DE1906542A1 - Innengekuehlter Viertakt-Diesel-Motor mit waermeisoliertem Brennraum im Kolben - Google Patents

Description

• Innengekühlter 4 Takt-Diesel-Motor mit wärmeisoliertem Brennraum im Kolben Für Otto-Motoren ist die gute Kühlung aller Brennraumwände eine wesentliche Voraussetzung für hohe Zylinderleistungen.
• Für Dieselmotoren hat die Forschung ergeben, dass die Brennraumwände im wesentlichen ungekühlt sein können, Ja, zur Vermeidung von Blaurauch sogar ungekühlt sein müssen. Bei Dieselmotoren gelten also andere Gesichtspunkte als bei Otto-Motoren.
• Dennoch sind die bisherigen Dieselmotoren immer noch in der gleichen Weise gekühlt, wie die Otto-Motoren. In den Vorkammern und in den Kolenbrennräumen sind zwar schon heisse Wände geschaffen worden und es sind bereits'Verfahren zur inneren Abkühlung mittels Spülluft bekannt geworden, die den anders gearteten Anforderungen der Kühlung des Dieselmotors besser angepasst sind. Der Zylinderkopf bei Viertaktdieselmotoren mit den grossen Wärmespannungen infolge Kaltlufteinlass und Heissgasauslass musste jedoch zur Vermeidung von Wärmerissen bisher bei allen Dieselmotoren noch gekühlt werden und auch die Laufbüchse bedurfte noch der Aussenkühlung.
• Die Konsequenz, den Zylinderdeckel mit einem Wärmeschirm zu versehen, der z.B. bei Dieselmotorkolben schon lange bekannt ist, und die äußere Kühlung des Zylinderkopfs überhaupt ganz zu unterlassen, wurde bisher deshalb nicht, gezogen, weil die Frischlufteinführung über den Zylinderkopf einer solchen Maßnahme widersprochen hätte Die Einlaßluft würde in einem solchen Falle im ungekühlten Zylinderkopf zu stark aufgeheizt werden, und die Einlaßventilfläche würde nicht die an gestrebte Temperatur, wie sie für einen Wärme schirm erwünscht ist,erreichen. Die Wärmespannungen wären für einen solchen Zylinderkopf noch größer, als bisher.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Einlaß aus dem Zylinderkopf ganz zu entfernen und die ganze Zylinderdeckelfläche so stark von aller Abkühlung zu isolieren, daß sie schon Leerlauf des Motors über 1' ca. 300°C erreicht.
• Diese Temperatur ist im dieselmotorischen Leerlauf erforderlich, um mit Sicherheit die übelriechenden Verbrennungsprodukte (Blaurauch) des Dieselmotors mit direkter Einspritzung zu vermeiden.
• Erreicht wird diesser Zustand erfindungsgemäß damit, daß nur im Zentrum des Zylinderdeckels ein Ventil angeordnet ist, das die Abgase aus dem zylinder austreten läßt, die- übrige Zylinderdeckelfläche aber als heißer, luftspaltisolierter Wärmeschirm ausgebildet ist. Die Einlaßöffnungen sind im oberen Rand des Zylindermantels als tangentiale Bohrungen angeordnet, die von der beweglichen Zylinderlaufbüchse suf und zu gesteuert werden. Den thermische Vorteil dieser Lösung ist also, daß die eintretende Frisch- und Spülluft nicht mehr den Zylinderdeckel kühlt, der heiß bleiben soll, sondern die Lauffläche des.Eolbens, die als einzige kühizuhaltende Fläche gilt, weil der Olfilm für die Kolbengleitbahn vor Verdampfung geschützt werden muß. Aus diesem Grunde und weil die Laufbüchse auch bei Vollast beweglich bleiben muß, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Dieselmotoren mit,Innenkühlung, Die erfindungsgemäße Aufgabe gilt nur dann als erfüllt, wenn die vorgeschlagenen Maßnahmen ausreichen, um so große Ventilzeitquerschnitte zu schaffen, wie sie für eine Innenkühlung ohne Wassermantel und Kühlrippen erforderlich sind. Erf.indungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die, die Einlaßöffnungen steuernde Zylinderbüchse nicht von einem Dic-htsitz aus aufgesteuert wird, sondern einen, den Einlaßöffnungen vorgelagertem Dichtring überschleift. Dadurch kann die Einlaßöffnung mit voller Geschwindigkeit auf und zu gesteuert werden. Dieser vorgelagerte Dichtring hat außerdem die Aufgabe, die einstrbmende Spülluft von der heissen Zylinderdeckelfläche abzulenken.
• Die abdichtende Wirkung des Dichtringes wird durch die elastische Vorspannung des Dichtringes und den Druck des Verbrennungsgases verstärkt. Die Gasleckmenge, welche diese Dichtstelle passieren kann, wird erfindungsgemäß dadurch in den Einlaß geleitet, daß die steuernde Zylinderlaufbüchse in ihrer oberen Ruhestellung die Einlaßlöcher nicht ganz verschließt.
• Der Antrieb der steuernden Laufbüchse erfolgt zwangsweise in.
