DE3032253C2

DE3032253C2 - Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor

Info

Publication number: DE3032253C2
Application number: DE3032253A
Authority: DE
Inventors: Philip E. Columbus Ind. Jones
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1986-01-23
Also published as: KR830003649A; US4294203A; BR8005584A; JPS5644436A; DE3032253A1; IN155386B; GB2058912A; JPS6340936B2; GB2058912B

Description

der Anschlag (16) ist als im wesentlichen radial gerichteter Bund (14) ausgebildet, und

die Abdichtung für das Kühlmittel im Oberteil (12) und Unterteil (10) weist Bereiche auf, die an den

Anschlag (16) anliegen.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Oberteil (12) eine den Anschlag (16) aufnehmende Aussparung (78) vorgesehen ist deren axiale Tiefe kleiner ist als die axiale Länge des Anschlags (16).

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche zwischen der oberen radialen Oberfläche des Anschlags (16) und der zugehörigen radialen Oberfläche der Aussparung (78) kleiner ist als die Berührungsfläche zwischen der unteren radialen Oberfläche des Anschlages (17) und dem Unterteil (10).

9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (10) mit einer Anschlagfläche (74) am Anschlag (16) der Laufbüchse (14) anliegt und dadurch eine gasdichte Metall-Abdichtung zwischen dem oberen Ende der Laufbuchse (14) und dem Obeneil (12) gebildet ist

10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (14) an ihrem oberen Ende und in der Nähe ihres Anschlags (16) mit Paßsitz im Oberteil (12) gehalten ist

11. Verbrennungsmotor nach einetn der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (74) des Unterteils (10) auch an einer radial außerhalb des Anschlags (16) gelegenen Anschlagfläche (72) des Oberteils (12) anliegt

^Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelleitungen (34) zwischen den Paßsitzflächen am oberen Ende und am Anschlag (16) der Zylinderiaufbüchse (14) angeordnet ist

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Verbrennungsmotor ist beispielsweise aus der DE-PS 19 36 022 bekannt. Verbindungsmittel in Gestalt von Schraubbolzen zum Verbinden oberer und unterer Motorteile sind aus der DE-AS 10 37 198 und der FR-PS 4 80 080 bekannt. Bei den gattungsgemäßen Verbrennungsmotoren besteht generell der Vorteil, daß wegen der einstückigen Ausbildung von Zylinderkopf und oberem Teil des Zylinderblocks keine hochtemperatur- und hochdruckfesten Zylinderkopfdichtungen mehr erforderlich sind. Sie haben aber immer noch den Nachteil, daß sie einen hohen Platzbedarf sowie ein hohes Gewicht haben und konstruktiv zienilich aufwendig ausgebildet sind, was unter anderem durch die Kühlung des Zylinderhohlraums bedingt ist, die man bisher über einen erheblichen Teil der axialen Längserstreckung des Zylinderhohlraums ausführte. Hierdurch ergaben sich relativ komplizierte, hochvolumige Kühlsysteme, welche die Größe und das Gewicht des Motors.erhöhten.

Eine weitere Komplikation bei gattungsgemäßen Verbrennungsmotoren besteht in der Anwendung austauschbarer Zylinderlaufbüchsen. Man unterscheidet »trockene« und »nasse« Zylinderlaufbüchsen. Bei einer »trockenen« Zylinderiaufbüchse, wie sie m der oben genannten DE-PS 19 36 022 beschrieben ist wird die Verbrennungswärme abgeführt, ohne daß dabei ein flüssiges Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Zylinder-

laufbuchse gelangt Bei einer »nassen« Zylinderlaufbüchse hingegen wird die Wärme durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel abgeführt (vgL US-PS 39 42 807). »Nasse« Zylinderlaufbüchsen werden als günstiger angesehen, weil der Zylinderblock in seiner Konstruktion vereinfacht werden kann und weil der Kühlwirkungsgrad bei direktem Kontakt des Kühlmittels mit der Zylinderlaufbüchse größer ist Jedoch bieten »nasse« Zylnxlerlaufbüchsen zusätzliche Abdichtungsprobleme gegenüber »trockenen« Laufbüchsen, was teilweise wiederum darauf zurückzuführen ist, daß sich die Kühlmäntel im wesentlichen fiber die gesamte Länge der Lauf büchse erstrecken.

