DE3613099A1 - Verfahren zur waermeisolierung der zylinderwaende eines wassergekuehlten zylinderblocks einer hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärme­ isolierung der Zylinderwände eines wassergekühlten Zylinder­ blocks einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Brennkraftmaschinen mit Aufladung können häufig nicht bis zu ihrer Leistungsgrenze aufgeladen werden, da mit steigen­ dem Ladedruck der Zündzeitpunkt immer weiter zurückge­ nommen, d.h. auf Frühzündung verstellt werden muß, um einen klingelfreien Betrieb zu ermöglichen. Ab etwa 12° Vorzündung kommt es jedoch zu Aussetzern, da die Ladung nicht mehr einwandfrei verbrennt.

Eine Verringerung der Klopfempfindlichkeit kann bei ge­ gebener Motorgeometrie (Verdichtung, Brennraumform etc.) nur durch bessere Kraftstoffqualität, d.h. höhere Octan­ zahl, oder durch niedrigere Kühlwassertemperaturen er­ reicht werden. Ausschlaggebend ist dabei die Kühlwasser­ temperatur im Zylinderkopf. Da aus Kostengründen im all­ gemeinen ein gemeinsamer Kühlwasserkreislauf für den Zylinderblock und den Zylinderkopf vorgesehen ist, be­ wirkt eine Absenkung der Kühlwassertemperatur durch Er­ höhung der Kühlwasser-Durchflußmenge nicht nur eine Ver­ ringerung der Zylinderkopftemperatur, sondern auch eine Absenkung der Temperatur des Zylinderblocks, insbesondere dann, wenn das kalte Wasser zuerst in den Zylinderblock eintritt. Dies hat zur Folge, daß die höher siedenden Anteile im Kraftstoff an den Zylinderwänden kondensieren und das Motoröl so stark verdünnen, daß es zu einem Öldruckabfall und zu Motorschäden kommt. Die Ölver­ dünnung und die Ölwaschung durch das Kondensat kann bei kaltgefahrenen Brennkraftmaschinen zu Kolbenfressern insbesondere in dem ersten, dem Wassereintritt benach­ barten Zylinder führen.

Es ist bereits bekannt (DE-OS 34 08 490), die Zylinder mit einer wärmedämmenden Isolierung zu umgeben. Diese Isolierung besteht hierbei aus einem Wärmedämmstoff aus keramischen Fasern in Form einer papierartigen Lage, die auf die Außenwand einer Zylinderlaufbüchse aufgebracht und durch eine Aluminiumfolie gegenüber dem Wasserraum abgedichtet ist. Alternativ wird das Faser­ material in eine Büchse aus Stahlblech eingefüllt, die in den Zylinderblock eingegossen wird. Beide Verfahren sind in der Praxis nicht zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem auf äußerst einfache Weise eine gezielte Wärme­ isolierung der Zylinderwände erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung verwendet das Prinzip der sogenannten Wirbel­ sinterbeschichtung und ermöglicht es, bei dem fertig ge­ gossenen Zylinderblock, gleichgültig ob mit oder ohne Zylinderlaufbüchsen, durch entsprechende Aufheizung der Zylinderwände eine derartige wärmeisolierende Beschich­ tung auf den vom Kühlwasser umspülten Flächen der Zylin­ derwände aufzubringen, daß die Temperatur der Zylinder­ laufflächen trotz intensiver Kühlung des Zylinderkopfes auf einem Wert gehalten wird, bei dem ein Kondensieren der höhersiedenden Kraftstoffanteile mit seinen nach­ teiligen Folgen nicht eintritt. Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für jeden Zylinder eines Mehrzylinderblocks auf einfache Weise eine unterschiedlich dicke Wärmeisolierschicht vorgesehen werden, indem eine unterschiedliche Aufheizung der Zylinderwände vorgenommen wird, da die Dicke der Beschichtung unter anderem von der Temperatur abhängig ist. Auf diese Weise ist es möglich, bei einem in Längsrichtung von Kühlwasser durchströmten Zylinderblock die Beschichtungsdicke der jeweiligen Kühlwassertemperatur anzupassen, also für den dem Kühlwassereintritt benachbarten Zylinder eine dickere Beschichtung vorzusehen als für die in Strömungs­ richtung folgenden Zylinder. Auf diese Weise wird eine Vergleichmäßigung der Temperaturen der Zylinderlauffläche erreicht.

