DE19819402A1 - Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderraum - Google Patents

Abstract

Ein Zylinderkurbelgehäuse für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Zylinderraum weist eine Laufbahn für einen darin angeordneten Kolben auf. Zwischen dem oberen Ende der Laufbahn des Kolbens und einem Zylinderkopf ist ein mit einem Vorsprung versehener Ring angeordnet, wobei der Vorsprung bezogen auf die Laufbahn in den Zylinderraum ragt. Die darunterliegende Laufbahn und der Kolbenbodenrand sind dadurch gegenüber dem einspritzendem Kraftstoff abgedeckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Zylinderraum, der eine Laufbahn für einen darin angeordneten Kolben aufweist.

Aus der Praxis bekannt sind Brennkraftmaschinen, ins­ besondere moderne Dieselmotoren, die mit einem Ver­ brennungsverfahren arbeiten, bei dem der eingespritzte Kraftstoff möglichst gleichmäßig im Brennraum verteilt wird. Dadurch erhält man im Brennraum eine effektive Verbrennung und weitgehend eine gleiche Temperatur. Problematisch dabei ist allerdings, daß der einge­ spritzte Kraftstoff an die Wände der Laufbahnen ge­ spritzt wird. Dadurch wird die Wand heiß und der Schmierfilm an der Laufbahn abgeflammt. Folglich ent­ steht somit bei der Verbrennung harte Ölkohle und Öl­ verbrauch und Verschleiß steigen.

Bei den bisher aus der Praxis bekannten Brennkraftma­ schinen mit wenigstens einem Zylinderraum sind die Kolben mit Verbrennungsmulden ausgebildet. Nachteilig bei derart ausgestalteten Kolben ist, daß durch Kalt-/Warm- und Wechsellastbetrieb kritische Muldenrand­ spannungen auftreten. Dadurch, daß die Kolben und so­ mit auch die Verbrennungsmulden entlang der Laufbahnen nach unten laufen, werden außerdem die Laufbahnen durch die Verbrennung belastet. Problematisch sind darüber hinaus die Temperaturdifferenzen entlang der Laufbahn. Dies kann zu Verspannungen und somit zu ei­ ner Beschädigung der Laufbahn führen.

Aus der US 49 11 109 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderraum bekannt, bei dem die Laufbahn im Bereich des Zylinderkopfes durch ein Kühlmittel ge­ kühlt wird. Dadurch soll erreicht werden, daß die Tem­ peratur der Laufbahn in diesem Bereich nicht zu stark ansteigt und somit Verspannungen in der Laufbahn, har­ te Ölkohlepartikel und ein erhöhter Ölverbrauch auf­ treten. Nachteilig bei der aus der US-Patentschrift bekannten Brennkraftmaschine ist allerdings, daß der Kraftstoff, ebenso wie beim zuvor zitierten Stand der Technik, direkt an die Laufbahn gespritzt wird und diese somit entsprechenden Temperaturbelastungen un­ terliegt. Durch das Kühlmittel, das an einer Seite der Wand der Laufbahn angeordnet ist, und den eingespritz­ ten Kraftstoff, der sich auf der anderen Seite der Wand befindet, können darüber hinaus verstärkte Ver­ spannungen entstehen. Problematisch ist außerdem die Dosierung der Kühlung, da die Laufbahn weder zu kalt noch zu warm sein sollte, damit eine effektive Ver­ brennung im Brennraum möglich ist. Durch die Abwärts­ bewegung des Kolbens kann außerdem eingespritzter Kraftstoff an die entsprechend tiefer liegenden Stel­ len der Laufbahn gelangen, wodurch ebenfalls harte Ölkohle erzeugt und Ölverbrauch und Verschleiß erhöht werden. Durch die harte Ölkohle können in bekannter Weise Beschädigungen am Kolben und der Laufbahn erfol­ gen.

Bei den aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen, wie auch bei dem in der US 49 11 109 beschriebenen Zylinderkurbelgehäuse, wird der Kolbenbodenrand durch den eingespritzten Kraftstoff erhitzt. Der heiße Rand des Kolbenbodens erzeugt dann durch das Abflammen des Schmierfilms an der Laufbahn harte Ölkohle.

