DE2925384A1

DE2925384A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2925384A1
Application number: DE19792925384
Authority: DE
Inventors: Nidadavolu Nara Narayan Rao
Original assignee: Kirloskar Oil Engines Ltd
Current assignee: Kirloskar Oil Engines Ltd
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1981-01-22

Description

Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem luft- oder flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf und mit einem aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit sowie geringer Wärmedehnung, wie Gußeisen oder Gußstahl, bestehenden Kolben.
Bei luftgekühlten Idrennkraftmaschinen sind der Zylinderkopf und die Zylinderlaufbüchse mit Rippen oder ähnlichen vergrößerten bzw. vergrößerden Oberflächen versehen, durch die ein n Strom von Kühlluft mittels eines Gebläses oder Ventilators geführt wird, und zwar häufig mit recht hoher Geschwindigkeit. Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen sind der Zylinderkopf und die Zylinderlaufbüchse mit Mänteln verschen, durch die Wasser oder eine andere Flüssigkeit mittels einer Pumpe gedrückt wird. Eine Kühlung des Zylinderkopfes ist notwendig, um die Temperatur der Ventile, Djisen und des unteren Teils des Zylinderkopfes unterhalb der dafiir zulässigen Werte zu halten. Eine Kühlung der Zylinderlaufbüchse ist erforderlich, um die Temperatur des Kolbens und des zwischen diesem und der Laufbüchse befindlichen Schmieröls unter den für diese zulässigen Werten zu halten. Üblicherweise besteht der Kolben aus Aluminium. Wenn die Temperatur eines Al-Kolbens 3000C überschrettet, so hat dieser das Bestreben, sich auszudehnen und in der Laufbüchse festzulaufen.
Überschreitet die Temperatur des Schmieröls 220 - 250 C, so brennt es ab und bildet Harze sowie Firnisse, die ein Hängenbleiben bzw. Festkleben der Ringe bewirken. Nur in seltenen Fällen besteht der Kolben auch aus einer Eisenlegierung; ein solcher kann Temperaturen bis zu 450 oder 5000C ohne einen merklichen Verlust an Festigkeit standhalten.
Derartige Brennkraftmaschinen haben einen Nachteil, der darin zu sehen ist, daß ein Teil der in der Bremikammer erzeugten Wärme an das Kühlmittel verlorengeht mit dem Er-gebnis, daß der Brennstoffverbrauch ansteigt, der Wirkungsgrad der Maschine jedoch abfällt.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß Möglichkeiten für eine Uberkühlung des Schmieröls vorhanden sind, was zur Folge hat, daß die Kolbenreibung größer wird und demzufolge der Brennstoffverbrauch ansteigt, der Wirkungsgrad der Maschine aber kleiner wird.
Rin noch weiterer Nachteil einer solchen Brennkraftmaschine besteht darin, daß, wenn es sich um eine Eigenzündungsbrennkraftmaschine handelt, niederwertige oder einen niedrigen Cetanwert aufweisende Brennstoffe, z.B. leichtes Dieselöl, Rohöl oder Heizöl, wegen deren hoher Viskosität nicht leistungsfähig verbrannt werden können.
Nachteilig ist bei solchen Brennkraftmaschinen auch, daß der Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderlaufbüchse vergleichsweise größer ist und sich entlang der Kolbenbolzenachse und quer zu dieser Achse verändert, was zum Ergebnis hat, daß vergleichsweise mehr Schmieröl zwischen der Zylinderlaufbüchse sowie dem Kolben vorhanden und daß seine Schichtdicke ungleichmäßig ist, so daß eine beträchtliche Kühlmittelmenge erforderlich ist, damit es selbst gekühlt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, deren Zylinderlaufbüchse durch natürliche Wärmeübertragung gekühlt werden kann, die in der Lage ist, niederwertige oder niedrigcetanige Brennstoffe wirksam zu verbrennen, bei der der Spalt zwischen der Zylinderlaufbüchse und dem Kolben rund UM den Umfang gleichmäßig sowie geringer als bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen gleicher Größe und Geschwindigkeit ist, so daß vergleichsweise weniger Kühlmittel zur Kühlung des Schmieröls zwischen Zylinderlaufbüchse sowie Kolben erforderlich ist, und die vergleichsweise weniger Brennstoff verbraucht sowie vergleichsweise einen höheren Wirkungsgrad hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß der Spalt zwischen der Zylinderlaufbüchse und dem Kolben rund um den Umfang gleichförmig sowie geringer als derjenige von herkömmlichen Brennkraftmaschinen gleicher Größe und Ge -schwindigkeit ist und daß die Zylinderlaufbüchse mit Rippen od.dgl. vergrößerten Flächen zur Kühlung der Zylinderlaufbüchse, des Schmieröls und des Kolbens durch natürliche Wärmeübertragung versehen ist.
Bei einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung werden die Temperatur des Schmieröls unter 220 - 250 0C und die Temperatur des Kolbenkopfes auf 450 - 5000C gehalten. Die hohe Temperatur des Kolbenkopfes erleichtert eine wirksame Verbrennung des Brennstoffs und vermindert den spezifischen Brennstoffverbrauch der Maschine. Im Fall einer Eigenzündungsbrennkraft maschine setzt die hohe Kolbenkopftemperatur die Totzeit herab und sichert, daß das Maß des Druckanstiegs vergleichsweise geringer ist, so daß die Maschine gleichmäßig und vibrationsfrei läuft.
Die Rippen können rechtwinklig oder parallel zur Achse der Zylinderlaufbüchse angeordnet sein. Diese Laufbüchse kann aus Aluminium, Gußeisen oder Gußstahl bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes können, wenn es sich um eine flüssigkeitsgekühlte Eigenzündungsbrennkraftmaschine handelt, Umwälzeinrichtungen vorgesehen sein, die niederwertige oder niedrigoetanige Brennstoffe durch den Kühlmantel des Zylinderkopfes führen, bevor dieser Brennstoff der Einspritzpumpe und von hier der Einspritzdüse zugefördert wird.
