DE3314543A1

DE3314543A1 - Gemeinsame innen- und aussenkuehlung einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3314543A1
Application number: DE19833314543
Authority: DE
Inventors: Ludwig Ing.(grad.) 8543 Hilpoltstein Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE3314543C2

Description

T I T E L : Gemeinsame Innen- und Außenkühlung
einer Brennkraftmaschine Eine gemeinsame Innen- und Außenkühlung einer Brennkraftmaschine ist im allgemeinen dadurch gegeben, daß im Zylinderinneren ö1 gegen die Zylinderwand gespritzt wird,und außen um den Zylinder herum entweder Kühlrippen für eine unmittelbare Luftkühlung oder ein Wassermantel für eine mittelbare Kühlung vorgesehen sind.
Im Sinne einer besseren ökonomischen Ausnutzung der Kraftstoff-und Luftwärme ist es nun, nur die Stellen zu kühlen, an denen sich ein ölfilm halten muß, um den Kolben die nötige Gleit- und Gasabdichtfunktion zu geben, die für einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine crfordcrlich ist. Dies bedeutet, daß eigentlich nur die innere Zylinderfläche gekühlt werden muß, und nur da, wo die innere Fläche vom Spritzöl nicht erreicht werden kann, eine Außenkühlung erforderlich ist, die soviel Wärme aus der Zylinderwand abzieht, daß der ölfilm an der Zylinderwand nicht überhitzt wird. Im weiteren ist erforderlich, daß möglichst wenig Wärme aus dem heißen Zylinderkopf in den Zylinder fließt, und ebenso die Gaswärme aus der Brennzone vom Zylinder ferngehalten wird.
In der vorgeschlagenen Anordnung werden die vorstehenden Anforderungen dadurch erfüllt, daß im größten Teil des Zylinders überhaupt keine Außenkühlung vorgesehen ist, sondern die Kühlung der Kolbengleitbahn im Zylinder von einem ölspritzer übernommen wird, der entweder die Wand unmittelbar bespült und abkühlt oder mittelbar über den angespritzten Gleitschuh des Kolbens die Wärme aus der Gleitfläche des Zylinders abführt. Zu diesem Zweck wird ein geteilter Kolben verwendet, dessen gleitender Teil als Gleitschuh mit Prallflächen für den strahl, aus wärmeleitendem Material ausgeführt ist, und dessen der Brennraumwärme ausgesetztes Oberteil in Form und Material möglichst wenig wärmeleitend ausgeführt ist. D. h., er besteht aus einer Eisenlegierung und hat nur einen schmalen Verbindungssteg zwischen dem Kolbenboden und dem an der Zylinderfläche gleitenden Dichtmantel. Die übliche Verbindung zwischen Kolbenbrennraum und den Kolbenringen ist im ganzen Umfang entfernt.
Die vom ölspritzer und somit von der inneren Kühlung nicht erreichbare Zylinderfläche am oberen Teil des Zylinders ist dadurch möglichst klein gehalten, daß die Höhe des Dichtmantels verkürzt wird, indem der Wärmeausdehnungsunterschied zwischen Zylinder und Kolben durch Material und Gestaltung des Kolbenoberteils reduziert wird. Der kleine Dehnspalt zwischen Kolben und Zylinder erlaubt es, weniger Kolbenringe und eine kleinere Dichtmantelhöhe vorzusehen. Aus diesem Grund ist vorliegendes Kühl system mit dem an sich bekannten Stahlgelenkkolben kombiniert.
Mit dieser Anordnung kann die Zylinderwand in ihrem obersten Teil, wo sie am heißesten ist, wirkungsvoll von außen gekühlt werden.
Der Wärmefluß vom Zylinderkopf in den Zylinder ist ebenfalls dadurch verhindert, daß um die Berührungsfläche des Zylinders mit dem Zylinderkopf ein Kühlmantel vorhanden ist, der das Zylinderkopfmaterial an dieser Stelle wirksam abkühlt.
