohen S. 53. » des Green-Motors S. PI. des Hispano Suiza-Motori » S. 69, 70 » des Knox-Motors S. 49. mit Kupfermantel S. 62. » » vom Le Bhone-Motor 8 16. des Salmson-Motors S. 66. » » der Stock-Motorpflug G. m. b. H. S. 60. nach Windhoff S. 71. nach Wyss S. 60.

I. Allgemeines. A. Zweck und Wesen der Kühlung. Der Zweck der Kühlung von Verbrennungsmotoren ist der, denjenigen Teil der bei der Verbrennung frei werdenden Wärme abzuführen, welcher schädlich auf den thermischen Wirkungsgrad des Motors und auf konstruktive Einzelteile einwirken würde. Es liegt die Gefahr nahe, daß sich an einzelnen Stellen Q'lühhende bilden, welche Spannungen im Guß und infolgedessen die Bildung von Rissen nach sich ziehen. Dies kann zum Beispiel bei Gußanhäufungen am Ansatz der Gaskanäle des Zylinders vorkommen. Derartige Stellen müssen daher zur Ableitung der schädlichen Wärme gut gekühlt werden. Eine andere Gefahr, welche in der ersten Zeit besonders bei leichten Verbrennungsmotoren von verhältnismäßig großer Bohrung viel Schwierigkeiten verursachte, ist die, daß sich bei einer ungenügenden Kühlung der Gleitbahn in der Mitte des Kolbenbodens ein Glühherd bildet. Ganz abgesehen von den dadurch entstehenden Selbstentzündungen, welche den Betrieb stören, liegt die Möglichkeit nahe, den Kolben bis an seine GLeitfläche zu stark zu erhitzen, so daß im Kolbenboden meist in radikaler Richtung Risse auftreten, deren Bildung von den Explosionen unterstützt wird. Gleichzeitig wird die Schmierung der Gleitbahn durch die zu starke Erwärmung illusorisch, was noch durch ein Festsetzen der Kolbenringe und ein damit verbundenes Durchschlagen von Verbrennungsgasen unterstützt wird. Es findet somit ein Fressen bezw. Sichfestsetzen des Kolbens statt. Über die Kühlung dieser Einzelteile soll später ausführlich gesprochen werden. Die vom Zylinder abgeführte Wärme bedeutet einen Verlust an Er.;rs_:e, sie muß daher so weit als angängig eingeschränkt werden. Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad zu erzielen, muß die dem Verdichtungsdruck zwischen P t und P „ entsprechende Temperatur (siehe Fig. 1) eine möglichst höhe sein. (Über das Verhältnis der Stufen des Verdichtungsgrades zum ther-

12

I. Allgemeines.

mischen Wirkungsgrade, vgl. Lacoin, Construction et Réglage des Moteurs, S. 39.) Dem steht gegenüber, daß die Temperatur während des Saughubes, mit welcher das Gasgemisch in den Zylinder einströmt, eine möglichst niedrige sein muß, um eine gute Füllung zu erzielen, da bei Z u f ü h r u n g einer kälteren Füllung ein der niedrigeren Temperatur entsprechendes größeres Gewicht des Gases zur Wirkung kommt als bei Z u f ü h r u n g desselben Volumens untei demselben Druck bei einer höheren Temperatur desselben.

Fig. 1.

Aus diesem G r u n d e ist es von Vorteil, daß: bei Motoren f ü r leichte Brennstoffe (Benzin u. Benzol) n u r eine geringe Vorwärmung nötig ist. Um die W ä r m e a b f ü h r u n g vom Verbrennungsraum in möglichst niedrigen Grenzen zu halten, d. h. um die Leistungsfähigkeit des Motors unter sparsamem Brennstoffverbrauch zu erhöhen, werden nach einem Patent von W o o d w o r t h die mit den heißen Betriebsgasen in Berührung kommenden Flächen mit einer spiegelnden Schicht überzogen (Fig. 2). Es wird hierbei von folgender Überlegung ausgegangen:

Zweck und Wesen der Kühlung.

