AT523642A4 - Brennkraftmaschine mit zweitgeteilter Zylinderbuchse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (100) mit zumindest einem Zylinderblock (101) und zumindest einem mit dem Zylinderblock (101) lösbar verbundenen Zylinderkopf (102), wobei in dem Zylinderblock (101) zumindest ein Zylinder (2) ausgeführt ist zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Kolbens (3), der mit einem kleinen Pleuelauge (4a) einer Pleuelstange (4) verbunden ist, deren großes Pleuelauge (4b) mit einer Kurbelwelle (103) verbunden ist, , wobei der Zylinder (2) eine Laufbuchse (40) - insbesondere eine nasse Laufbuchse - aufweist. Erfindungsgemäß ist eine in der Laufbuchse (40) auswechselbar angeordnete Einsatzbuchse (30) vorgesehen, wobei ein minimaler innerer Laufbuchsendurchmesser (D1a) der Laufbuchse (40) und ein minimaler äußerer Einsatzbuchsendurchmesser (D2b) der Einsatzbuchse (30) größer sind als die maximale Pleuelstangenbreite (B1) der Pleuelstange (4) im Bereich des großen Pleuelauges (4b) in einer Richtung normal zu einer Zylinderachse (2a) und der maximale innere Einsatzbuchsendurchmesser (D3a, D3b) kleiner ist als die maximale Pleuelstangenbreite (B1).

Description

Brennkraftmaschine mit zweitgeteilter Zylinderbuchse

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderblock und zumindest einem mit dem Zylinderblock lösbar verbundenen Zylinderkopf, wobei in dem Zylinderblock zumindest ein Zylinder ausgeführt ist zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Kolbens, der mit einem kleinen Pleuelauge einer Pleuelstange verbunden ist, deren großes Pleuelauge mit einer Kurbelwelle verbunden ist, , wobei der Zylinder eine Laufbuchse - insbesondere eine nasse Laufbuchse - aufweist.

Mit der zunehmenden Leistungsdichte moderner Brennkraftmaschinen, insbesondere im Großmotorenbereich, steigt auch der Kühlbedarf, um Schäden durch die im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen zu verhindern. Dabei ist auch die Zylinderbuchse zu berücksichtigen, die zusammen mit dem Zylinderkopf und dem Kolben den Brennraum ausbildet und den Kolben in seiner Bewegung führt. Bei zu hoher thermischer Belastung kann es zu einem Buchsenverzug und

gravierenden Folgen für die Funktion der Brennkraftmaschine kommen.

Die Zylinderlaufbuchse ist daher insbesondere im Bereich des Zylinderkopfes entsprechend zu kühlen. Dies erfolgt vielfach mit sogenannten „nassen“ Laufbuchsen, bei denen Kühlräume direkt an der Außenseite der Laufbuchse angeordnet sind, so dass das Kühlmedium die Wärme direkt aus der Laufbuchse abführt. Während sich damit eine sehr gute Kühlleistung erzielen lässt haben solche nassen Laufbuchsen den Nachteil, dass besonders hohe Anforderungen an die Dichtheit der von ihnen begrenzten Kühlräume gestellt werden. Zusätzlich sind sie sehr aufwändig auszubauen: Im Fall von Service- oder Reparaturarbeiten muss das gesamte Kühlmedium abgelassen werden, bevor ein Ausbau erfolgen kann, beim Einbau muss die weiter oben erwähnte Dichtheit wieder sichergestellt werden, um Schäden an der Brennkraftmaschine durch das Kühlmedium zu verhindern.

Die immer höheren Zünddrücke, gerade im Großmotorenbereich, führen nun aber dazu, dass auch die Hubzapfen an der Kurbelwelle vergrößert werden müssen, um den auftretenden Kräften standhalten zu können. Als unmittelbare Folge vergrößert sich auch die Breite der Pleuelstangen im Bereich des großen Pleuelauges, so dass

im Fall von Service- oder Reparaturarbeiten am Kolben bzw. der Pleuelstange diese nicht mehr durch den Zylinder entnommen werden können. Vielmehr ist dazu der Ausbau der Zylinderbuchse notwendig, was neben dem vergrößerten Aufwand die

weiter oben geschilderten Nachteile mit sich bringt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, bei der ein Servicieren bzw. Ausbauen von

Kolben und/oder Pleuelstange einfach und unkompliziert möglich sind.

Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine in der Laufbuchse auswechselbar angeordnete Einsatzbuchse vorgesehen ist, wobei ein minimaler innerer Laufbuchsendurchmesser der Laufbuchse und ein minimaler äußerer Einsatzbuchsendurchmesser der Einsatzbuchse größer sind als die maximale Pleuelstangenbreite der Pleuelstange im Bereich des großen Pleuelauges in einer Richtung normal zu einer Zylinderachse und der maximale innere

Einsatzbuchsendurchmesser kleiner ist als die maximale Pleuelstangenbreite.

