DE19527422C2 - Verfahren zur Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteigerung einer luftverdichtenden, mittels eines Turboladers aufgeladenen Vier-Takt- Hubkolben-Brennkraftmaschine mit im Motorgestell auswechselbar gelagerten Zylinderbuchsen.

Bei derartigen Brennkraftmaschinen, die beispielsweise in der DE 35 11 837 C1 beschrieben sind insbesondere großen Dieselmotoren, wie sie zum Antrieb seegehender Schiffe oder für Kraftwerke eingesetzt werden, tritt der Wunsch auf, die Leistung des Motortyps nach einiger Produktionszeit zu steigern. Hierzu kann die dem Motor mittels des Turboladers zugeführte Ladeluftmenge erhöht werden. Dies erfordert jedoch einen größeren und damit aufwendigeren Turbolader. Alternativ kann der Ansaughub der Kolben verlängert werden. Dies bedingt jedoch eine neue Kurbelwelle, die in der Regel in dem bestehenden Motorgehäuse nicht mehr untergebracht werden kann, so daß auch dieses Gestell geändert werden muß. Außerdem wird durch diese Maßnahme der Brennraum flacher und dadurch für die Verbrennung ungünstiger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, das nur einfach durchzuführende Veränderungen an der Brennkraftmaschine fordert.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 1 erreicht.

Bei Anwendung dieses Verfahrens müssen nur der Kolben und die Zylinderbuchse geändert werden, also Teile, die ohnehin auswechselbar sind. Die Leistungssteigerung kann also auch nachträglich an einer schon im Einsatz befindlichen Brennkraftmaschine vorgenommen werden. Dabei wird durch den Kompressionsraum der Brennkraftmaschine über den Drosselspalt beim Kompressionshub zusätzliche Kraft zur Verbrennung zugeführt. Die Vergrößerung der zur Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmenge ermöglicht eine Erhöhung der Menge des einzuspritzenden Brennstoffs und damit eine Erhöhung der Leistung. Gleichzeitig wird die Verbrennung durch die Verwirbelung der im Brennraum befindlichen Luft mittels der mit hoher Geschwindigkeit durch den Drosselspalt fließenden Luft verbessert, was ebenfalls zur Leistungssteigerung beiträgt.

Vorzugsweise werden der Innendurchmesser des unteren Abschnitts jeder Zylinderbuchse und der Außendurchmesser des unteren Teils jedes Kolbens um 10 bis 20‰ gegenüber den ursprünglichen Durchmessern vergrößert. Diese Innendurchmesservergrößerung kann in der Regel ohne erhebliche Schwächung der Wandstärke des unteren Abschnitts der Zylinderbuchse vorgenommen werden.

Aus Fertigungs-, Montage- und Kostengründen ist es vorteilhaft, wenn der obere Abschnitt jeder Zylinderbuchse als Einsatzring ausgebildet wird. Jeder der beiden Abschnitte kann dann einfach mit einem unterschiedlichen Innendurchmesser gefertigt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die in erster Linie für neu zu bauende Brennkraftmaschinen in Frage kommt, werden der Außendurchmesser zumindest des unteren Abschnitts jeder Zylinderbuchse und der Innendurchmesser ihrer Sitzflächen am Motorgehäuse vergrößert. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Innendurchmesser des unteren Abschnitts noch weiter zu vergrößern.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung, die eine erfindungsgemaß leistungsgesteigerte Brennkraftmaschine in einem schematischen Querschnitt durch einen Zylinder zeigt, erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Vier-Takt-Großdieselmotor weist einen Zylinderkopf 1 auf, in dem mindestens ein Einlaßventil 2 und mindestens ein Auslaßventil 3 gelagert sind. Die Ventile 2, 3 werden über Kipphebel 4 und Stoßstangen 5 von einer Nockenwelle 6. betätigt, die auch die Brennstoffeinspritzpumpen steuert. Die Nockenwelle ist an einem insgesamt mit 7 bezeichneten Motorgestell gelagert. Das Motorgestell weist nicht dargestellte Lager für eine Kurbelwelle 8 auf, die über Pleuel 9 mit den insgesamt mit 10 bezeichneten Kolben in Verbindung stehen. Der untere Teil des Motorgestells 7 ist als Wanne 11 ausgebildet, die an den Weg von Ausgleichgewichten 12 angepaßt ist.

