DEP0003625DA - Brennkraftmaschine mit Luftkühlung - Google Patents

Description

Die Höhe der Leistung einer Brennkraftmaschine ist durch die Widerstandsfähigkeit des Baumaterials gegen Temperaturen begrenzt. Da die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit bei sehr hohen Temperaturen vor sich geht, ist eine Kühlung der mit den Verbrennungsgasen in Berührung kommenden Wände erforderlich. Die Kühlung geschieht in der Regel durch Wasser oder Luft. In beiden Fällen wird das Kühlmittel um die Zylinderwände und um den Zylinderkopf geleitet. Die Wärme muß also vom Zylinderinnern aus durch die trennenden Wände hindurch treten. Am ungünstigsten ist die Wärmeabfuhr vom Kolbenboden aus. Die Wärme des Kolbenbodens muß über die Kolbenringe an die Zylinderwand übertragen werden, die sie an das Kühlmittel weiterleitet. Bei Luftkühlung werden der Zylinder und der Zylinderkopf mit Kühlrippen versehen, durch die ein starker Kühlluftstrom geschickt wird. Zur Förderung des Kühlluftstroms dient ein Gebläse, das meistens vom Motor direkt angetrieben wird. Bei Luftkühlung muß das Kolbenspiel größer gewählt werden als bei Wasserkühlung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kühlung von luftgekühlten Brennkraftmaschinen zu verbessern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kühlluft nicht außen um den Arbeitszylinder herum, sondern durch den Arbeitszylinder hindurch geführt wird.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Abbildung 1 zeigt eine Brennkraftmaschine von oben gesehen,

Abbildung 2 zeigt ein Steuerdiagramm, Abbildung 3 zeigt den ungefähren Druckverlauf im Zylinder während der Kühlperiode an. Die Brennkraftmaschine nach Abbildung 1 hat beispielsweise drei

Zylinder, deren Köpfe mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. Die Zylinder und die Zylinderköpfe sind mit Kühlrippen versehen. In den Zylinderköpfen befinden sich die Einlaßventile 4 und die Auslaßventile 5, die in der üblichen Weise durch Stoßstangen betätigt werden. 6 sind die ebenfalls in den Zylinderköpfen sitzenden Einspritzdüsen für den Brennstoff. Die Brennkraftmaschine wird mit Luft gekühlt und zwar so, daß die Kühlluft durch die Arbeitszylinder geführt wird. Zu diesem Zweck ist der Druckstutzen 7 des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kühlluftgebläses 8 an eine Leitung 9 angeschlossen, die zu den von den Einlaßventilen 4 gesteuerten Einlaßkanälen in den Zylinderköpfen führt. Die Kühlluft strömt also durch diese Kanäle direkt in die Zylinder hinein, kühlt die Zylinder und die Kolben und verläßt die Zylinder durch die von den Auslaßventilen 5 gesteuerten Auslaßkanäle, an die die Auspuffleitung 10 angeschlossen ist. Die Einlaßventile 4 und die Auslaßventile 5 werden zweckmäßig so gesteuert, daß die Kühlluft während des gesamten Ausschubhubes und Ansaugehubes durch die Zylinder hindurch strömt. Die Ventile sollen also so lange wie eben möglich offen bleiben, damit eine große Luftmenge durch die Zylinder strömt und diese möglichst lange mit den Kolben und den Zylinderwänden in Berührung bleibt. Der genaue Zeitpunkt für die Öffnung der Ventile muß in der Praxis durch Versuche festgestellt werden. Zunächst öffnen jedoch die Auslaßventile vor Erreichung des unteren Totpunktes des Krafthubes so führt, daß bei Beendigung dieses Hubes möglichst der Druck der äußeren Atmosphäre, wenigstens aber der des Kühlluftgebläses erreicht ist. Sodann öffnen die Einlaßventile in der Nähe desselben unteren Totpunktes.

Die Auslaßventile bleiben während des Ausschubhubes und während des größten Teiles des Ansaugehubes geöffnet und schließen kurz vor Erreichung des unteren Totpunktes des Ansaugehubes, danach schließen die Einlaßventile. Da die Auslaßventile vor den Einlaßventilen schließen, wird eine Aufladung der Zylinder auf den vollen Gebläsedruck erreicht. In Abbildung 2 sind die Steuerzeiten für die Ventile beispielsweise angedeutet. Abbildung 3 gibt den ungefähren Druckverlauf in den Zylinder während der Kühlperiode an.