Durch die erfindungsgemäße Zweiteilung der Zylinderbuchse in eine Laufbuchse und eine Einsatzbuchse kann im Fall von Service- bzw. Reparaturarbeiten am Zylinder der Kolben samt Kolbenbolzen und Pleuelstangenoberteil einfach durch die Laufbuchse entnommen werden, ohne dass die Laufbuchse ausgebaut oder das Kühlmedium abgelassen werden müssen. Gleichzeitig ist es möglich, die Laufbuchse und die Einsatzbuchse aus verschiedenen Materialien zu fertigen, die für den jeweiligen Einsatzzweck bestmöglich geeignet sind, was gleichzeitig eine Kostenoptimierung ermöglicht, da im Verschleißfall nur eine der Buchsen getauscht

werden muss.

In einer Variante der Erfindung weist die Einsatzbuchse in einem im montierten Zustand benachbart zum Zylinderkopf angeordneten Bundbereich einen ersten äußeren Einsatzbuchsendurchmesser auf, der größer ist als ein zweiter äußerer Einsatzbuchsendurchmesser in einem entlang der Zylinderachse auf der vom Zylinderkopf abgewandten Seite an den Bundbereich anschließenden Einsatzbereich, wobei an der Innenseite der Laufbuchse eine zum Bundbereich

korrespondierende Ausnehmung mit einem ersten, inneren

Laufbuchsendurchmesser vorgesehen ist, der größer ist als ein zweiter innerer Laufbuchsendurchmesser in einem entlang der Zylinderachse auf der vom Zylinderkopf abgewandten Seite an die Ausnehmung anschließenden Laufbuchsenbereich. Dadurch ergibt sich eine Aufnahme für die Einsatzbuchse in der Laufbuchse, so dass die Einsatzbuchse reproduzierbar in die Laufbuchse eingesetzt werden kann, selbst wenn es häufiger zu Demontagen kommt. Wenn eine neue Einsatzbuchse bzw. eine Einsatzbuchse aus einem anderen Material zum

Einsatz kommt ist eine korrekte Montage sichergestellt.

In einer weiteren Variante der Erfindung weist die Einsatzbuchse an ihrer Innenseite in einem im montierten Zustand benachbart zum Zylinderkopf angeordneten ersten Innenabschnitt einen ersten inneren Einsatzbuchsendurchmesser auf, der kleiner ist als ein zweiter innerer Einsatzbuchsendurchmesser in einem entlang der Zylinderachse auf der vom Zylinderkopf abgewandten Seite an den ersten Innenabschnitt anschließenden zweiten Innenabschnitt. Dadurch ergibt sich eine Verkleinerung des Brennraums und auch des Schadraums im Bereich nahe dem Zylinderkopf. Günstigerweise ist der erste innere Einsatzbuchsendurchmesser größer als ein erster Kolbendurchmesser im Bereich eines Feuerstegs des Kolbens und kleiner als der Außendurchmesser zumindest eines am Kolben angeordneten Kolbenrings bei betriebsbereiter Anordnung des Kolbens innerhalb des Zylinders. Vorteilhafterweise ist dabei eine erste Höhe des ersten Innenabschnitts in einer Richtung entlang der Zylinderachse zumindest gleich groß wie eine Feuersteghöhe eines Feuerstegs an der Außenseite des Kolbens.

Durch die beschriebene Ausführung des ersten Innenabschnitts der Einsatzbuchse ergibt sich im Bereich des Feuersteges des Kolbens eine Durchmesserverkleinerung, mit der dem Koksaufbau am Kolben entgegengewirkt werden kann. Der erste Innenabschnitt fungiert damit als Feuerstegring und es kann auf einen separaten Feuerstegring verzichtet werden. Einerseits wird dadurch der Ein- und Ausbau des Kolbens bzw. das Handling der Lauf- bzw. Einsatzbuchse erleichtert, andererseits ergibt sich eine erhöhte Betriebssicherheit, da kein Defekt eines Feuerstegrings zu Beschädigungen des Zylinders bzw. der Buchsen führen kann. Das Vorsehen eines Feuerstegrings verhindert, dass sich im Bereich des Feuersteges ein harter

Ölkohlebelag am Kolben ausbildet. Dieser Ölkohlebelag kann beim Ablösen im

Betrieb zu einer Beschädigung der Kolbenringe führen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die beschriebene Bemaßung des ersten inneren Einsatzbuchsendurchmessers, da bei Entfernen des Kolbens aus dem Zylinderblock Kolbenringe am Übergang zwischen erstem und zweitem Innenabschnitt einhaken und die Einsatzbuchse ohne zusätzliche Hilfsmittel angehoben wird, so dass auch der obere Pleuelstangenteil ohne Probleme durch die

Laufbuchse entnommen werden kann.

Vorteilhafterweise weist die Laufbuchse an ihrem dem Zylinderkopf zugewandten Ende einen Laufbuchsenbund mit einem ersten äußeren Laufbuchsendurchmesser auf, der größer ist als der zweite äußere Laufbuchsendurchmesser im entlang der Zylinderachse auf der vom Zylinderkopf abgewandten Seite an den Laufbuchsenbund anschließenden Bereich der Laufbuchse, wobei der

Laufbuchsenbund auf einem korrespondierenden Absatz im Zylinderblock aufliegt.