Es ist auch möglich, die Dicke der Beschichtung über den Umfang der Zylinderwände unterschiedlich auszuführen, indem die Zylinderwände über ihren Umfang unterschied­ lich aufgeheizt werden. Dies ist zum Beispiel dann von Vorteil, wenn das Einströmen des kalten Kühlwassers auf einer Seite der Zylinderwände erfolgt und diese Seite dadurch stärker gekühlt würde als die andere Seite. Durch die Vergleichmäßigung der Temperatur der Zylinderlauf­ flächen über ihren Umfang wird der thermische Verzug der Zylinder verringert. Schließlich können mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren die einzelnen Zylinderwände über ihre Länge mit einer unterschiedlich dicken Beschichtung versehen werden, indem eine entsprechend unterschiedliche Aufheizung der Zylinderwände durchgeführt wird. So kann es erwünscht sein, daß die Zylinderwände in ihrem an den Zylinderkopf anschließenden Bereich im Betrieb eine höhere Temperatur haben sollen, als in ihrem dem Kurbelgehäuse benachbarten Bereich.

Die Aufheizung der Zylinderwände erfolgt vorzugsweise auf induktivem Wege, da hierdurch auf einfache Weise eine ge­ zielte und gesteuerte Aufheizung erreicht werden kann.

Als Kunststoffmaterial eignet sich beispielsweise ein Epoxidharz, das in Pulverform in die Kühlwasserräume ein­ geblasen wird und auf den vorzugsweise induktiv er­ hitzten Außenflächen der Zylinderwände eine Beschichtung bildet, deren Dicke von der Temperatur der Zylinderwände abhängt und somit nach Belieben gesteuert werden kann.

Versuche haben ergeben, daß eine Schichtdicke von 0,3 mm einen Anstieg der Temperatur der Zylinderlauffläche von etwa 10°C erbringt. Die entsprechend verringerte Zylinder­ kopftemperatur ergibt einen Zündwinkelgewinn von etwa 2°C.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Zylinderblocks in An­ sicht von unten, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1.

Der in den Zeichungen dargestellte Zylinderblock weist eine Außenwand 1 und eingegossene Zylinderlaufbüchsen 2, 3, 4 und 5 auf. Die Außenwände der Zylinderlaufbüchsen begrenzen mit den Innenwänden 6 der Außenwand 1 einen Kühlflüssigkeitsraum 7, dem durch eine Eintrittsöffnung 8 Kühlwasser zugeführt wird und aus dem das Kühlwasser durch Öffnungen 9 im Deck 10 in den nicht dargestellten Zylinderkopf strömen kann.

Die Zylinderlaufbüchsen 2, 3, 4 und 5 sind auf ihrer Außen­ fläche mit einer wärmeisolierenden Beschichtung 11, 12, 13 bzw. 14 versehen, deren Dicke in den Zeichnungen aus Gründen der Klarheit beträchtlich vergrößert darge­ stellt ist. Tatsächlich beträgt die Schichtdicke nur wenige Zehntel Millimeter.

Die wärmeisolierende Beschichtung wird dadurch aufge­ bracht, daß die Zylinderlaufbüchsen 2-5 durch die ge­ strichelt angedeuteten zylinderförmigen Induktionsheiz­ elemente 15 erwärmt werden und daß durch die Eintritts­ öffnung 8 ein aushärtbares, wärmeisolierendes Kunst­ stoffmaterial in Staubform eingeblasen wird, das sich auf den Außenflächen der erhitzten Zylinderlaufbüchsen 2-5 niederschlägt und aushärtet. Die Schichtdicke hängt dabei von der Verweilzeit des Kunststoffes, also bei einem durchlaufenden Verfahren von der Dauer der Zufüh­ rung des Kunststoffes, und von der Temperatur ab. Durch eine entsprechende Anordnung und Temperatursteuerung der Induktionsheizelemente 15 läßt sich nun eine ge­ zielte Beschichtung auf den einzelnen Zylinderlauf­ büchsen erzielen, mit der jede gewünschte Temperatur der Laufflächen der Zylinderlaufbüchsen erreicht werden kann.