Bei dem in der US 49 11 109 beschriebenen Zylinderkur­ belgehäuse werden Stahlkolben verwendet, damit der Kolben die hohen Temperaturen unbeschadet überstehen kann. Dadurch müssen allerdings die aus einem Stahl­ kolben resultierenden Nachteile in Kauf genommen wer­ den. Der Stahlkolben wird dabei derart erwärmt, daß die entstehende Ölkohle zerbröselt. Mit einem Alumi­ niumkolben läßt sich das nicht durchführen, da dieser durch die hohen Temperaturen beschädigt wird. Die Vor­ teile von Aluminiumkolben, wie z. B. geringeres Gewicht und günstigere Herstellungskosten, lassen sich daher nicht realisieren.

Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE 25 30 736 A1 und die DE 43 03 173 C1 verwiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderraum, der eine Laufbahn für einen darin ange­ ordneten Kolben aufweist, zu schaffen, bei dem der einspritzende Kraftstoff gleichmäßig verteilt wird und dabei weder den Rand des Kolbenbodens noch die Lauf­ bahn des Kolbens angespritzt und somit übermäßig er­ hitzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch den zwischen dem oberen Ende der Laufbahn und dem Zylinderkopf angeordneten Ring wird ein abgegrenz­ ter Brennraum geschaffen, in der der eingespritzte Kraftstoff verbrennen kann, ohne daß er Kontakt mit der Laufbahn oder mit dem Rand des Kolbenbodens hat. Da sich der Ring oberhalb der Laufbahn des Kolbens befindet und etwas nach innen in eine - gedachte - Verlängerung der Laufbahn ragt, bekommt der Rand des Kolbenbodens keinen Kontakt mit der Innenseite bzw. Oberseite des Ringes, die durch den eingespritzten Kraftstoff erhitzt wird. Durch den Vorsprung des Rin­ ges wird außerdem auch eine vorteilhafte Abgrenzung zum Kolbenbodenrand geschaffen. Der Vorsprung schirmt auch den Kolbenbodenrand von dem eingespritzten Kraft­ stoff ab.

Dadurch, daß weder die Laufbahn des Kolbens noch der Rand des Kolbenbodens durch den eingespritzten Kraft­ stoff und der daraus resultierenden Verbrennung er­ wärmt werden, entsteht zwischen dem Kolbenbodenrand und der Laufbahn keine harte Ölkohle. Darüber hinaus wird der Ölverbrauch und der Verschleiß von Kolben und Laufbahn deutlich reduziert.

Vorteilhaft ist außerdem, daß die Ölkohle nicht zu heiß wird und somit weich bleibt und wie eine Schmie­ rung entlang der Laufbahn des Kolbens wirkt. Das redu­ ziert zusätzlich den Verschleiß am Rand des Kolbenbo­ dens und an der Laufbahn.

Der durch den Ring entstandene bzw. abgegrenzte Brenn­ raum übernimmt die Funktion der Verbrennungsmulde, die beim Stand der Technik in dem Kolben angeordnet ist. Aus diesem Grund kann die Verbrennungsmulde entfallen und der Kolben dadurch deutlich kostengünstiger herge­ stellt werden. Durch den Entfall der Verbrennungsmulde läßt sich der Kolben, insbesondere der Kolben für di­ rekteinspritzende Dieselmotoren geometrisch günstiger darstellen. Die bisher aufgetretene kritische Mulden­ randspannung entfällt somit.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Zylinder­ kurbelgehäuses mit einem Zylinderraum, einem Kühlmittelmantel, einem Ring, einer Zylinder­ kopfdichtung, einem Ventil und einer Ein­ spritzdüse; und

Fig. 2 ein Zylinderkurbelgehäuse nach Fig. 1 mit ei­ ner anderen Ausführungsform des Kolbens und des Ringes.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Teil eines Zylinderkur­ belgehäuses 1 mit einem Zylinderraum 2. Der Zylinder­ raum 2 weist eine Laufbahn 3 für einen darin angeord­ neten Kolben 4 auf.