Auf diese Weise lässt sich eine einfache und stabile Montage im Zylinderblock bzw. dem Kurbelgehäuse erreichen. Günstigerweise ist auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite des Laufbuchsenbunds ein Zylinderkopfdichtungselement angeordnet. Auf diese Weise lässt sich beim Fixieren des Zylinderkopfs auf dem Zylinderblock mit Zylinderkopfschrauben eine stabile Dichtfunktion erzielen, während die Krafteinleitung in den Zylinderblock ohne große Richtungsänderungen erfolgt. Über den Absatz im Zylinderblock, auf dem der Laufbuchsenbund aufliegt, wird die beim Anziehen der Schrauben entstehende Kraft in den Zylinderblock eingeleitet.

In einer Variante steht das dem Zylinderkopf zugewandte Ende der Einsatzbuchse in einer Richtung entlang der Zylinderachse über das dem Zylinderkopf zugewandte Ende der Laufbuchse vor und die dem Zylinderkopf zugewandte Seite des Zylinderkopfdichtungselements steht im montierten Zustand des Zylinderkopfdichtungselements auf der Laufbuchse über das dem Zylinderkopf

zugewandte Ende der Einsatzbuchse vor.

Auf diese Weise wird einerseits das Schadraumvolumen eingeschränkt, weil die Einsatzbuchse das Volumen reduziert, insbesondere wird durch Vorstehen der Dichtung über die Einsatzbuchse verhindert, dass es zu einer Krafteinleitung in die Einsatzbuchse kommt, die daher mit geringeren Wandstärken und/oder aus weniger widerstandsfähigen Materialien gefertigt werden kann, die bessere Laufeigenschaften bzw. bessere Wärmeleitungseigenschaften aufweisen. Unter Schadraum wird der durch die Verbrennung eingenommene Bereich verstanden, der sich im oberen Totpunkt des Kolbens oberhalb des Kolbens und insbesondere seitlich außerhalb des Zylinders in den zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock bis zur Zylinderkopfdichtung gebildeten Raum erstreckt. Der Schadraum führt zu einer Verringerung der Effizienz der Brennkraftmaschine und kann höhere Emissionen zur

Folge haben.

Günstigerweise ist auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite der Einsatzbuchse ein ringförmiges Dichtelement vorgesehen, wobei vorzugsweise das Dichtelement in einer auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite der Einsatzbuchse vorgesehenen Ringnut angeordnet. Auf diese Weise lässt sich der Schadraum im Durchmesser reduzieren, wenn das ringförmige Dichtelement beim Fixieren des Zylinderkopfes am Zylinderblock mit der dem Block zugewandten Seite des Zylinderkopfes auf Stoß geht, wobei nur geringfügig Kräfte in die Struktur der Einsatzbuchse übertragen werden; das Dichtelement dient in erster Linie der Begrenzung des Schadraumes und kann beispielsweise aus Weicheisen gefertigt sein.

Vorteilhafterweise ist die Einsatzbuchsenlänge der Einsatzbuchse größer als die Laufbuchsenlänge der Laufbuchse. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Kolben über seine gesamte Lauflänge zwischen oberem und unterem Totpunkt an der Einsatzbuchse geführt wird, die für diesen Zweck hinsichtlich Materials und Oberflächenbeschaffenheit optimiert werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Darin

zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen

Brennkraftmaschine in einem teilweise geschnittenen Seitenriss;

Fig. 3 eine Detailansicht des Zylinders gemäß zu Fig. 1;

Fig. 4 eine Detailansicht des Zylinders aus Fig. 3 in einem Bereich nahe dem

Zylinderkopf;

Fig. 5 der teilweise geschnittene Seitenriss aus Fig. 2 mit dem Kolben in einem

oberen und einem unteren Totpunkt; und

Fig. 6 eine Teilansicht des Zylinders während des Ausbaus einer Einsatzbuchse.

Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 100 mit einem Zylinderblock 101 und einem darauf aufgesetzten, lösbar verbundenen Zylinderkopf 102. Die dem Zylinderblock 101 zugewandte Seite des Zylinderkopfes 102 wird nachfolgend teilweise als Zylinderkopfdichtfläche bezeichnet bzw. bildet die Zylinderkopfdichtebene. Im Zylinderblock 101 sind vier Zylinder 2 ausgebildet, in denen je ein Kolben 3 hinund herbewegbar angeordnet ist. Die Kolben 3 sind über Pleuelstangen 4 mit einer Kurbelwelle 103 verbunden. Während Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit vier Zylindern 2 zeigt ist die Erfindung auch auf Brennkraftmaschinen 100 mit mehr oder weniger Zylindern 2 anwendbar, insbesondere auch auf Großmotoren. Wie insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist weist der Kolben 3 auf einem dem Zylinderkopf 102 zugewandten Bereich einen Feuersteg 3a auf, an den in vom Zylinderkopf 102 abgewandter Richtung drei Kolbenringe 5a, 5b, 5c anschließen.