Der restliche Ausgleich zwischen der Zylinder- und Zylinderkopftemperatur wird durch den unmittelbaren Kontakt erreicht, indem die übliche Zylinderkopfdichtung nicht mehr vorgesehen ist. Dies ist besonders dadurch möglich, daß als Kühlmittel für die Außenkühlung das gleiche Motorenöl wie für die Innenkühlung verwendet wird. Kühlöl statt Kühlwasser hat zwar geringere spezifische Wärme, dafür aber einen höheren Siedepunkt und ist nicht gefährdet durch kleine Gasleckagen aus dem Brennraum.
Durch diese ganze Anordnung ist erreicht, daß an den Stellen, die bisher durch die Dichtplatte von Kopf und Zylinder nicht gekühlt wurden, besonders gut gekühlt wird und an jenen Stellen des Zylinders, die bisher zuviel gekühlt wurden, nämlich der ganze untere Bereich des Zylinders, jetzt weniger gekühlt wird und dafür die innere Olanspritzung ausreicht.
Aus der Beziehung Kühlung gleich Aufheizung ergibt sich die Verbindung der Kühlanlage zum Verbrennungsverfahren. Für die vorliegende Kühlungsart wird ein Brennverfahren empfohlen, bei dem die Brennzone in die Mitte des Brennraums verlagert wird, so daß zwischen Brennzone und Brennraumwand ein nicht an der Verbrennung teilnehmender Luftmantel rotieren kann. Dadurch wird die anfallende Kühlwärme entscheidend reduziert.
Bildbeschreibung Fig. 1 zeigt einen Zylinder (1) mit dem Kolben (2) und dem Kolbengleitschuh (3). -An diesem Gleitschuh sind Prallflächen (4) zur Ablenkung des Ölstrahls (5) vorgesehen. Mit diesem strahl (5) wird die Wärme aus der Gleitfläche (6) am Zylinder (1) nach innen abgeführt. Die vom Ölstrahl erreichbare Fläche reicht bis zu dem vom Kolbenmantel (7) in der oberen Totpunktstellung abgedeckten Teil (8) der Gleitfläche (6). Dieservominneren Kühlölstrahl nicht erreichbare Teil der Gleitfläche wird von einem äußeren mantel (9) abgekühlt. Um den Wärmefluß vom Brennraum (10) in die Gleitfläche (8) zu verringern, ist vor dem Dichtmantel (7) ein Engpaß (11) als einzige Verbindung zwischen Brennraum (10) und Dichtmantel (7) vorgesehen. Der über diesen Engpaß (11) gehende Wärmefluß ist so gering, daß die oberhalbderKolbenringe (12) vorgesehene Dichtmantelfläche (13) so eng an dem Zylinder (1) anliegen kann, daß sie zum Abkühlen des Zylindergleitbahnabschnittes (8) herangezogen werden kann. Durch die Bewegung des Kolbens (2) vom oberen zum unteren Totpunkt wird über diese Dichtmantel-Gleitbahn Wärme aus dem oberen Zylinderteil (8) in den unteren Zylinderteil überführt. Der Wärmefluß aus dem Zylinderkopf (14) in den Zylinder (1) ist dadurch reduziert, daß der äußere Kühlmantel (9) etwa so hoch in den Zylinderkopf (14) eintaucht, wie die Höhe der Ventilsitzringe (15) beträgt. Mit dieser durch den Kühlmantel (9) abgekühlten Fläche (8) sitzt der Zylinderkopf (14) unmittelbar (ohne Zylinderkopfdichtung) auf dem Zylinder (1) auf, so daß auch dadurch ein Wärmeausgleich zwischen Zylinderkopf (14) und Zylinder (1) erfolgen kann.
Mit der Länge a) ist die Strecke bezeichnet, die für die Zylinderaußenkühlung vorgesehen ist.
Die Länge a) richtet sich nach der Höhe des Dichtmantels (8) am Kolben (2). Sie kann also umso kürzer sein, je niedriger der Dichtmantel (8) ausgeführt ist. Bevorzugt wird dies mit dem sogenannten Stahlgelenkkolben (2) erreicht, bei dem die Verbindung zum Gleitschuh (3) unterbrochen ist. Die Länge b) bezeichnet die vom blstrahl (5) des Olspritzers (17) erreichte innere Kühllänge, a) und b) zusammen ergeben also die Länge 1 des Zylinders (1). Die Strecke c) bezeichnet die Länge, mit der der äußere mantel (9) in dem Zylinderkopf (14) fortgesetzt wird.