Bei modernen, turbogeladenen (Diesel-)Motoren wird es als erwünscht angesehen, eine möglichst große Menge an nutzbarer Energie in den Abgasen zu erhalten. Dennoch wurde die axiale Längserstreckung von Kühlmänteln in turbogeladenen Motoren mit »nassen« Zylinderlaufbüchsen bisher nicht unterhalb 50% der gesamten axialen Länge der Laufbüchse reduziert, offensichtlich in der Annahme, daß sonst übenr.äuig hohe Motortemperaturen auftreten wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen Mangeln eines gattungsgemäßen Verbrennungsmotores abzuhelfen und einen raumsparenden, konstruktiv einfach aufgebauten, kostengünstig herstellbaren Verbrennungsmotor von geringem Gewicht zu schaffen, der insbesondere auch im Hinblick auf die Kühlung des Zylinderhohlraums praktisch keine Zusammenbau- und/oder Wartungsprobleme bietet

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Weitere Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt

Die nachstehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels dient im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt eines Verbrennungsmotors (Dieselmotor),

F i g. 2 einen Teilquerschnitt des Motors entlang der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3a eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des in F i g. 1 mit einem Kreis 3-3 umschriebenen Bereiches

F i g. 3b eine Ansicht ähnlich wie in F i g. 3a, nachdem ein Oberteil mit einem Unterteil des Motors in direkten Kontakt gebracht ist

Fig.4 eine teilweise abgebrochene Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in F i g. 1 und

F i g. 5 eine schaubildliche Ansicht des gesamten Verbrennungsmotors.

Der in F i g. 1 dargestellte Verbrennungsmotor 2 weist eine Kurbelwelle 4 auf, die mit Hilfe von Verbindungsstangen 8 mit einem oder mehreren, hin- und hergehenden Kolben 6 verbunden ist von denen in Fig. 1 lediglich ein Kolben dargestellt ist Im folgenden bezieht sich der Ausdruck »obere« auf die von der Kurbelwelle 4 weggerichtete Richtung, während der Ausdruck »untere« auf die entgegengesetzte, bezüglich der Kurbelwelle 4 nach unten verlaufende Richtung Bezug nimmt.

Der Kolben 6 befindet sich in einem Zylinderhohlraum, der in einem Motorunterteil 10 und einem Motoroberteil 12 ausgebildet ist Das Unterteil 10 umfaßt einstückig ein Kurbelgehäuse und den unteren Abschnitt des Zylinderhohlraums. Das Oberteil 12 umfaßt einstükkig den Zylinderkopf und den oberen Abschnitt des Zylinderhohlraums. Im Zylinderhohlraum ist zur Führung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung eine Zylinderlaufbuchse 14 angeordnet Die Zylinderlaufbüchse 14 kann lösbar im Zylinderbohlraum befestigt sein oder sie kann auch permanent mit dem Ober- oder Unterteil verbunden sein. Die Zylinderlaufbüchse 14 weist einen radial gerichteten Flansch 16 auf, der zwischen den Stirnseiten der Laufbüchse angeordnet ist Die Position des radialen Flansches 16 ist ein wesentliches Merkmal ίο bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und wird im Detail weiter unten noch erläutert. Der Zweck des radialen Flansches 16 liegt darin, ein Anschlagmittel zur Festhaltung der Laufbuchse 14 in der gewünschten axialen Lage innerhalb des Zylinderhohlraums zu bilden.

Der Oberteil 12 umfaßt eine Querwand 18 einer Verbrennungskammer. Die Querwand 18 ist mit dem Oberteil 12 einstückig und verläuft quer über die obere Stirnseite der auswechselbaren Zylinderlaufbüchse 14, wenn diese in den Zylinderhohlraum ein&räracht ist

Wie sich aus F i g. i ergibt, enthält äer Unterteil i0 denjenigen Abschnitt des Zylinderhohlraums, welcher den unteren Abschnitt der Zylinderlaufbüchse 14 aufnimmt, und zwar denjenigen Abschnitt dieser Büchse, der ausgehend vom radialen Flansch 16 nach unten in Richtung auf die Kurbelwelle 4 hin verläuft wenn die Zylinderlaufbüchse 14 in den Verbrennungsmotor 2 eingebracht ist Der einstückige Oberteil 12 weist eine Aussparung auf, die so gestaltet ist daß sie denjenigen Abschnitt des Zyünderhohlraums bildet, welcher den oberen Abschnitt der Zylinderlaufbüchse 14 aufnimmt Dieser Abschnitt erstreckt sich ausgehend vom radialen Flansch 16 nach oben und ist von. der Kurbelwelle 4 weggerichtet

Der Oberteil 12 weilt zwei Seitenwände 20 und 21 auf, weiche von dsr die Verbrennungskammer bildenden Querwand 18 in Richtung auf die Kurbelwelle 4 hin verlaufen. Eine erste, ringförmige Umfangsfläche 22, die an der Innenseite jedes Zylinderhohlraums ausgebildet ist erstreckt sich von der Querwand 18 nach unten und bildet einen umfangsmäßigen Paßsitz mit einer anliegenden Umfangsfläche 24 an der Außenseite der Zylinderlaufbüchse 14 in der Nähe von deren oberem Ende. Der ursprüngliche Durchmesser der Umfangsfläche 22 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der entsprechenden Fläche 24 an der Laufbüchse 14. Auf diese Weise bildet sich beim Einsetzen der Zylinderlaufbüchse 14 in den Zylinderhohlraum, der teilweise von den Seitenwänden 20 und 21 gebildet ist, zwischen den Flächen 22

so und 24 ein Paßsitz aus. Dieser Paßsitz ist normalerweise ausreichend, um eine Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen zu bilden, die sich bei der Verbrennung . von Kraftstoff im Zylinderhoblraum bildea Die axiale Entfernung zwischen der unteren, radialen Fläche 37 des radialen Flansches 16 oder einer äquivalenten, einen Anschlag bildenden Schulter und dem oberen Ende der Laufbüchse 14 ist normalerweise geringfügig kleiner als die axiale Länge des die Laufbuchse aufnehmenden Zylinderhohlraums im Oberteil 12 Auf diese Weise liegt

