DE1906542C - Innengekuhlter Viertakt Dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen innengekühlten 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 Wärmebikl 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 Oi.'o-Motoren und deni.och werden Dieselmotoren auch in jüngerer Zeit noch in gleicher Weise wie die Otto-Motoren gekühlt. Auch sind in Vorkammern und Kolbenbrennräumen heiße Brennraumwände angewendet worden, und es sind darüber hinaus Verfahren zur inneren Abkühlung mittels Spülluft, die den anders gearteten Anforderungen an die Kühlung des Dieselmotors besser gerecht werden, angewendet worden, doch blieben auch diese LöVangen nur Stückwerk und konnten bisher nicht voll befriedigen. Außerdem war es bei darartigen Viertaktdieselmotorea notwendig, den Zylinderkopf, der großen

.ίο Wärmespannungen irfolge Kaltlufteinlaß und Heißluftauslaß ausgesetzt war, zur Vermeidung von Wärmerissen zu kühlen und auch dessen Laufbuchse einer solchen Kühlung zu unterziehen. Eine sich daraus etwa ergebende Konsequenz, nämlich den Zy-

linderdeckel 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 Maß-

nähme 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 bisher.

Ein bekannter Zweitakt-Dieselmotor dieser Art mit einem in einem Zylinderraum auf- und abbewegbaK-Kolben sowie einem den Zylinderraum abschließenden Boden und einem Einlaßkanal am Z)-linderboden und einem Auslaßkanal 3η dessen entgegengesetztem Ende weist eine die Ein- und Auslässe steuernde Rohrventilsteuerung auf, die im wesentlichen von einer im Zylinderrau: 1 auf- und abbevegbaren Laufbüchse gebildet wird. Die Laufbüchse, die in diesem Fall als ein die Ein- und Auslässe steuerndes Ventil wirkt, ist mit ihrem einen, der Kurbelwelle zugewandten Ende an einem sie bewegenden Kurbelarm angeschlossen und weist im Bereich ihrer mit'-

leren 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 Aus'.aß 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 Zylindfraum einströmende Frischluft mitunter auch Wandteile des Zyiinderraumes kühlt, die einer Kühlung nicht b^rdürfen, ja zur Vermeidung von Blaurauch gerade heiß gehalten werden müssen (deutsche Patentschritt 628 245).

Um die der Steuerung der Lufteinlässe dienende Laufbuchse exakt im Zylinderraum einer Brennkraftmaschint führen zu können, ist das dem Kurbelbetrieb abgcvvandte, freie Ende der Laufbuchse in einem Spalt 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 Ringmansclxtte, die als Rohrstutzen ausgeführt ist, weist an ihrem einen Ende einen nach außen gerichteten Stützring auf, mittels dessen die