Wie in Fig. 2 erkennbar ist weist die Pleuelstange 4 ein kleines Pleuelauge 4a und ein großes Pleuelauge 4b auf. Kolben 3 und Pleuelstange 4 sind im kleinen Pleuelauge 4a über einen Kolbenbolzen 10 miteinander verbunden und um eine Kolbenbolzendrehachse 10a (verläuft in Fig. 2 normal zur Blattebene) drehbar. Das große Pleuelauge 4b wird von der Pleuelstange 4 und von einem Lagerbügel 4c gebildet, der über Pleuelschrauben 11 mit der Pleuelstange 4 verschraubt ist. Die maximale Pleuelstangenbreite B1 der Pleuelstange 4 in einer Richtung normal zu

einer Zylinderachse 2a bzw. normal zu einer Kurbelwellenachse 103a (in Fig. 2

normal zur Blattebene verlaufend, siehe auch Fig. 1) befindet sich im Bereich des

großen Pleuelauges 4b.

Der Kolben 3 ist in einer erfindungsgemäß zweigeteilten Zylinderbuchse geführt: In einer Laufbuchse 40, die im Zylinderblock 101 gelagert ist, befindet sich eine auswechselbar angeordnete, konzentrische Einsatzbuchse 30. Die Einsatzbuchse 30 bildet den Zylinder 2, in dem sich der Kolben 3 entlang der Zylinderachse 2a hin-

und herbewegt.

Die Laufbuchse 40 ist als nasse Laufbuchse ausgeführt und grenzt unmittelbar an einen Kühlraum 12 im Zylinderblock 101, der sich in einem Bereich nahe dem Zylinderkopf 102 befindet. In dem Kühlraum 12 ist ein geeignetes Kühlmedium geführt, beispielsweise Wasser, das gegebenenfalls mit entsprechenden Zusätzen versehen ist. Der Kühlraum 12 ist die Laufbuchse 40 im Wesentlichen vollständig umgebend ausgeführt, dadurch lässt sich eine besonders gute Wärmeabführung im

thermisch hoch belasteten Bereich nahe dem Brennraum 15 sicherstellen.

In vom Zylinderkopf 102 abgewandter Richtung schließt an den Kühlraum 12 ein Entlüftungsraum 13 (Fig. 3) an in dem Luft bzw. betriebsbedingt mit Öl versetzte Luft geführt wird, in dem sich aber keinesfalls Wasser befinden darf. Aus diesem Grund sind zwischen Kühlraum 12 und Entlüftungsraum 13 Buchsendichtelemente 14 vorgesehen, die beispielsweise als O-Ringe ausgeführt sind und die in entsprechenden umlaufenden Nuten an der Außenseite der Laufbuchse 40 aufgenommen sind.

Die Laufbuchse 40 weist an ihrem dem Zylinderkopf 102 bzw. der Zylinderkopfdichtfläche zugewandten Ende einen Laufbuchsenbund 43 auf, der auf einem korrespondierenden Absatz 6 im Zylinderblock 101 aufliegt, wie insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist. Der Laufbuchsenbund 43 weist dabei einen ersten äußeren Laufbuchsendurchmesser D4a auf (Fig 5), der größer ist als der zweite äußere Laufbuchsendurchmesser D4b im entlang der Zylinderachse 2a auf der vom Zylinderkopf 102 abgewandten Seite an den Laufbuchsenbund 43 anschließenden Laufbuchsenaußenbereich 42a der Laufbuchse 40. Der zweite äußere Laufbuchsendurchmesser D4b befindet sich im Verlauf der Laufbuchse 40

zwischen dem Bereich der Aufnahmenuten für die Buchsendichtelemente 14 bzw.

den Führungsflächen 16 zur Führung bzw. Fixierung der Laufbuchse 40 im Zylinderblock 101.

Der Laufbuchsenbund 43 und der daran anschließende Laufbuchsenaußenbereich 42a sind also Elemente der Außenseite der

Laufbuchse 40, wie insbesondere in Fig. 5 zu erkennen ist.

An der dem Zylinderkopf 102, insbesondere der Zylinderkopfdichtfläche zugewandten Oberseite des Laufbuchsenbundes 43 ist ein Zylinderkopfdichtungselement 7 angeordnet. Dafür ist in der Oberseite des Laufbuchsenbundes 43 eine nicht näher bezeichnete Nut zur Aufnahme des Zylinderkopfdichtungselements 7 ausgeführt. Die Krafteinleitung beim Befestigen des Zylinderkopfs 102 mittels Zylinderkopfschrauben (nicht dargestellt) am Zylinderblock 101 erfolgt über das Zylinderkopfdichtungselement 7 und den Laufbuchsenbund 43 in den Zylinderblock 101.

Um den hohen Anforderungen an Laufbuchsen 40, insbesondere deren Rundheit, die im direkten Zusammenhang mit dem Ölverbrauch steht, gerecht zu werden ist die Laufbuchse 40 z.B. aus GGG (Gusseisen mit Kugelgraphit bzw. „g/obularer Grauguss“) oder Stahl gefertigt.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Einsatzbuchse 30 kann hinsichtlich ihrer Laufeigenschaften für den Kolben 3 optimiert werden, indem sie vorzugsweise aus

Grauguss gefertigt wird.

