DE19813624A1 - Luftgekühlter Verbrennungsmotor mit um eine vertikale Achse rotierender Kurbelwelle, insbesondere Einzylinder-Dieselmotor - Google Patents

Abstract

Ein luftgekühlter Verbrennungsmotor mit um eine vertikale Achse rotierender Kurbelwelle, insbesondere Einzylinder-Dieselmotor, mit einer Kapselung, welche Kühlluftkanäle umschließt, besitzt ein Schwungrad, welches auf dem oberen Ende der Kurbelwelle (1) sitzt und mit einem Radialgebläse (3) kombiniert ist; dem unteren Ende der Kurbelwelle (1) ist der Steuerdeckel (14) zugeordnet, an dessen Außenseite die Ölwanne (13) befestigt ist; verschiedene Kühlluftteilströme zweigen aus dem Druckraum (5) des Radialgebläses (3) ab; sie umspülen die Außenseite des Motorgehäuses innerhalb einer dieses umgebenden Gehäusekapsel (21).

Description

Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Verbren­ nungsmotor mit um eine vertikale Achse rotierender Kurbelwelle, insbesondere einen Einzylinder-Dieselmo­ tor, mit einer Kapselung, welche Kühlluftkanäle umschließt.

Bei luftgekühlten Motoren mit in der Einbaulage vertikaler Welle handelt es sich üblicherweise um Otto- Motoren für spezielle Anwendungen, z. B. als Antriebe für Rasenmäher, landwirtschaftliche Geräte oder dgl., wo durch die vertikale Welle Umlenkgetriebe eingespart werden können bzw. eine besonders niedrige Gerätebauhöhe verwirklicht werden kann. Derartige Antriebe sind in der Regel nicht für den Dauereinsatz konzipiert; ihr Leistungsbereich liegt gewöhnlich zwischen 2 und 5 kW.

Demgegenüber handelt es sich bei bekannten Kleindiesel­ motoren für industrielle Anwendungen in der Regel um stehende Motoren, d. h. solche mit in der Einbaulage um eine horizontale Achse rotierender Kurbelwelle, welche robust gebaut sind, einen multifunktionellen Einsatz ermöglichen und häufig mit Lärmschutzkapseln zum Schutz der Umgebung vor übermäßiger Lärmemission versehen sind. Der Leistungsbereich derartiger Industrie- Dieselmotoren erstreckt sich bei Einzylinder- Dieselmotoren bis zu einer Obergrenze von ca. 12 kW, bei einem Hubvolumen von 700 bis 750 cm³.

Demgegenüber besteht das Ziel der vorliegenden Erfin­ dung darin, einen für die industrielle Anwendung geeigneten Dieselmotor für den liegenden Einbau, d. h. mit vertikaler Welle zu schaffen, die sich für Anwen­ dungen besonders eignen, bei denen es auf geringe Bauhöhe oder niedrige Schwerpunktslage ankommt und welche trotzdem universell einsetzbar sind, d. h. Kraft­ abnahmestellen an beiden Stirnseiten des Motorgehäuses besitzen oder für den Anschluß unterschiedlicher Hydraulikpumpen und Getriebe geeignet sind; außerdem sollen solche Motoren als weiteres wichtiges Merkmal für die industrielle Anwendung ein effizientes Kühlsystem auch bei gekapselter Ausführung aufweisen; schließlich soll auch noch ihr Herstellungsaufwand niedrig sein.

Ein Motor, welcher als Einzylinder-Dieselmotor mit vertikaler Welle die genannten Eigenschaften aufweist und damit die vorstehende umfassende Aufgabe löst, besitzt die Merkmale a) bis d) gemäß Anspruch 1.

