DE102008020323A1

DE102008020323A1 - Internal combustion engine with transparent liner

Info

Publication number: DE102008020323A1
Application number: DE102008020323A
Authority: DE
Original assignee: RHP GmbH
Current assignee: RHP GmbH
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: DE102008020323B4; DE102008008768B3

Abstract

Die Erfindung ist eine Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung 102008008768.8. Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung, insbesondere einen Hubkolbenmotor, mit mindestens einem Kolben und einer transparenten Laufbuchse, welche von einem Vakuum oder Edelgas umgeben ist. Die im Motor als Strahlung freigesetzte Energie gelangt durch eine transparente Laufbuchse nach außen in einen Wärmespeicher und zur richtigen Zeit wieder in den Brennraum. Die Laufbuchse ist ganz oder teilweise mit einer den Durchlass von Strahlungsenergie verändernden Schicht ausgestattet, die es ermöglicht, den Durchlass von Strahlungsenergie zu steuern. Somit wird die Aufheizung der Zylinderlaufflächen minimiert, auf eine Kühlung kann in diesem Bereich nun weitestgehend verzichtet werden und der Wirkungsgrad erhöht sich gravierend.The invention is an additional application for patent application 102008008768.8. The invention relates to an internal combustion engine with internal combustion, in particular a reciprocating engine, with at least one piston and a transparent liner, which is surrounded by a vacuum or inert gas. The energy released in the engine as radiation passes through a transparent liner to the outside in a heat storage and at the right time back into the combustion chamber. The bushing is wholly or partially equipped with a layer that changes the passage of radiant energy, which makes it possible to control the passage of radiant energy. Thus, the heating of the cylinder surfaces is minimized, cooling can now largely be dispensed with in this area and the efficiency increases dramatically.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung 10 2008 008 768.8.The present application is an additional application for patent application 10 2008 008 768.8.

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Wie in der oben genannten Hauptanmeldung beschrieben, gelangt bei heutigen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung ein großer Teil der eingesetzten und im Verbrennungsprozess freigesetzten Energie durch die Zylinderwand in das Kühlsystem, wird ungenutzt in die Umgebungsluft abgegeben und nicht in mechanische Energie umgesetzt.As described in the above-mentioned parent application, arrived at today Internal combustion engines are a big part the energy used and released in the combustion process through the cylinder wall into the cooling system, is released unused into the ambient air and not in mechanical Energy implemented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Wärmeverluste durch verschiedene technische Maßnahmen zu minimieren.Of the Invention is the object of this heat losses through various technical measures to minimize.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by an internal combustion engine with the features of claim 1.

Es wird hier eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung, insbesondere Hubkolbenmotor vorgeschlagen, der pro Zylindereinheit eine transparente Laufbuchse aufweist. Die Laufbuchse besteht aus Quarzglas, Borosilikatglas, Glaskeramik, Saphirglas, Sodaglas oder Kristallglas. Quarzglas wird seit vielen Jahren in Hochdrucklampen eingesetzt und ist dort Drücken von bis zu 200 bar und Temperaturen von über 800°C ausgesetzt. Die Höchsttemperaturen der Laufbuchsen in heutigen Verbrennungsmotoren liegen wesentlich darunter, die Spitzendrücke in aufgeladenen Dieselmotoren sind in etwa vergleichbar. Eine überschlägige Berechnung hat ergeben, dass eine Laufbuchse aus Quarzglas in einem PKW-Turbodiesel-Motor in etwa eine Wandstärke von 15 mm aufweisen müsste. Speziell die Außenseite der Laufbuchse muss hierfür sehr glatt und fehlerfrei sein, denn ein durch Kerben geschwächtes Bauteil aus Glas erträgt nur sehr geringe Zugspannungen. Ferner ist es wichtig, das Quarzglas über seine Rezeptur so einzustellen, dass es möglichst das gesamte Infrarot-Spektrum durchlässt.It here is a combustion engine with internal combustion, proposed in particular reciprocating engine, the per cylinder unit a has transparent liner. The liner is made of quartz glass, Borosilicate glass, glass ceramic, sapphire glass, soda glass or crystal glass. quartz glass is used for many years in high pressure lamps and is there To press of up to 200 bar and temperatures of over 800 ° C exposed. The maximum temperatures the liners in today's internal combustion engines are essential under it, the peak pressures in supercharged diesel engines are roughly comparable. An approximate calculation has revealed that a quartz glass liner in a passenger car turbo diesel engine in about a wall thickness of 15 mm would have. Especially the outside The bushing must be very good for this smooth and flawless, because a weakened by notches component made of glass only very low tensile stresses. Furthermore, it is important to have the quartz glass over its Recipe to adjust so that it is possible the entire infrared spectrum pass through.