Die Einsatzbuchse 30 weist einen minimalen äußeren

Einsatzbuchsendurchmesser D2b (Fig. 5) auf, der in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a überwiegend gleich bzw. kleiner ist als ein minimaler innerer Laufbuchsendurchmesser D1b. Auf diese Weise kann die Einsatzbuchse 30 innerhalb der Laufbuchse 40 angeordnet sein. Je nach Ausführung der Durchmesser kann die Fixierung der Einsatzbuchse 30 in der Laufbuchse 40 über einen Presssitz

erfolgen.

Die Einsatzbuchse 30 weist in einem im montierten Zustand benachbart zum

Zylinderkopf 102 angeordneten Bundbereich 31 einen ersten äußeren

Einsatzbuchsendurchmesser D2a auf, der größer ist als ein zweiter äußerer Einsatzbuchsendurchmesser D2b in einem entlang der Zylinderachse 2a auf der vom Zylinderkopf 102 abgewandten Seite an den Bundbereich 31 anschließender Einsatzbereich 32. Der zweite äußere Einsatzbuchsendurchmesser D2b im Einsatzbereich 32 ist also der minimale äußere Einsatzbuchsendurchmesser. Der Übergang zwischen Bundbereich 31 und Einsatzbereich 32 ist durch einen Einsatzbuchsenaußenabsatz 17a gebildet, der ringförmig und im Wesentlichen normal zur Zylinderachse 2a verlaufend ausgeführt ist.

Der Bundbereich 31 und der daran anschließende Einsatzbereich 32 sind also Elemente der Außenseite der Einsatzbuchse 30, wie insbesondere in Fig. 2

erkennbar ist.

An der Innenseite der Laufbuchse 40 ist eine zu diesem Bundbereich 31 korrespondierende Ausnehmung 41 ausgeführt, deren erster, innerer Laufbuchsendurchmesser D1a größer ist als der zweite innere Laufbuchsendurchmesser D1b in dem entlang der Zylinderachse 2a auf der vom Zylinderkopf 102 abgewandten Seite an die Ausnehmung 41 anschließenden Laufbuchseninnenbereich 42b. Der zweite innere Laufbuchsendurchmesser D1b im Laufbuchseninnenbereich 42b ist also der minimale innere Laufbuchsendurchmesser. Der Übergang zwischen dem ersten inneren Laufbuchsendurchmesser D1a und zweitem inneren Laufbuchsendurchmesser D1b ist als zum Einsatzbuchsenaußenabsatz 17a korrespondierender Laufbuchseninnenabsatz 17b ausgeführt. Die Ausnehmung 41 und der daran anschließende Laufbuchseninnenbereich 42b sind also Elemente der Innenseite der Laufbuchse 40.

Die Einsatzbuchse 30 kann aus Richtung des Zylinderkopfs 102 in der Laufbuchse 40 eingebaut werden, wobei der Bundbereich 32 reproduzierbar in der

Ausnehmung 41 angeordnet ist.

Sowohl der minimale äußere Einsatzbuchsendurchmesser D2b als auch der minimale innere Laufbuchsendurchmesser D1b sind größer als die maximale Pleuelstangenbreite B1 der Pleuelstange 4. Gleichzeitig ist der maximale innere

Einsatzbuchsendurchmesser D3b kleiner ausgeführt als die maximale

Pleuelstangenbreite B1. Daher können bei Servicearbeiten der Brennkraftmaschine 100, bei denen der Kolben 3 ausgebaut wird, durch Lösen der Pleuelschrauben 11 Kolben 3, Pleuelstange 4 und Einsatzbuchse 30 aus dem Zylinderblock 101 entnommen werden, ohne dass die Laufbuchse 40 ausgebaut

werden muss, was ein Ablassen des Kühlmediums mit sich bringen würde.

Diese Eigenschaft wird noch dadurch verbessert, dass die Einsatzbuchse 30 an ihrer Innenseite in einem im montierten Zustand benachbart zum Zylinderkopf 102 angeordneten ersten Innenabschnitt 33 einen ersten inneren Einsatzbuchsendurchmesser D3a aufweist, der kleiner ist als der zweite innere Einsatzbuchsendurchmesser D3b in einem entlang der Zylinderachse 2a auf der vom Zylinderkopf 102 abgewandten Seite an den ersten Innenabschnitt 33 anschließenden zweiten Innenabschnitt 34. Der Übergang zwischen dem ersten 33 und dem zweiten Innenabschnitt 34 ist dabei wieder als ringförmiger Einsatzbuchseninnenabsatz 18a ausgeführt, der im Wesentlichen normal zur

Zylinderachse 2a verläuft.

