DE4344696A1 - Kühlung eines an einen Verbrennungskolbenmotorkopf angrenzenden Motorzylinderabschnitts - Google Patents
Kühlung eines an einen Verbrennungskolbenmotorkopf angrenzenden MotorzylinderabschnittsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung eines an einen Verbrennungskolben
motorkopf angrenzenden Motorzylinderabschnitts (im Folgenden: "kritischen"
Abschnitts) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. die Kühlung, die auf dem
zwangsläufigen Strömen des Motoröls aus dem Motorschmierungssystem durch
einen Ringtunnel, der in der Zylinderwandung zweckmäßigerweise koaxial mit der
Zylinderhauptachse in einer Ebene quer zu dieser Achse im "kritischen" Abschnitt
angeordnet ist, basiert, wobei eine Einlaßmündung zum Einlauf des Öls in den
erwähnten Tunnel beziehungsweise eine Auslaßmündung zum Auslauf des Öls
daraus in bezug auf die Zylinderachse nicht diametral angeordnet sind.
Aus SU 1 113 578 (E. V Isajev et al.) ist eine Ölkühlung des "kritischen" Zylinder
abschnitts im Zusammenhang mit der Ölkühlung des Motorkopfes eines im übrigen
luftgekühlten Dieselmotors bekannt. Die Ölkühlung basiert auf dem Vorhandensein
eines Kanalsystems, dessen Kanäle im Ganzen durch die Materialteile des Motors
verlaufen. Das Kanalsystem umfaßt:
- - einen zweiteiligen Einlaßkanal, dessen erster, längerer Teil axial durch die Zylinderwandung verläuft und auf der Zylinderseite angeordnet ist, die in bezug auf den Kühlluftstrom windgeschützt ist, während sich sein zweiter Teil, der eine gerad linige Fortsetzung des ersten darstellt, im Bereich des eigentlichen Motorkopf- Bundabschnitts befindet, d. h. des Abschnitts, der in diesem Fall den "kritischen" Ab schnitt des Zylinders umgibt,
- - einen Zwischenkanal, der an den besagten zweiten Abschnitt des Einlaß kanals gebunden und rechtwinklig dazu gestellt und radial zur Zylinderachse gerich tet ist,
- - einen Ringtunnel, der in diesem Fall zwecks Wärmeaustauschintensivierung profiliert ist und in den der obengenannte Zwischenkanal radial mündet, wobei der eigentliche Ringtunnel als eine in der Zylinderwandung vorhandene Ausnehmung ausgebildet und auf der umfangsseitig äußeren Seite durch die Wandfläche des erwähnten Motorkopf-Bundabschnitts abgeschlossen ist,
- - einen Auslaßkanal, der radial angeordnet ist und sich vom besagten Ring tunnel im wesentlichen auf der Seite, wo der Motor von Kühlluft getroffen wird, in gegebenem Fall näher dem Quadranten, wo sich im Motorkopf der Auspuffkanal befindet, abzweigt, wobei sich der Auslaßkanal in der Wandung des erwähnten Motorkopf-Bundabschnitts befindet,
- - einen an den oben erwähnten radialen Auslaßkanal angeschlossenen weiteren, axial gestellten und in das Innere des Motorkopfes geführten Kanal,
- - ein an den letzterwähnten axialen Auslaßkanal angeschlossenes radial ge stelltes erstes Loch größeren Durchmessers im Motorkopf mit einer ins Loch ein gesetzten Spirale, wobei sich das erwähnte Loch an einer bestimmten (im einzelnen nicht bestimmten) Stelle zwischen einem Saug- und dem Auspuffkanal des Motor kopfes befindet und sein inneres Ende sich im wesentlichen nahe der Hauptachse des Motorkopfes befindet,
- - einen an das innere Ende des letzterwähnten ersten Lochs größeren Durchmessers angeschlossenen kurzen, lediglich den engeren mittleren Teil der Motorkopfmasse einnehmenden Durchlaufkanal, der in der Querebene gesehen im wesentlichen radial verläuft, in der Axialebene gesehen dagegen in der Richtung des Motorkopf-Bundabschnitts unter allgemeiner Orientierung zur "windgeschützten" Seite des Motorkopfes hin geneigt ist, wobei seine Nennweite im wesentlichen der der oben aufgezählten Kanäle gleich ist,
- - ein an den besagten Durchlaufkanal gebundenes, koaxial dazu gestelltes zweites Loch größeren Durchmessers, das wie das erste mit einer Wirbelungsspirale versehen ist, und
- - einen an das erwähnte zweite Loch gebundenen zweiteiligen Auslaßkanal, dessen erster, kürzerer Teil durch die Kopfmasse und die Bundteilwandung des Motorkopfes parallel zur Hauptachse, d. h. axial, verläuft, während sich sein zweiter Teil, der eine geradlinige Fortsetzung des ersteren darstellt, in der Motorzylinder wandung befindet, wobei der besagte Auslaßkanal wiederum auf der Zylinderseite angeordnet ist, die in bezug auf den Kühlluftaufprall windgeschützt ist; in gegebenem Fall befindet er sich einfach nahe am Einlaßkanal.