Die Laufbuchse umgibt ein Raum, der ein Vakuum oder eine Edelgasfüllung enthält, um Wärmeleitung zwischen der Laufbuchse und ihrer Umgebung zu unterbinden oder wenigstens zu minimieren. Beim Vakuum ist ein Hochvakuum oder ein Ultrahochvakuum anzustreben.The Bushing surrounds a space containing a vacuum or inert gas charge to conduct heat between the liner and its surroundings or at least to prevent to minimize. When vacuum is a high vacuum or an ultra-high vacuum desirable.

Die Laufbuchse ist ganz oder teilweise mit einer den Durchlass von Strahlungsenergie steuernden Schicht ausgestattet. Die Schicht ermöglicht es, den Durchlass von Strahlungsenergie zu steuern. Die bei der Verbrennung erzeugte Infrarot-Strahlung gelangt zum größten Teil durch die Zylinderwand hindurch, sofern die den Durchlass von Strahlungsenergie steuernde Schicht auf Durchlass geschaltet ist. Die IR-Strahlung trägt nun kaum noch zur Aufheizung der Laufbuchse und der Zylinderlaufbahn bei. Durch Flüssigkristalle, ähnlich denen in Gläsern automatisch abblendender Schweißschilde, wird die Laufbuchse von strahlungsdurchlässig auf strahlungsundurchlässig geschaltet. Dieser Vorgang dauert bei automatisch abblendenden Schweißschilden nur wenige Millisekunden. Die Schicht kann auch direkt in das Glas/die Glaskeramik der Laufbuchse eingebettet sein.The Bushing is wholly or partially with a passage of radiant energy equipped controlling layer. The layer allows the passage of To control radiant energy. The infrared radiation generated during combustion passes mostly through the cylinder wall, providing the passage of radiant energy controlling layer is switched to passage. The IR radiation wear now barely to heat up the bushing and the cylinder liner at. By liquid crystals, similar to those in glasses automatically dimming welding shields, the liner is switched from radiolucent to radiopaque. This process lasts with automatically dimming welding shields only a few milliseconds. The layer can also be directly into the glass / the Glass ceramic embedded in the liner.

Die IR-Strahlung gelangt nun zunächst durch die Laufbuchse und die auf Durchgang geschaltete Schicht in einen Raum, in dem ein Vakuum herrscht oder der eine Edelgasfüllung enthält. Dann trifft sie auf den die Laufbuchse umgebenden Wärmespeicher und erwärmt diesen.The IR radiation now passes first through the bushing and the layer connected on passage in a room in which a vacuum prevails or contains a noble gas filling. Then it hits the heat accumulator surrounding the liner and heats it.

Die den Durchlass von Strahlungsenergie steuernde Schicht ist an beliebiger Stelle zwischen dem Wärmespeicher und der Laufbuchse angeordnet. Bei der Schicht handelt es sich um ein LC-Display (Flüssigkristall-Display). Diese LC-Displays werden in den unterschiedlichsten Bauformen angeboten, z. B. als TN-, STN-, TSTN-, FSTN-, FST-, FSTN-, PVA-, MVA-, Matrix- oder ferroelektrisches Display. Das Display wird als Zylinder ausgeformt und umgibt die Laufbuchse.The the passage of radiant energy controlling layer is at any Place between the heat storage and the bushing arranged. The layer is a LC display (liquid crystal display). These LC displays are offered in a variety of designs, eg. B. as TN, STN, TSTN, FSTN, FST, FSTN, PVA, MVA, matrix or ferroelectric Display. The display is shaped as a cylinder and surrounds the Liner.

