EP0182324A2 - Kühlmittelführung für ein flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr - Google Patents

Kühlmittelführung für ein flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr Download PDF

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EP0182324A2
EP0182324A2 EP85114581A EP85114581A EP0182324A2 EP 0182324 A2 EP0182324 A2 EP 0182324A2 EP 85114581 A EP85114581 A EP 85114581A EP 85114581 A EP85114581 A EP 85114581A EP 0182324 A2 EP0182324 A2 EP 0182324A2
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liquid
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
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    • F02F1/16—Cylinder liners of wet type
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    • F02F1/14—Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a liquid-cooled cylinder tube of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a cost-effective, helical coolant guide around the cylinder barrel of an internal combustion engine with simple means.
  • a helical coolant channel is formed by the helical spring inserted into the cooling gap between the housing and the cylinder tube and fixed in the cooling gap under radial tension.
  • Such a coil spring can be used in any internal combustion engine, the pitch of the turns and the number of turns of the coil spring being easily adaptable to the respective cooling requirements.
  • the coil spring is designed according to the desired heat transfer coefficient.
  • the coil spring lies largely tightly against one wall of the cooling gap and is at a short distance from the other wall. In this way it is ensured that, in addition to the helical flow, an axial partial flow along the cylinder can also be achieved, as a result of which a further increase in the heat transfer coefficient is achieved.
  • the outer diameter of the helical spring is preferably larger than the inner diameter of the receiving bore in the housing, so that the helical spring rests on the housing wall under radial tension. Since the coil spring also has a gap with the cylinder tube, the cylinder tube can be used without hindrance after the coil spring has been inserted.
  • the cross section of the helical spring wire is preferably rectangular, in particular square, with a side wall of the cross section abutting a wall of the cooling gap and thus giving a relatively large contact surface.
  • This cylindrical housing part has a circumferential shoulder 6 in the upper edge for receiving a radially outward-pointing ring flange 4 of the cylinder tube 2.
  • the flange 4 has such a radial extension that between the cylindrical inner wall 8 of the housing 1 and the cylindrical outer wall 7 of the cylinder tube 2 a cooling gap 5 is formed.
  • a helical spring 3 is inserted, the spring wire of which has a rectangular, preferably the square cross section shown in the exemplary embodiment.
  • the coil spring 3 is under radial tension with its turns largely close to the cylindrical inner wall 8 of the housing 1.
  • the sides of the cross section are aligned parallel or at right angles to the side wall 8.
  • the inner surface of the coil spring or its windings is at a distance s from the cylindrical outer wall of the cylinder tube, as a result of which there is an axial partial flow along the cylinder tube.
  • This axial partial flow builds up in addition to the helical flow in the cooling channel between the individual turns of the coil spring 3, which have a distance d from one another, which determines the height of the cooling channel.
  • the convection forced in this way serves the increased heat transfer from the cylinder tube to the flow through Coolant. This increase in heat transfer is particularly advantageous in the case of cooling liquids which have a poorer heat transfer property than water.
  • FIG. 1 has the advantage that the coil spring 3 can be inserted into the cylindrical housing part 1 of the internal combustion engine before the cylinder tube 2 is inserted, and the cylinder tube can be pushed into the center of the coil spring 3 without hindrance, since the inside diameter of the coil spring is larger than is the outer diameter of the cylinder tube 2.
  • the basic design of the exemplary embodiment according to FIG. 2 corresponds to that according to FIG. 1, the same reference numerals being used.
  • the coil spring used in Fig. 2 is under radial tension on the cylinder tube 2 and has a distance s to the cylindrical inner wall 8 of the housing 1.
  • the helical spring in the unloaded state has an outer diameter that is larger than the inner diameter of the cylindrical wall 8 of the housing part 1. 2, the inner diameter of the coil spring in the unloaded state is smaller than the outer diameter of the cylinder tube 2.
  • the distance d between adjacent turns of the coil spring 3 may be expedient to provide the distance d between adjacent turns of the coil spring 3 differently.
  • the distance d in the upper part of the cylinder tube (in the area of the combustion chamber) could be smaller than in the lower area.
