DE3622301A1 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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Abstract

An internal combustion engine with at least one reciprocating piston, composed of metal, which is moved in a metal cylinder housing, at least one combustion chamber being formed between piston and cylinder, is to be designed so that, in addition to improved efficiency, a more complete combustion is also achieved. To this end, it is proposed, according to the invention, that the combustion chamber be designed thermally insulated from the other parts of the engine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem aus Metall bestehendem Hubkolben, der in einem metallenen Zylindergehäuse bewegt wird, wobei zwischen Kolben und Zylin­ der wenigstens ein Verbrennungsraum gebildet ist.The invention relates to an internal combustion engine with at least a metal piston, which is in a metal Cylinder housing is moved, between the piston and cylinder the at least one combustion chamber is formed.

Bei bekannten Verbrennungsmotoren dieser Art bestehen die Kolben meistens aus Aluminium und das Zylindergehäuse aus Grauguß, wobei der Kolben mit Kolbenringen versehen ist, die auf der Innenwandung einer meistens aus Sinterguß bestehenden Zylinderbuchse gleiten.In known internal combustion engines of this type Pistons mostly made of aluminum and the cylinder housing Gray cast iron, the piston being provided with piston rings which on the inner wall of a sintered cast iron Slide the cylinder liner.

Bei den bekannten Motoren bestehen mithin Kolben und Zylinder aus wärmeleitenden Metallen, so daß die im Verbrennungsraum erzeugte Wärme neben der Abfuhr über das Abgas zu einem erheblichen Teil über die Motorwandungen abgeführt wird, wozu insbesondere zusätzliche Kühlmittel, wie Luft und/oder Wasser beitragen.In the known engines there are therefore pistons and cylinders made of thermally conductive metals, so that in the combustion chamber generated heat in addition to the discharge via the exhaust gas to one  considerable part is discharged through the motor walls, for which in particular additional coolants, such as air and / or Water.

Nachteilig bei diesen bekannten Motoren ist es, daß die Verbrennung unvollständig bleibt, weil die Höhe der in der Verbrennungskammer erzeugten Temperaturen begrenzt ist. Zur Verbesserung der Verbrennung ist zwar schon versucht worden, Nachverbrennungen vorzunehmen, indem beispielsweise Auspuffgase dem Verbrennungsraum wieder zugeführt werden, jedoch ist damit keine Temperaturerhöhung im Verbrennungs­ raum erreichbar.A disadvantage of these known motors is that the Combustion remains incomplete because of the amount in the Combustion chamber generated temperatures is limited. Attempts have been made to improve combustion been made to carry out post-burns, for example Exhaust gases are returned to the combustion chamber, however, this does not increase the temperature in the combustion room accessible.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Ver­ brennungsmotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß neben einer Wirkungsgradverbesserung eine vollständigere Ver­ brennung erreicht wird.The invention is therefore based on the object, a Ver Internal combustion engine of the type mentioned in such a way that in addition to an efficiency improvement, a more complete ver burning is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbrennungsraum gegenüber den übrigen Teilen des Motors wärmeisoliert ausgebildet wird.This object is achieved in that the Combustion chamber compared to the other parts of the engine is thermally insulated.

Mit einer solchen Ausbildung wird erreicht, daß sich im Ver­ brennungsraum relativ hohe Temperaturen einstellen, weil die Wärme jetzt im wesentlichen nur noch über das Abgas abgeführt wird, wobei während des Betriebes des Motors die Tempera­ turen aufgrund der Wärmeisolierung relativ gleichmäßig bleiben. Es treten nur relativ geringe Schwankungen auf­ grund der Zufuhr der Verbrennungsluft auf.With such training it is achieved that in Ver Set the combustion chamber relatively high temperatures because the Heat is now essentially only dissipated via the exhaust gas  is, the temperature during operation of the engine due to the thermal insulation relatively uniform stay. There are only relatively minor fluctuations due to the supply of combustion air.