13

Bei der chemischen Vereinigung von Wasserstoff und Kohlenstoff mit Sauerstoff wird intensive Wärme frei. Die vibrieienden Gasteilchen erzeugen im umgebenden Äther Wärmewellen. Diese Wellenenergie ist der vierten Potenz der absoluten Temperatur des Gases proportional und hat das Bestreben, in allen Richtungen von den Gasteilchen auszustrahlen. Sie wird dann von den Zylinderwandungen aufgenommen. Diese Wellenenergie soll nun durch spiegelnde Auskleidungen zurückgestrahlt und wieder von den Gasen im Verbrennupgsiraum aufgenommen werden, denen dadurch ihre Energie wiedergegeben wird. Da gasförmige Verbrennungsiprodukte, welche Wärme ausstrahlen, durch Rückstrahlung dieser Wärme wieder erhitzt werden könne!n:, so soll also mittels der

4 Fig. 2

Spiegelflächen die adiabatische Volumenänderung der Treibgase ermöglicht und dadurch die vollkommene Umsetzung der Wärme in Arbeit begünstigt werden. In der Darstellung Fig. 2 sind die Wände 20 un'd 20' und der Kolbenboden 21 mit einem galvanoplastischen Überzug bedeckt. Derselbe erstreckt sich soweit über den Verbrennungsraum, als der Kolbenhub reicht, d. h. bis zur untersten Totlage des Kolbens. Bis dahin ist die Gleitbahn etwas erweitert, damit der Überzug nicht mit dem Kolben in unmittelbare Berührung kommt. Durch eine derartig geringe Wärmeabführung, wie sie bei dieser Einrichtung beabsichtigt ist, würde bei Schnelläufern eine zu hohe Erhitzung der Ventile des Kolbens und somit auch der Gleit-

14

I. Allgemeines.

bahn verursacht werden. Mit letzterer würde eine schlechte Schmierung des Kolbens zusammenhängen. Außerdem ist infolge dieser zu starken E r w ä r m u n g ein schlechter volumetrischer W i r k u n g s grad zu befürchten. Dem V o r s c h l a g von W o o d w o r t h g e g e n ü b e r stehen die Elugmotoren moderner Bauart, bei denen verhältnismäßig dünne Zyliinderwände und eine dementsprechende W ä r m e a b l e i t u n g (die Austrittstemperaturen des Kühlwassers aus dem Zylinder beitragen'etwa nur 7 0 — 8 0 ° C) v o r k o m m e n . Energicwer/" o>es Brennstoffes

i\hjl~z!eibl~unqFig 3

Betrachten wir die Energieverluste bei einem A u t o m o b i l m o t o r an Hand des E n e r g i e d i a g r a m m s Fig. 3, so sehen wir, daß ungefähr 3 5 — 4 0 o/o Energieverluste auf die K ü h l u n g entfallen. Nimmt man einen durchschnittlichen Benzinverbrauch von 0,330 k g / P S / S t . (Benzin von etwa 0 , 6 8 0 — 0 , 7 0 0 ) an, so ergibt sich folgende Ü b e r l e g u n g : 1 kg Benzin enthält 1 0 5 0 0 W E ('unter einer Wärmeeinheit ist

Zweck und Wesen der Kühlung.

