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Luftgekühlte Brennkraftmaschine
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Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Brennkraftmaschine
mit mindestens einem Zylinder, der zumindest ein Zylinderrohr und einen Zylinderkopf
aufweist, wobei am zylinderkopfseitigen Ende des Zylinderrohres ein ringartiges
Versteifungsteil vorgesehen ist.
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Bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen sind die Zylinderrohre zumeist
freistehend im Raum angeordnet. Dabei ist das Zylinderrohr in seinem unteren Teil
aus Formstabilitätsgründen dicker ausgeführt. Das Zylinderrohr ist somit folglich
den im Inneren herrschenden Gaskräften und den Wärmespannungen ohne irgendwelche
Abstützungen durch das Kurbelgehäuse ausgesetzt. Es besteht insbesondere die Gefahr,
daß sich das Zylinderrohr wegen der unterschiedlichen Temperaturverteilung tulpenförmig
aufbläht, was zum sogenannten wRolbenfressenw führen kann. Auch müssen die Verformungen
des Zylinderkopfes von dem Zylinderrohr aufgenommen werden. Durch die Summe dieser
Aufgaben ist es nötig, luftgekühlte Zylinderrohre massiver bzw. dicker als wassergekühlte
Zylinderrohre, die sich am Kurbelgehäuse abstützen, auszuführen. Aus Gründen der
Brennstoffeinsparung ist man jedoch stets bestrebt, Brennkraftmaschinen, insbesondere
für den Fahrzeugbetrieb, so leicht als möglich zu fertigen.
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Aus der DE-PS 722 483 ist bereits eine Vorrichtung zur Versteifung
des Zylinderrohres bekannt. Dort soll insbesondere die Verformung des Zylinderrohres
vermieden werden. Um dies sicher zu erreichen, ist einerseits der Zylinderkopf auf
das Zylinderrohr aufgeschraubt, und andererseits ein zusätzlicher verspannender
Ring auf Zylinderkopf und -rohr aufgesetzt. Als nachteilig hat sich bei dieser Anordnung
erwiesen, daß der Zylinderkopf nicht mehr einzeln vom Zylinderrohr gelöst werden
kann und daß so auch keine Möglichkeit geschaffen wird, mehrere Zylinder als Zylinderverbund
zusammenzufassen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, die vorstehenden
Nachteile zu vermeiden, indem eine Abstützung der Zylinderrohre einer luftgekühlten
Brennkraftmaschine vorgeschlagen wird, ohne daß der Zylinderkopf ortsfest mit dem
Zylinderrohr verbunden ist, und die Möglichkeit des Verbundes mehrerer Zylinderrohre
erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird an einer luftgekühlten Brennkraftmaschine der in
Rede stehenden Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
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Erfindungsgemäß wird mithilfe eines Verstärkungsteils, welches auf
das obere Teil des Zylinderrohres aufgesetzt ist, die Versteifung des gesamten Zylinderrohres
erreicht.
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Dabei ist das Verstärkungsteil mit leichtem Preßsitz oder auch Schiebesitz
mit seiner Bohrung auf das Zylinderrohr bündig aufgeschoben. Im Betrieb wird die
Brennkraftmaschine heiß, wobei sich das Verstärkungsteil nicht so stark erwärmt
wie das Zylinderrohr und deswegen infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung dasselbe
abstützt. Dabei kann das Verstärkungsteil als Ring oder als irgendwie geformte Platte
ausgebildet sein.
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Von besonderem Interesse ist die Ausbildung nach Unteranspruch 4,
wo mehrere Zylinderrohre durch eine gemeinsame Platte mit entsprechenden Bohrungen
zu einem Zylinderrohrverbund zusammengeschlossen sind. Diese Anordnung ist besonders
vorteilhaft, weil die Zylinder rohre sich gegenseitig abstützen, Relativbewegungen
zueinander praktisch ausgeschlossen sind und so nur noch der gesamte Verbund sich
in einer Richtung ausdehnen kann.