Die oben skizzierte bekannte Lösung weist drei auffallende Gruppen von Nachteilen
auf: funktions-, fertigungs- und materialtechnische.
Einem Fachmann aus dem betreffenden technischen Gebiet ist es bekannt, daß die
Ölkühlung in den "kritischen" Bereich eines Arbeitszylinders und/oder eines Ver
brennungsmotorkopfes eingeführt wurde, damit bei einem Motor, dessen Einlaß
kanal(-kanäle) für das Arbeitsmittel (die "kühle" Kopfhälfte) sich auf der einen Seite
des Motorkopfes und sein(-e) Auslaßkanal(-kanäle) für die Auspuffgase (die
"heiße" Kopfhälfte) sich auf der anderen Seite befindet(-en), die Abfuhr der Wärme
aus dem betreffenden Abschnitt selektiv intensiviert wird und gleichzeitig der bei der
derartigen Kanalanordnung anfallende ungünstige Isothermenverlauf, der sich hin
sichtlich der Dimensions- sowie der Dimensionsverhältnisbeständigkeit, ins
besondere der Nennweite des Zylinders, und hinsichtlich anderer Aspekte nachteilig
auswirkt, zumindest gemildert, wenn nicht sogar beseitigt wird. Es liegt nahe, daß die
Lösung dieser aufwendigen Aufgabe bei einer gegebenen spezifischen Motorleistung
eine Ersparnis an der Werkstoffmasse des Motors oder bei gegebener Werkstoff
masse eine Erhöhung der spezifischen Leistung des Motors bedeutet.
Eine Analyse der Lösung aus dem Stand der Technik ergibt, daß die erzielbare
Gesamtabkühlung des "kritischen" Abschnitts, die an sich selbstverständlich nutz
bringend ist, in einer die Zylinderachse querenden Ebene von einem Isothermenver
lauf begleitet wird, für den es charakteristisch ist, daß zwischen dem Maximum- und
Minimum-Temperaturextremwert eine verhältnismäßig große Temperaturdifferenz
liegt. Folglich liegen in der Zylinderwandung trotz der verhältnismäßig intensiven
Gesamtabkühlung Wärmespannungen mit begleitenden betriebstechnischen Nach
teilen vor.
Testversuche haben auch zur Erkenntnis geführt, daß die analysierte Lösung aus
dem Stand der Technik in mehreren Aspekten an ein ganz bestimmtes Motor
konzept, insbesondere ein ganz bestimmtes Motorkopfkonzept gebunden ist und
deswegen insbesondere die nichtdiametrale Anbringung (diese wurde beim Testen
besonders berücksichtigt) der beiden Löcher mit den Wirbelungsspiralen (Anm.: die
Abweichung der erwähnten Löcher von der Diametralebene ist in der gegebenen
Unterlage nicht bestimmt) ein offensichtlich zufälliges Merkmal der vorgeschlagenen
Lösung ist. Die Schrift aus dem Stand der Technik bietet keine zuverlässige,
allgemein verwendbare Lehre für die Realisierung der angegebenen Lösung an.
Aus der fertigungstechnischen Sicht fällt bei dem beschriebenen Kanalsystem eine
Anzahl von Stellen auf, die abgedichtet werden müssen, wobei drei die
Überbrückung des Kanals zwischen dem Zylinder und dem Kopf betreffenden Stel
len als heikel und bautechnisch anspruchsvoll zu betrachten sind. Eine Anzahl von
zwangsmäßigen Umleitungen des Kühlölstromes bewirkt einen entsprechenden
Strömungswiderstand, was sowohl eine gewisse Minderung des ansonsten ver
fügbaren Ölkühlungsvermögens als auch den Bedarf nach einer stärkeren Druck
pumpe zur Folge hat.