Demnach besitzt er eine Zuluftführung mittels eines Schwungradkühlgebläses, welches sich durch eine ausreichende Kühlluftmenge auszeichnet, die über ein Luftverteilungsgehäuse, welches das Schwungradkühlge­ bläse umgibt und gleichzeitig das schwungradseitige Anschlußgehäuse bildet, nach einem Zweistromkühlsystem verteilt wird. In diesem Sinne werden druckseitig vom Luftverteilungsgehäuse zwei Kühluftteilströme abgezweigt, von denen einer über die Zylinder- und Zylinderkopfpartie geführt wird und damit diejenigen Motorkomponenten kühlt, die durch den Verbrennungsvor­ gang mit der Prozeßwärme belastet sind bzw. mit heißen Abgasen direkt in Berührung kommen; der andere Kühlluftteilstrom dient der Kühlung des Motoröls, welches im Motor als Schmier- und Kühlmittel eingesetzt wird; er wird dementsprechend um das Kurbelgehäuse herum geleitet.

Für die beiden Kühlluftteilströme hat sich ein Vertei­ lungsverhältnis von 2 : 1 Teilen, wobei der kleinere Teilstrom für die Ölkühlung ausreicht, als zweckmäßig herausgestellt.

Im Rahmen der Erfindung wird der erste Kühlluftteil­ strom im wesentlichen durch eine Gehäusekapsel geleitet, welche Zylinder und Zylinderkopf umgibt, wobei diese Bauteile durch zwei Zweigströme umspült werden, die auf der Abströmseite wieder zusammengeführt werden.

Der zweite Kühlluftteilstrom wird unter einer Verklei­ dung an den verrippten Außenseiten zunächst einer Seitenwand des Kurbelgehäuses, danach entlang der Ölwanne geleitet, wobei die Seitenwand dem Boden des Kurbelgehäuses bei stehendem Motor entspricht und wobei die Ölwanne an, dessen Unterseite angebaut ist, die durch die Steuergehäuseaußenwand des Motors, die bei stehendem Motor dessen abtriebsseitige Stirnwand bildet, angebaut ist.

Dabei kann sich für einen derartigen liegenden Motor dessen Herstellung mit einem speziellen Motorgehäuse als zweckmäßig erweisen; es kann aber ökonomischer sein, ein bereits vorhandenes Motorgehäuse zu verwenden und dieses durch spezielle Bauteile zu ergänzen.

Ein derartiges spezielles Bauteil ist eine neue Ölwanne mit Kühlrippen an ihrer Außenseite und mit Verbindungs­ elementen für den dichtenden Anschluß an ein vorhandenes Steuergehäuse, wobei auf der Seite des Steuergehäuses, in welchem u. a. Regler und Ölpumpe untergebracht sind, gewisse Modifizierungen für den Anschluß der Ölwanne zweckmäßig sein können.

Ein anderes spezielles Bauteil ist als Kühlrippen tragendes Bauteil ausgebildet, welches mit möglichst großer gemeinsamer Anlagefläche an der Außenseite der Seitenwand des Kurbelgehäuses angeschraubt ist.

Die genannten Bauteile dienen der Unterstützung des Wärmeübergangs aus dem Kurbelgehäuse und der Ölwanne in den zweiten Kühlluftteilstrom, der unter einer entsprechenden Verkleidung über die verrippten Bauteile geleitet wird. Dementsprechend bestehen diese Bauteile zur Gewichtsreduzierung und wegen der guten Wärmeleitung-bevorzugt aus Aluminium. Eine besonders günstige Kühlwirkung ergibt sich infolge der liegenden Motoranordnung insbesondere dadurch, daß die gekühlte Seitenwand des Kurbelgehäuses, unter welcher sich bei stehendem Motor der Ölsumpf befindet, an ihrer Innenseite durch das Spritzöl des Kurbeltriebs stark beaufschlagt wird, was zu einem besonders günstigen Wärmeübergang führt.

Durch diesen verbesserten Wärmeübergang verbunden mit der vorteilhaften Führung der beiden Kühlluftteilströme über entsprechend verrippte Bauteile, womit vorliegend neben der Kühlrippen an Zylinder und Zylinderkopf auch die genannten speziellen Bauteile gemeint sind, gelingt es im Vergleich zu entsprechend stehend eingebauten Motoren eine Absenkung der Öltemperatur um bis zu 35°C zu erreichen, wobei eine Gesamtzuluftmenge von ca. 10 m³/min zugrundegelegt wird.

Eine besonders einfache Verhaubung des erfindungsgemäß mit zwei Kühlluftteilströmen gekühlten Motors ist dadurch zu erreichen, daß diese abströmseitig in einen gemeinsamen Abluftschacht münden, von wo sie nach außen abgeleitet werden.