Manschette zwischen dem Rand der Zylinderwand Frisch- und Spülluft nicht mehr der Zylinderkopf ge- und dem Zylinderkopf eingespannt ist. Das dieser kühlt, der heiß bleiben muß, sondern die Lauffläche Einspannung abgewandte Ende der Manschette ragt des Kolbens, die als einzige kühl zu haltende Fläche in den Zylinderraum und schließt dort mit dem Rand gut, weil der Ölfilm für die Kolbengleitbahn vor Verder Einlaßöffnung bündig ab. Die durch das Bewe- 5 dampfung geschützt werden muß. Dadurch, daß der gen der Laufbüchse im Spalt zwischen der Zylinder- Ölfilm vor Verdampfung geschützt wird, läßt sich wand und der Manschette befindlichen und dort auch der Ölverbrauch des Motors entsprechend senkomprimierten Luftteile können zwecks besseren ken, was im Hinblick auf dessen Wirtschaftlichkeit sehr Einführens der Laufbüchse 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 Laufbüchse leicht im Spalt zwischen der Hand des den Spalt mit einer diesen konzentrisch ummanteln- Zylinderraumes und der Manschette bewegt, sondern den Ringkammer, weiche wiederum in die Ansauglei- auch ausreichend dicht geführt werden kann. Hinzu tung für die Frischluft mündet. Bei dieser Ausiüh- 15 kommt, daß die Umlenkung der Frisch- und Spülluft rung wird es als nachteilig empfunden, daß die Ring- nicht von besonderen, in den Zylinderraum einzumanschette nur bis zum Rand der Einlaßöffnung bauenden Einrichtungen, sondern allein von der reicht und demzufolge eine Umlenkung der einströ- Manschette übernommen -verden kann. Außerdem menden Frischluft bzw. Spülluft nicht bewirkt. Für läßt sich mittels der dichtenden Manschette die Eineine derartige Umlenkung sind besondere Einbauten ao laßöffnung mit voller Geschwindigkeit auf- und zunotwendig, und es sind ferner Ringdichtungen für steuern, was bei einem vorgelegten Dichtsitz nicht so das radiale Abdichten der Manschette am Rand des einfach der Fall ist. Die mit radialer Vorspannung Spaltes erforderlich (USA.-Patentschrift 1899 206). eingebaute Manschette hat zudem den Vorteil, daß Um insbesondere diese Radialdichtungen für die deren in den Zylinderraum ragendes Teil mit Steigen Ringmanschette zu vermeiden, ist «s bei einer weite- 35 des Druckes der Verbrenaungsgase noch stärker auf ren Brennkraftmaschine mit Laufbüchse als Ventil- den Mamol der Laufbüchse 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 Laufdernde Ende der Manschette zum Zwecke eines dich- büchse abgewandten Ende einen Stützring aufweist, ten Abschlusses an der Laufbüchse 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 kein*- Beeinflussung der einströmenden Frischluft, Durch eine solche Gestaltung der Manschette läßt so daß sie auch keinen Beitrag zum Temperieren des sich mit einfachen Mitteln ein Führungs- und Dicht-Brennraumes leistet (britische Patentschrift 533 881). mittel für die Laufbüchse schaffen, das zudem auch Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zu- die Umlenkung der einströmenden Frisch- und Spülgrunde, einen innengekühllen Viertakt-Dieselmotor 40 luft in der Art ermöglicht, daß durch diese nur die zu schaffen, bei den. durc!. entsprechende Anord- Wandteile des Zylinderraum is gekühlt werden, die nung und Gestaltung insbesondere der Einlasse für einer Kühlung bedürfen, die anderen Wandteile hindie Frischluft sowie Spülluft eine optimale Temperie- gegen nicht oder nur wenig von den kälteren Frischrun^, des Zylinderraumes bereits bei Leerlauf erreicht bzw. Spülluftteilen erfaßt werden,
wird, 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.
300° C erreichen, durcl. die insbesondere übelrie- Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit 1 der Zychende Verbrennungsprodukte (z. B. Blaurauch) ver- linderdeckel des Viertakt-Dieselmotors bezeichnet, mieden 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 einem Dieselmotor der eingangs genannten Art da- Auslaßventil 4 angeordnet ist. Der Zylinderdeckel I durch gelöst, daß in an sich bekannter Weise der Zy- ist durch einen um ihn verlaufenden Luftspalt S und linderraum 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 eine die Einlaßöffnungen abwechselnd öffnende und 55 ganzen Zylindermantel 9 und hier im Bereich des Zyverschließende, im Zylinderraum axial bewegbare Ünderkopfes ). 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 Zyünderraumes ein freier Spalt für das 60 Die obere Kante 13 der Laufbüchse 10 steuert axiale Verschieben der Laufbüchse gebildet ist und durch ihre hin- unu hergehende Bewegung die Einlaßdaß der freie Rand der Manschette in den Strö- Öffnungen 7 und 8 auf und zu. Das bei dieser Bewemungsbereich der Einlaßöffnungen im Sinne einer gung an die Außenseite der '.aufbüchse 10 in Rich-Umlenkung der Ppülluft an die Wände der Lauf- tung eier Einlaßöffnungen 7 und 8 transportierte Öl büchse hineinragt. 65 wird durch einen Dichtring 14, der am Zylinderman-Durch drse Maßnahmen wird nicht nur die der tel 9 vorgesehen ist, aufgefangen. Die einströmende Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft ge- Spülluft 15 wird bei der gegebenen Anordnung zu löst, sondern es wird djrch die radial eintretende einer aarken Drallbewegung 16 gebracht, wobei die

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heiße, innere Luft in Richtung des Pfeiles 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 Spültotpunkt 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 kehrpunkt geöffnet und bleibt über den Spültotpunkt 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 dei 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 Laufbuchse 10 den Frisch- bzw. Spülluftöffnungen 7,8 pur 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- ao 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 Laufbüchse 10 verbundene Ga- FrKAluftfüllung 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 Laufbüchse 10 verhindert wird. Die Beweglich- von Kraftstoff und Luft ergibt sich hier der Vorteil keil der steuernden Laufbuchse 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 3° müßte. Es können also große Drehzahlbereiche geunterhalb 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 Laufbüchse 10 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 unterhalb daß das zentrale Auslaßventil 4 in den zentralen der Einlaßöffnungen 7, 8 ein Abdichtring 14 aus Brennraum 20 des Kolbens 19 hineinragt. Die Steuer- teflonähnlichem Material od. dgl. angeordnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Iniiengekühlter Viertakt-Dieselmotor mit jeweils einem in einem Zylinderraum axial bewegbaren Kolben sowie im Kolben vorgesehenen Brennraum und einem den Zylinderraum abdeckenden 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 Zylinderraum einführbare Spülluft sowie eine die Einlaßöffnungen ab^: wechselnd öffnende und verschließende, im Zylinderraum axial bewegbare Laufbuchse (10) aufweist, daß ir •ibenfalls 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 da= axiale Verschieben der Laufbüchse gebildet ist und daß der freie Rand der Manschette in den Strömungsbereich der Einlaßöffnungen im Sinne einer Umlenkung der Spülluft an die Wände der Laufbüchse hineinragt.

2. Dieselmotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Manschette (22) an ihrem der Laufbüchse (10) abgewandten Ende einen Stirring (23) aufweist, der zwischen dem stimseitigen Ende der Zylinderraumwand (9) und dem Zylinderkopf (2) eingespannt ist, und der freie Rand der Mansche'.te radial tedernd ausgebildet ist.

3. Dieselmotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützring (23) und dem freien Rand der Laufbüchse (10) selbst bei geschlossenen Einlaßöffnungen (7, 8) ein freier Spalt (24) vorgesehen ist, über den Leckrner,-gen 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.