Aus der materialtechnischen Sicht gilt als Nachteil die technisch aufwendige bauliche
Verbindung des Motorkopfes und -zylinders. Der Kritik liegt die Voraussetzung
zugrunde, daß die Motorzylinder und -köpfe doch nicht in derselben Fertigungshalle
und auch nicht unbedingt vom derselben Hersteller und nicht unbedingt aus dem
selben Werkstoff gefertigt werden.
Manchen von den erwähnten Nachteilen könnte man ausweichen, wenn die Öl
kühlung auf den Zylinder beschränkt würde, wie das auf diesem Gebiet bereits
bekannt ist - vgl. z. B. US 4,825,816 (K. Yamada et al.). Für diese Lösungen ist es
charakteristisch, daß die Ein- und die Auslaßöffnung für das Kühlöl diametral am
Kühlungskanal angeordnet sind. Mit Ausnahme von DE 19 55 806.6, worin das
Problem der ungleichmäßig verteilten Temperaturen längs des Zylinderwandungs
umfangs erwähnt ist, befassen sich sämtliche Lösungen nur mit der Kühlung im
Allgemeinen (unselektive Wärmeabfuhr), zu welchem Zweck die diametrale Anbrin
gung der Ein- und der Auslaßöffnung für das Öl ganz ausreichend ist.
Aufgrund des festgestellten Standes der Technik und der durchgeführten Labor
messungen der Wärmeverhältnisse bei den Lösungen aus dem Stand der Technik,
wodurch bestimmte Vorteile der nichtdiametralen Anbringung der Ein- und
Auslaßöffnung für das Kühlöl (gemäß SU 1 113 578) einerseits und andere Vorteile
der Ausführungen, bei welchen die Ölkühlung den Motorkopf meidet (wie dies in
der letzterwähnten Gruppe von bekannten Lösungen vorkommt) andererseits
bestätigt wurden, stellt sich die Erfindung nunmehr zur Aufgabe, die positiven Eigen
schaften der einen und der anderen Gruppe von Lösungen zu vereinigen, um eine
Kühlung des "kritischen" Abschnitts des Motorzylinders zu schaffen, die außer der
allgemeinen Wärmeabfuhr eine im wesentlichen ausgeglichene Temperaturver
teilung längs des Zylinderwandungsumfangs sicherstellt, wobei die Lösung der
Kühlung ohne Rücksicht auf bauliche Besonderheiten des Motorkopfes und für alle
Kolbenmaschinen (nicht nur Motoren), bei denen das Problem der längs des Um
fangs ungleichmäßig verteilten Temperaturen anfällt, allgemein verwendbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe ist die erfindungsgemäße Kühlung durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 charakterisiert, d. h.: Der Ringtunnel ist mit
einem (an sich bekannten) rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei ein
laminarer Kühlölstrahl aus der Einlaßmündung austretend auf eine gegenüber
stehende senkrechte Tunnelwand trifft, wonach er auseinanderläuft und dabei die
Ölstrommenge auf Ort und Stelle, wo man beim Betrieb die Erscheinung des
Temperaturmaximumsextrems erwartet, auf zwei unterschiedlich große Teilströme
aufgeteilt wird.
Im Falle eines Motors mit einem Auspuffventil im Motorkopf ist es für die Erfindung
weiterhin kennzeichnend, daß die Auslaßposition der Einlaßmündung zur
Kühlölzufuhr auf einer Gerade angeordnet ist, die kreuzweise zur Längsachse des
Motorzylinders und durch die Mitte der Projektion des Auspuffventils auf den
betrachteten Zylinderquerschnitt beziehungsweise - bei den meisten Zweitakt
motoren - kreuzweise zur Längsachse des Motorzylinders und durch die Symmetrie
achse der Projektion des Auspuffschlitzes auf den betrachteten Zylinderquerschnitt
verläuft, und im Falle eines Motors mit zwei Auspuffventilen im Motorkopf ist es
kennzeichnend, daß die Einlaßmündung auf der kreuzweise zur Längsachse des
Motorzylinders verlaufenden Symmetrieachse zwischen den Axialprojektionen der
Auspuffventile angeordnet ist.