• beiden Richtungen unmittelbar von der Nockenwelle über eine fest mit der Laufbüchse verbundenen Gabel. Die Gabel wird dabei in einen Schlitz im Zylindermantel geführt, wodurch das Verdrehen der Laufbüchse verhindert wird.
• Die Beweglichkeit der steuernden Laufbüchse wird erfindungsgemäß dadurch sicher gestellt, daß die Laufbüchse durch innere' Kühlung ebenso kalt gehalten wird, wie der Zylindermantel, in dem sie-läuSt. Die innere Abkühlung wird unterhalb des Kolbenbodens mit kühlendem Spritzöl., über dem Kolbenboden durch die Spülluft sicher gestellt. Die ausreichende Spülluftmenge wird dadurch erreicht, daß das Auslaßventil über den Spültotpunkt hinweg dadurch geöffnet bleiben kann, daß das zentrale Auslaßventil in die zentrale Brennraummulde hineinragt. Die erfindungsgemäße Steuerzeit wird so bemessen, daß die Einlaßlöcher schon ca. 1400 KW vor dem Spültotpunkt des Kolbens geöffnet werden, also ca. 3600 KW geöffnet bleiben. Das Auslaßventil wird normal bei 500 bis 70° vor dem unteren Umkehrpunkt geöffnet und bleibt über den Spilltotpunkt und Einlaßhub hinweg solange geöffnet, bis Einlaß schließt. In dieser Überschneidungszeit der Ein- und Auslaßöffnungen von ca. 3600 KW wird durch die erfindungsgemäße Anordnung' der Einlaßlöcher im Zylindermantel an der Peripherie eine Quelle und durch das zentrale Auslaßventil im Zentrum eine Senke geschaffen. Bei dieser Anordnung genügt esg in die EinlaS-bohrungen nur einen geringfügigen Luftdrall einzuleiten und er reicht trotzdem durch das geschaffene 'Hoch- Tief' Luftdrucksystem einen sehr intensiven Luftdrall. Durch diesen Drall wird während der ganzen Spülzeit stets die kalte, weil schwerere Luft an den Ölfilm der Laufbüchse gepreßt, während die schon erhitzte Luft zum Wirbel zentrum und von da in den Auspuff abgedrängt wird.
• Bei Einlaßschluß bleibt eine kalte Frischluftfüllung bei-heißen Brennraumflächen zurück, die eine ideale Kombination für die dieselmotorische Verbrennung darstellen.
• Für den Mischvorgang von Kraftstoff und Luft ergibt sich der Vorteil einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, ohne daß diese Drehgeschwindigkeit durch Querschnittsverengung im Einlaß erkauft werden müßte. Es können also große Drehzahlbereiche gefahren werden.
• Bei der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die Gefahr, daß sich zwischen Laufbüchse und Zylindermantel zuviel Öl in die Einlaßbohrungen schiebt. Die richtige Dosierung der Ölmenge wird erfindungsgemäß-dadurch sicher gestellt, daß unterhalb der Einlaßbohrungen ein Abdichtring aus teflonähnlichem Material angeordnet ist.
• B e s c h r e i b u n g : In der dargestellten Figur ist mit (1) der heiße Zylinderdeckel bezeichnet, der von dem Zyllinderkopf (2) auf dem Motorgehäuse (3) festgehalten ist, und in dessen Zentrum das Auslaßventil (4) angeordnet ist. Der Zylinderdeckel (1) ist durch den Luftspalt (5) und (6) vorn Zylinderkopf (2) isoliert. Die Einlaßöffnungen (7) und (8) sind rings um den ganzen Zylindermantel angeordnet (9). In dem Zylindermantel (9) steckt die bewegliche Laufbüchse (10), die über die Gabel (11) von der Nockenwelle (12) in Richtung der Zylinderachse hin-und herbewegt wird.
• Die obere Kante (13) der Laufbüchse (10) steuert durch die hin-und hergehende Bewegung die Einlaßöffnungan (7) und (8) auf und zu. Das bei dieser Bewegung an die Außenseite der Laufbüchse in Richtung der Einlaßschlitze (7) und (8) transportierte Öl vi durch den Dichtring (;i4) aufgefangen. Die einströmende spölluft (15) wird bei der gegebenen Anordnung zu einer starken Drallbewegung (16) gebracht, wobei die heiße, innere Luft in Richtung (17) in den Auslaßkanal (18) gedrängt wird.
• Der Kolben (19) besitzt einen Brennraum (20), dessen Offnung (21) einen größeren Durchmesser, als das Auslaßventil (4) sufweist sodaß dieses im oberen Umkehrpunkt des Kolbens (19) dadurch geöffnet bleiben kann, daß es in den Brennraum (20) (zur Beschreibung) Die Spülluftrichtung (15) wird durch die Manschette (22) in Richtung (16) abgelenkt. Der Stützring (23) ist so bemessen, daß die Manschette (22) mit leichter Vorspannung an der Laufbüchse (10) anliegt und den Spalt (24) abdichtet.
• Etwaige Leckmengen werden über den Spalt (24) in die Einlaßbohrungen (7) und (8) abeleitet.
• Die Spülluft selbst wird durch - hier nicht weiter abgebildete~- Gebläse oder Abgasanlagen gefördert.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r-ü c h e

