DE1906542B - Innengekühlter Viertakt-Dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen innengckühl-Icn Viertakt-Dieselmotor mit jeweils einem in einem Zylinderraum axial bewegbaren Kolben sowie im Kolben vorgesehenem Brennraum und einem den Zylinderraum abdeckenden und mindestens ein Auslaßventil aufweisenden Zylinderkopf.

Bei Brennkraftmaschinen, wie Otto- oder Dieselmotoren ist es bekannt, die der Brenngaswärme ausgesetzten Wandteile entsprechend einem in diversen Versuchsreihen ermittelten Wärmebild zu temperieren, um auch von dieser Seite die Voraussetzungen für hohe Zylinderleistungen zu schaffen. Hierbei haben durchgeführte Versuche ergeben, daß bei Otto-Motoren alle Brennraumwände gut gekühlt, bei Dieselmotoren hingegen diese Brennraumwände ungekühlt sein können, ja, zur Vermeidung von Blaurauch, sogar ungekühlt sein müssen. Demnach gelten bei Dieselmotoren andere Gesichtspunkte als bei Otto-Motoren und dennoch werden Dieselmotoren auch in jüngerer Zeit noch in gleicher Weise wie die Otto-Motoren gekühlt. Auch sind in Vorkammern und Kolhenhrennrü'umen heiße Brennraumwände angewendet worden, und es sind darüber hinaus Verfahren zur inneren Abkühlung mittels Spülliift, die den anders gearteten Anforderungen an die Kühlung des Dieselmotors besser gerecht werden, angewendet worden, doch blieben auch diese Lösungen nur Stückwerk und konnten bisher nicht vol! befriedigen. Außerdem war es bei darartigen Vieriaktdieselmoloren notwendig, den Zylinderkopf, der großen

ίο Würmespannungen infolge Kaltlufteinlaß und Heißluftauslaß ausgesetzt war, zur Vermeidung von Wärmerissen zu kühlen und auch dessen Laufbüchse einer solchen Kühlung zu unterziehen. Eine sich daraus etwa ergebende Konsequenz, nämlich den Zylinderdeckel mit einem Wärmeschirm zu versehen, wie er z. B. bei Kolben von Dieselmotoren bekannt ist, und die äußere Kühlung des Zylinderkopfes überhaupt ganz zu unterlassen, wurde bisher nicht gezogen, weil die Frischlufeinführung einer solchen Maßnähme sicherlich widersprochen hätte, dies schon deshalb, als die Einlaßluft im ungekühlten Zylinderkopf zu stark aufgeheizt werden würde und die Einlaßventilfläche unter der erstrebten Temperatur bliebe. Die sich durch eine solche Maßnahme ergebenden Wärmespannungen wären für einen solchen Zylinderkopf noch größer als bishei.

Ein bekannter Zweitakt-Dieselmotor dieser Art mit einem in einem Zylinderraum auf- und abbewegbaren Kolben sowie einem den Zylinderraum abschließenden Boden und einem Einlaßkanal am Zylinderboden und einem Auslaßkanal an dessen entgegengesetztem Ende weist eine die Ein- und Auslässe steuernde Rohrventilsteuerung auf, die im wesentlichen von einer im Zylinderraum auf- und ahbewegbaren Laufbuchse gebildet wird. Die Laufbüchse, die in diesem Fall als ein die Ein- >'nd Auslässe steuerndes Ventil wirkt, ist mit ihrem einen, der Kurbelwelle zugewandten Ende an einem sie bewegenden Kurbelarm angeschlossen und weist im Bereich ihrer mittleren Gürtellinie öffnungen für die den Zylinderraum verlassende Abgase auf Diese öffnungen, die entsprechend dem Takt des Motors auf- bzw. zugesteuert werden, münden in eine Ringleitung des Motorgehäuses, und es ist diese Ringleistung mit dem Auslaß des Motors verbunden. Zwar werden mit dieser Laufbuchse die Ein- und Auslaßöffnungen entsprechend dem Takt des Motors gesteuert, indessen kann eine ungünstige Temperierung der Wände des Zylinderraumes und insbesondere des Zylinderkopfes infolge einer direkten Beaufschlagung dieser Wandteile durch die Frischluft nicht ausgeschlossen werden. Hinzu kommt, daß die in den Zylinderraum einströmende Frischluft mitunter auch Wandteile des Zylinderraumes kühlt, die einer Kühlung nicht be-