In die aufgeladenen Zylinder wird am Ende des Verdichtungshubes vorteilhaft nur so viel Brennstoff eingespritzt, daß sich in den Zylindern eine mittlere Temperatur über alle vier Hübe einstellt, die für den Kolben- und Zylinderwerkstoff noch tragbar ist. Der Wärmehaushalt in den Zylindern wird also durch das Verhältnis von Luft zu Brennstoff so ausgewogen, daß ein einwandfreier Betrieb möglich ist. Die Maschine wird mit einem verhältnismäßig großen Luftüberschuß arbeiten. Da aber die Leistungssteigerung bei normaler Aufladung sehr hoch ist, dürfte nach der Erfindung trotz der nicht vollkommenen Luftausnutzung nicht nur der Verlust durch die Gebläseleistung abgedeckt, sondern darüber hinaus noch eine Leistungssteigerung über die einer nicht aufgeladenen Maschine erzielt werden. Die zulässige Einspritzmenge an Brennstoff wird zweckmäßig durch Versuch festgestellt.

Die gleiche Art der Innenkühlung wie sie an vorstehendem Beispiel für eine Viertaktmaschine beschrieben wurde, ist natürlich noch einfacher für eine Zweitaktmaschine möglich. Hier braucht das Spülgebläse nur so groß dimensioniert zu werden, daß es zur Förderung der Spül- und Kühlluft ausreicht. Auch die Spül- und Auslaßschlitze müssen natürlich so groß gemacht werden, daß die zur Kühlung und Spülung erforderliche Luftmenge möglichst während der unteren Totpunktstellung des Arbeitskolbens durch den Zylinder hindurch geblasen wird. Die Abstimmung des Wärmehaushalts durch geeignete Wahl der pro Hub eingespritzten Brennstoffmenge erfolgt wie vorher beschrieben. Eine Aufladung kann durch entsprechende Steuerorgane oder Nachladeschlitze ebenfalls erreicht werden.

Für den Fall, daß es nötig sein sollte, die immerhin noch nach außen anfallende Wärme abzuführen, würde es genügen, die zwischen den Kühlrippen stehende Luft durch einen einfachen Auspuffejektor 11 abzusaugen, der gleichzeitig als Schalldämpfer dient. Zu diesem Zweck werden die Zylinder mit einem Blechmantel 12 umgeben, der auf einer Seite eine Öffnung 13 hat und an der anderen Seite an eine Leitung 14 angeschlossen ist, die zum Saugstutzen 15 des Ejektors 11 führt. Die Luft wird also zwischen der äußeren Zylinderwand und dem Blechmantel hindurch gesaugt.

Je nach den Ansprüchen, die man an die Leistung der Maschine stellt, ist es auch möglich, ohne Ejektor und ohne Kühlrippen auszukommen. Die Zylinder würden dann außen eine glatte Form erhalten. Die Zylinder verschmutzen dann nicht so schnell und zu ihrer Herstellung könnten einfache Stahlrohre Verwendung finden, die man gegebenenfalls mit einer dünnen Gleitschicht beispielsweise aus Guß ausschleudert.

Da durch die Erfindung eine gute Kühlung der Kolben und der Zylinderrohre stattfindet, kann das Spiel zwischen Kolben und Zylinderrohr kleiner gehalten werden.

Claims (10)

1. Brennkraftmaschine mit Luftkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft durch den Arbeitszylinder geführt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft, beispielsweise die Luft eines Gebläses, durch das Einlaßventil in den Zylinder hinein geführt wird und ihn durch das Auslaßventil verläßt.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil und das Einlaßventil so gesteuert werden, daß die Kühlluft während des gesamten Ausschubhubes und Ansaugehubes durch den Zylinder hindurch strömt.

4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil so früh vor dem Einlaßventil schließt, daß eine Aufladung des Zylinders auf den vollen Gebläsedruck erreicht wird.

5. Zweitaktbrennkraftmaschine mit Luftkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die durch den Arbeitszylinder zu führende Kühlluft und Spülluft das gleiche Gebläse benutzt wird.

6. Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem solchen Luftüberschuß gespült wird, daß eine besondere Kühlung von außen unnötig wird.

7. Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül- und Auslaßschlitze so bemessen werden, daß die zur Kühlung und Spülung erforderliche Luftmenge möglichst während der unteren Totpunktstellung des Kolbens durch den Zylinder hindurch geblasen wird.

8. Brennkraftmaschine mit Luftkühlung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespritzte Brennstoffmenge auf die geförderte Luft so abgestimmt wird, daß die mittlere Temperatur über eine Umdrehung gerechnet für den Werkstoff noch tragbar ist.

9. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder mit einem Blechmantel umgeben sind und daß die zwischen den Kühlrippen stehende Kühlluft durch einen Auspuffejektor abgesaugt wird, der gleichzeitig als Schalldämpfer dient.

10. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder außen eine glatte Form haben.