   Anspruch 1 Innengekühlter Viertakt-Dieselmotor mit wärmeisoliertem Brennraum im Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung im wesentlichen auf die Laufbüchse (10) begrenzt wird, dadurch, dass der Frischlufteintritt in den Zylindermantel (9) verlegt und an die Laufbüchse (10) gelenkt wird und der Zylinderdeckel' (i) als Wärmeschirm für den ungekühlten Zylinderkopf (2) dient und von der eintretenden Frischluft abgeschirmt wird.

   Anspruch 2 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen (7) für die Frischluft als tangentiale Bohrungen so hoch in dem oberen Zylinderrand angeordnet sind, dass bei oberer Totpunktlage des Kolbens noch eine Durchspülung des Zylinders mit Frischluft möglich ist, und die Steuerung des Einlass durch den oberen Rand der durch Innenkühlung beweglichen Laufbüchse (10) erfolgt. ~ -Anspruch 3 nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass den Einlassbohrungen (7) eine Manschette (22) sorgelagert ist, welche die einströmende Frischluft von dem heissen Zylinderdeckel (1) weg an die Laufbüchse (10) lenkt.

   Anspruch 4 noch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (22) (zu den Patentansprüchen) sich über die Laufbüchse (10) schiebt und diese in der oberen Ruhestellung von innen gegen den Gasdruck elastisch abdichtet und Leckmengen über den Spalt (24) entspannt werden.

   Anspruch 5 nach 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbüchse (10) am unteren Ende eine Gabel (11) besitzt, mittels der die auf-und abgehende Steuerbewegung in beiden Richtungen zwangsweise direkt von der Nockenwelle (12) eingeleitet werden.

   Anspruch 6 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß den an der Peripherie als Quelle angeordneten Einlaßöffnungen (7) im Zentrum des Zylinders eine Druck senke gegenüber gestellt ist, die durch das zentral im Zylinderdeckel angeordnete Auslaßventil (4) erzeugt wird. Ferner, daß Einlaß schon bei Beginn des Ausschubtaktes geöffnet wird und Auslaß bis zum Schließzeitpunkt des Einlaß geöffnet bleibt, wobei in dieser ca. 3600 KW dauernden Uberschneidungszeit der in den Einlaßbohrungen eingeleitete Luft-drall durch das Druckgefälle zwischen Quelle und Senke so verstärkt wird, daß durch die Zentrifugalwirkung stets die kalte Luft an die Zylinderwand und die heiße Luft durch die aentrale Senke in den Auspuff gedrängt wird, sodaß bei Einlaßschluß eine sehr kalte Frischluftfüllung im Zylinder verbleibt.

   rolrpruch 2 nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärieisolierung so bemessen und die Spülluft so reguliert wird, 4zB im Leerlauf des Motors die Temperatur des Zylinderdeckels Über der Verdampfungstemperatur des Dieselkraftstoffes liegt.

   L e e r s e i t e