Der erste innere Einsatzbuchsendurchmesser D3a ist dabei größer gewählt als ein erster Kolbendurchmesser D5 im Bereich des Feuerstegs 3a des Kolbens 3 und kleiner als der Außendurchmesser D6 zumindest eines der am Kolben 3 angeordneten Kolbenringe 5a, 5b, 5c bei betriebsbereiter Anordnung des Kolbens 3 innerhalb des Zylinders 2. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei Entnahme des Kolbens 3 aus dem Zylinderblock 101 zumindest der oberste, zylinderkopfseitige Kolbenring 5a an dem Einsatzbuchseninnenabsatz 18a einhakt und so durch Entnahme des Kolbens 3 die Einsatzbuchse 30 mitgeführt wird, ohne dass zusätzliche Anstrengungen unternommen werden müssen. Fig. 6 zeigt eine Situation bei der beschriebenen Entnahme des Kolbens 3 - der oberste

Kolbenring 5a hat in die Einsatzbuchse 30 eingehakt und durch Anheben des Kolbens 3 wird die Einsatzbuchse 30 aus dem Zylinderblock 101 herausgenommen. Gleichzeitig kann aufgrund der Dimensionierung der Laufbuchse 40 die Pleuelstange 4, insbesondere deren Teil mit der größten Breite in Richtung normal zur Zylinderachse 2a im Bereich des großen Pleuelauges 4b, durch die

Laufbuchse 40 geführt werden.

Wenn zusätzlich zur beschriebenen Wahl der Durchmesser die erste Höhe H1 des ersten Innenabschnitts 33 in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a zumindest gleich groß ist wie eine Feuersteghöhe H2 des Feuerstegs 3a an der Außenseite des Kolbens 3, wie in Fig. 3 erkennbar ist, kann der erste Innenabschnitt 33 als Feuerstegring fungieren, um die Entwicklung harter Ölkohlebeläge am Kolben 3 im Bereich des Feuerstegs 3a zu verhindern. Es ist dadurch kein separater Feuerstegring notwendig, der einerseits aufwändig ein- und ausgebaut werden müsste, andererseits bei Defekten - z.B. Bruch - zu

Beschädigungen des Zylinders 2 bzw. der Einsatzbuchse 30 führen kann.

Ein weiterer Vorteil der Zweiteilung der Zylinderbuchse ergibt sich dann, wenn das dem Zylinderkopf 102 zugewandte Ende der Einsatzbuchse 30 in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a über das dem Zylinderkopf 102 zugewandte Ende der Laufbuchse 40 vorsteht, z.B. um einen Überstand L7 (siehe Fig. 4). Dadurch lässt sich der Schadraum 19 reduzieren, der sich im oberen Totpunkt oberhalb des Kolbens 3 und in radialer Richtung außerhalb des Zylinders 2 zwischen Zylinderkopf 102 und Zylinderblock 101 ergibt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter dem Brennraum 15 derjenige Bereich des Zylinders 2 verstanden, der vom Kolben 3 im Rahmen seiner Hin- und Herbewegung zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt überstrichen wird. Als Schadraum 19 wird derjenige Bereich bezeichnet, der im oberen Totpunkt des Kolbens 3 innerhalb des Zylinders 2 bzw. der Einsatzbuchse 30 zwischen der dem Zylinderkopf 102 zugewandten Oberseite des Kolbens 3 und der Zylinderkopfdichtfläche und in radialer Richtung außerhalb des Zylinders 2 bzw. der Einsatzbuchse 30 bis hin zum Zylinderkopfdichtungselement 7 zwischen Zylinderblock 101 und Zylinderkopf 102

verbleibt.

Wenn gleichzeitig die dem Zylinderkopf 102 zugewandte Seite des Zylinderkopfdichtungselements 7 im montierten Zustand des Zylinderkopfdichtungselements 7 auf der Laufbuchse 40 über das dem

Zylinderkopf 102 zugewandte Ende der Einsatzbuchse 30 vorsteht ist sichergestellt, dass bei Befestigen des Zylinderkopfes 102 am Zylinderblock 101 die Zylinderkopfdichtung 7 ordnungsgemäß montiert wird und eine Krafteinleitung nicht über die tendenziell filigraner ausgeführte Einsatzbuchse 30, sondern die über den Absatz 6 im Zylinderblock 101 gelagerte Laufbuchse 40 erfolgt. Der Überstand L7

der Einsatzbuchse 30 ist damit kleiner als die Dichtungshöhe der

Zylinderkopfdichtungselements 7 in einer Richtung parallel zur Zylinderachse 2a.

Eine weitere Reduzierung des Schadraums 19 ist durch die in Fig. 4 dargestellte Maßnahme erzielbar, wonach auf der dem Zylinderkopf 102 zugewandten Seite der Einsatzbuchse 30 eine Ringnut 9 ausgeführt ist, in der sich ein ringförmiges Dichtelement 8 befindet. Auf diese Weise wird der Schadraum 19 außerhalb des Zylinders 2 auf den kurzen Bereich in radialer Richtung bis zum Dichtelement 9 begrenzt. Das dem Zylinderkopf 102 zugewandte Ende der Einsatzbuchse 30 inklusive des Dichtelements 9 befindet sich dabei in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a im Wesentlichen auf gleicher Höhe wie das dem Zylinderkopf 102 zugewandte Ende der Laufbuchse 40 inklusive Zylinderkopfdichtungselement 7 im montierten Zustand des Zylinderkopfes 102 auf dem Zylinderkopf 101. Das Dichtelement 9 kann beispielsweise aus Weicheisen ausgeführt sein, so dass eine etwaige geringfügige Krafteinleitung aus dem Zylinderkopf 101 in das Dichtelement 9 und die Einsatzbuchse 30 aufgenommen werden kann.

