DE3408490A1

DE3408490A1 - Zylinderblock einer wassergekuehlten hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3408490A1
Application number: DE19843408490
Authority: DE
Inventors: Willibald 8000 München Hiemer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-08
Filing date: 1984-03-08
Publication date: 1985-09-12

Description

Zylinderblock einer wassergekühlten Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock einer wassergekühlten Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, daß die im Kraftstoff enthaltene Energie sich im Wärmehaushalt eines Ottomotors wie folgt verteilt (Kraftfahrtechnisches Handbuch der Firma Bosch, 18. Auflage, 1976 "Verbrennungsmotoren", S. 253):

Auspuffgase - 35 %,

Kühlwasser - 20 %,

Strahlung - 20 %,

nutzbare Motorarbeit an der Kurbelwelle - 25

Demnach bildet die durch Kühlung (20 %) und Strahlung (20 %) verlorengehende Wärmeenergie einen wesentlichen Anteil der gesamten Verlustwärme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderblock der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß ein verbesserter Energiehaushalt, d. h. ein höherer thermischer Wirkungsgrad erzielt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der oder jeder Zylinder von einer wärmedämmenden, hülsenförmigen Isolierung umgeben

ist, die sich mindestens über die Länge des Kolbenweges erstreckt.

Bei dem Zylinderblock nach der Erfindung werden dank der die Zylinderbohrung umgebenden Isolierung die Kühlverluste und die Strahlungsverluste zugunsten der nutzbaren Motorarbeit verkleinert. Die Isolierung kann im Falle der Verwendung einer Zylinderlaufbüchse auf deren Außenseite aufgebracht, z. B. gewickelt, und anschließend mit einer aufgeklebten wasser- und wärmedichten Folie gegen den Wasserraum abgedichtet sein. Alternativ kann die Isolierung auch in den Zylinderblock eingegossen sein. Sie muß dann allerdings die Gießtemperatur des Gußeisens aushalten.

Dabei kann die Isolierung so dimensioniert werden, daß die Wassertemperatur des Motors auf den üblichen Werten gehalten werden kann. Wegen der verminderten Wärmeabfuhr der in den Brennräumen erzeugten Wärme wird auch das Kurbelgehäuse wärmer, so daß die Öltemperatur ansteigt. Daraus resultierende Unzuträglichkeiten können durch Verwendung geeigneter Schmieröle,

die auch bei höheren Temperaturen (bis 400° C) noch schmierfähig sind bzw. durch Vorsehen eines Ölkühlers vermieden werden.

Wegen der höheren Temperaturen kann es zweckmäßig sein, die Lauffläche der Zylinderlaufbüchse wie an sich bekannt zu nitrieren, um ausreichende Notlaufeigenschaften für die Kolben sicherzustellen.

Vorteilhaft reicht die Isolierung bis etwas unterhalb der unteren Totpunktstellung des Kolbens und besteht 35aus einer dünnwandigen Schicht aus einem temperaturwechselbeständigen Wärmedämmstoff. Dieser besteht

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vorzugsweise aus keramischen Fasern, wobei das Material so auszuwählen ist, daß es bei Anwendung bei einer Zylinderlaufbuchse Temperaturen bis mindestens 500° C und bei Eingießen der Isolierung in den Zylinderblock die Gießtemperaturen von Gußeisen ohne weiteres aushält.

Im ersten Anwendungsfall, bei welcher die Isolierung auf die Außenwand einer Zylinderlaufbuchse aufgebracht wird, verwendet man eine papierartige Lage aus einem Fasermaterial aus vorzugsweise 40 Teilen Al₂0₃-Fasern, 51 Teilen SiO₂-Fasern, Rest MgO + CaO einer Dicke von z. B. 1,6 mm. Ein solches Material ist unter der Handelsbezeichnung PYROSTOP-Papier 160/870 im Handel erhältlich und wärmebeständig bis 870° C.

Im zweiten Anwendungsfall wird ein Fasermaterial aus vorzugsweise 95 Teilen Al₂O₃-Fasern und 5 Teilen SiO₂-Fasern dicht in einer Büchse aus Stahlblech verwendet. Diese Büchse wird dann in den Zylinderblock mit eingegössen. Das genannte Fasermaterial ist ebenfalls in Dicken von 1 bis 2 mm im Handel unter der Handelsbezeichnung "PYROSTOP-Papier 250/1600" erhältlich und wärmebeständig bis zu Temperaturen von 1600° C.