15

bekanntlich diejenige Wassermenge zu verstehen, welche zur Erw ä r m u n g von 1 k g Wasser von 0 ° C auf 1° C n o t w e n d i g ist.) Da n u n ein W E = 427 kgm ist, so sind in 0,330 kg 0,330 • 427 • 10500 kgm enthalten. Dies stellt die Brennstoffenergie dar, welche w ä h r e n d einer S t u n d e entsprechend 1 PS im V e r b r e n n u n g s r a u m entwickelt wird. In Wirklichkeit beträgt die Leistung während einer S t u n d e entsprechend einer Pferdestärke jedoch n u r 3600 • 75 kgm. Dies entspricht einem W i r k u n g s g r a d von 3 6 0 0 • 75 1 8 0/ /o 0,330 • 427 • 10500 ~ ' Es gehen also etwa 82 o/0 der Brennstoffeneirgie verloren. Der thermische W i r k u n g s g r a d steht daher in Abhängigkeit vom Brennstoffverbrauch und schwankt naturgemäß entsprechend diesem erheblich. So hat z. B. der 160 pferdige Siemens-Umlaufmotor Sh 3 einen B r e n n s t o f f v e r b r a u c h von nur 0,220 kg/PS/Std. Bei diesem Motor errechnet sich der W i r k u n g s g r a d z u : 3 6 0 0 • 75 ^ 270/e. 6 0,220 • 427 • 10500 Einzelne S t a n d m o t o r e n weisen einen Brennstoffverbrauch von n u r 0,180 k g / P S / S t d . auf. Unter den Verlusten fallen ins Gewicht die Reibungsverluste (etwa 6—7 o/o), W ä r m e , welche durch die Abgase und durch Strahlung verloren geht, u n d verlorene Kraft, welche durch Drossel u n g der Abgase durch die D ä m p f u n g des Auspuffgerälusches verbraucht wird. Lacoin errechnet die Auslaßwärme vor dem Auslaßventil auf etwa 1000°. Bei einem Gemisch von 20 kg Luft und 1 kg Brennstoff ergeben sich 21

• 1 0 0 0 = 5250 W E 4 f ü r die herausgeschobenen Gase, wobei die spezifische W ä r m e mit Vi eingesetzt ist. Dieser W e r t beträgt 50o/o von dem Heizwert eines kg Benzin. Lacoin entnimmt allerdings die grundlegenden W e r t e einem idealen Diagramm. In Wirklichkeit betragen diese Verluste etwa 30—40o/ o . Die größten Verluste werden durch die K ü h l u n g verursacht, und zwar betragen dieselben etwa 35—40o/o. Da bei Kraftfahr-

16

I. Allgemeines.

zeugen der Motor unter wechselnder Belastung arbeitet, so wird infolgedessen ein verhältnismäßig ungünstiger thermischer Wirkungsgrad erreicht. Beim Flugmotor liegen die Verhältnisse vorteilhafter, da derselbe fast dauernd unter Vollast arbeitet. Betrachten wir die abzuleitende Wärmemenge Qw, so ergibt sich ungünstig gerechnet Qw = 0,40 • 0,330 • 1 0 5 0 0 • Ne WE/Std. Qw ~ 1400 • Ne WE/Std. Es ist hierin der Brennstoffverbrauch für eine PS/Std. = 0,330 kg und der Verlust = 40o/ 0 gesetzt. Ne bedeutet die Anzahl der PSe des Motors und 10500 ist der Heizwert eines kg Benzins in W E . W.ie bereits erwähnt, sind hierbei ungünstige Verhältnisse angenommen. Nach Güldner ist Qw «»* 1000 Ne zu setzen. Man wird jedoch gut tun, ungefähr mit 1200 Nie zu rechnen, wie auch das Beispiel auf Seite 19 zeigt. Die Abführung der Wärme geschieht auf verschiedene Weise. Bei ortsfesten Anlagen und Bootsmotoren ist die Kühlung verhältnismäßig einfach, da man zu diesem Zwecke Frischwasser um die Zylinder strömen lassen kann. Die 'günstigste Menge, d. h. diejenige Menge des vorbeifließenden Frischwassers, welche die beste Leistung des Motors ergibt, kann durch einen Hahn geregelt werden. Bei beweglichen Motoren, also bei Fahrzeug- und Flugzeugmotoren (außer bei Booten) und bei ortsfesten Anlagen, bei denen keine Wasserleitung zur Verfügung stehtj muß stets eine Rückkühlanlage oder Luftkühlung Verwendung finden. Die Rückkühlung ist im Grunde genommen auch nur, allerdings mittelbare, Luftkühlung, bei der man durch die Kühlflüssigkeit die Wärme von den Zylindern abführt, um sie in einem geeigneten Kühlgefäß an die Luft abzugeben. Die Ausdrücke „Luftkühlung" für die unmittelbare Kühlung der Zylinder durch Luft und „Wasserkühlung" für die mittelbare Luftkühlung haben sich in der Praxis derart eingebürgert, daß sie in Nachfolgendem beibehalten werden sollen. Eine gewisse Berechtigung für den Ausdruck Wasserkühlung bei einer Rückkühlanlage besteht übrigens insofern, daß. die unmittelbare Abfuhr der Wärme von den Zylindern durch Wasser geschieht. Bei verschiedenen Motoren, so z. B. bei Glühkopfmotoren von ungefähr 15 PS an aufwärts, findet man verschiedentlich eine zusätzliche innere Kühlung, welche durch Einspritzen von Wasser in den Verbrennungsraum bewirkt wird. Es wird hierbei durch