Vorzugsweise enthalten diese Umwälzeinrichtungen eine den Brennstoffbehälter der Maschine mit dem Kühlmittel einlaß des Kühlmantels verbindende Zulaufleitung, einen oder mehrere Brennstoffilter in oder an dieser Leitung und eine den Kühlmittelauslaß des Kühlmantels mit dem Brennstoffbehälter sowie mit der Einspritzpumpe der Maschine verbindende flücklaufleitung.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den oberen Teil einer Eigenzündungsbrennkraftmaschine einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1 für eine zweite Ausführungsform der Erfindung bei einer Eigenzündungsbrennkraftmaschine.
Die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Fig. 1 hat einen Zylinderkopf 2 mit einem Kühlmitteleinlaß 4 und einem Kühlmittelauslaß 6; si- weist ferner eine Brennstoffeinspritzdüse 8 auf, die mit einer Einspritzpumpe lo über eine Hochdruckleitung 12 verbunden ist. Der Kolben 14 der Maschine besteht aus Gußeisen oder -stahl und bewegt sich im Betrieb in einer Zylinderlaufbüchse 16, die aus Gußeisen, Gußstahl oder auch aus Aluminium gefertigt sein kann. Der Kolben 14 hat einen Kopf 18 und eine Kolbenringzone 20. Die Zylinderlaufbüchse 16 ist mit Rippen ausgestattet, über die die Laufbüchse, das Schmieröl und der Kolben mittels natürlicher Wärmeübertragung gekühlt werden. Der Spalt zwischen der Laufbüchse und dem Kolben ist rund um den Umfang gleichförmig. Das Kurbelgehäuse 22 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet.
Der Zylinderkopf 2 kann anstelle einer Flüssigkeitskühlung ach mit Luft gekühlt werden, in welchem Fall ein Luftstrom durch die Rippen oder andere Oberflächenvergrößerungen am Zylinderkopf mittels eines Ventilators oder Gebläses gedrückt wird. Die Luft strömt durch den Lufteinlaß im Zylinderkopf ein und tritt durch dessen Luftauslaß aus.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 beeichnet sind, ist zusätzlich eine Umwälzeinrichtung vorhanden, die eine mit Brennstoffiltern 28 versehene Zulaufleitung 26, welche den Brennstoffbehälter 24 der Maschine mit dem Kühlmitteleinlaß 4 verbindet, und eine Rücklaufleitung 30, die den Kühlmittel.
auslaß 6 mit dem Brennstoffbehälter 24 sowie auch mit der Brennstoffeinspritzpumpe 1o verbindet, aufweist. Vom Brennstoffbehälter her kommend tritt ein Teil des niederwertigen oder niedercetanigen Brennstoffs durch die Zulaufleitung und den Köhlmitteleinlaß in den Zylinderkopf ein, den er durch den Kjjhlmittelauslaß und die Rücklaufleitung in Richtung zur Einspritzpumpe verläßt, wobei er die vom Zylinderkopf aufgenommene Wärme mit sich fiihrt. Wie zu sehen ist, tritt ein Teil des Brennstoffs vom Behälter 24 unmittelbar über die Rücklaufleitung 30 in die Brennstoffeinspritzpumpe lo ein. Damit entsteht eine Mischung des vom Zylinderkopf 2 und des direkt vom Behälter 24 kommenden Hrennstoffs, so daß die Temperatur des ge -mischten Brennstoffs höher ist als die des im Behälter befindlichen Brennstoffs, womit also die Viskosität des Brennstoffs erniedrigt wird und er schneller fließt.
Die folgende Gegenüberstellung ermöglicht einen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Brennkraftmaschine und einer solchen nach der Erfindung.
Iierkömmliche Brennkraftmaschine Erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1. Die Zylinderlaufbüchse, der Kolben und das Schmieröl zwischen Laufbüchse und Kolben werden durch eine den am Zylinder vorgesehenen Mantel durchfließende Flüssigkeit oder durch einen von einem Ventilator oder Gebläse über die Rippen od.dgl.vergrößernde Oberflächen am Zylinder geblasenen Luftstrom gekühlt.
1. Die Zylinderlaufbüchse, der Kolben und das Schmieröl zwischen Laufbüchse und Kolben werden durch natürliche Wärmeübertragung gekühlt.
2. Da der Spalt zwischen Zylinderlaufbüchse und Kolben entlang der Kolbenbolzenachse sowie quer zu dieser unterschiedlich ist und insofern vergleichsweise mehr Schmieröl sich darin befindet, ist dessen Schichtstärke ungleichmäßig, was, damit das Öl selbst gekdhlt wird, mehr Kühlmittel erfordert.
2. Da der Spalt zwischen Zylinderlaufbüchse und Kolben rund um den Umfang gleichförmig ist, wird insofern vergleichsweise weniger Schmieröl und auch weniger Kühlmittel benötigt.
3. Da der Spalt zwischen Zylinderlaufbüchse und Kolben vergleichsweise größer ist, ist der Leckverlust von am Kolben sowie den Kolbenringen vorbei und in das Kurb-elgehäuse geblasenem Gas vergleichsweise größer.
3. Da der Spalt zwischen Zylinderlaufbüchse und Kolben vergleichsweise kleiner ist, ist auch der Leckverlust von am Kolben sowie den Kolbenringen vorbei und in das Kurbelgehäuse geblasenem Gas vergleichsweise geringer.
4. Der Brennstoff wird nicht als Kühlmittel für den Zylinderkopf benutzt.
40 Der Brennstoff kann als Kühlmittel für den Zylinderkopf dienen, in welchem Fall keine zusätzlichen Kühlmittel, wie z.B. Wasser oder Luft, für die Kühlung des Zylinderkopfes erforderlich sind.
5. Niederwertige Brennstoffe oder solche mit geringem Cetanwert können nicht wirksam verbrannt werden.
5. Niederwertige Brennstoffe oder solche mit geringem Cetanwert können mit hohem Wirkungsgrad verbrannt werden.
6. Der Brennstoffverbrauch ist vergleichsweise größer.
6. Der Brennstoffverbrauch ist vergleichsweise geringer. 7. Der Gesamtwirkungsgrad ist vergleichsweise niedrig.
7. Der Gesamtwirkungsgrad ist vergleichsweise groß.
Der hier verwendete Ausdruck "vergleichsweise'P ist immer so zu verstehen, daß ein Vergleich zwischen einer Brennkraftmaschine bestimmter Größe sowie Geschwindigkeit nach der Erfindung und einer herkömmlichen Brennkraftmaschine gleicher Größe sowie Geschwindigkeit angestellt wird