Der "kritische" Abschnitt wird optimal gekühlt, wenn die Länge des längeren Teils
des Ringtunnels - zwischen den jeweils auf eine Gesamtebene projizierten Ein- und
Auslaßmündungen gemessen - um 20% bis 50% größer als die Länge des kürzeren
Teils ist.
Die Auslaßmündung zum Auslaß des Kühlöls ist - unabhängig von der Zahl der
Auspuffventile im Motorkopf - in einer rechtwinkelig zur Ebene der Motorkurbel
welle gelegenen Diametralebene auf der Luftaufprallseite angeordnet und liegt in
axialer Richtung in größerer Entfernung vom Motorkopf als die Einlaßmündung.
Dabei ist die Einlaßmündung auf einer Entfernung von der Stirnfläche des Zylinders
angeordnet, die im wesentlichen der Lage eines ersten Kolbenringes in der Kolben
position im oberen Totpunkt entspricht.
Zur Erzielung optimaler Kühlung ist es erfindungsgemäß ferner erforderlich, daß
die Tunnelbreite ein 0,005- bis 0,04-faches des Arbeitshubs [mm] des Kolbens und
die Höhe ein 0,1- bis 0,3-faches des Kolbenhubs ist, wobei die Deckenfläche des Tun
nels von der Zylinderstirnfläche um 6 mm plus ein (0,01 bis 0,05)-faches des Kol
benhubs entfernt ist.
Bei der Grundausführung der Erfindung ist es ferner wesentlich, daß die Einlaß
mündungsachse mit der Tangente am Ringtunnel einen Winkel von 47° bis 37°
einschließt, wobei es sich um die Orientierung der Mündung zu dem kürzeren von
zwei ungleich langen Tunnelbogenteilen handelt.
Die Mantelfläche der Auslaßmündung, im Grunde genommen eine Mantellinie der
zylindrischen Mündungswand, verläuft dabei zweckmäßigerweise bündig mit der
Tunnelbodenfläche, so daß der Tunnel unterhalb der Auslaßmündung keinen
Sumpf bildet.
Die Nennweiten der Ein- und Auslaßmündung sind vorteilhafterweise gleich, es ist
jedoch erfindungswesentlich, daß die Länge der jeweiligen Mündung längs der
Mündungsachse gemessen zumindest ein Dreifaches der Mündungsnennweite ist.
Bei einer abweichenden Ausführungsform, bei der die Einlaßmündung an den Tun
nel (wie bekannt) radial gestellt ist, ist die Einlaßmündung von einem gesonderten
Teil - einer Einlaßhülse - gebildet, die in eine passende Bohrung in der Motor
zylinderwandung lagefest eingesetzt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel grenzt das innere Ende der Einlaßhülse an die
senkrechte Tunnelgrenzwand an und an dem in den Tunnel reichenden Hülsenende
sind diametral gegenüberliegend zwei ungleiche Durchlaßausnehmungen vorge
sehen, die sinngemäß in die Tunnelebene gestellt sind, so daß die kleinere von den
erwähnten zwei Ausnehmungen gegen den längeren Tunnelbogenteil und die
größere davon gegen den kürzeren Tunnelbogenteil hin weist.
Die besagten Ausnehmungen der Einlaßhülse sind zweckmäßigerweise Halbkreise,
die so dimensioniert sind, daß die eine Halbkreisfläche ein Zweifaches der anderen
ist.
Die Erfindung ermöglicht es ohne weiteres, daß die oberwähnte Einlaßhülse als ein
Spannstift ausgebildet ist.
Die Erfindung ist nachstehend aufgrund von Ausführungsbeispielen, die in der
beigelegten Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines luftgekühlten Zwei- und/oder Viertaktverbrennungs
motors in der Höhe des ersten Kolbenringes bei der Motorkolbenlage im
oberen Totpunkt,
Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Teildarstellung der Fig. 1 mit abweichendem Ausführungsbeispiel der
Einlaßmündung zur Einführung des Kühlmittels,
Fig. 4 eine Einlaßhülse des Ausführungsbeispiels der Fig. 3,
Fig. 5 die Einlaßhülse der Fig. 4 in Seitenansicht von der linken Seite, und
Fig. 6 eine Teildarstellung der Fig. 2 mit abweichendem Ausführungsbeispiel der
Ausbildung des Ringtunnels in der Motorzylinderwandung.