Der Hauptvorteil des Zylinderblockes nach der Erfindung besteht darin, daß ein wesentlicher Anteil der sonst durch die Wasserkühlung und Strahlung verlorengehenden Wärme der nutzbaren Motorarbeit an der Kurbelwelle zugeführt werden kann. Dies bedeutet gegenüber einem Vergleichsmotor üblicher Bauart einen Zugewinn von Leistung bzw. Energieeinsparung bei gleichbleibender Leistung.

Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich daraus, daß durch die Isolierung neben der Wärmedämmung eine Geräuschdämpfung erreicht wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch den Zylinderblock

einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt durch den Zylinderblock nach Fig. l_r wobei eine Abwandlung dargestellt ist; und

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführung der Erfindung.

Der Zylinderblock 1 einer wassergekühlten Hubkolben-Brennkraftmaschine enthält Zylinderlaufbüchsen 2 aus Stahl, die in üblicher Weise in Bohrungen im Zylinderblock eingepaßt sind. Zwischen den Laufbüchsen 2 und dem Zylinderblock 1 ist ein Wasserraum 3 für Kühlwasser vorgesehen. In der Laufbüchse läuft ein Kolben 4, der in seiner oberen Totpunktlage o. T. ausgezogen und in seiner unteren Totpunktlage u. T. gestrichelt in der Zylinderlaufbüchse 2 angedeutet ist.

Eine Isolierung aus einer wärmedämmenden Schicht 5 umgibt die Außenseite der Zylinderlaufbüchse 2. Die Innenseite der Schicht 5 ist in Kontakt mit der Außenseite der Zylinderlaufbüchse 2, während die Außenseite der Schicht 5 von einer aufgeklebten Aluminiumfolie 15 vor einem Kontakt mit dem im Wasserraum 3 befindlichen Wasser geschützt ist.

Die wärmedämmende Schicht beteht aus einem keramischen Fasermaterial in Form des eingangs erwähnten PYROSTOP-Papiers 160/870, das Temperaturen bis 870° C ohne weiteres auch bei schockartigen Temperaturwechseln

standhält.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 reicht die wärmedämmende Schicht über die ganze Länge der Zylinderlaufbuchse. Da diese jeweils unten und oben Bunde 6,7 aufweist, kann die wärmedämmende Schicht nicht in Form einer vorgefertigten Hülse auf die Zylinderlaufbuchse 2 aufgeschoben werden sondern muß entweder geteilt, gewickelt oder in plastischem oder flüssigem Zustand IQ aufgebracht werden, z. B. durch Spritzen (Spritzasbest).

In fertigem Zustand beträgt die Dicke der Wärmedämmschicht zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm. Für eine solche Wandstärke ist auch bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen heutiger Größe und Bauweise für Kraftfahrzeuge genügend Platz zwischen den Zylindern vorhanden.

Die Ausführungen nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß die isolierende Schicht 5 anstatt über die ganze Lange der Zylinderlaufbuchse im wesentlichen nur bis knapp unter den unteren Totpunkt u. T. des Kolbens 4 reicht. Entsprechend ist der untere Bund 7 der Zylinderlaufbüchse 2 nach oben verlängert, um auch in diesem Fall der wärmeisolierenden Schicht axialen Halt zu geben.

Die Lauffläche 12 der Zylinderlaufbüchse ist durch Badnitrieren gehärtet, um verbesserte Notlaufeigenschäften für den Kolben 4 zu schaffen. Um einer zu hohen Erwärmung des Kurbelgehäuses 11 zu begegnen, kann ein spezielles, auch bei hohen Temperaturen (400° C) seine Schmierfähigkeit behaltendes Spezialöl und/oder ein Ölkühler (nicht gezeigt) Verwendung finden.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Konstruktion eines Zylinderblocks ohne Zylinderlaufbüchse. In diesem Fall ist die wärmedämmende Isolierung 5' in den Zylinderblock den jeweiligen Zylinder ringförmig umgebend eingegossen.