Hinsichtlich der Bemaßung von Laufbuchse 40 und Einsatzbuchse 30 in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a ist die Einsatzbuchsenlänge L1 größer als die

Laufbuchsenlänge L2 (siehe Fig. 6).

Für die Bemaßung der Einsatzbuchsenlänge L1 werden insbesondere folgende

Abstände herangezogen:

- Der Kolbenhub L3, also der Abstand zwischen dem Kolben 3 in einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT), zwischen denen sich der Kolben 3 während des Betriebs hin- und herbewegt, in einer Richtung entlang der bzw. parallel zur Zylinderachse 2a. Fig. 5 zeigt dazu eine Ansicht, bei der ein Kolben 3‘ in einem OT dargestellt ist und ein Kolben 3“ in einem UT, wobei der Abstand jeweils zwischen einer Kolbenbolzendrehachse 10a in OT und UT angenommen wird. In Fig. 5 sind nur der Kolbenbolzen 10‘ im OT und der Kolbenbolzen 10“ im UT dargestellt, die jeweilige Kolbenbolzenachse 10a aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Zur Kolbenbolzenachse 10a siehe z.B. Fig. 2 und Fig. 6, wo sie

in einer Richtung normal zur Blattebene verlaufend eingezeichnet ist.

- Die Kolbenhöhe L4, im Rahmen der vorliegenden Offenbarung der Abstand zwischen der Kolbenbolzenachse 10a und der im montierten Zustand dem Zylinderkopf 102 zugewandten Oberseite des Kolbens 3 in einer Richtung

entlang der bzw. parallel zur Zylinderachse 2a (Fig. 5).

- Der Kolbenspalt L5, im Rahmen der vorliegenden Offenbarung der Rückstand des Kolbens 3 bzw. der dem Zylinderkopf 102 zugewandten Oberseite des Kolbens 3 im OT zur dem Zylinderblock 101 zugewandten Unterseite des Zylinderkopfes 102. Die Höhe des Kolbenspalts L5 wird durch das gewünschte Verdichtungsverhältnis bestimmt, wobei sich insbesondere aus der Höhe des Kolbenspalts L5 das Volumen des Schadraums 19 ergibt.

In Fig. 5 ist der Kolbenspalt L5 eingezeichnet als Abstand zwischen dem Kolben 3‘ im OT und dem Zylinderkopf 102.

- Überstand L6 des Dichtelements 8 über die dem Zylinderkopf 102 zugewandte Seite der Einsatzbuchse 30 (siehe Fig. 4) im montierten Zustand. Dieser Überstand L6 fungiert gleichzeitig als Sicherheitsabstand zwischen der der Zylinderkopfdichtfläche zugewandten Oberkannte der Einsatzbuchse 30 und der Zylinderkopfdichtfläche bzw. -dichtungsebene, damit es aufgrund von Fertigungstoleranzen und Wärmeausdehnung zu keiner Berührung der Teile während des Betriebs kommen kann. Dieser Überstand L6 wird so klein wie möglich gewählt, um den Schadraum 19 zwischen Kolbenspalt L5 und Zylinderkopfdichtungselement 7 weiter zu

minimieren.

- Radius R1 des Kolbenbolzens 10 (siehe Fig. 5, wo der Radius R1 beim

Kolbenbolzen 10“ des Kolbens 3“ im UT eingezeichnet ist).

Die Einsatzbuchsenlänge L1 ergibt sich damit als Summe aus Kolbenhub L3, Kolbenhöhe L4, Radius R1 des Kolbenbolzens 10 und Kolbenspalt L5 abzüglich des Überstands L6. Mit anderen Worten gilt: L1_L = L3 + L4 + R1 + (L5-L6). Durch diese Dimensionierung ist ein vollständiger Kontakt zwischen der Außenseite des Kolbens 3 und der Innenseite der Einsatzbuchse 30 über den gesamten Bewegungsverlauf des Kolbens 3 sichergestellt.

Die Position des unteren, vom Zylinderkopf 102 abgewandten Endes der Einsatzbuchse 30 im montierten Zustand wird so gewählt, dass sich der Kolbenbolzen 10 an jedem Punkt der Bewegung des Kolbens 3 - insbesondere im unteren Totpunkt UT - noch vollständig innerhalb der Einsatzbuchse 30 befindet. Dadurch kann eine ausreichende Kolbenführungslänge innerhalb der Einsatzbuchse 30 gewährleistet werden. Die Einsatzbuchsenlänge L1 bildet damit

über den Kolbenhub L3 hinaus eine Lauffläche für den Kolben 3 aus.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird also eine Brennkraftmaschine 100 mit möglichst einfachem Aufbau ermöglicht, bei der außerdem Servicearbeiten am Zylinder 2 bzw. am Kolben 3 rasch und unkompliziert durchgeführt werden können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Brennkraftmaschine (100) mit zumindest einem Zylinderblock (101) und zumindest einem mit dem Zylinderblock (101) lösbar verbundenen Zylinderkopf (102), wobei in dem Zylinderblock (101) zumindest ein