Fig. 2 An den Stellen, an denen die Zylinder (1) zusammengegossen sind (Fig. 2), ist eine Einfräsung (16) im Zylinderkopf (14) vorgesehen, die etwa der Strecke c) entspricht.
Als Kühlmantel wird bei der vorgesehenen Anordnung auch für die Außenkühlung Öl als Kühlmittel vorgesehen, das sich über den Rücklauf (18) in Fig. 1) an der Einspritzdüse (19) vorbei im gemeinsamen Olsumpf (20) mit dem Schmieröl vereint. Von dort wird es über die Pumpe (21) dem ölkühler (22) zugeführt.
Als Material für den Zylinder (1), das Kolbenoberteil (2) und den Zylinderkopf (14) werden Grauguß oder andere Eisenlegierungen bevorzugt, die weniger Wärme als Aluminium leiten. Nur für den Gleitschuh (3), auf dessen Prallflächen (4) der Olstrahl (5) auftrifft, ist wärmeleitendes Aluminium vorteilhaft, weil der Wärmefluß nicht mehr wie bisher üblich vom Kolben (2) an den Zylinder (1) geht, sondern von der Zylindergleitfläche (6) an den ölgekühlten Gleitschuh (3).
Um die abzuführende Kühlmittelwärme so gering zu halten, daß die innere Ölspritzkühlung, verbunden mit einer kleinen äußeren kühlung auch für hohe Zylinderleistungen genügt, ist ein Brennverfahren vorgesehen, dessen heiße Brennzone (23) durch einen umlaufenden Kaltluftmantel (24) von der Brennraumwand (10) isoliert ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkühlung (Länge a) so weit in den Zylinder hineinragt, bis die Innenkühlung (Länge b) durch ölspritzer beginnt.
2. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang vom Zylinderkopf an den Zylinder dadurch reduziert wird, daß,die Außenkühlung bis über die Ventilsitze hinaus im Zylinderkopf fortgesetzt wird (Strecke c).
3. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zylindern im Zylinderkopf Schlitze angebracht sind, die ebenfalls bis über die Ventilsitze tief eingefräst sind.
4. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme kontakt zwecks Temperaturausgleich zwischen Zylinderkopf und Zylinder im Bereich der Gasabdichtfläche unmittelbar, d. h. ohne Zylinderkopfdichtung,ausgeführt ist.
5. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Außenkühlung dadurch möglichst kurz gehalten werden kann, daß ein zweigeteilter Stahlgelenkkolben verwendet wird, bei dem der Dichtmantel, und somit die Strecke a), die kürzest mögliche Länge aufweist.
6. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Außenkühlung mit öl als Kühlmittel arbeitet.
7. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Gleitschuh des Stahlgelenkkolbens Ablenkflächen für den Strahl vorgesehen sind, die das öl des ölspritzers an die freie Fläche des Zylinders verteilen, die zwischen dem Kolbendichtmantel und dem separaten Gleitschuh gegeben ist.
8. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vom blspritzer gekühlte Gleitschuh gut wärmeleitende Eigenschaften in Form und Material besitzt und somit dazu beiträgt, daß möglichst viel Wärme aus der Zylindergleitfläche in das Spritzöl abgeführt wird.
9. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenoberteil in an sich bekannter Weise in Material und Form so ausgeführt ist, daß möglichst wenig Wärme aus dem Brennraum an die Zylinderwand geleitet wird.
10. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und äußere kühlung an einer Brennkraftmaschine mit wärmedichtem Brennverfahren ausgeführt sind.
11. Gemeinsame Innen- und Außenkühlung des Zylinders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ölwärme der inneren Kühlung und der äußeren Kühlung mit der ölwärme des Schmierkreislaufes zusammengeführt und durch einen ölkühler auf die erforderliche Betriebstemperatur abgekühlt wird.