An dem Kolben 4 befinden sich in herkömmlicher Weise eine Pleuelstange 5, Kolbenringe 6 und ein Kolbenboden 7. Die Bewegung des Kolbens 4 erfolgt im Motorbetrieb entlang der Laufbahn 3 des Kolbenraumes 2.

Zwischen dem oberen Ende der Laufbahn 3 des Kolbens 4 und einem Zylinderkopf 8 befindet sich ein Ring 9. Der Ring 9 ist dabei an dem Zylinderkurbelgehäuse 1 und dem Zylinderkopf 8 befestigt. Zwischen dem Ring 9 und dem Zylinderkurbelgehäuse 1 bzw. dem Zylinderkopf 8 befinden sich Dichtungen 10.

Der Ring 9 ist mit einem Vorsprung 11 versehen. Der Vorsprung 11 ragt bezogen auf die Laufbahn 3 weiter nach innen in den Zylinderraum 2. Wie in Fig. 1 und Fig. 2 erkennbar, bilden der Kolbenboden 7, die Innen­ seite bzw. Oberseite des Ringes 9 und der Zylinderkopf 8 eine Brennmulde 12. In dieser Brennmulde 12 kann der durch eine Einspritzdüse 13 eingespritzte Kraftstoff verbrannt werden. Durch den nach innen vorragenden Vorsprung 11 des Ringes 9 wird verhindert, daß der eingespritzte Kraftstoff während der Abwärtsbewegung des Kolbens 4 an den Kolbenbodenrand 7A oder die Lauf­ bahn 3 gelangt.

Durch den Vorsprung 11 wird darüber hinaus verhindert, daß der eingespritzte Kraftstoff Kontakt mit der Lauf­ bahn 3 oder mit dem Kolbenbodenrand 7A erhält. Dabei kann der Kolbenbodenrand 7A an die Form der Unterseite des Vorsprunges 11 angepaßt sein.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Kolbenbodenrand 7A, der einen Absatz 14 aufweist, der an die Form der Unterseite des Vorsprunges 11 angepaßt ist bzw. dessen Tiefe (mit Spiel) dem Maß entspricht, um welches der Vorsprung 11 nach innen in den Zylin­ derraum 2 ragt. Durch den Absatz 14 wird eine klare Abgrenzung zwischen der Brennmulde 12 und dem Kolben­ bodenrand 7A bzw. der Laufbahn 3 geschaffen.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ver­ läuft der Ring 9 an seiner der Laufbahn 3 zugewandten Unterseite im Bereich des Vorsprungs 11 nicht horizon­ tal bzw. rechtwinklig zur Zylinderlängsachse, sondern weist eine Knickstelle 15 bzw. eine nach oben gerich­ tete Schräge auf. Dadurch ist ein Absatz 14 am Kolben­ bodenrand 7A nicht notwendig.

Der Kolbenboden 7 weist eine Krümmung auf und ragt somit in die Brennmulde 12. Die Kolbenbodenmitte weist dabei einen geringeren Abstand zum Zylinderkopf 8 auf als der Kolbenbodenrand 7A. Durch die Wölbung bzw. flache Kegelform des Kolbenbodens 11 kann jedes ge­ wünschte Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit des Kegelwinkels bzw. der Wölbung erzielt werden. Der Ring 9 ist an seiner Innenfläche in dem an den Zylinderkopf 8 angrenzenden Bereich mit einer Aufweitung 16 verse­ hen. Durch die nach oben zum Zylinderkopf 8 sich ver­ größernde Aufweitung 16 weist der Ring 9 im Bereich des Zylinderkopfes 8 in etwa denselben Innendurchmes­ ser auf wie die Laufbahn 3. Dadurch ist eine optimale Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes möglich. Aufgrund der Aufweitung 16 kann ein Ventil 17 in her­ kömmlicher Weise an dem Zylinderkopf 8 angeordnet wer­ den.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, kann der Ring 9 von einem Kühlmittel durchflossen werden. Als Kühlmit­ tel kann dabei ein beliebiges, dem Motor zur Verfügung stehendes Kühlmittel, wie z. B. Luft, Wasser oder Öl, verwendet werden. Dadurch kann bei Bedarf eine Absen­ kung der Temperatur an den Innenflächen des Ringes 9 erfolgen. Das Kühlmittel fließt durch einen Hohlraum 18 des Ringes 9. Um einen guten Kreislauf des Kühlmit­ tels zu erreichen, ist der Ring 9 mit Durchgängen 19 und 20 zur Zufuhr und Abfuhr derart versehen, daß eine Verbindung zwischen einem Kühlmittelkanal 21 des Zy­ linderkopfes 8 und einem Kühlmittelmantel 22 für die Laufbahnen 3 vorhanden ist. Dadurch wird eine kosten­ günstig herzustellende und optimale Kühlung des Ringes 9 ermöglicht.