Nun reicht es nicht die Wärmestrahlung aus dem Brennraum herauszubekommen, das Ziel ist, diese Energie zum richtigen Zeitpunkt wieder in den Brennraum zurückzuführen. Dieses geschieht mithilfe der den Durchlass von Strahlungsenergie steuernden Flüssigkristall-Schicht und durch das Temperaturgefälle zwischen Wärmespeicher und dem sich im Kompressionsraum befindlichen Frischgas.Now it is not enough the heat radiation to get out of the combustion chamber, the goal is this energy back to the combustion chamber at the right time. This happens by means of the passage of radiant energy controlling Liquid crystal layer and by the temperature gradient between heat storage and the fresh gas located in the compression space.

Das Frischgas/das Gemisch wird erst nach Eintritt in den Kompressionsraum mit Wärmestrahlung beaufschlagt, dadurch werden der Liefergrad (Füllgrad) und die Temperatur des Gemisches vor der Verbrennung nicht negativ beeinflusst. Die Flüssigkristall-Schicht wird nun so gesteuert, dass sie jeweils im gewünschten Zeitintervall den Durchlass von Infrarotstrahlung im wesentlichen zulässt oder im wesentlichen unterbindet.The Fresh gas / the mixture is only after entering the compression chamber with heat radiation applied, thereby the degree of delivery (degree of filling) and the temperature of the mixture before combustion is not adversely affected. The Liquid crystal layer is now controlled so that they in each case in the desired time interval the passage of Infrared radiation substantially allows or substantially prevents.

Dazu kann die den Durchlass von Strahlungsenergie steuernde Schicht in Richtung der Längsachse der Laufbuchse in zwei oder mehr separat zu steuernde Sektionen unterteilt sein, um lokal die Zylinderwand stärker zu kühlen.To can control the passage of radiant energy layer in Direction of the longitudinal axis the liner into two or more sections to be controlled separately be subdivided locally to cool the cylinder wall stronger.

Die Laufbuchse kann aus einem Verbund verschiedener Glassorten und Glaskeramiksorten bestehen. Die in diesem Verbundwerkstoff eingesetzten Werkstoffe sollten in etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sollte der Werkstoff mit der geringeren Wärmeausdehnung für die Innenseite der Laufbuchse Einsatz finden, damit sich bei Wärme- und Krafteinwirkung die Zugkräfte an der Außenfläche der Laufbuchse verringern (bei gleichem Innendruck). Für die Lauffläche kann verschleißfestes Material eingesetzt werden, im Außenbereich ein zugfestes und fehlerfreies. Außerdem können Teile des Glases durch den Herstellungsprozess thermisch vorgespannt sein oder zur Verschleißminimierung beschichtet sein. Eine Plasmabeschichtung der Lauffläche bietet sich an. Um das Öl an der Zylinderwand zu halten, wird diese gehont, mit einem Laser bearbeitet, gesandstrahlt oder durch andere Techniken mit Riefen, Rillen, Vertiefungen, Öltaschen, etc. versehen.The liner can be made of a combination of different glass types and glass ceramic types consist. The materials used in this composite material should have approximately the same thermal expansion coefficient. With different coefficients of thermal expansion, the material with the lower thermal expansion should be used for the inner side of the bushing, so that the tensile forces on the outer surface of the bushing decrease with heat and force (at the same internal pressure). For the tread wear-resistant material can be used, in the outdoor area a tensile and error-free. In addition, parts of the glass may be thermally stressed by the manufacturing process or coated to minimize wear. A plasma coating of the tread offers itself. To hold the oil on the cylinder wall, it is honed, lasered, sand blasted or otherwise grooved with grooves, grooves, indentations, oil pockets, etc.

In dem Bereich, in dem sich der Kolben in UT befindet, wird die Laufbuchse von außen thermisch isoliert, also mit einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit ummantelt.In the area where the piston is in UT becomes the liner from the outside thermally insulated, ie with a material of low thermal conductivity jacketed.