IiO ein kleiner Zwischenraum zwischen dem äußeren Ende der Zylinderlaufbüchse 14 und der Querwand 18, wodurch eine thermisch induzierte, axiale Expansion ermöglicht ist. Falls der Paßsitz zwischen den Flächen 22 und 24 nicht ausreicht um eine Abdichtung gegenüber einem Austreten von Vernrennungsgas zu gewährleisten, kann eine kleine Verbrennungsgasdichtung zwischen das obere Ende der Laufbuchse 14 und die Querwand 18 eingesetzt werden. Alternativ kann bei einer

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anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt damit höchstens 40%, vorzugsweise 30% der der axiale Abstand zwischen der unteren, radialen Flä- gesamten Länge der Laufbüchse 14. ehe 37 des radialen Flansches 16 und dem oberen Ende Ein Hauptvorteil der in F i g. 1 dargestellten Kon-

der Laufbüchse 14 auch vergrößert werden, so daß das struktion besteht darin, daß der Unterteil 10 aus Leichtobere Ende der Laufbüchse in Kontakt mit der Quer- 5 metallierung, beispielsweise Aluminiumlegierung, gewand 18 gelangt, wenn das Oberteil 12 mit dem Unter- fertigt werden kann, so daß das Gesamtgewicht des Moteil 10 zusammengebaut wird. Wenn diese Konstruk- tors gegenüber herkömmlichen Motoren mit dem gleitionsweise Anwendung findet, wird der obere Abschnitt chen Hubraum beträchtlich reduziert ist Insbesondere der Zylinderlaufbüchse 14 zusammengedrückt und ge- kann das Unterteil 10 denjenigen Abschnitt eines Mowährleistet damit eine gasundurchlässige Abdichtung 10 tors bilden, der normalerweise als Kurbelgehäuse bezwischen dem oberen Rand der Laufbüchse 14 und der zeichnet wird. Zusätzlich kann sich der Unterteil ausge-Querwand 18. Bei einer weiteren, abgewandelten Aus- hend von der Kurbelwelle nach oben hin entlang dem führungsform kann auch der Paßsitz zwischen Lauf- Zylinderhohlraum über eine Entfernung c hinweg erbüchse 14 und Oberteil 12 durch eine Schraubverbin- strecken, welche normalerweise von dem herkömmlidung ersetzt werden. Jeder Zylinderhohlraum weist fer- 15 chen Motorblock eingenommen wird. Der Unterschied ner eine zweite, ringförmige Umfangsfläche 26 auf, die in den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Zylinder· so angeordnet ist, daß sie einen Paßsitz mit einer ent- laufbuchse 14 und der Aluminiumlegierung des Untersprechenden Umfangsfläche 28 an der Zylinderlauf- teils 10 hat keinen Einfluß auf Lebensdauer und Zuverbüchse 14 ausbildet Die Fläche 28 liegt dabei genau lässigkeit des Motors, da der vom Unterteil aufgenomoberhalb des radialen Flansches 16. Der ursprüngliche 20 mene Abschnitt der Zylinderlaufbüchse 14 in axialer Durchmesser der zweiten Umfangsfläche 26 ist etwas Richtung unbehindert ist und sich somit leicht innerhalb kleiner als der ursprüngliche Durchmesser der Fläche desjenigen Teils des Zylinderhohlraums ausdehnen und 28, so daß sich ein Paßsitz ergibt, wenn die Zylinderlauf- zusammenziehen kann, welcher im Unterteil 10 enthalbüchse 14 in den Zylinderhohlraum des Oberteils 12 ten ist Erfindungsgemäß wird auch in Betracht gezogen, eingepreßt wird 25 den Anschlag der Zylinderlaufbüchse, nämlich den