Das Fasermaterial besteht in diesem Fall aus dem eingangs erwähnten "PYROSTOP-Papier 250/1600", das eine Temperatur bis 1600° C auch bei schockartigen Temperaturänderungen standhält, also die Gießtemperatur von Gußeisen ohne weiteres aushält. Um einen Kontakt der Eisenschmelze beim Gießen des Zylinderblockes mit der Isolierung 5' zu vermeiden, ist diese vorher in eine z. B. zweiteilige Blechbüchse 20 aus zwei konzentrischen Blechringen 21,22 mit z. B. durch Schweißen oder Bördeln verbundenen Flanschen 23,24 eingebracht. Der äußere Blechring 21 schützt die Isolierung 5' gleichzeitig vor dem Kontakt mit dem Kühlwasser im Wasserraum 3'.

Die Erfindung ist anhand einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine beschrieben. Selbstverständlich läßt sie sich ir.it gleichen Vorteilen auch bei einer Ein-Zvlinder-Brennkraftmaschine anwenden.

- Leerseite -

Claims

Dr.-Ing. Roland Liesegang Patentanwalt

European Patent Attorney

3408490 Sckellstrasse 1

D-8000 München WILLIBALD HIEMER Telefon (089| 4482496

Hünchen, Bundesrepublik Deutschland !SSSUSS'ä™.».

Telegramme patemus munchen

P 101 12 Postscheck M ünchen 39418-802

Hypobank München 6400194333 Reuschelbank Munchen 2603007

Zylinderblock einer wassergekühlten Hubkolben-Brennkraftmaschine

Patentansprüche

Zylinderblock einer wassergekühlten Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Zylinder von einer wärmedämmenden, hülsenförmigen Isolierung (5,5·) umgeben ist, die sich mindestens über die Länge des Kolbenweges erstreckt.
2. Zylinderblock nach Anspruch 1, bei dem die Kolben in Zylinderlaufbüchsen laufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchse (2) ® auf ihrer Außenseite die Isolierung (5) trägt und die dem Wasserraum (3) zugewandte Oberfläche der Isolierung (5) gegenüber dem Wasserraum (3) abgedichtet ist.
3. Zylinderblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung durch Aufkleben einer wasser- und wärmefesten Folie (15), insbesondere einer Aluminium-Folie, auf den äußeren Umfang der

Isolierung (5) erzielt ist.
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4. Zylinderblock nach Anspruch 1, bei welchem die Kolben in Zylinderbohrungen laufen, welche in den

gegossenen Zylinderblock eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichet, daß die Isolierung (5¹) in die Wand zwischen der Zylinderbohrung (2¹) und dem Wasserraum (3¹) eingegossen ist. 5
5. Zylinderblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (5¹) in einer Büchse (20) aus Stahlblech o. dgl. aufgenommen ist, um sie gegen einen direkten Kontakt mit der Schmelze beim Gießen des Zylinderblocks zu schützen.
6. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (5,5') bis etwas unterhalb der unteren Totpunktstellung (u. T.) des Kolbens (4) reicht.
7. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (5,5') von einer dünnwandigen Schicht aus einem temperaturwechselbeständigen Wärmedämmstoff besteht.
8. Zylinderblock nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5,5') eine Wand- stärke zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm, aufweist.
9. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedämmstoff aus keramischen Fasern besteht.
10.Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Ansprüchen 2 oder 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedämmstoff aus einem Gemisch aus Al₂O₃- und SiO,-Fasern und Bindemittel,

insbesondere aus etwa 40 Teilen Al₂-O₃, 51 Teilen SiO₂ und 9 Teilen (MgO + CaO) hergestellt ist.
11.Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Ansprüchen 4 oder 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedämmstoff aus einem Gemisch aus Al₂-Fasern und einem geringen Anteil an Bindemittel, insbesondere aus 95 Teilen Al₂O₃ und 5 Teilen SiO₂, hergestellt ist.
12.Zylinderblock nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (12) der Zylinderlaufbüchse (2) durch Badnitrieren gehärtet ist.
13.Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ölkühler vorgesehen ist.