Die Laufbuchse muss nicht unbedingt als separates Bauteil ausgeführt werden, sie kann auch mit dem Kurbelgehäuse durch Kleben, eine Pressung oder sonstige Fügetechniken fest verbunden sein und somit ein Bauteil darstellen. Die Laufbuchse kann aber auch mit dem Zylinderkopf durch Kleben, Pressung oder sonstige Fügetechniken fest verbunden sein und somit ein Bauteil darstellen.The Bushing does not necessarily have to be designed as a separate component, she can also handle the crankcase firmly connected by gluing, pressing or other joining techniques be and thus represent a component. The bush can but also with the cylinder head by gluing, pressing or other joining techniques be firmly connected and thus represent a component.

Der Raum, der das Vakuum oder die Edelgasfüllung enthält, weist einen Anschluss auf, der es ermöglicht, diesen Raum von außen durch den Zylinderblock zu evakuieren oder mit Edelgas zu befüllen und zu verschließen. Der außen befindliche Teil des Anschlusses wird als Ventil oder als gasdichter Verschluss ausgebildet. Der Raum kann so komfortabel mit Edelgas befüllt und anschließend evakuiert werden. Der Unterdruck kann jederzeit oder zu den Inspektionsintervallen überprüft und mittels Vakuumpumpe wieder hergestellt werden. Diese Vakuumpumpe kann auch in der Nähe des Motors installiert werden, so kann sie bei Bedarf das Vakuum aufrecht erhalten oder es wieder herstellen.Of the Space containing the vacuum or inert gas fill has a port which makes it possible this space from the outside to evacuate through the cylinder block or to fill with inert gas and to close. The outside located part of the connection is used as a valve or as a gas-tight Formed closure. The room can be so comfortable with rare gas filled and subsequently be evacuated. The negative pressure can be checked at any time or at the inspection intervals and by means of Vacuum pump to be restored. This vacuum pump can too near the engine can be installed so it can if necessary the vacuum maintain or restore it.

Die den Durchlass von Strahlungsenergie steuerbare Schicht kann entfallen, wenn sich in der Praxis zeigt, dass die Erwärmung des Gemisches/der Luft während des Ansaugtaktes tolerierbar erscheint.The the passage of radiant energy controllable layer can be omitted if in practice shows that the heating of the mixture / the air while the intake stroke appears tolerable.

Claims

Internal combustion engine, in particular reciprocating engine, with at least one piston and at least one at least partially transparent liner, according to patent application 10 2008 008 768.8, characterized in that the bush at least partially made of quartz glass or borosilicate glass or sapphire crystal or soda glass or crystal glass and surrounded by a space containing a vacuum or filled with inert gas.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the bushing is made of glass-ceramic or fiber-reinforced glass ceramic consists.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the bushing in whole or in part from a passage of radiant energy controllable layer is surrounded or includes this layer.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the liner of a heat storage is surrounded and this heat storage in designated in claim 1 space or as an outer boundary this room is arranged.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the passage of radiant energy controlling layer at any point between the heat storage and the bush is arranged.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the passage of radiant energy controlling layer of a liquid crystal display consists.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the display of claim 6 is a TN display or a STN display or TSTN display or FST display or on FSTN display or PVA display or MVA display or IPS display or a matrix display or a ferroelectric display.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the passage of radiant energy controlling layer in the direction of the longitudinal axis of the liner in two or more sections to be controlled separately.

Internal combustion engine according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bushing from a Ver Cement material of the glass and glass ceramic types mentioned in claim 1 and claim 2, wherein at least two of these materials are arranged one above the other in layers and interconnected.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that at least one glass or glass ceramic type is thermally biased.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the running surface of the liner with a essentially for Infrared radiation permeable anti-wear Coating is provided.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that at least parts of the tread with fine grooves / a honey or small depressions / oil pockets are provided to receive the lubricant and the Schierfilm to keep.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the bushing in the area in which the piston is at the bottom dead center, surrounded on the outside by a thermal insulation is.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the bushing either with the cylinder head or with the crankcase forms a constructive unit and thus represents a part.

Internal combustion engine according to one or more the aforementioned claims, characterized in that the space in which the vacuum is located connected to a vacuum pump that maintains the vacuum or restores.