In Fig. 1 veranschaulichen die Gerade A-A den Verlauf einer (nicht gezeigten)
Motorkurbelwelle, die Gerade B-B die Projektion der Richtung durch die kürzeste
Entfernung zwischen einem (nicht gezeigten) Auspuffventil in einem (nicht darge
stellten) Motorkopf und der Innenmantelfläche des Motorzylinders beziehungsweise
- wenn es sich um einen Motorkopf mit zwei Auspuffventilen handelt - die mittlere
Linie zwischen den Projektionen der Richtungen durch die kürzesten Entfernungen
zwischen dem jeweiligen Auspuffventil und der Innenmantelfläche des Motor
zylinders, und die Gerade C-C, die in diesem Fall senkrecht zur Gerade A-A steht,
die Richtung des Kühlluftstroms. Beim gegebenen Ausführungsbeispiel, das einer
üblichen Konfiguration des Verbrennungskolbenmotors entspricht, ist die Motor
seite, die sich in Fig. 1 unten befindet, für die Kühlluft die Aufprall- und die andere
(obere) Seite die Windstillseite.
Es ist normal zu erwarten, daß sich die Geraden B-B und C-C nicht decken.
Der Schnitt in Fig. 1 verläuft teils auf Axialentfernung d teils auf Axialentfernung e
(Fig. 2) von der Teilungsfläche des Motorzylinders und -kopfes, wobei die
Axialentfernung d im wesentlichen der Lage des (nicht gezeigten) ersten Kolben
ringes in der Position des Kolbens im oberen Totpunkt entspricht.
Die eigentliche erfinderische Tätigkeit begann ausgehend von einem Ringtunnel 1
eines an sich bekannten Hochrechteckquerschnitts von Nennbreite a und Nennhöhe
c - und man blieb dabei. Es hat sich nämlich gezeigt, daß an die Einfachheit der
Ausarbeitung eines derartigen Tunnels in Vergleich mit einem Tunnel des aufwen
digen (Verbund-)Querschnitts aus dem Stand der Technik (der als solcher hin
sichtlich der Wärmeübertragung zwar günstiger ist) die begleitenden wärme
technischen Nachteile aufwiegt. Die letzteren konnten durch weitere Mittel, die
nachstehend im einzelnen beschrieben sind, beseitigt werden.
In Abhängigkeit vom Arbeitshub s des Motorkolbens ist der Tunnel 1 erfindungs
gemäß zweckmäßigerweise wie folgt dimensioniert: die Tunnelbreite a liegt im
Bereich 0,005.s bis 0,04.s und die Tunnelhöhe c im Bereich 0,1.s bis 0,3.s. Die
Deckenfläche des Tunnels 1 ist dabei von der Stirnfläche des Zylinders um die
Entfernung b entfernt, die im Bereich ab einem Konstantwert k = 6 mm plus (0,01
bis 0,05).s liegt.
Die Einlaßmündung 2 ist an den Tunnel 1 zweckmäßigerweise in einem Punkt D,
der auf der Kreuzungsstelle der Gerade B-B und des Tunnels 1 liegt, angeschlossen.
Die Achse der Einlaßmündung 2 ist um die Entfernung d von der Zylinder
stirnfläche axial entfernt.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 ist die Einlaßmündung 2 in bezug auf den Tunnel
1 derart in radialer Ebene gestellt, daß die Achse der Einlaßmündung 2 mit der am
Punkt D am Ringtunnel 1 gelegenen Tangente T-T einen Winkel α einschließt, der
im Bereich von 47° bis 37° liegt, wobei es sich um die Orientierung der
Einlaßmündung 2 zum kürzeren der zwei Tunnelabschnitte (Einzelheiten davon
nachstehend) von Längen L1, L2 handelt.
Die Auslaßmündung 3 ist auf der Luftaufprallseite des Zylinders 1 in der Gerade
C-C aus dem Tunnel 1 geleitet.
Da die Ein- (2) und die Auslaßmündung 3 nicht diametral gegenüberliegend an
geordnet sind, wird ihre gegenseitige strömungstechnische Verbindung durch die
zwei unterschiedlich langen (L1, L2; L2<L1) Tunnelabschnitte herstellt.
Wenn die Lage des Punktes D am Motorzylinder im Falle von baulich aufwendigen
Motorköpfen nicht einfach feststellbar ist, nimmt man an, daß die erfinderische
Lehre gewürdigt ist, wenn die Länge des längeren Tunnelabschnitts (L2) um 20% bis
50% größer als die des kürzeren (L1) ist.
