DE2415796A1 - Luftgekuehlte hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Unser Zeichen: D 74/8 - APTA So/Bu

Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit stehenden Rippenzylindern, die unter Verwendung gleicher Maschinenhauptteile, z.B. des Kurbelgehäuses in eine Maschine anderer Bauart umstellbar ist.

Im Motorenbau erfordert die Fertigung von Großserien Sondermaschinen, die zu Fertigungsstraßen zusammengestellt sind und nur für die rationelle Fertigung des immer gleichen Werkstückes geeignet sind (sogenannte Transferstraßen). Damit ergeben sich hohe Anlagekosten, die zugleich keine oder nur geringe Änderungen des Werkstückes zulassen, weil sonst zu hohe Kosten für notwendige Umbauten der Fertigungsstraße oder gar deren Erneuerung erforderlich würden.

Aus diesen Gründen müssen bei Großserien die Werkstücke Über wirtschaftlich vertretbare Stückzahlen

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und damit über längere Zeiträume gleich bleiben. Um trotzdem Varianten eines Erzeugnisses herstellen zu können, wird versucht, einzelne Werkstücke von vornherein so zu gestalten, daß sie später für verschiedene Ausführungen des gleichen Erzeugnisses verwendet werden können.

Es ist bekannt, bei einer luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine (Automobiltechnisches Handbuch, Bussin, Verlag H. Cram, Berlin 1965, Seite 707), das Kurbelgehäuse so zu gestalten, daß die Maschine durch Austausch der Rippei\zylinder gegen wassergekühlte Einzelzylinder und Anbau verschiedener anderer Teile in eine wassergekühlte Ausführung umgebaut werden kann. Hierbei kann das Kurbelgehäuse und andere Hauptteile weiter verwendet werden. Nachteilig ist bei solchen Ausführungen, die eine Variationsmöglichkeit erlauben, daß beide Ausführungen keine optimale Lösung darstellen, weil die Variationsmöglichkeit Kompromisse erfordert. So ergibt sich beispielsweise bei dem bekannten Motor ein sehr großer ^linderabstand und damit

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eine größere Baulänge, die bei vergleichbaren anderen wassergekühlten Maschiren kleiner ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bauhöhe einer luftgekühlten Brennkraftmaschine zu verringern, ohne die Leistung oder die Kühlfläche nennenswert einzuschränken.

Dieses wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß bei Anwendung eines kürzeren Kolbenhubes und Verwendung des gleichen Kurbelgehäuses die Auflagefläche des Rippenzylinders oberhalb der Kolbenringe - bei unterer Totpunktlage des Kolbens - liegt und daß der Rippenzylinder im Bereich des Zylinderfußes und seines vom Kurbelgehäuse umgebenen Teiles von einem gut wärmeleitenden Werkstoff ummantelt ist und/oder zusätzlich von einem flüssigen Kühlmittel gekühlt wird.

Hierbei können so komiizierte Teile wie das Kurbelgehäuse oder der Zylinderkopf unverändert von der langhubigen Maschinenausführung übernommen werden. Der

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durch den verringerten Kolbenhub sich ergebende niedrige Zylinder ermöglicht eine geringere Bauhöhe der Maschine und läßt zugleich eine höhere Drehzahl bei gleicher mittlerer Kolbengeschwindigkeit zu. Dadurch bleibt die Leistung trotz kleinerem Bauvolumen gleich. Der tief in das Kurbelgehäuse hineinragende untere Teil des Rippenzylinders gibt seine Bßtriebswärme an die sehr dicke Ummantelung aus einer Aluminiumlegierung ab. Aus der Ummantelung kann die Wärme über genügend große Querschnitte in den oberen, der Kühlluft ausgesetzten Teil des Rippenzylinders abfließen.

Sine wirkungsvolle Wärmeabfuhr ergibt sich auch dadurch, daß der untere Teil des Rippenzylinders durch ein flüssiges Kühlmittel gekühlt wird, wobei nach einem weiteren Gedanken der Erfindung die Flüssigkeitskühlung im unteren Teil des Rippenzylinders durch den Schmierölkreislauf der Maschine erfolgt.

Um aus dem Bereich des Kolbenbodens eine günstige Wärmeabfuhr zu erzielen, wird nach einem weiteren Ge-

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danken der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ummantelung aus gut wärmeleitendem werkstoff und/oder Flüssigkeitskühlung des in das Kurbelgehäuse hineinragenden unteren Teiles des Rippenzylinders sich bis in den Bereich der Kolbenringe bei der unteren Totpunktlage des Kolbens erstreckt.