Die Seitenwände 20 und 21 umfassen weiterhin eine Flansch 16 oder ein äquivalentes Mittel, an einem untean ihrer Innenseite gelegene Aussparung 30, die zwi- ren Punkt entlang der axialen Länge der Zylinderlaufschen der ersten Umfangsfläche 22 und der zweiten büchse \4 auszubilden und eine entsprechend angeord-Umfangsfläche 26 liegt Die Innenfläche der Ausspa- nete, am Flansch 16 anliegende Randkante an der Innenrung 30 ist radial von der entsprechenden Außenseite 32 30 seite desjenigen Teils des Zylinderhohlraums vorzuseder Zylinderlaufbüchse 14 im Abstand angeordnet und hen, welcher im Unterteil 10 liegt Die Zylinderlaufbüchzwar auf wenigstens einem Teil des Umfangs der Lauf- se 14 könnte in der Tat auch mit Hilfe eines an der büchse, so daß sich ein Kühlraum oder eine Kühlleitung Laufbüchse angreifenden Randes am Platz gehalten 34 ergibt die eine Kühlmittellösung ermöglicht Weitere werden, der so positioniert ist daß er an der untersten Kühlmittel-Strömungskanäle 35, die im Oberteil 12 aus- 35 Stirnkante 39 der Laufbüchse 14 angreift wodurch eine gebildet sind, stehen mit der Leitung 34 über Kanäle 35' Zylinderlaufbüchse mit »unterem Anschlag« entstehen in Verbindung, die in F i g. i gestrichelt dargestellt sind würde. Unabhängig von der axialen Lage des Laufoüch-Wie aus F i g. 1 hervorgeht ermöglicht der Kühlmittel- senanschlags ist es ein wesentliches Merkmal der Erfinraum 24 einen unmittelbaren Kontakt des Motorkühl- dung, daß stets eine Kühlmittelabdichtung in der Nähe mittels mit der Außenseite der Zylinderlaufbüchse 14 40 derjenigen Zone ausgebildet ist in welcher Oberteil 12 lediglich entlang einem Teil der Laufbüchse, der insge- und Unterteil 10 miteinander verbunden sind. Hierdurch samt innerhalb des Oberteils 12 liegt Bei der bevorzug- ist gewährleistet daß das Motorkühlmittel lediglich ten Ausführungsform der Erfindung beträgt die axiale denjenigen Abschnitt der Außenseite der Zylinderlauf-Länge der Aussparung 30 etwa 30% der gesamten büchse 14 kontaktiert, welcher vom Oberteil 12 aufgeaxialen Länge der Zylinderlaufbüchse 14. Wie weiterhin 45 nommen ist Ober- und Unterteil brauchen sich nicht aus F i g. 1 hervorgeht ist die untere Grenze des Hub- unbedingt direkt zu berühren. In diesem Fall wäre die wege» der Oberseite des Kolbens 6 bei einem Punkt 36 »Berührungszone« derjenige Abschnitt des Motors, in gelegen, der von der oberen Stirnseite der Laufbüchse dem Ober- und Unterteil am dichtesten einander ange-14 einen Abstand b hat Die unterste, radiale Fläche 37 nähert sind des radialen Flansches 16 hat vom obersten Rand der 50 Durch die Ausbildung der Kühlmittelleitung 34 Tber Laufbuchse 14 einen Abstand a. Ein wesentliches Merk- eine axiale Entfernung hinweg, die beträchtlich kleiner mal der Erfindung liegt darin, daß der Abstand a nicht als bisher für eine adäquate Kühlung als erforderlich mehr als etwa 75% der Entfernung b beträgt Diese erachtet ist kann die Kühlmittelabdichtung in der Nähe Ausbildung eines Anschlages bei einer »nassen« Zylin- der Berührungszone von Ober- und Unterteil nach oben derlaufbüchse ist von derjenigen Ausbildung total ver- 55 auf der axialen Länge der Zylinderlaufbüchse 14 verschieden, wie sie bisher für notwendig erachtet wurde, schoben werden, so daß der Abschnitt des Unterteils 10, um eine adäquate Kühlung der Zylinderlaufbuchse in der sich über die Entfernung c nach oben erstreckt einem Verbrennungsmotor zu erhalten. maximal vergrößert werden kann. Hierdurch wird auch

Um eine ausreichende Abstützung für den Kolben 6 bei einem z. B. aus Aluminiumlegierung bestehenden zu erhalten, muß sich die Zylinderlaufbüchse 14 offen- 60 Unterteil 10 das Gesamtgewicht des Motors entscheisichtlich nach unten über den Punkt 36 hinaus erstrek- dend verringert Diese Ausbildung eines Motors beeinken, und zwar über eine Entfernung hinweg, die etwa trächtigt in keiner Weise die hohe Festigkeit und überlegleich der axialen Länge des Kolbens 6 ist Dementspre- gener. Temperatureigenschaften des Motors, da sich erchend liegt bei der bevorzugten Ausführungsform der wiesen hat daß eine ausreichende Kühlung erreichbar Erfindung der Flansch oder Anschlag 16 etwa 40% oder es ist wenn die Kühimitteiieitung 24 gemäß F i g. 3 iedigweniger mit Bezug auf die gesamte Länge der Lauf- lieh eine kurze, axiale Längsausdehnung besitzt büchse 14 unter dem obersten Rand dieser Laufbuchse. Bei dem Motor gemäß F i g. 1 gelangt eine oben gele-

Die axiale Erstreckung der Laufbüchse im Oberteil 12 gene Nockenanordnung 40 zur Anwendung, um das

(nicht dargestellte) Eingangsventil und ein Auslaßventil

42 bei jedem Zylinder zu betätigen. Die (ebenfalls nicht dargestellten) Lagerabstützungen für eine Nockenwelle