17

Kollisysteme.

•das verdampfende Wasser ein Teil der Wärme im Verbrennungsraum gebunden. Die Verwendung von Öl als Kühlmittel erwies sich namentlich bei Kolben weniger wirksam als Wasserkühlung. (Vgl. Löffler-Riedler „Ölmaschinen".) Die Ursache liegt in der geringeren spezifischen Wärme des Öles. Es waren größere Ölmengen erforderlich, und dieselben mußten mit erheblichem Überdruck durch die Kühlräume gefördert werden, was schon dadurch bedingt wuriie, daß ein Anhaften des Öles und Verkrusten an den heißen Wandungen verhütet werden sollte.

B. Kühlsysteme, a) Luftkühlung.

Unmittelbare Luftkühlung kommt in der Regel nur für Motoren in Betracht, bei denen der Betrieb während einer raschen Vorwärtsbewegung geschieht, welche einen intensiven Luftstrom erzeugt. Diese Bedingung ist bei Fahrrad- und Flugzeugmotoren erfüllt. Mar. findet jedoch auch, kleine luftgekühlte Motoren, bei denen es auf ein äußerst geringes Gewicht ankommt, bei kleinen tragbaren Stationen, wie sie f ü r Kriegszwecke V e r w e n d u n g fanden. Als typische Beispiele hierfür sei der später noch näher beschriebene Baermotor und das Bosch-Aggregat von 60 mm Bohrung und 60 mm H u b erwähnt. Letzteres wurde besonders als Betriebsmaschine für Scheinwerfer-Beleuchtung im Schützengraben benutzt Der Vorteil der Luftkühlung tritt hierbei besonders hervor, da der vollständige betriebsfertige Maschinensatz nur 70 kg wiegt und an Tragrohren, welche gleichzeitig als Auspuffleiter dienen, bequem von 2 Mann getragen werden kann. Die Zylinder liegen einander wagerecht gegenüber. Die Kühlrippen an den Zylindern sind ebenfalls wagerecht angeordnet. Ein zwischen Motor und Dynamo liegendes Gebläse sorgt f ü r eine ausreichende Belüftung der Zylinder. Bei 15—1600 Umdrehungen in der Minute erreicht der Maschinensatz eine Leistung von etwa 0,8 KW. In der Regel findet man bei luftgekühlten Motoren eine geringe Literleistung, da durch die heißen Zylinder und Kanäle der Ladevorgang ungünstig beeinflußt wird. Es gibt hierbei jedoch auch Ausnahmen, so z. B. den 8 Zylinder Renault-Motor von 90 mm Bohrung und 120 mm Hub, welcher in dieser Hinsicht annähernd einem wassergekühlten Motor gleichwertig ist (nähere Daten über diesen Motor siehe Heller, „Motorwagenbau.", S. 245). F r a e t o r i u s , Die Kühlung leichter Verbrennungsmotoren.

2

18

I. Allgemeines.

Der Siemens-Umlaufmotor Sh 3 von 124 mm Bohrung und 140 mm Hub (11 Zylinder) erreicht eine Literleistung von 12,5 PS hei dem sehr geringen Brennstoffverbrauch von 0,220 kg PS/S-td.

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Kühlsysteme.