Aus Gründen der einfacheren Herstellung und Vermeidung von Temperaturunterschieden zwischen dem verrippten Teil des Zylinders und dem unteren Teil des Zylinders wird vorgeschlagen, daß der verrippte obere Teil des Zylinders aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht, der mit dem in das Kurbelgehäuse hineinragenden Zylindermantelieil ein Stück bildet. Damit ist es möglich, den äußeren, gut wärmeleitenden Zylinderteil z.B. nach dem AIfin-Verfahren um ein Zylinderrohr aus Schleuderguß zu gießen. Eine andere, zweckmäßige Ausführung ergibt sich, wenn die gut wärmeleitende Ummantelung nur um den unteren Teil eines Zylinders aus Schleuderguß gegossen oder aufgeschrumpft ist.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfinxiung schematisch dargestellt.

Die Abb. 1 bis 3 zeigen Jeweils den oberen Teil eines Kurbelgehäuses mit verschiedenen Rippenzylindern im Längsschnitt durch den Zylinder.

In Abb. 1 ist der obere Teil eines Kurbelgehäuses 1 mit aufgesetztem Rippenzylinder 2 im Längsschnitt dargestellt. Der Rippenzylinder 2 ragt im Gegensatz zu Ausführungen herkömmlicher luftgekühlter Maschinen wesentlich tiefer in das Kurbelgehäuse 1 hinein. Diese Besonderheit ergibt sich durch die Verwendung eines Kurbelgehäuses normaler Bauart für eine Maschine mit einem kürzeren Kolbenhub. Der kürzere Kolbenhub erfordert einen kürzeren Rippenzylinder, der zugleich tiefer in das.Kurbelgehäuse hineinragt. Bei Verwendung eines Kurbelgehäuses, das ursprünglich für einen längeren Kolbenhub ausgelegt wurde, ergibt sich damit die Notwendigkeit, den Rippenzylinder in seinem unteren Bereich besonders zu kühlen, weil hier aus Platzgründen keine Kühlrippen vorgesehen werden können.

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Der Rippenzylinder 2 ist gegen das Kurbelgehäuse 1 durch die Dichtung 3 abgedichtet. Mit einem JFußflansch 4, der zugleich Teil eines den Rippenzylinder 2 ummantelnden rohrförmigen unteren Zylinderteiles 5 ist, steht der Rippenzylinder 2 auf dem Kurbelgehäuse 1· Der rohrförmige untere Zylinderteil 5 ' "· aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff¹auf den Rippenzylinder aufgeschrumpft. Andere, feste Verbindungen, wie z.B. mittels Verbundguß können zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs ebenso angewendet werden. Der untere Zylinderteil 5 erstreckt sich in seiner Länge bis in den Bereich der Kolbenringe 6 bei der unteren Totpunktstellung des Kolbens 7. Die hohe Betriebstemperatur des Kolbens im Bereich der Kolbenringe 6 orgifet. ein hohes Wärmegefalle zum unteren Zylinderteil 5 und damit eine wirkungsvolle Kühlung. Die Kühlwirkung wird dadurch noch weiter erhöht, daß der untere Zylinderteil 5 mit seinem oberen Ende in den von der Kühlluft umströmten Bereich des Rippenzylinders 2 hineinragt und zusätzlich mit Rippen ausgestattet ist. Die reichlich bemessene Wandstärke des unteren Zylinderteiles 5 sorgt dabei für eine gute Wärmeaufnahme und

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ungehinderten Abfluß der Wärme in den oberen gekühlten Teil des Zylinders 2. Eine weitere günstige Ausbildung des unteren Zylinderteiles 5 ergibt sich durch die einteilige Verbindung mit dem Rohrverbindungsteil 8 für die Stoßstangenschutzrohre 9. Letztere sind wegen der Schmierölförderung aus den oberen Räumen eines nicht näher dargestellten Zylinderkopfes mit einer Steckverbindung dichtend in einer Aufnahmebohrung gehalten.

Durch diese besondere Ausbildung des Rippenzylinders ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Kurbelgehäuse 1 einer luftgekühlten langhubigen Brennkraftmaschine für eine kurzhubige Maschine zu verwenden. Die Verringerung des Hubvolumens durch den kürzeren Hub kann dabei durch Drehzahlstelgerung bis zur mittleren Kolbengeschwindigkeit der langhubigen Maschine wieder ausgeglichen werden, so daß sich bei kleinerem Bauvolumen der Maschine etwa die gleiche Leistung ergibt.

In Abb. 2 ist der obere Teil eines Kurbelgehäuses 1 mit aufgesetztem Rippenzylinder 2 im Schnitt darge-