43 können einstückig mit dem Oberteil 12 gegosisen oder getrennt ausgebildet und mit dem Oberieil 12 durch Verbindungsbolzen verbunden werden. Das Oberteil 12 kann auch mit einer Hilfsverbrennungska.m-πτ>44 für jeden Zylinder ausgestattet sein, wobei die Kammer 44 in zwei Hälften ausgebildet wird. Die untere Hälfte 46 hat einen im Winkel angeordneten Auslaß 47, um die Vorverbrennungsprodukte in die Hauptverbrennungskammer 121 zu injizieren. Eine zweite Hälfte 48 kann in eine Aussparung 50 im Oberteil 12 eingeschraubt oder durch eine (nicht dargestellte) Klammer am Platz gehalten werden. Das untere Ende der Hälfte 46 weist einen exzentrischen Vorsprung 52 auf, welcher die richtige Orientierung der unteren Hälfte 46 beim Zusammenbau der Hilfsverbrennungskammer gewährleistet.

Der Kraftstoff wird der Hilfsverbrennungskammer über eine Kraftstoffpumpe 54 zugeführt, die in F i g. 1 gestrichelt dargestellt ist Ein vom Abgas abgetriebener Turbolader 56, der in F i g. 1 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist, ist so angeordnet, daß er Luft einem Lufteinlaßkanal 58 (ebenfalls gestrichelt dargestellt) und jedem Zylinderhohlraum zuführt. Die Abgase aus den jeweiligen Verbrennungskammern sind dem Turbolader 56 über Abgaskanäle 57 zugeleitet. Sowohl die Lufteinlaißkanäle als auch die Abgaskanäle können bei jedem 2Iylinderhohlraum erheblich kürzer als bei Motoren unit ü'Jichem Zylinderkopf ausgebildet werden. Eine derartige Verkürzung kann zu einem besseren Wirkungsgrad führen, insbesondere bei turbogeladenen Motoren, weil ein kürzerer Abgaskanal Strömungsverluste vermindert, so daß in den Abgasen mehr Energie zur Ausnutzung im Turbolader erhalten bleibt.

Der Wegfall der herkömmlichen Verbindungssteile zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock an der Steile des höchsten Verbrennungsgasdruckes eliminiert auch die kritische Notwendigkeit des extrem sorgfältigen Zusammendriickens einer Zylinderdichtung um den oberen Umfang jedes Zylinderhohlraums herum. Diese bei konventionellen Motoren bestehende Forderung erfordert normalerweise die Verwendung von sechs Zylinderkopfbolzen, die in umfangsmäßigen Abständen um jeden Zylinderhohlraum herum verteilt sind. Durch die einstückige Ausbildung von Zylinderkopf und einem Teil des üblichen Motorblocks kann die übliche Zylinderkopfbolzenanordnung vollständig entfallen, und zwar zu Gunsten von Verbindungsmitteln, wie beispielsweise Verbindungsbolzen 60, die sich nach oben durch jede Lagerkappe 61, Lagerschale 62 und Unterteil 10 hindurch erstrecken und mit dem Oberteil 12 verschraubt sind. Wie in F i g. 1 dargestellt, können zwei solcher Verbindungsbolzen 60 bei jeder Lagerkappe 61 Anwendung finden, so daß insgesamt lediglich vier Verbindungsbolzenangüsse im Oberteil 12 um jeden Zylin derhohlraum herum angeordnet werden müssen. Natürlich teilt jeder Zylinderhohliaum ein Paar solcher ba>I-zenaufnehmender Angüsse mit dem benachbarten Zylinderhohlraum, da jede Lagerschale bezüglich der Zylinderhohlräume in Draufsicht versetzt angeordnet ist

Eine Alternative zur Verwendung eines einzigen Paares von Verbindungsbolzen besteht darin, eine Schraubbuchse 63 in das Unterteil 10 einzugießen, die mit die Verbindungsbolzen aufnehmenden Bohrungen an jeder Seite der Lagerkappen 61 ausgefluchtet ist Entsprechende, ausgefluchtete, die Bolzen aufnehmende Bobrungen, welche hier nicht dargestellt sind, können dann insgesamt durch das Oberteil 12 verlaufend ausgebildet werden und ermöglichen die Einführung eines oberen Verbindungsbolzens, der nach unten durch das Oberteil 12 verläuft und in schraubenmäßigen Eingriff mit der Gewindebuchse 63 gelangt. Ein zweiter, axial ausgerichteter Verbindungsbolzen wird nach oben durch eine Bohrung in der Lagerkappe eingeführt und gelangt ebenfalls in gewindemäßigen Eingriff mit einem anderen Teil derselben Gewindebuchse.