Auf diese Weise wird erreicht, daß sich sehr viel höhere Dauertemperaturen im Verbrennungsraum einstellen als bei den bekannten Motoren, wobei diese höheren Dauertemperaturen eine vollständigere Verbrennung als bei den bekannten Anordnungen ermöglichen.In this way it is achieved that much higher Set continuous temperatures in the combustion chamber than in the known engines, these higher continuous temperatures more complete combustion than in the known arrangements enable.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß aufgrund der höheren Temperaturen der Verbrennungs­ fortschritt im Verbrennungsraum viel schneller vor sich geht als bei den bekannten Motoren, so daß die Verbrennung als solche zu einer Hubbeschleunigung des Kolbens führt. Dies wiederum ermöglicht es, den Hub relativ klein zu halten, wodurch andererseits wieder höhere Drehzahlen als bei den bekannten Motoren möglich sind. Außerdem führt die erfindungs­ gemäße Anordnung bei gleicher Leistung zu einer Verkleinerung und einer Gewichtsverringerung des Motors, was insbesondere bei Automobilmotoren vorteilhaft ist.Another advantage of the arrangement according to the invention is in that due to the higher temperatures of the combustion progress in the combustion chamber is happening much faster than in the known engines, so that the combustion as such leads to a stroke acceleration of the piston. This again allows the stroke to be kept relatively small, which, on the other hand, results in higher speeds than the known engines are possible. In addition, the invention leads appropriate arrangement with the same performance for a reduction and a reduction in weight of the engine, which in particular is advantageous in automotive engines.

Aufgrund des Umstandes, daß die im Verbrennungsraum ent­ stehenden Temperaturen nicht oder kaum an die übrigen Metall­ teile des Motors abgegeben werden, wird außerdem die Schmie­ rung begünstigt, weil das Schmieröl in seiner Konsistenz kaum beeinträchtigt wird.Due to the fact that ent in the combustion chamber temperatures or hardly at all to the other metal  parts of the engine are delivered, the Schmie favored because the lubricating oil in its consistency is hardly affected.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Isolierung des Ver­ brennungsraumes aus einer hitzebeständigen Isolierschicht, wie Asbest od. dgl. besteht und wenn mit einer solchen Isolier­ schicht zylinderseitig die Innenfläche des Zylinderdeckels und der Zylinderwandung im Verbrennungsraumbereich bedeckt ist. Kolbenseitig wird auf diese Weise der Kolbenboden mit der Isolierschicht versehen. Die zylinderseitige Isolier­ schicht kann sich in einen oberen Teilbereich des Zylinders erstrecken, so daß auch im unteren Totpunkt des Kolbens die Isolierung des Verbrennungsraumes geschlossen bleibt.It when the insulation of the Ver combustion chamber from a heat-resistant insulating layer, such as Asbestos or the like exists and if with such insulation layer on the cylinder side the inner surface of the cylinder cover and covers the cylinder wall in the combustion chamber area is. In this way, the piston crown is also on the piston side the insulating layer. The cylinder-side insulation layer may be in an upper portion of the cylinder extend so that the bottom dead center of the piston Insulation of the combustion chamber remains closed.

Insbesondere kann sich die Isolierschicht des Kolbens in einem Bereich des Kolbenmantels erstrecken, so daß im oberen Totpunkt dieser isolierte Abschnitt in die Isolierung des Zylinders hineinragt.In particular, the insulating layer of the piston can extend an area of the piston skirt so that in top dead center this isolated section into the insulation of the cylinder protrudes.

Zweckmäßigerweise sind die Kolbenringe in einer solchen Höhe auf dem Kolben angeordnet, daß sie den isolierten Bereich im Bereich des Zylinderdeckels nicht erreichen können.The piston rings are expediently at such a height arranged on the piston that they the isolated area in Can not reach the area of the cylinder cover.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf die Isolierschicht zur Verbrennungsrauminnenseite hin eine hitzebeständige, aber wärmeleitende Schicht, beispielsweise aus hitzebeständiger Keramik oder einem hitzebeständigem Metall aufgebracht ist. Die Anordnung einer solchen Schicht hat nämlich den Vorteil, daß die im Verbrennungsraum anfallende Wärme in dieser Schicht gleichsam gespeichert wird, wodurch die Temperatur innerhalb des Verbrennungsraumes während des Betriebes nahezu vollständig konstant gehalten wird.It is particularly advantageous if on the insulating layer towards the inside of the combustion chamber a heat-resistant  but heat-conducting layer, for example made of heat-resistant Ceramic or a heat-resistant metal is applied. The arrangement of such a layer has the advantage that that the heat generated in the combustion chamber in this layer as it were saved, keeping the temperature inside of the combustion chamber almost completely during operation is kept constant.