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Die Wirkung einer derartigen Abstützung wird umso größer, je höher
der Temperaturunterschied zwischen Zylinderrohr und abstützendem Verstärkungsteil
ist. Daher liegt der Gedanke nahe, das Verstärkungsteil mit einer integrierten Kühlung
zu versehen. Dies ist besonders wichtig, wenn die Platte nicht aus Grauguß, nach
Unteranspruch 5, sondern aus Aluminium, welches eine größere Wärmedehnungszahl als
Grauguß aufweist, gemäß Unteranspruch 6, gefertigt ist. In den weiteren Unteransprüchen
sind besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlmittelführung in der Platte
bzw.
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dem Ring beschrieben.
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Die in dem Verstärkungsteil vorgesehenen Kühlmittelkanäle oder Hohlräume
sind durch nachträgliches Bearbeiten, beispielsweise durch Bohren, oder auch bereits
in der Herstellung durch gießtechnische Maßnahmen gefertigt. Dabei ist es sinnvoll
die Kühlmittelkanäle möglichst dicht an die Oberfläche des Zylinderrohres heranzurücken,
wobei die Kühlmittelkanäle rings um das Zylinderrohr angeordnet sind, denn so wird
die größte Kühlwirkung erzielt. Es wäre dadurch sogar eine besondere Kühlung des
obersten Kolbenlaufbereiches denkbar. Der Kühlmittelkreislauf kann prinzipiell jede
sinnvolle Schaltungsvariante umfassen; die Erfindung ist bei der Verwendung einer
Platte für eine
ganze Zylinderreihe als Versteifungsteil besonders
vorteilhaft, wenn alle Zylinder dieser Reihe von einer Zu-und einer Abflußbohrung
versorgt werden. Der Kühlmittelkreislauf eignet sich erfindungsgemäß auch zum Anschluß
an eine andere bereits existierende Kühlflüssigkeitsversorgung; beispielsweise an
die Zylinderkopfkühlung mit Wasser oder an den Motorölkreislauf bei sonst luftgekühlter
oder auch weitestgehend ölgekühlter Brennkraftmaschine.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen,
in der drei ausgewählte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Es
zeigt: Fig. 1 ein luftgekühltes Zylinderrohr mit einer massiven Platte im Längsschnitt;
Fig. 2 einen luftgekühlten Zylinderrohrverbund mit einer flüssigkeitsgekühlten Platte
im Längsschnitt; Fig. 3 ein luftgekühltes Zylinder rohr mit einer flüssigkeitsgekühlten,
lamellenartig aufgebauten Platte und einem Zylinderkopf im Längsschnitt.
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In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer massiven
Platte (2) dargestellt. An einem luftgekühlten Zylinder rohr 1 sind Kühlrippen 3
auf den Umfang verteilt angeordnet. Am zylinderkopfseitigen Ende des Zylinderrohres
1 ist die Platte 2 in einem Bereich des Zylinderrohres, der keine Kühlrippen aufweist,
vorgesehen.
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Die Platte 2 sitzt mit einer Bohrung auf dem Zylinderrohr 1 und drückt
dieses radial zusammen, bzw. verhindert die radiale Aufweitung desselben. Dabei
ist die Platte 2 mit Schiebesitz oder leichtem Preßsitz auf dem Zylinderrohr 1 montiert.
Ein nicht dargestellter Zylinderkopf ist mit Zylinderkopfschrauben an das Kurbelgehäuse
bzw. an das Zylinderrohr 1 geschraubt.
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Im Betrieb erwärmt sich die Platte 2 weniger stark als das Zylinderrohr
1. Da die entstehenden Wärmedehnungen infolgedessen in der Platte 2 geringer sind
als im Zylinderrohr 1, erhöht sich die radiale Pressung der Platte 2 auf das Zylinderrohr
1. Luftgekühlte Brennkraftmaschinen neigen wegen ihrer, über den Zylinderrohrumfang
betrachtet, meist nicht vollständig gleichmäßigen Kühlung zum Verzug der Zylinderrohre.