Claims

Patentansprüche f.;Brennkraftmaschine mit einem luft- oder flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf und mit einem aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit sowie geringer Wärmedehnung, wie Gußeisen oder Gußstahl, bestehenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der Zylinderlaufbüchse (16) und dem Kolben (14) rund um den Umfang gleichförmig sowie geringer als derjenige von herkömmlichen Brennkraftmaschinen gleicher Größe und Geschwindigkeit ist und daß die Zylinderlaufbüchse mit Rippen od. dgl. vergrößerten Flächen zur Kühlung der Zylinderlaufbüchse, des Schmieröls und des Kolbens durch natürliche Wärmeübertragung versehen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit Eigenzündung, dadurch gekennzeichnet, daß sie flüssigkeitsgekühlt und mit einer Einrichtung zur Umwälzung von niederwertigem oder niedercetanigem Brennstoff durch den Kühlmantel des Zylinderkopfes (2) vor Zufuhr des Brennstoffs zur Brennstoffeinspritzpumpe (io) und von hier zur Brennstoffeinspritzdüse (8) versehen ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzeinrichtung eine den Brennstoffbehälter (24) der Maschine mit dem Kühlmitteleinlaß (4) des Zylinderkopf Kühlmantels verbindende Zulaufleitung (26) mit einem Filter oder mehreren solcher (28) in dieser Leitung und eine den Kühlmittelauslaß (6) des Zylinderkopf-Kühlmantels mit dem Brennstoffbehälter (24) sowie mit der Brennstoffeinspritzpumpe (lo) der Maschine verbindende Rücklaufleitung (30) enthält,