dürfen, ja zur Vermeidung von Blaurauch gerade heiß gehalten werden müssen (deutsche Patentschrift 628 245).

Um die der Steuerung der Lufteinlässc dienende Laufbüchse exakt im Zylinderraum einer Brennkraftmaschine führen zu können, ist das dem Kurbelbetricb abgewandte, freie Ende der Laufbuchse in einem Spait zwischen der Zylinderwand und einer Ringmanschette geführt, wobei infolge entsprechender Bemessung der Manschette die Führung der Laufbüchse in allen Phasen ihrer Bewegung gewahrt bleibt. Die Ringmanschette, die als Rohrstutzen ausgeführt ist. weist an ihrem einen F.ndc einen nach außen gerichteten Stützring auf. mittels dessen die

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Manschette /wischen dem Rand der Zylinde'uand Frisch- und SpLiIlufl nicht mein der Zylinderkopf λ_- und dem Zylinderkopf eingespannt ist. Das dieser kühlt, der heiß bleiben muß. sondern die Laufl'li ..he ■Ein^pannung ungewandte Ende der Manschette ragt des Kolbens, die ah einzige kühl zu haltende Fla.'he in den Zylinderraum und schließt dort mit dem Rand gilt, weil der Ölfilm für die Kolbengleilbahn vor \ erder Einlaßöffnung bündig ab. Die durch das Bewe- 5 dämpfung geschützt werden muß. Dadurch, daß -.1er gen der Laufbuchse im Spalt zwischen der Zylinder- Ölfilm vor" Verdampfung geschützt wird, läßt sch wand und der Manschette befindliehen und dort auch der Ölverbrauch des Motors entsprechend se> liomprimicrten Luftteile können zwecks besseren ken, was im Hinblick auf dessen Wirtschaftlichkeit seh.· piniührens der Laufbuchse in den Spalt über in der wesentlich ist. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahmen Zylinderwand vorgesehene Stichleitungen entspannt io kann darin gesehen werden, daß durch das Einbauen werden. Die Stichleitungen, die im Bereich des Ran- der radial nachgebenden Manschette nicht nur die des der Zylinderwand vorgesehen sind, verbinden Laufbuchse leicht im Spult zwischen der Hand des den Spalt mit einer diesen konzentrisch ummanteln- Zylinderraumes und der Manschette bewegt, sondern den Ringkammer, welche wiederum in die Ansauglei- auch ausreichend dicht geführt werden kann. Hinzu lung für die Frischluft mündet. Bei dieser Ausfüli- 15 kommt, daß die Umlenkung der Frisch- und Spülluft run", wird es als nachteilig empfunden, daß die Ring- nicht von besonderen, in den Zylinderraum einzutnanscliL'tte nur bis zum Rand der Einlaßöffnung bauenden Einrichtungen, sondern allein von der reicht und demzufolge eir.e Umlenkung der einströ- Manschette übernommen werden kann. Außerdem menden Frischluft bzw. Spülljft nicht bewirkt. Für läßt sich mittels der dichtenden Manschette die Eineine derartige L'mlenkung sind beson iere Einbauten 20 laßöffnung mit voller Geschwindigkeit auf- und zunotwendig, und es sind ferner Ringdichtungen für steuern, was bei einem voigelegten Dichtsitz nicht so das radiale Abdichten der Manschette am Rand des einfach der Fall ist. Die mit radialer Vorspannung Spaltes erforderlich (USA.-Patentschrift 1 899 206). eingebaute Manschette hat zudem den Vorteil, daß LIm insbesondere diese Radialdichtungen für die deren in den Zylinderraum ragendes Teil mit Steigen Ringmanschette zu vermeiden, ist es bei einer weite- 25 des Druckes der Verbrennungsgase noch stärker auf reu Brennkraftmaschine mit Laufbuchse als Ventil- den Mantel der Laufbuchse gedrückt wird, wodurch steuerung für die Frischlufteinlässe bekannt, die zwi- der Abdichterfolg steigt.