Ferner ist es möglich, die Isolierschicht und die wärmeleitende Schicht des Zylinders hutförmig auszugestalten, so daß ein Rand gebildet wird, der im Verbindungsbereich zwischen dem Zylindergehäuse und dem Zylinderdeckel in die Fuge zwischen diesen Bauteilen eingreift.It is also possible to use the insulating layer and the heat-conducting layer Layer of the cylinder hat-shaped, so that a Border is formed in the connection area between the Cylinder housing and the cylinder cover in the joint between engages these components.

Weiter kann in an sich bekannter Weise der Verbrennungsraum kugelkalottenförmig ausgebildet werden, d.h. der Zylinder­ abschnitt kann mit einem entsprechenden Wulst und der Kolben­ boden mit einer entsprechenden Aushöhlung versehen werden.The combustion chamber can continue in a manner known per se spherical dome-shaped, i.e. the cylinder Section can be fitted with an appropriate bead and the piston be provided with a corresponding cavity.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich in besonders vor­ teilhafter Weise für Zweitaktmotoren, insbesondere für solche, bei denen im oberen Totpunkt der Brennstoff eingespritzt wird.The arrangement according to the invention is particularly suitable partial way for two-stroke engines, especially for those where the fuel is injected at top dead center.

Bei Zweitaktmotoren dieser Art brauchen hier lediglich von außen die Zylinderlaufflächen geschmiert zu werden, auf denen die Kolbenringe gleiten, weitere Schmierungen sind bei ent­ sprechender Lagerausbildung im Bereich des Kolbenbolzens und der Kurbelwelle nicht erforderlich. Wie oben ausgeführt, eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere für kurzhubige Kolbenmotoren, wobei es möglich ist, die Höhe u.U. extrem kurz zu halten, was neben höheren Drehzahlen auch zu einem besonders leisen Lauf des Motors führt.With two-stroke engines of this type only need of to be lubricated on the outside of the cylinder liners on which  the piston rings slide, further lubrication is at ent talking bearing training in the area of the piston pin and the crankshaft is not required. As stated above, is suitable the arrangement according to the invention is particularly suitable for short-stroke Piston engines, where it is possible to adjust the height extremely short to keep what, in addition to higher speeds, also a special the engine runs quietly.

Besonders vorteilhaft ist es, daß sich, wie oben angedeutet, der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor als Dieselmotor ausge­ stalten läßt.It is particularly advantageous that, as indicated above, the internal combustion engine according to the invention out as a diesel engine lets shape.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments explained in more detail in the drawing.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Verbren­ nungsmotor unter Anwendung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung. Fig. 1 shows a schematic representation of a section of an internal combustion engine using the inventive arrangement.

Fig. 2 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 bei einer Ausbildung des Verbrennungsmotors als Zweitaktmotor. FIG. 2 is an illustration similar to FIG. 1 when the internal combustion engine is designed as a two-stroke engine.

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 bei einer abgewandelten Ausführungs­ form. Fig. 3 is an illustration similar to FIG. 1 in a modified embodiment.

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 bei einer weiteren Ausführungsform. FIG. 4 is an illustration similar to FIG. 1 in a further embodiment.

Gemäß Fig. 1 ist in einem in einem Zylindergehäuse 1 ange­ ordneten Zylinder 2 ein Hubkolben 3 in Richtung des Pfeiles 4 auf- und abbewegbar. Zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Zylinderdeckel 6 ist ein Verbrennungsraum 7 gebildet, dem Brennstoff, beispielsweise durch eine Einspritzdüse 8, zuge­ führt werden kann. Die Kolbenringe sind mit 9 und der Kolben­ mantel mit 10 bezeichnet.Referring to FIG. 1, a reciprocating piston in a cylinder attached in a housing 1 associated cylinder 2 up in the direction of arrow 4 3 movable up and down. A combustion chamber 7 is formed between the piston crown 5 and the cylinder cover 6 , the fuel, for example through an injection nozzle 8 , can be supplied. The piston rings are designated 9 and the piston jacket 10 .