Versuche haben gezeigt, daß die axiale Entfernung e der Auslaßmündung 3 von der
Zylinderstirnfläche nicht unbedingt der axialen Entfernung d der Einlaßmündung 2
gleich ist. Vorteilhafterweise ist die Mantelfläche der Mündung 3 bündig mit der
Bodenfläche des Tunnels 1 gelegen, was aus der Fig. 2 eindeutig ersichtlich ist. Bei
diesem Beispiel ist die Entfernung e der Summe der Entfernung b der Deckenfläche
des Tunnels 1 von der Zylinderstirnfläche und der Tunnelhöhe c minus einer Hälfte
der Nennweite d3 der Auslaßmündung 3 gleich.
Die Nennweiten d2, d3 der Ein- (2) und der Auslaßmündung 3 sind vorteilhafter
weise gleich. Die Länge der Mündung 2; 3, längs der Mündungsachse gemessen, ist
zweckmäßigerweise mindestens ein Dreifaches der Nennweite d2; d3 der Mündung
2; 3. Da es nicht zu erwarten ist, daß die eigentliche Zylinderwand dieser Bedingung
entsprechen könnte, sind an ihr erfindungsgemäß zwei entsprechende Ansätze an
geformt.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung der Einlaßmündung 4. Auch die Einlaß
mündung 4 der Fig. 3 ist an den Tunnel 1 im Punkt D angeschlossen, doch radial ge
stellt, so daß die Mündungsachse mit der Gerade B-B zusammenfällt.
Die Einlaßmündung 4 ist mittels einer Einlaßhülse 5 ausgebildet, die in eine
entsprechende Bohrung in der Motorzylinderwandung lagefest eingesetzt ist. Das in
nere Ende der Hülse 5 grenzt dabei an die innere senkrechte Tunnelgrenzwand an.
Zur Herstellung der Strömungsverbindung zwischen dem Hohlraum der Hülse 5 und
dem Tunnel 1 sind an dem in den Tunnel 1 reichenden Ende der Hülse 5 zwei
diametral gegenüberliegende Auslaßausnehmungen 6, 7 (Fig. 4, 5) vorgesehen, die
strömungstechnisch sinngemäß in der Tunnelebene so gestellt sind, daß die kleinere
(6) von zwei Ausnehmungen gegen den längeren (L2) und die größere davon (7)
gegen den kürzeren (L1) Tunnelbogenteil weist.
Die jeweilige Ausnehmung 6, 7 ist vorteilhafterweise ein Halbkreis, der so dimen
sioniert ist, daß die eine Halbkreisfläche ein Zweifaches der anderen ist. Im vor
liegenden Fall ist der Radius R7 der größeren Ausnehmung 7 um gut 40% größer
als der Radius R6 der kleineren Ausnehmung 6.
Einbautechnisch ist besonders günstig eine (nicht gezeigte) Einlaßhülse, die als ein
Spannstift ausgebildet ist, indem in diesem Fall die ihn aufnehmende Lagerfläche
(Bohrung) nicht präzise bearbeitet zu werden braucht.
Die Fig. 6 bringt die Lehre für die einfachste Ausarbeitung des Tunnels 1. Auf die
entsprechend zugeschnittene Zylinderwand, zweckmäßigerweise auf die Zylinder
hülse selbst, ist ein angemessener Bund 8 lagefest aufgeschoben, in dessen innerer
Zylinderfläche eine Nut 9 ausgearbeitet ist, deren Größe, Querschnitt und
Anbringungsstelle den oben angegebenen Kennwerten zur Ausbildung eines Tunnels
entsprechen. Zur Sicherstellung der Dichtheit gegen das Auspressen des Kühlmittels
aus dem Tunnel 1 sind ober- und unterhalb des Tunnels 1 Dichtringe 10 vorgesehen.