sehen dem Rand der Zylinderwand und dem Zy- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung linderkopf mittels des Stützringes eingespannte Man- zeichnet sich ferner dadurch aus, daß in an sich beschette radial federnd auszubilden und das radial fe- 30 kannter Weise die Manschette an ihrem der Laufdeinde Ende der Manschette zum Zwecke eines dich- büchse abgewandten Ende einen Stützring aufweist, ten Abschlusses an der Laufbuchse auf deren Mantel der zwischen dem stirnseitigen Ende der Zylindergleitend zu führen. Zwar läßt sich mittels dieser raumwand und dem Zylinderkopf eingespannt ist, Manschette eine gute radiale Abdichtung der Lauf- und der freie Rand der Manschette radial federnd büchse erzielen, indessen übernimmt diese Manschet- 35 ausgebildet ist.

te keine Beeinflussung der einströmenden Frischluft, Durch eine solche Gestaltung der Manschette läßt to daß mc auch keinen Beitrag zum Temperieren des sich mit einfachen Mitteln ein Führungs- und Dicht-Brennraumes leistet (britische Patentschrift 533 HSI). mittel für die Laufbüchse schaffen, das zudem auch Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zu- die LJmlenkung der einströmenden Frisch- und Spülgrunde, einen innengekühlten Viertakt-Dieselmotor 40 luft in der Art ermöglicht, daß durch diese nur die Eu schaffen, bei dem durch entsprechende Anord- Wandteile des Zylinderraumes gekühlt werden, die tung und Gestaltung insbesondere der Einlasse für einer Kühlung bedürfen, die anderen Wandteile hin- «lie Frischluft sowie Spülluft eine optimale Temperie- gegen nicht oder nur wenig von den kälteren Frischrung des Zylinderraiimes bereits bei Leerlauf erreicht bzw. Spülluftteilen erfaßt werden, tvird. so daß bereits in dieser Betriebsphase alle 45 In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Wandteile des Motors eine Temperatur von etwa Erfindung schematisch dargestellt. 3()0 C erreichen, durch die insbesondere übelrie- Bei diesem Alisführungsbeispiel ist mit 1 der Zy-Chende Verbrennungsprodukt (z. B. Blaurauch) ver- linderdeckcl des Viertakt-Dieselmotors bezeichnet, miedet: werden. der von einem Zylinderkopf 2 am Rand des Motor-Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei 50 gehäuses 3 festgehalten ist und in dessen Zentrum ein tinem Dieselmotor der eingangs genannten Art da- Auslaßventil 4 angeordnet ist. Der Zylinderdeckel 1 «lurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise der Zy- ist durch einen um ihn verlaufenden Luftspalt 5 und Inderraum nahe dem Zylinderkopf Einlaßöffnungen 6 vom Zylinderkopf 2 isoliert. Die Einlaßöffnungen 7 für in den Zylinderraum einführbare Spülluft sowie und 8 für die Frisch- bzw. Spülluft sind rings um den •ine die Einlaßöffnungen abwcchrelnd öffnende und 55 ganzen Zylindermantel 9 und hier im Bereich des Zy-%erschließende, im Zylinderraum axial bewegbare lindcrkopfes 2 angeordnet. In dem Zylindermantel 9 Laufbüchse aufweist, daß in ebenfalls bekannter steckt eine bewegliche Laufbuchse 10, die über eine Weise nahe dem Zylinderkopf eine Manschette vor- Gabel 11 von einer Nockenwelle 12 in Richtung der gesehen ist, zwischen deren freiem Rand und der Zylinderachse hin-und herbewegt wird. Wand des Zylindcrraumes ein freier Spalt für das 60 Die obere Kante 13 der Laufbüchse 10 steuert axiale Verschieben der Laufbüchse gebildet ist und durch ihre hit,- und hergehende Bewegung die Einlaßdaß der freie Rand der Manschette in den Strö- Öffnungen 7 und 8 auf und zu. Das bei dieser Bcwcmungsbcreich der Einlaßöffnungen im Sinne einer gun» an die Außenseite der Laufbuchse 10 in Rich-Umlenkung der Spülluft an die Wände der Lauf- tung der Einlaßöffnungen 7 und 8 transportierte Öl büchse hineinragt. 65 wird durch einen Dichtring 14, der am Zylinderman-Diirch diese Maßnahmen wird nicht nur die der tcl 9 vorgesehen ist. aufgefangen. Die einströmende Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft ge- Spülluft 15 wird bei der gegebenen Anordnung zu löst, sondern es wird durch die radial eintretende einer starken Drallbcwcpiinp lfi ifchrnrlit. wobei die