  • a helical spring with a progressive pitch, for example, has this course. Through this out education takes into account the greater incidence of heat from the combustion chamber. A greater heat dissipation is thus achieved at the end of the cylinder tube 2 facing the combustion chamber.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr 2 einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine. Zwischen dem Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine und dem Zylinderrohr 2 ist ein Kühlspalt 5 vorgesehen, in dem schraubenlinienförmig eine Zwischenwand zur Bildung eines schraubenlinienförmigen Kühlkanals angeordnet ist. Die Zwischenwand ist von einer unter radialer Spannung im Kühlspalt 5 festliegenden Schraubenfeder 3 gebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-OS 28 25 870 ist bekannt, auf der dem Zylinderrohr zugewandten Seite des Gehäuses der Brennkraftmaschine eine schraubenlinienförmige Zwischenwand vorzusehen, die sich im wesentlichen bis zum Zylinderrohr erstreckt. Auf diese Weise ist ein das Zylinderrohr schraubenlinienförmig umgebender Kühlkanal gebildet, durch den eine hohe Wärmeabfuhr am Zylinderrohr sichergestellt ist. Die Ausbildung der Zwischenwand im Kühlspalt zwischen dem Gehäuse und dem Zylinderrohr ist jedoch fertigungstechnisch sehr aufwendig und daher teuer.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine kostengünstig herstellbare, schraubenlinienförmige Kühlmittelführung um das Zylinderrohr einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Kühlspalt zwischen dem Gehäuse und dem Zylinderrohr eingesetzte Schraubenfeder, die unter radialer Spannung im Kühlspalt festliegt, ist ein schraubenlinienförmiger Kühlmittelkanal gebildet. Eine derartige Schraubenfeder kann in jede beliebige Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wobei die Steigung der Windungen sowie die Anzahl der Windungen der Schraubenfeder den jeweiligen Kühlungsanforderungen leicht anpaßbar ist. Die Schraubenfeder wird entsprechend der gewünschten Wärmeübergangszahl ausgebildet.
  • Die Schraubenfeder liegt an einer Wand des Kühlspalts weitgehend dicht an und hat zu der anderen Wand einen geringen Abstand. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß neben der schraubenlinienförmigen Strömung auch eine axiale Teilströmung längs des Zylinders erzielbar ist, wodurch eine weitere Erhöhung der Wärmeübergangszahl erzielt ist.
  • Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Schraubenfeder größer als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung im Gehäuse, so daß die Schraubenfeder unter radialer Spannung an der Gehäusewand anliegt. Da die Schraubenfeder darüberhinaus zum Zylinderrohr einen Spalt aufweist, kann das Zylinderrohr nach Einsetzen der Schraubenfeder behinderungsfrei eingesetzt werden.
  • Der Querschnitt des Schraubenfederdrahtes ist vorzugweise rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet, wobei eine Seitenwand des Querschnitts an einer Wand des Kühlspaltes anliegt und so eine relativ große Anlagefläche gegeben ist.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, die im folgenden näher beschrieben sind. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch den ein Zylinderrohr aufnehmenden Teil des Gehäuses einer Brennkraftmaschine,
    • Fig. 2 einen Schnitt gemäß Fig. 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels.
  • Vom Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine ist lediglich das Zylinderrohr 2 aufnehmende, zylindrische Teil gezeigt. Dieses zylindrische Gehäuseteil hat im oberen Rand einen umlaufenden Absatz 6 zur Aufnahme eines radial nach außen weisenden Ringflansches 4 des Zylinderrohrs 2. Der Flansch 4 hat eine derartige radiale Erstreckung, daß zwischen der zylindrischen Innenwand 8 des Gehäuses 1 und der zylinderischen Außenwand 7 des Zylinderrohrs 2 ein Kühlspalt 5 gebildet ist.