   Zylinder (2) ausgeführt ist zur Aufnahme eines hin- und hergehenden

   Kolbens (3), der mit einem kleinen Pleuelauge (4a) einer Pleuelstange (4) verbunden ist, deren großes Pleuelauge (4b) mit einer Kurbelwelle (103) verbunden ist, , wobei der Zylinder (2) eine Laufbuchse (40) - insbesondere eine nasse Laufbuchse - aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Laufbuchse (40) auswechselbar angeordnete Einsatzbuchse (30) vorgesehen ist, wobei ein minimaler innerer Laufbuchsendurchmesser (D1b) der Laufbuchse (40) und ein minimaler äußerer

   Einsatzbuchsendurchmesser (D2b) der Einsatzbuchse (30) größer sind als die maximale Pleuelstangenbreite (B1) der Pleuelstange (4) im Bereich des großen Pleuelauges (4b) in einer Richtung normal zu einer Zylinderachse (2a) und der maximale innere Einsatzbuchsendurchmesser (D3b) kleiner ist als die maximale Pleuelstangenbreite (B1).

   Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzbuchse (30) in einem im montierten Zustand benachbart zum Zylinderkopf (102) angeordneten Bundbereich (31) einen ersten äußeren Einsatzbuchsendurchmesser (D2a) aufweist, der größer ist als ein zweiter äußerer Einsatzbuchsendurchmesser (D2b) in einem entlang der Zylinderachse (2a) auf der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite an den Bundbereich (31) anschließenden Einsatzbereich (32), wobei an der Innenseite der Laufbuchse (40) eine zum Bundbereich (31) korrespondierende Ausnehmung (41) mit einem ersten, inneren Laufbuchsendurchmesser (D1a) vorgesehen ist, der größer ist als ein zweiter innerer Laufbuchsendurchmesser (D1b) in einem entlang der Zylinderachse (2a) auf der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite an die Ausnehmung (41) anschließenden Laufbuchseninnenbereich (42a).

   Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzbuchse (30) an ihrer Innenseite in einem im montierten Zustand benachbart zum Zylinderkopf (102) angeordneten ersten Innenabschnitt (33) einen ersten inneren

   Einsatzbuchsendurchmesser (D3a) aufweist, der kleiner ist als ein zweiter innerer Einsatzbuchsendurchmesser (D3b) in einem entlang der Zylinderachse (2a) auf der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite an den ersten Innenabschnitt (33) anschließenden zweiten Innenabschnitt (34).

   Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 3, ,‚ dadurch gekennzeichnet, dass der erste innere Einsatzbuchsendurchmesser (D3a) größer ist als ein erster Kolbendurchmesser (D5) im Bereich eines Feuerstegs (3a) des Kolbens (3) und kleiner ist als der Außendurchmesser (D6) zumindest eines am Kolben (3) angeordneten Kolbenrings (5a, 5b, 5c) bei betriebsbereiter

   Anordnung des Kolbens (3) innerhalb des Zylinders (2).

   Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Höhe (H1) des ersten Innenabschnitts (33) in einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) zumindest gleich groß ist wie eine

   Feuersteghöhe (H2) eines Feuerstegs (3a) an der Außenseite des Kolbens (3).

   Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbuchse (40) an ihrem dem Zylinderkopf (102) zugewandten Ende einen Laufbuchsenbund (43) mit einem ersten äußeren Laufbuchsendurchmesser (D4a) aufweist, der größer ist als der zweite äußere Laufbuchsendurchmesser (D4b) im entlang der Zylinderachse (2a) auf der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite an den Laufbuchsenbund (43) anschließenden Laufbuchsenaußenbereich (42b) der Laufbuchse (40), wobei der Laufbuchsenbund (43) auf einem korrespondierenden Absatz (6) im Zylinderblock (101) aufliegt.

   Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Zylinderkopf (102) zugewandten Seite des Laufbuchsenbunds (43) ein Zylinderkopfdichtungselement (7) angeordnet ist.

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   Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   dass das dem Zylinderkopf (102) zugewandte Ende der Einsatzbuchse (30) in

   einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) über das dem

   Zylinderkopf (102) zugewandte Ende der Laufbuchse (40) vorsteht und die

   dem Zylinderkopf (102) zugewandte Seite des Zylinderkopfdichtungselements (7) im montierten Zustand des

   Zylinderkopfdichtungselements (7) auf der Laufbuchse (40) über das dem

   Zylinderkopf (102) zugewandte Ende der Einsatzbuchse (30) vorsteht.

   Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

   gekennzeichnet, dass auf der dem Zylinderkopf (102) zugewandten Seite

   der Einsatzbuchse (30) ein ringförmiges Dichtelement (8) vorgesehen ist,

   wobei vorzugsweise das Dichtelement (8) in einer auf der dem

   Zylinderkopf (102) zugewandten Seite der Einsatzbuchse (30) vorgesehenen

   Ringnut (9) angeordnet ist.

   10. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

   gekennzeichnet, dass die Einsatzbuchsenlänge (L1) der Einsatzbuchse (30)

   größer ist als die Laufbuchsenlänge (L2) der Laufbuchse (40).