heiße, innere Luft in Richtung des F'feiles 17 in den zeit kann dabei so bemessen werden, daß die Einlaß-Auslaßkanal 18 gedrängt wird. Der Kolben 19 selbst öffnungen 7, 8 schon bei etwa 140 KW vor dem besitzt einen Brennraum 20, dessen Öffnung 21 einen Spiiltotpunkt des Kolbens 19 geöffnet werden, also größeren Durchmesser als das Auslaßventil 4 auf- etwa 360' KW geöffnet bleiben. Das Auslaßventil 4 weist, so daß dieses Auslaßventil im oberen Umkehr- 5 wird normal bei 50 bis 70 vor dem unteren Umpunkt des Kolbens 19 durch Eintauchen in den kehrpiinkt geöffnet und bleibt über den Spiiltotpunkt Brennraum 20 geöffnet bleiben kann. Die Spülluft- und Einlaßhub hinweg so lange geöffnet, bis der Einrichtung 15 wird durch eine Manschette 22 in Rieh- laß schließt. In dieser Überschneidungszeit der Eintung des Pfeiles 16 abgelenkt. Ein Stützring 23 am und Auslaßöffnungen 7, 8 von etwa 360 ' KW wird einen Ende der Manschette 22 ist so bemessen, daß io durch die Einlaßöffnungen am Zylindermantel 9 an die Manschette mit leichter Vorspannung an der der Peripherie eine Quelle und durch das zentrale Laufbuchse 10 anliegt und den Spalt 24 zwischen Auslaßventil 4 im Zentrum des Zylinderraumes eine sich und dem Zylindermantel 9 abdichtet. Etwaige Senke geschaffen. Bei dieser Anordnung genügt es, Leckmengen, die beim Bewegen der Laufbüchse 10 den Frisch- bzw. Spülluftöffnungen 7, 8 nur einen gein den Spalt 24 komprimiert werden, lassen sich über 15 ringfügigen Luftdrall zu geben, und es wird trotzdem einen weiteren Spalt in die Einlaßöffnungen 7 und 8 durch das geschaffene »Hoch/Tief« Luftdrucksystem ableiten. Die Spülluft selbst wird durch in der Zeich- ein sehr intensiver Luftdrall erzeugt. Durch diesen nung nicht dargestellte Gebläse oder Abgasanlagen Drall wird während der ganzen Spülzeit stets die kaigefördert, te, weil schwerere Luft, an den Ölfilm an der Lauf-Der Antrieb der die Einlaßöffnungen 7 und 8 steu- »o büchse 10 gepreßt, während die schon erhitzte Luft ernden Laufbüchse 10 erfolgt zwangsweise in beiden zum Wirbelzentrum und von da in den Auspuff abRichtungen unmittelbar von der Nockenwelle 12 gedrängt wird. Bei Einlaßschluß bleibt eine kalte über die fest mit der Lauft üchse 10 verbundene Ga- Frischluftfüllung bei heißen Brennraumflächen zubel 11. Die Gabel 11 wird dabei in einem Schlitz im rück, die eine ideale Kombination für die dieselmoto-Zylindermantel 9 geführt, wodurch das Verdrehen as rische Verbrennung darstellt. Für den Mischvorgang der Laufbuchse 10 verhindert wird. Die Beweglich- von Kraftstoff und Luft ergibt sich hier der Vorteil keit der steuernden Laufbüchse 10 wird dadurch einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit der Verbrensichergestellt, daß die Laufbüchse durch innere Küh- nungsluft, ohne daß diese Drehgeschwindigkeit durch lung ebenso kalt gehalten wird, wie der Zylinderman- Querschnittsverengung am Einlaß erkauft werden tel 9, in dem sie läuft. Die innere Abkühlung wird 30 müßte. Es können also große Drehzahlbereiche gcunterhalb des Kolbenbodens mit kühlendem Spritzöl, fahren werden. Da bei dieser Anordnung die Gefahr über dem Kolbenboden durch die Spülluft 15 sicher- bestehen kann, daß sich zwischen der Laufbuchse M) gestellt. Die ausreichende Spülluftmenge wird da- und den Zylindermantel 9 zu viel Öl in die Einlaßöffdurch erreicht, daß das Auslaßventil 4 über den nungen 7, 8 schiebt, läßt sich die richtige Dosierung Spültotpunkt hinweg dadurch geöffnet bleiben kann, 35 der ölmenge dadurch sicherstellen, daß unterhalt daß das zentrale Auslaßventil 4 in den zentralen der Einlaßöffnungen 7, 8 ein Abdichtring 14 au-Brennraum 20 des Kolbens 19 hineinragt. Die Steuer- teflonähnlichem Material od. dgl. angeordnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