Im Motorgestell 7 ist auswechselbar eine Zylinderbuchse gelagert, die aus einem unteren Abschnitt 13 und einem oberen, als Einsatzring ausgebildeten Abschnitt 14 besteht. Die Erfindung ist aber auch bei einteiligen Zylinderbuchsen anwendbar. Der Innendurchmesser D₁ des oberen Abschnitts 14 ist gegenüber dem Ursprungsmotor unverändert. Der Innendurchmesser D₂ des unteren Abschnitts 13 der Zylinderbuchse wird jedoch zur Leistungssteigerung um wenigstens 8‰, vorzugsweise 10-20‰, gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser vergrößert. Der Kolben 10 wird als Stufenkolben mit einem oberen Teil 15 und einem unteren Teil 16 ausgebildet. Der Außendurchmesser des oberen Teils 15 entspricht dem Außendurchmesser des Kolbens des Ursprungsmotors, während der Außendurchmesser des unteren Teiles 16 an die Durchmesservergrößerung des unteren Abschnittes 13 der Zylinderbuchse angepaßt ist. Der untere Abschnitt 13 bildet dabei die Lauffläche für Kolbenringe 17, während der obere Teil 15 als in den oberen Abschnitt 14 der Zylinderbuchse unter Freilassen eines Drosselspalts eintauchender Feuersteg ausgebildet ist. Zur unteren Begrenzung des Brennraumes 20 weist der obere Teil 15 des Kolbens 10 eine muldenförmige, an die Richtung der Strahlen des eingespritzten Brennstoffs angepaßte Kontur 18 auf.

Zum Teil am Zylinderkopf 1 und zum Teil am Motorgestell 7 sind ein Turbolader 21, eine Frischluft-Zufuhrleitung 22 und eine Abgasleitung 23 befestigt, die bei Anwendung der Erfindung nicht geändert werden.

Der Absatz zwischen dem oberen und dem unteren Teil 15, 16 des Kolbens 10 bildet zusammen mit dem unteren Abschnitt 13 der Zylinderbuchse, der unteren Engfläche des oberen Abschnitts 14 und dem oberen Teil 15 des Kolbens einen Kompressionsraum, der so zu bemessen ist, daß der Enddruck der eingeschlossenen Luft im oberen Totpunkt über dem Zünddruck liegt. Anstelle der in einen oberen Abschnitt 14 und einen unteren Abschnitt 13 unterteilten Zylinderbuchse kann auch eine einteilige Zylinderbuchse mit unterschiedlichen Innendurchmessern D₁ und D₂ Verwendung finden.

Die Durchmesservergrößerung des unteren Abschnitts 13 läßt sich in der Regel durch Minderung der Wandstärke der Zylinderbuchse realisieren. Sollte eine weitere Leistungssteigerung des Motors gewünscht werden, so wird zusammen mit der Vergrößerung des Innendurchmessers D₂ der Außendurchmesser des unteren Abschnitts 13 der Zylinderbuchse ebenfalls vergrößert. Dann sind die Sitzflächen 19 des unteren Abschnitts 13 im Motorgestell 7 ebenfalls in ihren Durchmessern zu vergrößern, was ohne größeren Aufwand durch die ohnehin erforderliche Oberflächenbearbeitung der Sitzflächen 19 geschehen kann.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, müssen im Regelfall nur die Zylinderbuchse und der Kolben zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ausgewechselt werden. Diese Teile sind aber bei großen Brennkraftmaschinen ohnehin auswechselbar. Der konstruktiv und fertigungstechnisch aufwendige Zylinderkopf 1 und die Lagerung der zur Steuerung der Ventile 2, 3 vorgesehene Nockenwelle 6 mit den Stoßstangen 5 bleiben unverändert. Das gleiche gilt für die Kurbelwelle 8 mit ihren Lagern und Ausgleichsgewichten 12. Insoweit sind daher auch am gesamten Motorgestell 7 keine konstruktiven Veränderungen erforderlich. Sollte auch der Außendurchmesser der unteren Abschnitte 13 der Zylinderbuchse vergrößert werden, so sind nur die Sitzflächen 19 auf einen größeren Durchmesser zu bringen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, wie die Beschreibung zeigt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Leistungssteigerung einer luftverdichtenden, mittels eines Turboladers aufgeladenen Vier-Takt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit im Motorgestell auswechselbar gelagerten Zylinderbuchsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des unteren, der Kurbelwelle zugewandten Abschnitts (13) jeder Zylinderbuchse um wenigstens 8‰ gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser vergrößert wird, daß als Kolben (10) ein Stufenkolben eingesetzt wird, dessen oberer Teil (15) als in den oberen, im Durchmesser unveränderten Abschnitt (14) der Zylinderbuchse unter Freilassen eines Drosselspaltes eintauchender Feuersteg ausgebildet ist und dessen Außendurchmesser im unteren und die Kolbenringe (17) aufnehmenden Abschnitt (14) entsprechend der Vergrößerung des Innendurchmessers der Zylinderbuchse um wenigstens 8‰ vergrößert ist, und daß der durch die Durchmesservergrößerung der Zylinderbuchse und dem Kolbens gewonnene Kompressionsraum so bemessen ist, daß die eingeschlossene Luft im oberen Totpunkt auf einen über dem Zünddruck im Brennraum liegenden Druck komprimierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (D2) des unteren Abschnitts (13) jeder Zylinderbuchse und der Außendurchmesser des unteren Teils (16) des Kolbens (10) um 10-20‰ gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser vergrößert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (14) jeder Zylinderbuchse als Einsatzring ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser zumindest des unteren Abschnitts (13) jeder Zylinderbuchse (13, 14) und der Innendurchmesser der Sitzflächen (19) zumindest für den unteren Abschnitt (13) am Motorgestell (7) vergrößert werden.