Mit der erfindungsgemäß erzielten besonders effizienten Luftkühlung, die mit einer besonders niedrigen Öltempe­ ratur einhergeht, lassen sich Applikationen unter hoher Dauerlast und bei extremen Umweltbedingungen bei hoher Betriebszeit des Motoröls verwirklichen, was zu einer wünschenswerten Verlängerung der Wartungsintervalle führt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, welche einen schemati­ schen Querschnitt durch die Motorachse zeigt.

Die Zeichnung zeigt im Vertikalschnitt einen Einzylinder-Dieselmotor in seiner normalen Einbaulage, wobei die Achse der Kurbelwelle 1 vertikal verläuft. In Verbindung mit der Kurbelwelle 1 erkennt man die Ausgleichsmassen 27 sowie das Pleuel 28 mit dem Kolben 29. Um den Kolben 29 ist schematisch der Zylinder 10 mit entsprechenden Kühlrippen dargestellt; auf dem Zylinder 10 sitzt der Zylinderkopf 11. Innerhalb des Zylinderkopfdeckels 30 erkennt man ein Ventil 31.

Die Kurbelwelle 1 ist in entsprechenden Lagern der oberen Stirnwand 2 und der unteren Stirnwand 15 des Kurbelgehäuses gelagert. Am oberen Ende der Kurbelwelle 1 ist ein Schwungrad in Form eines Radialgebläses 3 angeflanscht, welches im Inneren eines Luftverteilungs­ gehäuses 4 angeordnet ist. Das Luftverteilungsgehäuse 4 ist an der Außenseite der oberen Stirnwand 2 des Kurbelgehäuses befestigt. Es bildet um den Gebläserotor herum einen Druckraum 5. Die zwischen den Gebläseschau­ feln gemäß Pfeilen Al einströmende Ansaugluft gelangt über den Druckraum 5 durch eine Öffnung 8 als erster Kühlluftteilstrom L1 in eine Gehäusekapsel 21, welche Zylinder 10 und Zylinderkopf 11 umgibt. Ein zweiter Kühlluftteilstrom L2 gelangt vom Druckraum 5 durch dessen Öffnung 9 in Kühlluftkanäle innerhalb einer seitlichen Verkleidung 22 und innerhalb einer unteren Verkleidung 23. Hinter der seitlichen Verkleidung 22 strömt der zweite Kühlluftteilstrom L2 zwischen Rippen 24 der Seitenwand 12 des Kurbelgehäuses, welche auf ihrer Innenseite mit Spritzöl gemäß den Pfeilen S1 beaufschlagt wird. Der zweite Kühlluftteilstrom L2 strömt weiter zwischen den Rippen 25 der Ölwanne 13, welche an der Steuergehäuseaußenwand 26 befestigt ist. Im Steuergehäuse 14 sitzt eine Ölpumpe 32, welche über eine Ansaugleitung 33 mit einem Sieb 34 auf dem Grund des Ölsumpfs in der Ölwanne 13 verbunden ist. Das Spritzöl gelangt wieder in die Ölwanne durch entsprechende Ölrückführungsöffnungen in der unteren Stirnwand 15 des Kurbelgehäuses und weiter durch das öldurchlässige Steuergehäuse 14. Im Bereich des abtriebseitigen Wellenlagers 16, in welchem die Verlängerung 17 der Kurbelwelle gelagert ist, verlaufen die Rippen 25 der Ölwanne 13 seitlich um diese Lagerstelle herum, ohne daß es dabei zu einer Störung der Luftströmung kommt. Der zweite Kühlluftteilstrom L2 verläßt gemäß Pfeil 19 die Rippen 25 der Ölwanne 13 und vereinigt sich im Inneren der Gehäusekapsel 21 auf deren Auslaßseite mit dem dort gemäß Pfeilen 18 mündenden ersten Kühlluftteilstrom L1. Von dort strömen die vereinigten Kühlluftteilströme gemäß Pfeil 20 durch einen Abluftschaft nach außen.