I Patentansprüche:

1. Innengekühlter Vieriakt-Dieselmolor mit jeweils einem in einem Zylinderraum axial bewegbaren Kolben sowie im Kolben vorgesehenen Brennraum und einem den Zylinderraum abcleckenden und mindestens ein Auslaßventil aufweisenden Zylinderkopf, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Zylinderraum nahe dem Zylinderkopf (2) Einlaßöffnungen (7. 8) für in den Zylinderrauni einführb'ire Spülluft sowie eine die Einlaßöffnungen abwechselnd öffnende und verschließende, im Zylinderraum axial bewegbare Laufbuchse (10) aufweist, daß in ebenfalls bekannter Weise nahe dem Zylinderkopf (2) ein Manschette (22) vorgesehen ist. zwischen deren freiem Rand und der Wand des Zylinderraums ein freier Spalt (24) für das axiale Verschieben der Laufbuchse gebildet ist und daß der freie Rand der Manschette in den Strümungshereieh der Einlaßöffnungen im Sinne einer Umlenkung der Spülluft an die Wände der Laufbuchse hineinragt.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Manschette (22) an ihrem der Laufbuchse (10) abgewandter Ende einen Stützring (23) aufweist, der zwischen dem stirnseitigen Ende der Zylinderraumwand (9) und d-m Zylinderkopf (2) eingespannt ist, und tier freie Rand der Manschette radial federnd ausgebildet ist.

3. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützring (23) und dem freien Rand der Laufbuchse (10) selbst bei geschlossenen Einlaßöffnungen (7, 8) ein freier Spalt (24) vorgesehen ist, über den Leckmengen beim Schließen der Einlaßöffnungen in diese entspannbar sind.

4. Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Totpunkt der Laufbuchse (10) deren Rand mit der Manschette (22) gasdicht abschließbar ist.