Um die Kühlleistung zu erhöhen, kann der Ring 9 mit Kühlrippen bzw. mit einer stark ausgeprägten Oberflä­ chenstruktur versehen sein, die in den Kühlmittelstrom ragen. Durch Kühlrippen läßt sich in bekannter Weise die Kühlleistung bzw. der Wärmeaustausch verbessern. Um den Motor im Winter schneller aufzuheizen, kann das Kühlmittel verstärkt durch den Hohlraum 18 geleitet werden.

Der Ring 9 kann über den Umfang verteilt unterschied­ liche Wandstärken in radial, axialer oder diagonaler Richtung aufweisen. Dadurch wird in vorteilhafter Wei­ se eine Deformation der Laufbahn 3 des Kolbens 4 durch den Schraubenanzug von Zylinderkopfschrauben verhin­ dert und somit der Ölverbrauch und die Motorentlüftung verbessert.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Ring 9 als Dichtring ausgeführt sein. Dabei wird von dem Ring 9 zusätzlich zu der bisher beschriebenen Funktion noch die Funktion einer Dichtung übernommen. Dadurch können die in dem Ausführungsbeispiel darge­ stellten Dichtungen 10 entfallen.

Claims (14)

1. Zylinderkurbelgehäuse für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Zylinderraum, der eine Laufbahn für einen darin angeordneten Kolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Ende der Laufbahn (3) des Kol­ bens (4) und einem Zylinderkopf (8) ein mit einem Vorsprung (11) versehener Ring (9) angeordnet ist, wobei der Vorsprung (11), bezogen auf die Laufbahn (3), oberhalb der Laufbahn (3) in den Zylinderraum (2) ragt und die darunterliegende Laufbahn (3) und den Kolbenbodenrand (7A) gegenüber einspritzendem Kraftstoff abdeckt.

2. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (7) derart in den zwischen der Laufbahn (3) und dem Zylinderkopf (8) liegenden Brennraum (12) ragt, daß die Kolbenbodenmitte ei­ nen geringeren Abstand zum Zylinderkopf (8) auf­ weist als der Kolbenbodenrand (7A).

3. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (7) in Richtung des Zylinderkopfs (8) gewölbt ist oder eine flache Kegelform auf­ weist.

4. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbodenrand (7A) an den Vorsprung (11) des Ringes (9) angepaßt ist.

5. Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbodenrand (7A) einen Absatz (14) auf­ weist.

6. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) im Bereich des Vorsprungs (11) auf seiner Unterseite eine Knickstelle bzw. Schräge (15) aufweist.

7. Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) an seiner Innenfläche in dem an den Zylinderkopf (8) angrenzenden Bereich eine Aufwei­ tung (16) aufweist.

8. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung (16) im Bereich des Zylinderkopfes (8) etwa denselben Innendurchmesser aufweist wie die Laufbahn (3).

9. Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) als Dichtring ausgebildet ist.

10. Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) einen Hohlraum (18) aufweist, der von einem Kühlmittel durchflossen ist.

11. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) mit Kühlrippen versehen ist, die in den Hohlraum (18) ragen.

12. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) mit Durchgängen (19, 20) zur Zufuhr und Abfuhr des Kühlmittels versehen ist.

13. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (19, 20) für das Kühlmittel mit ei­ nem Kühlmittelkanal (21) des Zylinderkopfes (8) und einem Kühlmittelmantel (22) für die Laufbahn (3) der Kolben (4) verbunden sind.

14. Zylinderkurbelgehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) über den Umfang verteilt unterschied­ liche Wandstärken aufweist.