Aus der Zeichnung wird ferner deutlich, daß der erste Kühlluftteilstrom L1 sich in zwei Zweigströme aufteilt, während er Zylinder 10 und Zylinderkopf 11 umspült, bevor er zusammen mit dem zweiten Kühlluftteilstrom L2 durch den Abluftschacht gemäß Pfeil 20 austritt. Die beiden Kühlkreisläufe beschreiben somit Strömungswege, welche im wesentlichen parallel zur Zeichenebene verlaufen, bevor sie sich im Abluftschacht sammeln und diesen in Richtung des Pfeils 20 verlassen. Eine Umströmung des Motorgehäuses in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene findet nicht statt, wie sich aufgrund des bekannten Aufbaus derartiger Motoren von selbst erklärt.

Claims (10)

1. Luftgekühlter Verbrennungsmotor mit um eine vertikale Achse rotierender Kurbelwelle, insbe­ sondere Einzylinder-Dieselmotor, mit einer Kapselung, welche Kühlluftkanäle umschließt, und mit folgenden Merkmalen:

• a) auf dem oberen Ende der Kurbelwelle (1) sitzt das Schwungrad, welches mit einem Radialgebläse (3) kombiniert ist;
• b) dem unteren Ende der Kurbelwelle (1) ist der Steuerdeckel (14) zugeordnet, an dessen Außenseite die Ölwanne (13) befestigt ist;
• c) ein auf der oberen Stirnwand (2) des Kurbelgehäuses angeschlossenes Luftvertei­ lungsgehäuse (4) bildet den Druckraum (5) des Radialgebläses (3);
• d) aus dem Druckraum (5) zweigen wenigstens zwei Kühlluftteilströme ab, von denen
  • - ein erster Kühlluftteilstrom (L1) durch eine Gehäusekapsel (21), welche Zylinder (10) und Zylinderkopf (11) umgibt, geleitet wird, und
  • - ein zweiter Kühlluftteilstrom (L2) innerhalb einer Verkleidung (22, 23) an den Außenseiten der dem Zylinder gegenüberliegenden Seitenwand (12) des Kurbelgehäuses und der an dessen Unterseite vorgesehenen Ölwanne (13) geleitet wird.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlluftteilstrom (L1) durch Zylinder (10) und Zylinderkopf (11) in zwei diese Bauteile umspülende Zweigströme geteilt ist, welche auf der Abströmseite wieder zusammengeführt werden.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlluftteilstrom (L2) durch das abtriebsseitige Wellenlager (16) in zwei daran seitlich vorbeigeführte Zweigströme geteilt ist, welche auf der Abströmseite wieder zusammengeführt werden.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kühlluftteilströme (L1, L2) abströmseitig gesammelt werden und durch einen gemeinsamen Abluftschacht ausströmen.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftschaft an die Abströmseite des Innenraums der Zylinder (10) und Zylinderkopf (11) umgebenden Gehäusekapsel (21) angrenzt.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (5) im Luftverteilungsgehäuse (4) als Umfangskanal innerhalb seiner seitli­ chen Außenkontur ausgebildet ist und seitliche Austrittsöffnungen (8, 9) für die beiden Kühlluftteilströme (L1, L2) aufweist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verkleidung (22, 23) für den zweiten Kühlluftteilstrom (L2) in Strömungsrichtung verlaufende Kühlrippen (24, 25) auf der Seitenwand (12) des Kurbelgehäuses und/oder auf der Außenseite der Ölwanne (13) vorgesehen sind.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsanteile des ersten Kühlluft­ teilstroms (L1) zum Abführen der Prozeßwärme und des zweiten Kühlluftteilstroms (L2) zur Kühlung des Motorsöls etwa im Verhältnis 2 : 1 zueinander stehen.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölwanne (13) als gesondertes mit Kühlrippen (25) an ihrer Außenseite und mit Verbindungselementen für den dichtenden Anschluß an die Außenwand (26) des Steuergehäuses (14) versehenes Bauteil ausgebildet ist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Seitenwand (12) des Kurbelgehäuses ein Kühlrippen (24) ausbildendes Bauteil mit großer gemeinsamer Anlagefläche angeschraubt ist.