  • In den Kühlspalt 5 ist eine Schraubenfeder 3 eingesetzt, deren Federdraht rechteckigen, vorzugsweise den im Ausführungsbeispiel gezeigten quadratischen Querschnitt hat. In Fig. 1 liegt die Schraubenfeder 3 unter radialer Spannung mit ihren Windungen weitgehend dicht an der zylindrischen Innenwand 8 des Gehäuses 1 an. Hierbei sind die Seiten des Querschnitts parallel bzw. rechtwinklig zur Seitenwand 8 ausgerichtet. Zur zylindrischen Außenwandung des Zylinderrohrs weist die Innenfläche der Schraubenfeder bzw. deren Windungen einen Abstand s auf, wodurch eine axiale Teilströmung längs des Zylinderrohrs gegeben ist. Diese axiale Teilströmung baut sich neben der schraubenlinienförmigen Strömung im Kühlkanal zwischen den einzelnen Windungen der Schraubenfeder 3, die einen Abstand d voneinander haben, der die Höhe des Kühlkanals bestimmt. Die auf diese Weise erzwungene Konvektion dient dem erhöhten Wärmeübergang vom Zylinderrohr auf das durchströmende Kühlmittel. Diese Erhöhung des Wärmeübergangs ist insbesondere bei Kühlflüssigkeiten vorteilhaft, die eine schlechtere Wärmeübergangseigenschaft als Wasser haben.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat den Vorteil, daß die Schraubenfeder 3 vor Einsetzen des Zylinderrohes 2 in den zylindrischen Gehäuseteil 1 der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann und das Zylinderrohr behinderungsfrei in das Zentrum der Schraubenfeder 3 eingeschoben werden kann, da der Innendurchmesser der Schraubenfeder größer als der Außendurchmesser des Zylinderrohres 2 ist.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stimmt im Grundaufbau mit dem nach Fig. 1 überein, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet wurden. Die in Fig. 2 eingesetzte Schraubenfeder liegt unter radialer Spannung am zylinderrohr 2 an und hat zur zylindrischen Innenwandung 8 des Gehäuses 1 einen Abstand s.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat die Schraubenfeder im unbelasteten Zustand einen Außendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser der zylindrischen Wandung 8 des Gehäuseteils 1 ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Innendurchmesser der Schraubenfeder im unbelasteten Zustand geringer als der Außendurchmesser des Zylinderrohres 2.
  • Es kann zweckmäßig sein, den Abstand d benachbarter Windungen der Schraubenfeder 3 unterschiedlich vorzusehen. So könnte z.B. der Abstand d im oberen Teil des Zylinderrohres (im Bereich des Brennraumes) kleiner sein, als im unteren Bereich. Diesen Verlauf hat beispielsweise eine Schraubenfeder mit progressiver Steigung. Durch diese Ausbildung wird dem stärkeren Wärmeeinfall vom Brennraum her Rechnung getragen. Es wird so eine stärkere Wärmeabfuhr an dem dem Brennraum zugewandten Ende des Zylinderrohres 2 erzielt.

Claims (8)

1. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr (2) einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselbrennkraftmaschine, mit einer im Kühlspalt (5) zwischen dem Gehäuse (1) der Brennkraftmaschine und dem Zylinderrohr (2) vorgesehenen, schraubenlinienförmig angeordneten Zwischenwand zur Bildung eines schraubenlinienförmigen Kühlkanals, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand von einer unter radialer Spannung im Kühlspalt (5) festliegenden Schraubenfeder (3) gebildet ist.
2. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (3) an einer Wand (7 oder 8) des Kühlspaltes (5) weitgehend dicht anliegt und zu der anderen Wand (8 bzw. 7) einen geringen Abstand s aufweist.
3. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im entspannten Zustand der Schraubenfeder (3) deren Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des zur Aufnahme des Zylinderrohres (2) vorgesehenen zylindrischen Teils des Gehäuses (1) ist.
4. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohrs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im entspannten Zustand der Schraubenfeder (3) deren Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Zylinderrohrs (2) ist.
5. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenfederdraht rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt hat.
6. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Seiten des Schraubenfederdrathes parallel zum Außenmantel des Zylinderrohrs (2) bzw. Innenmantel des Gehäuses (1) ausgerichtet sind.
7. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Windungen der Schraubenfeder (3) gleichen Abstand (d) voneinander haben.
8. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Windungen der Schraubenfeder (3) voneinander unterschiedlichen Abstand haben.
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