F i g. 2 zeigt in Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 lediglich einen einzigen Motorzylinder. Die Vorteile der Erfindung können jedoch auch bei Motoren mit 2,4,5,6 oder einer beliebigen anderen Anzahl von Zylindem ausgenutzt werden. Einander entsprechende Teile sind in Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Neben dem Auslaßventil 42 ist in F i g. 2 ein Einlaßventil 64 dargestellt, welches durch die oben gelegene Nockeriänordnung 40 bciäugi isi. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, schließt die oben gelegene Nockenanordnung 40 eine Nockenwelle 66 ein, die drehbar in Stützstreben 68 gelagert ist. Die Nockenwelle 66 wird synchron mit der Kurbelwelle 4 über einen Antriebs-Gewindezug 70 angetrieben.

Die F i g. 3a und 3b zeigen einen vergrößerten Teilschnitt der Berührungszone zwischen Unterteil 10 und Oberteil 12. Das Unterteil 10 umfaßt eine am Oberteil 12 anliegende Fläche 72, die so angeordnet ist, daß sie an der unteren, radial verlaufenden Fläche 74 des radialen Flansches 16 anliegt und ein am Anschlag angreifendes Mittel bildet, welches am Radialflansch 16 anliegt und eine nach oben gerichtete Kraft liefert, durch die die Zylinderlaufbüchse 14 an ihrem oberen Ende in eine gasundurchlässige Abdichtung mit dem Oberteil 12 gelangt Die Fläche 72 erstreckt sich radial über den Flansch 16 hinaus, und vermittelt weiterhin eine Berührungsfläche für eine Fläche 76 des Oberteils 12. Die Fläche 76 enthält eine Aussparung 78, die so gestaltet ist, daß sie den radialen Flansch 16 aufnimmt, jedoch eine axiale Tiefe hat, welche kleiner als die axiale D^;-mension des Flansches 16 ist, wie am besten aus F i g. 3a hervorgeht Durch diese Ausbildung können die Flächen 72 und 76 durch Betätigung der Verbindungsbolzen 60 in gegenseitigen Kontakt gebracht werden, wobei der Flansch 16 zwischen Ober- und Unterteil eingespannt und die Zylinderlaufbuchse 14 im Zylinderhohlraum axial verriegelt wird. Wie oben bereits festgestellt, kann die gesamte axiale Entfernung zwischen der unteren radialen Fläche 74 des Flansches 16 und der obersten Kante der Zylinderlaufbüchse 14 so ausgebildet werden, daß die oberste Kante der Laufbuchse 14 veranlaßt wird, in Druckkontakt mit der Querwand 18 zu gelangen, wodurch sich eine Metall-Zu-Metall-Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen ergibt Wenn eine axiale Abdichtung dieser Art hergestellt wird, wird die Nachgiebigkeit des axialen Abschnitts der Zylinderlaufbüchse 14 zwischen dem Anschlag 16 und ihrem oberen Rand dazu ausgenutzt, den axialen Abdichtdruck beim Zusammenbau des Motors zu liefern. Auf diese Weise kann die Nachgiebigkeit in gewissem Ausmaß dadurch beeinflußt werden, daß man die axiale Lage des Laufbuchsenanschlages 16 auf einen gewünschten Punkt innerhalb desjenigen Abschnitts des Zylinderhohlraums einstellt, der im Unterteil 10 enthalten ist Der gesamte Kontaktbereich zwischen der oberen, radialen Fläche 80 des Flansches 16 und der entsprechenden Radialfläche 82 der Aussparung 78 ist kleiner als der Kontaktbereich zwischen der inneren, radialen Fläche

74 des Flansches 16 und der oberen Fläche 76 des Unterteils 10.

Die relative Bemessung dieser Kontaktbereiche ist im Hinblick auf die unterschiedlichen Eigenschaften des aus Aluminium gegossenen Unterteils 10 und des aus Eisen gegossenen Oberteils 12 bzw. der ebenfalls aus diesem Material bestehenden Zylinderlaufbüchse 14 verschieden. CIe größere Steifheit von Gußeisen erlaubt einen kleineren Kontaktbereich, während das nachgiebigere Leichtmetall, aus dem das Unterteil 10 besteht, eine größere Berührungsfläche mit dem radialen Flansch 16 erfordert.

Fig.4 zeigt eine besonders bevorzugte Anordnung der Verbindungsmittel für die gegenseitige Verbindung von Ober- und Unterteil. Ein Paar von Bohrungen 90 ist jeweils in Angüssen 92 ausgebildet, die zwischen benachbarten Zylinderhohlräumen liegen. Die Bohrungen 90 nehmen (nicht dargestellte) Verbindungsbolzen auf, die nach unten verlaufen und in Gewindeeingriff mit dem Unterteil 10 gelangen. Wie oben bereits festgestellt, können die Bohrungen 90 mit entsprechenden Bohrungen in den Lagerkappen bzw. Lagerschalen 61, 62 ausgerichtet sein (F i g. 1).