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform ist der Kolbenboden 5 und ein Teil des anschließenden Kolbenmantels mit einer hitzebeständigen Isolierschicht 11, beispielsweise aus Asbest od. dgl. versehen, wobei zur Verbrennungsraum­ innenseite hin die Isolierschicht 11 durch eine hitze­ beständige aber wärmeleitende Schicht 12, beispielsweise aus hitzebeständiger Keramik oder einem hitzebeständigen Metall abgedeckt ist. Die Schicht 12 kann ebenfalls einen Teil des anschließenden Kolbenmantels übergreifen oder - wie dargestellt - nur die Kolbenbodenseite bedecken.In the embodiment shown in FIG. 1, the piston crown 5 and a part of the subsequent piston jacket are provided with a heat-resistant insulating layer 11 , for example made of asbestos or the like, the insulating layer 11 facing the combustion chamber on the inside by a heat-resistant but heat-conducting layer 12 , is covered, for example, from heat-resistant ceramic or a heat-resistant metal. Layer 12 can also overlap part of the subsequent piston skirt or - as shown - only cover the piston crown side.

In entsprechender Weise ist die zylinderdeckelseitige Wandung mit einer hitzebeständigen Isolierschicht 13 ver­ sehen, die durch eine hitzebeständige aber wärmeleitende Schicht 14 abgedeckt sein kann. Auch in diesem Fall kann die zylinderseitige Isolierschicht 13 in einen oberen Teilbereich des Kolbenmantels sich erstrecken, wobei die hitzebeständige aber wärmeleitende Schicht 14 die Isolierschicht 13 abdecken kann.Correspondingly, the wall on the cylinder cover side can be seen with a heat-resistant insulating layer 13 , which can be covered by a heat-resistant but heat-conducting layer 14 . In this case too, the cylinder-side insulation layer 13 can extend into an upper partial region of the piston jacket, the heat-resistant but heat-conducting layer 14 being able to cover the insulation layer 13 .

Fig. 2 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 bei einer Ausbildung des Motors als Zweitaktmotor, wobei zwei Kanäle 15 und 16 vor­ gesehen sind, die der Frischluftzufuhr bzw. als Auspuff dienen. Fig. 2 is a representation similar to Fig. 1 in an embodiment of the engine as a two-stroke engine, two channels 15 and 16 are seen before, which serve the fresh air supply or as an exhaust.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Isolierschicht 17 und gegebenenfalls die hier nicht dargestellte wärmeleitende Schicht hutförmig ausgestaltet, so daß ein Rand 18 gebildet wird, der im Verbindungsbereich zwischen dem Zylinderdeckel 19 und dem Zylindergehäuse 20 in die Fuge 21 zwischen diesen Teilen eingreift. Wie aus der Ausführungsform nach Fig. 3 weiter hervor­ geht, kann es genügen, wenn kolbenseitig die beiden Schichten in Form von einer oder zwei Platten 22 auf dem Kolbenboden 5 angeordnet sind.In the embodiment according to FIG. 3, the insulating layer 17 and possibly the heat-conducting layer (not shown here) are hat-shaped, so that an edge 18 is formed which engages in the joint 21 between these parts in the connection area between the cylinder cover 19 and the cylinder housing 20 . As seen from the embodiment of FIG. 3 results further, it may be sufficient if the piston side, the two layers are arranged in the form of one or two plates 22 on the piston bottom 5.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Verbrennungs­ raum 23 kugelkalottenförmig ausgebildet ist, wobei der Zylinder­ deckel einen entsprechenden Wulst 24 und der Kolbenboden eine Aushöhlung 25 aufweist. Wie dargestellt, können sowohl der Wulst 24 als auch die Aushöhlung 25 auf den einander zugewandten Flächen mit der Isolierschicht 26 und gegebenenfalls der wärmeleitenden Schicht versehen sein. Fig. 4 shows an embodiment in which the combustion chamber 23 is spherical cap-shaped, the cylinder cover having a corresponding bead 24 and the piston crown having a cavity 25 . As shown, both the bead 24 and the cavity 25 can be provided on the mutually facing surfaces with the insulating layer 26 and optionally the heat-conducting layer.