Die Kühlmittelzufuhr in den Tunnel 1 und/oder -abfuhr daraus kann entweder mit
tels je einer gesonderten Rohrleitung durch die Umgebungsluft oder einfach durch
die Zylinderwandung vorgenommen werden. Erfindungswesentlich ist es, was ins
besondere die letzterwähnte Ausführungsmöglichkeit betrifft, daß es gewährleistet
ist, daß die Länge der Einlaßmündung, wie oben angegeben, mindestens ein
Dreifaches ihrer Nennweite ist.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß zur Erfüllung des erfindungsgemäßen Zwecks der
Aufprall des laminaren Kühlmittelstromes aus der Einlaßmündung 2; 4 auf die
gegenüberstehende senkrechte Tunnelwand und dessen Auseinanderlaufen unter
gleichzeitiger Teilung der Strommassen in zwei unterschiedlich starke Teile an der
Stelle, wo das Temperaturextrem anfällt, von entscheidender Bedeutung sind; die
Bedeutung der besagten Vorfälle ist so groß, daß man lediglich auf deren Grund
den an sich einfachen rechteckförmigen Tunnelquerschnitt in Kauf nehmen kann.
Einem Fachmann liegt es nahe, daß durch die Erfindung eine selektive Wärme
abfuhr aus dem "kritischen" Zylinderwandungsabschnitt und dadurch eine
Temperaturverteilung im "kritischen" Abschnitt, die überraschend nahe einer
kreisförmigen Verteilung ist, gewährleistet werden. Mit anderen Worten, mehr
Wärme wird aus dem Bereich abgeleitet, wo die Temperaturen höher sind. Der
Motorzylinder wird an der kühleren Seite mittels der Strömung des schwächeren
Teiles des Kühlmittelstromes durch den längeren (L2) Tunnelabschnitt zusätzlich
erwärmt, wodurch im Temperaturverteilungsbild des "kritischen" Motorzylinder
abschnitts die Unterkühlungszone (im Bereich des Einlaßventils für das Arbeits
mittel) beseitigt wird.
Der erfindungsgemäße Zylinder wird längs des "kritischen" Zylinderabschnitts über
raschend gleichförmig erwärmt. Das grundlegende Ziel der Erfindung ist somit er
reicht.
Es liegt keine Notwendigkeit vor, das Kühlmittel in den Motorkopf zu liefern, und
die Bestandteile des Kühlungsumlaufes sind fertigungstechnisch einfach. Auch die
zweitgestellte Aufgabe der Erfindung ist mithin gelöst.
Claims (15)
1. Kühlung eines an einen Verbrennungskolbenmotorkopf angrenzenden
Motorzylinderabschnitts (im Folgenden: "kritischen" Abschnitts), die auf zwangs
läufigem Strömen des Motoröls aus dem Motorschmierungssystem durch einen
Ringtunnel, der in der Zylinderwandung koaxial mit der Zylinderhauptachse in einer
Ebene quer zu dieser Achse im "kritischen" Abschnitt angeordnet ist, basiert, wobei
eine Einlaßmündung zum Einlauf des Öls in den erwähnten Ringtunnel beziehungs
weise eine Auslaßmündung zum Auslauf des Öls daraus in bezug auf die Zylinder
achse nichtdiametral angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringtunnel
(1) mit an sich bekanntem rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet ist, wobei ein
laminarer Kühlölstrahl aus der Einlaßmündung austretend auf eine gegenüber
stehende senkrechte Tunnelwand aufprallt, wonach er auseinanderläuft und dabei
die Ölstrommenge an Ort und Stelle, wo man beim Betrieb die Erscheinung des
Temperaturmaximumsextrems erwartet, auf zwei unterschiedlich große Teilströme
aufgeteilt wird.
2. Kühlung nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem Verbrennungs
motor mit einem Auspuffventil im Motorkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus
laßposition der Einlaßmündung (2) zur Kühlölzufuhr auf einer Gerade angeordnet
ist, die kreuzweise zur Längsachse des Motorzylinders und durch die Mitte der
Projektion des Auspuffventils auf den betrachteten Zylinderquerschnitt verläuft.
3. Kühlung nach Anspruch 1 in Verbindung mit den meisten Zweitakt
motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßposition der Einlaßmündung (2)
zur Kühlölzufuhr auf einer Gerade angeordnet ist, die kreuzweise zur Längsachse
des Motorzylinders und durch die Symmetrieachse der Projektion des Auspuff
schlitzes auf den betrachteten Zylinderquerschnitt verläuft.
4. Kühlung nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem Motor mit zwei
Auspuffventilen im Motorkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßposition der
Einlaßmündung (2) zur Zufuhr des Kühlöls auf der kreuzweise zur Längsachse des
Motorzylinders verlaufenden Symmetrieachse zwischen den Axialprojektionen der
Auspuffventile angeordnet ist.
5. Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des
längeren Teils (L2) des Ringtunnels (1) - zwischen den jeweils auf eine Gesamtebene
projizierten Ein- (2) und Auslaßmündung (3) gemessen - um 20% bis 50% größer
als die Länge des kürzeren Teils (L1) ist.
6. Kühlung nach irgendwelchem vorangehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auslaßmündung (3) zum Auslaß des Kühlöls in einer
rechtwinkelig zur Ebene der Motorkurbelwelle (A-A Gerade) gelegenen Diametral
ebene (C-C Gerade) auf der Luftaufprallseite angeordnet ist und in axialer Richtung
vom Motorkopf mehr als die Einlaßmündung (2) entfernt ist.
7. Kühlung nach irgendwelchem Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einlaßmündung (2) auf einer Axialentfernung (d) von der Stirn
fläche des Zylinders angeordnet ist, die im wesentlichen der Lage des ersten Kolben
ringes in der Kolbenposition im oberen Totpunkt entspricht.
8. Kühlung nach irgendwelchem vorangehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tunnelbreite (a) ein 0,005- bis 0,04-faches des Arbeitshubs
(s) [mm] des Kolbens und die Tunnelhöhe (c) ein 0,1- bis 0,3-faches des Kolben
hubs (s) ist, wobei die Deckenfläche des Tunnels (1) von der Zylinderstirnfläche um
den Konstantbetrag von 6 mm plus ein (0,01 bis 0,05)-faches des Kolbenhubs (s)
entfernt ist (Entfernung b).
9. Kühlung nach irgendwelchem vorangehenden Anspruch, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Einlaßmündungsachse mit der Tangente (T-T) am Ringtunnel
(1) einen Winkel (α) von 47° bis 37° einschließt, wobei es sich um die Orientierung
der Mündung (2) zu dem kürzeren von zwei ungleich langen Tunnelbogenteilen
(Längen L1, L2) handelt.
10. Kühlung nach irgendwelchem vorangehenden Anspruch, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mantelfläche der Auslaßmündung (3) bündig mit der
Tunnelbodenfläche verläuft (axiale Entfernung e).
11. Kühlung nach irgendwelchem vorangehenden Anspruch, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Nennweiten (d2, d3) der Ein- (2) und Auslaßmündung (3)
gleich sind und die Länge der jeweiligen Mündung (2; 3) - längs der Mündungsachse
gemessen - zumindest ein Dreifaches der Mündungsnennweite (d2; d3) ist.
12. Kühlung nach irgendwelchem vorangehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, daß eine an den Tunnel (1) radial gestellte Einlaßmündung (4) von
einer Einlaßhülse (5) gebildet ist, die in eine entsprechende Bohrung in der Motor
zylinderwandung lagefest eingesetzt ist.
13. Kühlung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das innere
Ende der Einlaßhülse (5) an die senkrechte Tunnelgrenzwand angrenzt und an dem
in den Tunnel (1) reichenden Hülsenende diametral gegenüberliegend zwei un
gleiche Durchlaßausnehmungen (6, 7) vorgesehen sind, die sinngemäß in die
Tunnelebene gestellt sind, so daß die kleinere (6) von den zwei Ausnehmungen
gegen den längeren (L2) Tunnelbogenteil und die größere davon (7) gegen den
kürzeren (L1) Tunnelbogenteil hinweist.
14. Kühlung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmungen (6, 7) Halbkreise sind, die so dimensioniert sind, daß die eine
Halbkreisfläche ein Zweifaches der anderen ist.
15. Kühlung nach irgendwelchem Anspruch 11 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einlaßhülse als ein Spannstift ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934344696 DE4344696A1 (de) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Kühlung eines an einen Verbrennungskolbenmotorkopf angrenzenden Motorzylinderabschnitts |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934344696 DE4344696A1 (de) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Kühlung eines an einen Verbrennungskolbenmotorkopf angrenzenden Motorzylinderabschnitts |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4344696A1 true DE4344696A1 (de) | 1995-06-29 |
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ID=6506381
Family Applications (1)
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DE19934344696 Withdrawn DE4344696A1 (de) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Kühlung eines an einen Verbrennungskolbenmotorkopf angrenzenden Motorzylinderabschnitts |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4344696A1 (de) |
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