F i g. 5 zeigt eine schaubildliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Unterteil 10, Oberteil 12, ölwanne 86 und Antriebs-Getriebezug 70 zum Antrieb der Nockenanordnung 40 und der Kraftstoffpumpe 54. Wie sich aus Fi g. 5 ergibt, können mehrere Angüsse 92 für Verbindungsbolzen einstückig mit dem Oberteil 12 ausgebildet werden. Diese Angüsse 92 dienen der Aufnahme von Verbindungsbolzen 94, die nach abwärts gerichtet in dem Unterteil 10 eingeschraubt werden. Die Angüsse 92 enthalten Bohrungen 90, die in F i g. 4 dargestellt sind und der Aufnahme der Bolzen 94 dienen. H^verbrennungskammern 96 funktionieren in ähnlicher Weise wie die Kammer 44 in F i g. 1, jedoch ist jede Kammer 96 mit Bezug auf die Vertikale schräg orientiert Die Kraftstoffpumpe 54 ist mit jeder Kammer 96 durch Kraftstoffleitungen 98 verbunden.

Eine wesentliche Betriebseigenschaft des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors liegt darin, daß sein Betriebsgeräusch gegenüber bekannten Motoren erheblich reduziert ist. Das Motorengeräusch wird zum großen Teil bei der Zündung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Motorzylinder erzeugt Die entstehende Schwingungsenergie hat das Bestreben, sich nach unten entlang den Seitenwänden des Motors zum Kurbelwellengehäuse und zur ölwanne 86 (F i g. 1) hin auszubreiten, wobei die beiden letztgenannten Teile dann als Resonator wirken und dafür verantwortlich sind, daß sich Schwingungsenergie im Hörbereich auf die Umgebung überträgt Die erfindungsgemäße Anordnung der Verbindungsstelle zwischen Ober- und Unterteil 12 bzw. 10 hat den Effekt, daß die Ausbreitung der Schwingungsenergie vom oberen Abschnitt jedes Zylinderhohlraums nach unten in das Unterteil 10 und die ölwanne 86 hinein gedämpft wird. Darüber hinaus hat die Anordnung des in der Mitte der Laufbüchse 14 gelegenen Anschlags 16, der bei der dargestellten Ausführungsform als ringsum laufender Flansch oder Bund ausgebildet ist, in der Nähe der Berührungs- oder Verbindungszone von Ober- und Unterteil den Effekt, eine zusätzliche Verstärkung für denjenigen Teil des Motorblocks zu bilden, von welchem sich andernfalls Schwingungsenergie mit hoher Amplitude nach unten ausbreiten würde. Wie am besten in F i g. 3a und 3b dargestellt, ist derjenige Abschnitt des Oberteils 12, der gerade oberhalb der Aussparung 78 liegt, in radialer Richtung erheblich dicker als der restliche Teil der Seitenwand 20 ausgebildet. Dieses verdickte Gebiet bildet eine bandartige Abstützung 85, die um den Mittelteil der Zylinder- laufbuchse 14 herum verläuft. Dieses verdickte Gebiet trägt dazu bei, die Amplitude von Schwingungen zu reduzieren, die sich andernfalls den Seitenwänden des Motorblocks entlang in die ölwanne 86 ausbreiten würden.

ίο Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Verbindungsoder Berührungszone gemäß F i g. 3a und 3b besteht in dem Effekt, den diese Ausbildung auf die durch Kavitation verursachte Erosion bei einer »nassen« Zylinderlaufbüchse hat. Es wurde bereits beobachtet, daß die

ts äußere Oberfläche einer »nassen« Zylinderlaufbuchse im Verlauf der Zeit eine Tendenz zeigt zu erodieren. Bc' dem erfindungsgemäßen Motor ist dieses Phänomen aus folgenden Gründen reduziert: Wenn die Zylinderlaufbuchse Schwirigiingsbcwegungcn unterliegt, tritt das gut bekannte Phänomen der auf Kavitation beruhenden Erosion auf. Dies führt dazu, daß Kohlenstoffatome aus dem Material der Zylinderlaufbüchse abgezogen werden. Im Verlauf der Zeit führt dieser Kohlenstoffentzug zu einem Zusammenbruch des die Zylinder- laufbuchse bildenden Materials. Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist die auf Kavitation beruhende Erosion erheblich reduziert, weil die Abstützung der Laufbüchse im oberen Mittelabschnitt konzentriert ist, wo die größte Schwingungsbewegung der Laufbüchsenwände an sich zu erwarten wäre, wenn die Zylinderlaufbüchse in diesem Bereich unabgestützt wäre.

Ein weiterer, sehr bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Motors ergibt sich aus der kurzen axialen Längsausdehnung des Kühlmittelraums 34.

Durch diese Anordnung sind Gewicht und Größe des Oberteils 12 minimal gehalten, so daß Zusammenbau und Wartung des Motors dadurch erleichtert sind Die kurz ausgebildete Kühlmittelleitung vermindert auch die Gesamtkapazität des Kühlsystems und reduziert das Gewicht, die Gestehungskosten und Energieverluste, die sonst bei der Bereitstellung und dem BeHeb eines größeren Kühlmittelsystems in Kauf genommen werden müßten. Dadurch, daß der Kontakt des Kühlmittels auf die oberen 30% der Zylinderlaufbüchse beschränkt ist, kann der untere Abschnitt der Zylinderlaufbüchse eine höhere Durchschnitts-Betriebstemperatur annehmen, die wiederum veranlaßt, daß eine größere Menge an nutzbarer Energie in den Abgasen ües Motors erhalten werden kann. Diese Eigenschaft des erfindungsge- mäßen Verbrennungsmotors ist insbesondere beim Betrieb eines turbogeladenen Motors wichtig, bei dem die Abgase dazu benutzt werden, einen Turbolader anzutreiben. Je mehr nutzbare Energie in den Abgasen erhalten bleibt, um so größer ist offensichtlich der Wirkungs- grad eines solchen Motors.