Claims (14)

1. Verbrennungsmotor mit wenigstens einem aus Metall bestehen­ den Hubkolben, der in einem metallenen Zylindergehäuse be­ wegt wird, wobei zwischen Kolben und Zylinder wenigstens ein Verbrennungsraum gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum (7, 23) gegenüber den übrigen Teilen des Motors wärmeisoliert ausgebildet ist.1. Internal combustion engine with at least one made of metal, the reciprocating piston, which is moved in a metal cylinder housing, wherein at least one combustion chamber is formed between the piston and cylinder, characterized in that the combustion chamber ( 7 , 23 ) is thermally insulated from the other parts of the engine is trained. 2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung des Verbrennungsraumes (7, 23) aus einer hitzebeständigen Isolierschicht (11, 13, 17, 26) wie Asbest od. dgl. besteht.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the insulation of the combustion chamber ( 7 , 23 ) consists of a heat-resistant insulating layer ( 11 , 13 , 17 , 26 ) such as asbestos or the like. 3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Isolierschicht (13) zylinderseitig die Innen­ fläche des Zylinderdeckels und der Zylinderwandung im Verbrennungsraumbereich bedeckt ist.3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that with the insulating layer ( 13 ) on the cylinder side, the inner surface of the cylinder cover and the cylinder wall in the combustion chamber area is covered. 4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß kolbenseitig der Kolbenboden (5) mit der Isolierschicht (11) versehen ist.4. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the piston head ( 5 ) with the insulating layer ( 11 ) is provided on the piston side. 5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderseitige Isolierschicht (13) sich in einen oberen Teilbereich des Zylindermantels erstreckt, so daß auch im unteren Totpunkt des Kolbens (3) die Isolierung des Verbrennungsraumes (7) geschlossen bleibt.5. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the cylinder-side insulating layer ( 13 ) extends into an upper portion of the cylinder jacket, so that the insulation of the combustion chamber ( 7 ) remains closed even at the bottom dead center of the piston ( 3 ). 6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierschicht (11) des Kolbens (3) in einen Bereich des Kolbenmantels erstreckt.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the insulating layer ( 11 ) of the piston ( 3 ) extends into a region of the piston skirt. 7. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringe (9) in einer solchen Höhe auf dem Kolben (3) angeordnet sind, daß sie den isolierten Bereich im Bereich des Zylinderdeckels nicht erreichen können.7. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the piston rings ( 9 ) are arranged at such a height on the piston ( 3 ) that they cannot reach the insulated region in the region of the cylinder cover. 8. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolierschicht (11, 13) zur Verbrennungsrauminnenseite hin eine hitzebeständige, aber wärmeleitende Schicht (12, 14) aufgebracht ist.8. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a heat-resistant but heat-conducting layer ( 12 , 14 ) is applied to the insulating layer ( 11 , 13 ) towards the inside of the combustion chamber. 9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständige, aber wärmeleitende Schicht aus hitzebeständiger Keramik oder einem hitzebeständigen Metall besteht.9. Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the heat-resistant, but heat-conducting layer heat-resistant ceramic or a heat-resistant metal consists. 10. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (17) des Zylinders hutförmig ausgestaltet ist, so daß ein Rand (18) gebildet wird, der im Verbindungsbereich zwischen dem Zylindergehäuse (20) und dem Zylinderdeckel (19) in die Fuge (21) zwischen diesen Bauteilen eingreift.10. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer ( 17 ) of the cylinder is hat-shaped, so that an edge ( 18 ) is formed which in the connecting region between the cylinder housing ( 20 ) and the cylinder cover ( 19 ) in the joint ( 21 ) engages between these components. 11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die hutförmige Isolierschicht (17) eine gleich­ falls hutförmig ausgebildete wärmeleitende Schicht aufge­ bracht ist.11. Internal combustion engine according to claim 10, characterized in that on the hat-shaped insulating layer ( 17 ) a hat-shaped heat-conducting layer is brought up. 12. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum (23) kugel­ kalottenförmig ausgebildet ist, wobei der Zylinderabschnitt mit einem entsprechenden Wulst (24) und der Kolbenboden (25) mit einer entsprechenden Aushöhlung (26) versehen ist. 12. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber ( 23 ) is spherical dome-shaped, wherein the cylinder section is provided with a corresponding bead ( 24 ) and the piston crown ( 25 ) with a corresponding cavity ( 26 ). 13. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor ein Zweitaktmotor ist.13. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine Is two-stroke engine. 14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor ein Einspritzmotor ist.14. Internal combustion engine according to claim 13, characterized in that the internal combustion engine is an injection engine.
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