Diese Literleistung steht der von wassergekühlten Motoren, deren Zylinder- und Kolbenkühlung nach den neuesten Gesichtspunkten durchgearbeitet sind, nicht nach. Die bei luftgekühlten Flugmotoren vom Ventilator verzehrte Leistung wird verschiedentlich auf 10—12

d • pm

— +

1600

4 m/m

gesetzt ist. Entgegen diesem Vorschlage findet man bei den neueren Ausführungen erheblich geringere Wand- und Rippenstärken, wie z. B. 2*

20

Allgemeines.

bei dem Zylinder des Baennotors, H g . 25, u n d den in Fig. 6 u n d 7 dargestellten Zylinderschnitten.

6. Fig.

Clerget Zylinder.

Fig. 7.

Le R ö n n e Zylinder-

Die W ä r m e a b g a b e der Rippen ist wesentlich a b h ä n g i g vom Material u n d von d e r Art der Bearbeitung der Oberfläche, d. h., o b

Frisch Wasserkühlung.

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dieselbe rauh oder glatt ist. W e n n eine Benetzung des Zylinders mit Öl stattfindet, was namentlich bei Umlaufmotoren häufig vorkommt, so ändert sich ebenfalls das Bild. Man ist also bei der Ausbildung der luftgekühlten Zylinder auf eine A n l e h n u n g an bereits bewährte Konstruktionen und auf Versuche angewiesen. In Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Kühlrippen des ClergetMotors von 110 PS (9 Zylinder, 120 m m Bohrung, 160 mm Hub) zu sehen und in Fig. 7 ein solcher durch Ylie Kühlrippen der Zylinder des 80 PS Le Rhone-Motors (9 Zylinder, 105 mm B o h r u n g und 140 mm Hub). b) Frischwasserkühlung. Bei ortsfesten Anlagen wird, soweit eine Kühlwasserleitung zur V e r f ü g u n g steht, die überschüssige W ä r m e durch abfließendes Wasser abgeleitet. Bei Bootsmotoren ergibt sich' aus der Art des Betriebes die Benutzung von ständig frischem Wasser zur K ü h l u n g . Da bei letzteren namentlich im Winter die Eintrittstemperatur des Kühlwassers eine sehr niedrige ist, so wird dasselbe oftmals vor seinem^ Eintritt durch Vbrschaltbehälter, durch- welche die Abgasleitung g e f ü h r t ist, geleitet, umispül't dann das wassergekühlte Abgasrohr, um hierauf erst in den Kühlwassermantel des Zylinders einzutreten. Das Wasser wird auf diese Weise auf etwa 3 5 0 C vorgewärmt. In der Saugleitung muß, ein Rückschlagventil angebracht sein, um ein Zurückströmen des Wassers bei einer Betriebspause zu vermeiden. Es ist angebracht, um die Bildung von Luft-, bezw. Dampfsäclcen zu vermeiden, entsprechend der jeweiligen Bauart an der höchsten Stelle des. Vorschaltbehälters und der Zy.Hnderköpfe Entlüftungsrohre anzubringen. Zur Regelung der Austrittstemperatur ist ein Drosselhahn vorgesehen. Der D u r c h f l u ß des Wassers wird durch eine P u m p e bewirkt. Vor der Saugleitung m u ß ein Seiher angebracht werden, um Unreinigkeiten aus dem Fahrwasser zurückzuhalten. Sowohl bei Frischwasserkühlung als auch bei der später beschriebenen Kreislaufkühlung m u ß d a f ü r Sorge getragen werden, daß d u r c h entsprechend angebrachte H ä h n e die Möglichkeit vorliegt, alles Kühlwasser ablassen zu können, da bei einer längeren Betriebspause das einfrierende Kühlwasser die W a n d u n g e n der von ihm durchflossenen Räume sprengt. Zur Erläuterung nachfolgender Berechnung der abgeführten W ä r m e Q w diene Fig. 8.

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I. Allgemeines. Nach der „Hütte" ist: Qw = k • F ( t - t 2 ) • Z, WE, Es sind: k = Wärmeübergangszahl, .WE/m 2 /Std. F = wärmeabgebende Fläche m 2 , ti = mittlere Wärme der Verbrennungsgase an der Zylinderwand, t2 = mittlere Wärme des Kühlwassers an der Zylinderwand, Z = Zeitdauer des Wärmeüberganges in Std.