Durch die Längsdurchströmung des Hohlraumes 7 mit Kühl­ wasser ergibt sich zwangsläufig, daß die erste Laufbüchse 2 stärker gekühlt wird als die folgenden. Dieser Umstand läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht dadurch kompensieren, daß die Beschichtung der einzelnen Laufbüchsen entsprechend dem Temperaturgratienten zwischen dem ersten und dem letzten Zylinder unterschiedlich aus­ geführt wird, also die Zylinderlaufbüchse 2 eine dickere Beschichtung erhält als die letzte Zylinderlaufbüchse 5. Zusätzlich läßt sich durch exzentrische Anordnung der Induktionsheizelemente 15 eine unterschiedliche Beschich­ tung über den Umfang der Laufbüchsen erreichen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Dicke der Beschichtung 11 der Zylinderlaufbüchse 2 über den Umfang so gewählt, daß sie in dem Bereich, der mehr oder weniger direkt von dem durch die Eintrittsöffnung 8 einströmenden kalten Wasser beaufschlagt wird, am größten ist und in den Be­ reichen, in denen das Kühlwasser nicht mehr so kalt ist, geringer ist. In entsprechender Weise sind die Dicken der Beschichtungen 12, 13 und 14 der anderen Laufbüchsen 3, 4 und 5 in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kühlwassers an der betreffenden Stelle gewählt. Auf diese Weise ge­ lingt eine Vergleichmäßigung der Temperatur der Lauf­ flächen der Zylinderlaufbüchsen 2-5 sowohl über ihren Umfang, wodurch die thermischen Verzüge verringert werden, als auch untereinander, wodurch die thermischen Ver­ hältnisse aller Zylinder im wesentlichen gleich sind.

Es ist auch möglich, die Beschichtung der Zylinderlauf­ büchse über ihre Länge unterschiedlich auszuführen. So ist in Fig. 2 dargestellt, daß die Beschichtung 11 der Zylinderlaufbüchse 2 in ihrem oberen, dem Zylinderkopf benachbarten Bereich am dünnsten ist und sich zum unteren Ende hin kontinuierlich verdickt, um in dem dem Kurbel­ gehäuse benachbarten Bereich eine dickere Wärmeisolierung und eine entsprechend verringerte Kühlung durch das den Hohlraum 7 durchströmende Kühlwasser zu erreichen.

Als Beschichtungsmaterial hat sich Epoxidharz als brauch­ bar erwiesen, das in Pulverform durch die Eintritts­ öffnung in den Hohlraum 7 eingeblasen wird und aus diesem durch die Austrittsöffnungen 9 abgeführt wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich auch für Zylinder­ blöcke geeignet, die keine Laufbüchsen enthalten, sondern bei denen die Zylinder einstückig mit dem übrigen Teil des Zylinderblocks sind. Das erfindungsgemäße Ver­ fahren wird bei einem derartigen Block auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben durchgeführt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Wärmeisolierung der Zylinderwände eines wassergekühlten Zylinderblocks einer Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine, mit einem die Zylinderbohrungen um­ fassenden Kühlmittelhohlraum, der einerseits von den Zylinderwänden und andererseits von der Zylinderblock- Außenwand begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwände auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt werden und durch die Kühlmittel-Hohlräume ein aushärtbarer Kunststoff in fließfähigem Zustand hindurchgeführt wird, der an den beheizten Zylinder­ wänden eine wärmeisolierende Beschichtung bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zylinderwände zwecks Erzielung von Beschichtungen unterschiedlicher Dicke auf unter­ schiedliche Temperaturen aufgeheizt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderwände über ihren Umfang unterschiedlich aufgeheizt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwände über ihre Länge unterschiedlich aufgeheizt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der Zylinderwände auf induktivem Weg erfolgt.