Bisher hat man es nicht für möglich gehalten, den Kühlmittelkontakt lediglich auf die oberen 30 bis 40% der Zylinderlaufbuchse zu beschränken, und zwar in der falschen Annahme, daß dadurch übermäßige Betriebs temperaturen entstehen würden. Jedoch haben Versu che an dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit seinen kurzen Kühlmittelräumen ergeben, daß sichere Betriebstemperaturen aufrecht erhalten werden können, und zwar trotz der unüblich kurzen, asialen

Ausdehnung der Kühlmittelleitung 34.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Wirksamkeit sowie durch geringes Gewicht und geringes Betriebsgeräusch

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aus. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für Anwendung bei turbogeladenen Dieselmotoren.

Die Gesamtheit der Vorteile des erfindungsgemäBen Motors resultiert im wesentlichen daraus, daß das Oberteil als einstückige Einheit ausgebildet ist, die einen s Kühlmantel enthält, der sich über einen kürzeren Abschnitt der »nassen« Zylinderlaufbüchse erstreckt, als dies bisher für erforderlich gehalten wurde, um eine ausreichende Kühlung des Motors zu erreichen. Wegen seiner erwähnten, vorteilhaften Eigenschaften eignet to sich der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor insbesondere für Fahrzeuge, welche dem Personentransport auf Straßen dienen. Das niedrige Gewicht, der kompakte Aufbau und das geringe Betriebsgeräusch machen den erfindungagemäßen Motor aber auch in idealer Weise geeignet für andere Anwendung, beispielsweise in Gestalt tragbarer Dieselmotoren, Antriebe für Wasserfahrzeuge sowie andere gewerbliche Verwendungen, bei d?n?r> Tregbarkeit und/oder geringes Retriehsgeräusch erwünscht sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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§i

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem mit dieser Welle verbundenen, zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt hin- und herbeweglichen Kolben, mit wenigstens einem Zylinderhohlraum zur Aufnahme des Kolbens, mit einem einstükkig gegossenen, einen Zylinderkopf und den oberen Bereich des Zylinderhohlraums bildenden Oberteil, mit einem einstückigen, ein Kurbelwellengehäuse und den unteren Bereich des Zylinderhohlraums bildenden Unterteil, mit Verbindungsmitteln zum Verbinden von Oberteil und Unterteil, mit im Zylinderhohlraum angeordneter Zylinderlaufbüchse zum Führen des Kolbens, mit einer Kühlmittelleitung im oberen Bereich des Zylinderhohlraums und mit Abdichtungen für Verbrennungsgas und Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) aus Gvsseisen and das Unterteil (10) aus Leichtmetall besteht,

daß die Kühlmittelleitung (30) von der Innenwand des Oberteils (12) und der Außenseite (32) des oberen Bereiches der Zylinderiaufbüchse (14) begrenzt ist, und daß höchstens 40% der Gesamtlänge der Zylinderlaufbüchse (14) in direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gelangen.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelleitung (30) so ausgebildet i'.t, daß höchstens 30% der Gesamtlänge der Zylinderlaufbuchse (14) in direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gelangen.

3. Verbrennungsmotor n£ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) der Beruhrungszone zwischen dem Oberteil (12) und dem Unterteil (10) vom oberen Rand der Zylinderlaufbüchse (14) weniger als 75% des Abstands (^zwischen dem unteren Totpunkt der Oberseite des Kolbens (6) und dem oberen Rand der Laufbüchse (14) beträgt

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Dämpfen der Schallwellenausbreitung vom Oberteil (12) zum Unterteil (10) und zum Vermindern von Erosionserscheinungen an der Oberfläche zwischen der Laufbüchse (14) und dem Kühlmittel im Bereich der Berührungszone ein ringförmig um die Kühlmittelleitung (30) verlaufendes Verstärkungsband (85) vorgesehen ist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Im Oberteil (12) ist ein in den Zylinderhohlraum führender Lufteinlaßkanal (58) sowie ein Abgaskanal (57) vorgesehen,

am Oberteil (12) ist ein Turbolader (56) befestigt, der einerseits mit dem Abgaskanal (57) und andererseits mit dem Lufteinlaßkanal (58) verbunden ist

6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Zum Halten in einer vorbestimmten Lage im Zylinderhohlraum weist die Zylinderiaufbüchse (14) einen Anschlag (16) auf,

der Anschlag (16) steht im Eingriff mit dem Unterteil