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stellt. Der Rippenzylinder 2 ragt ähnlich wie in Abb. 1} sehr tief in das Kurbelgehäuse 1 hinein. Hierdurch ist es möglich, eine langhubige Maschine unter Verwendung möglichst vieler Hauptteile in eine kurzhubige Maschine umzubauen. Der Rippenzylinder 2 ist an seinem unteren Ende gegen das Kurbelgehäuse durch die Dichtung 3 abgedichtet. Oberhalb dieser Abdichtung wird von der Zylinderaußenwand 10 und der erweiterten Aufnahmebohrung 11 für den Zylinder im Kurbelgehäuse 1 ein Ringraum 12 gebildet, der durch den Zylinderfußflansch 4 auf dem Kurbelgehäuse 1 abgedichtet wir,d. Der Ringraum 12 ist durch die Bohrung über die Drosselstelle 16 mit dem Hauptschmierölkanal 14 der Maschine verbunden* Der überlauf aus dem Ringraum 12, der zur Kühlung des unteren nicht verrippten Teiles des Zylinders 2 dient, erfolgt über die Bohrung 15 in das Kurbelgehäuse 1. Der Ringraum 12 ist in seiner axialen Ausdehnung so gewählt, daß er bis in den Bereich der Kolbenringe 6 bei unterer Totpunktlage des Kolbens 7 hineinragt. Dadurch ergibt sich für den unteren Teil des Zylinders 2 eine sehr wirkungsvolle Flüssigkeitskühlung. Diese Kühlung wird in vor-

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teilhafter Weise durch den Anschluß an den Schmierölkreislauf der Maschine erwirkt, so daß^eSis auf die Zu- und Ablaufbohrung 13 und 15 keines weiteren Aufwandes für die zusätzliche Kühlung bedarf.

In Abb. 3 ist der obere Teil eines Kurbelgehäuses 1 mit aufgesetztem Rippenzylinder 2 im Längsschnitt dargestellt. Der Rippenzylinder 2 ragt ähnlich wie in Abb. 1 und 2 sehr tief in das Kurbelgehäuse 1 hinein. Hierdurch ist es möglich, eine langhubige Maschine unter Verwednung möglichst vieler Hauptteile z.B. des Kurbelgehäuses in eine kurzhubige Maschine umzustellen.

Der Rippenzylinder 2 ist an seinem unteren Ende 2 gegen das Kurbelgehäuse durch die Dichtung 3 abgedichtet. Die Verrippung besteht aus einem gut wärmeleitenden Metall,"z.B. einer Aluminiumlegierung, die mit dem Zylinderrohr 13 aus Schleuderguß nach dem AIfin-Verfahren durch Gießen verbunden ist. Die Kühlrippen gehen in Höhe des Kurbelgehäuses in den Zylinderfuß-

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flansch 4 über, mit dem der Rippenzylinder 2 auf dem Kurbelgehäuse 1 steht. Unterhalb des Zylinderfußflansches 4 sefet -sich die Ummantelung des Zylinderrohres 17 mit dem gut wärmeleitenden Werkstoff fort. Sie ragt indas Kurbelgehäuse 1 als dickwandigerj rohrartiger unterer Zylinderteil 5 hinein. Diese Ummantelung endet im Bereich der Kolbenringe 6 bei der unteren Totpunktlage des Kolbens Damit ergibt sich eine besonders gute Wärmeabfuhr aus einem Bereich mit hoher Betriebstemperatur. Die Verbindung des dickwandigen unteren Zylinderteiles mit dem verrippten Zylinderteil 2 ergibt einen guten Wärmeabfluß in den von der Kühlluft beaufschlagten Teil des Zylinders 2_? so daß durch die verschiedenartige Ausbildung der äußeren Zylinderwand kein nennenswerter Temperaturunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Teil 5 des Rippenzylinders entstehen kann.

Auch bei dieser Zylinderausführung ist das Rohrverbindungsteil 8 für die Stoßstangenschutzrohre 9 einteilig mit dem Rippenzylinder 2 verbunden, so daß die Abdichtung des Rohres in dieses Teil verlegt werden kann.

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Kiöckner+fumboidt-Deutz ag ZA HLM S3 5 Köln 80, den 12. Mrζ 1974 Unser Zeichen: D 74/8 - APTA So/Bu Patentansprüche

1.J Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit stehenden Rippenzylindern, die unter Verwendung gleicher Maschinenhauptteile z.B. des Kurbelgehäuses, in eine Maschine anderer Bauart umstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines kürzeren Kolbenhubes und Verwendung des gleichen Kurbelgehäuses (1) die Auflagefläche des Rippenzylinders (2) oberhalb der ersten Kolbenringe (6) in der unteren Totpunktlage liegt und daß der Rippenzylinder im Bereich des Zylinderfußes (4) und seines vom Kurbelgehäuse umgebenen Teiles (5) von einem gut wärmeleitenden Werkstoff ummantelt ist und/oder zusätzlich von einem flüssigen Kühlmittel gekühlt wird.

2. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung und/oder Flüssigkeitskühlung des in das Kurbelgehäuse hineinragenden unteren Teiles (5) des Rippenzylinders (2) sich bis in den Bereich der Kolbenringe (6) bei der unteren Totpunktlage des Kolbens (7) erstreckt.

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3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verrippte obere Teil des Zylinders (2) aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht, der mit dem in das Kurbelgehäuse (1) hineinragenden Zylindermantelteil ein Stück bildet.

4« Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskühlung im unteren Teil (5) des Rippenzylinders (2) durch den Schmierölkreislauf der Maschine erfolgt.

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