Die erfindungsgemäße Platte 2 versteift im Betrieb durch ihre radiale Pressung das
Zylinderrohr 1, wobei insbesondere das tulpenförmige Aufblähen des Zylinderrohres
1 wirkungsvoll verringert wird, und ermöglicht so eine dünnwandige Ausführung des
Zylinderrohres 1. Dabei hat sich gezeigt, daß Werte der Zylinderrohrwanddicke 7
von 6 - 8 % des Zylinderrohrinnendurchmessers erreichbar sind. Dies entspricht in
etwa den Werten von üblichen wassergekühlten Brennkraftmaschinen, während heutige
luftgekühlte brennkraftmaschinen zumeist zwischen 10 - 12 % des Zylinderrohrinnendurchmessers
als Zylinderrohrwanddicke 7 benötigen.
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Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbund aus mehreren Zylinderrohren,
hier zwei. Die stützende Platte 2 weist Bohrungen auf, in die die Zylinderrohre
1 eingesetzt sind.
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Die Platte ist dabei im weiteren noch mit Kühlmittelkanälen 4 versehen.
Dadurch, daß die Platte 2 mehrere Zylinderrohre 1 an ihrem oberen Ende gleichzeitig
abstützt, können sich die Zylinderrohre nicht mehr einzeln verziehen. De facto bedeutet
dies, daß sich die Zylinderrohre 1 gegenseitig abstützen. Ein Verzug der Zylinderrohre
ist nur noch im gesamten Verbund, d. h. praktisch für alle Zylinderrohre 1 in eine
Richtung oder auf eine Art und Weise gleichzeitig möglich.
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Die Zylinderrohre 1 sind nach wie vor durch Kühlrippen 3 und Kühlluft
luftgekühlt. Damit die stützende Platte 2 zur sicheren Abstützung in vorteilhafter
Weise kühler als die Zylinderrohre 1 selbst gehalten wir« stromt Kühlmittel durch
die Kühlmittelkanäle 4. Dadurch ist sichergestellt, daß die Platte 2 eine geringere
Wärmedehnung als die Zylinderrohre 1 aufweist. Durch diese Maßnahme stützt die Platte
2 die Zylinder rohre besonders wirksam an deren oberem Ende ab. Auch kann so die
oberste Zone des Zylinderrohres besonders intensiv gekühlt werden.
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In Fig. 3 ist eine Anordnung ähnlich der in Fig. 1 gezeigt. Hier besteht
die Platte 2 jedoch nicht aus einem Massivkörper, sondern ist lamellenartig aus
mehreren Stahlplattenschichten aufgebaut. Zwischen diesen Stahllamellen befinden
sich nach außen dichte Kühlmittelkanäle 4. Derartige Kühlmittelkanäle bzw. Hohlräume
4 sind besonders einfach, d. h. billig herzustellen. Die Kühlung der Stahllamellen
ist außerdem noch besonders wirkungsvoll, wodurch die Abstützwirkung der Platte
2 erhöht wird.
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Die Platte 2 ist mit ihrem oberen Ende fluchtend an das Zylinderrohr
1 aufgesetzt, so daß sie zusammen mit diesem und einer Zylinderkopfdichtung 6 den
Brennraum nach außen hin abdichtet. Der Zylinderkopf 5 ist von oben auf die Zylinderkopfdichtung
6 aufgesetzt und mittels Zylinderkopfschrauben, welche nicht dargestellt sind, an
das Zylinderrohr 1 bzw. an das Kurbelgehäuse angeschraubt.
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Bei der Flüssigkeitskühlung der Platte ist besonders an den Motorölkreislauf
der Brennkraftmaschine gedacht.
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Motoröl stellt für luftgekühlte Brennkraftmaschinen eine besonders
günstige Variante dar, da dieses bei derartigen Brennkraftmaschinen ohnehin vorhanden
ist und lediglich
zur Kühlung verwendet zu werden braucht. Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlmittelkanäle schließt jedoch nicht die Verwendung
von Wasser als Kühlmittel aus.
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