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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung
Nr. 10-2008-0052923 , angemeldet am 5. Juni 2008, deren
gesamter Inhalt hiermit für alle Zwecke in Bezug genommen
und in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen
wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motorkolben, insbesondere
auf einen Motorkolben, welcher Beschädigungen, Lärm
und Schwingungen aufgrund anormaler Verbrennung durch Reduzieren
der Temperatur einer Verbrennungskammer aufgrund gleichmäßiger
Kühlung verringert.
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Beschreibung des allgemeinen
technischen Hintergrunds
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Wie
in 1 gezeigt, ist eine Verbrennungskammer 4 eines
Motors ausgebildet durch eine obere Oberfläche eines Kolbens 2,
der in einem Zylinderblock 1 angebracht ist, und einem
Zylinderkopf 3, der auf einer Dichtung auf der oberen Oberfläche
des Zylinderblocks 1 angebracht ist (eine ausgesparte obere
Oberfläche der Verbrennungskammer, welche den oberen Teil
einer Zylinderbohrung ab deckt, ist an der unteren Oberfläche
des Zylinderkopfes 3 ausgebildet.
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Der
Kolben 2 ist mit einer Kurbelwelle durch eine Verbindungsstange 5 verbunden,
um die Aufwärts/Abwärtsbewegung eines Kolbens 2 in
eine Drehbewegung umsetzen zu können.
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2a ist eine Draufsicht auf den Kolben 2, 2b ist eine Vorderansicht, 2c ist ein Querschnitt längs
der Linie A-A in 2A, 2D ist
eine Draufsicht von unten auf den Kolben 2 (in Richtung
A in 2A), und 2E ist
eine Draufsicht von unten auf die Krone des Kolbens.
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Wie
in den Figuren gezeigt, sind Ventiltaschen (2c: Tasche
für ein Auslassventil, 2d: Tasche für
ein Einlassventil), welche eine Kollision der Ventile und des Kolbens
beim Maximalzyklus der Einlass/Auslassventile verhindern, an der
oberen Oberfläche des Kolbens 2a ausgebildet,
d. h., an der oberen Oberfläche der Krone 2a.
Die untere Oberfläche der Krone 2a im Kolben ist
nach oben ausgespart (außer bei den Kolbenbolzenaugen 2b)
und Kolbenbolzenaugen 2b sind so ausgebildet, dass sie
einander gegenüberliegen, und weist kleine Löcher 2b' auf,
die in den Kolbenbolzenaugen ausgebildet sind, sodass ein kleines
Ende der Verbindungsstange mit einem Loch im Kolben 2b' mittels
eines Kolbenbolzens verbunden ist.
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Andererseits
gilt bei einem mit einem Turbolader versehenen Motor, dass, wenn
das Verdichtungsverhältnis in der Verbrennungskammer 4 durch übermäßige
Zufuhr stark vergrößert wird, dass eine anormale
Verbrennung, wie zum Beispiel Klopfen, durch eine schnelle Vermischung
mit überschüssiger Luft um den oberen Totpunkt
bei der Verbrennung verursacht wird.
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Deshalb
werden die Hauptteile des Motors durch hohe Temperatur und Druck
aufgrund von anormaler Verbrennung beschädigt, sodass die
Einlass-/Auslassventile beschädigt werden, es zu einem Bruch
und Klemmen des Kolbens kommen kann, und zu einem Riss in der Ventilbrücke
des Zylinderkopfs, was die Lebensdauer des Motors verringert.
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Weiterhin
besteht ein Problem darin, dass Verbrennungsgeräusche aufgrund
anormaler Verbrennung verursacht werden, wenn ein Fahrzeug gestartet
wird oder sich die Geschwindigkeit verändert.
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Weiterhin
bestand ein Problem darin, dass im Motor anormale Vibrationen aufgrund
der anormalen Verbrennung erzeugt werden.
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Bei
den oben genannten Fällen wird ein Verbrennungsprozess
aufgrund einer anormalen Zündung durch ein Verzögern
des Funken-(Zündungs-)Zeitpunkts oder Verringern der Temperatur
in einer Verbrennungskammer 4 verhindert. Wenn der Funkenzeitpunkt
verzögert wird, verringert sich jedoch die Motorleistung,
und wenn eine Wasserkühltasche (Kühlwasserzuleitung)
am Zylinderkopf um die Verbrennungskammer herum angebracht wird, um
die Temperatur in der Verbrennungskammer zu senken, sollte das Material
des Zylinderkopfs ausgewechselt werden.
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Die
Informationen, die im vorliegenden Abschnitt bezüglich
des allgemeinen technischen Hintergrunds der Erfindung offenbart
wurden, dienen nur zum besseren Verständ nis des allgemeinen
Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als eine Anerkenntnis
oder ein wie auch immer gearteter Hinweis aufgefasst werden, dass
diese Informationen Teil des Stands der Technik wären,
der dem Fachmann bereits bekannt ist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Verschiedene
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich darauf, einen Kolben
eines Motors bereitzustellen, welcher die Temperatur im Verbrennungsmotor
reduzieren kann durch Kühlen des Verbrennungsmotors, ohne
das Material des Zylinderkopfs zu ändern, wobei ein Verfahren
zum Verringern der Temperatur in der Verbrennungskammer hinsichtlich
des Verhinderns anormaler Verbrennung gewählt wird.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zum
Kühlen eines Kolbens eines Motors eine Verbrennungskammer
umfassen, die in einem Kolben ausgebildet ist, der angebracht ist
in einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, der auf dem Zylinderblock
angebracht ist, wobei ein Oberflächen vergrößernder
Teil innerhalb des Kolbens auf einer unteren Oberfläche
einer Krone des Kolbens ausgebildet ist.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann so
ausgeführt sein, dass er auf der unteren Oberfläche
der Krone durch Kerben eingesetzt ist.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann zumindest
einen gekrümmten Bereich umfassen, um Öl, welches
hierzu zugeführt worden ist, abzulassen.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann senkrecht
zu einer Längsachse eines Kolbenbolzens an der unteren
Oberfläche der Krone ausgeführt sein, wo eine
Einlassventiltasche ausgebildet ist.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann senkrecht
zu einer Längsachse eines Kolbenbolzens an der unteren
Oberfläche der Krone ausgebildet sein, wo eine Auslassventiltasche
ausgebildet ist.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann senkrecht
zur Längsachse eines Kolbenbolzens an der unteren Oberfläche
der Krone ausgebildet sein, wo eine Einlassventiltasche ausgebildet
ist, und kann senkrecht zur Längsachse des Kolbenbolzens
an der unteren Oberfläche der Krone ausgebildet sein, wo eine
Auslassventiltasche ausgebildet ist.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann zumindest
eine Hohlprägung aufweisen.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann zumindest
eine Kühlnut aufweisen.
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Die
Kühlnut kann sich von einer Seite an der unteren Oberfläche
der Krone zwischen die beiden Kolbenbolzenaugen erstrecken.
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Die
Kühlnut kann in einer domförmigen Gestalt ausgebildet
sein, die in der Richtung senkrecht zur Längsachse eines
Kolbenbolzens länglich ist.
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Eine
Kühlrippe kann ausgebildet sein zwischen den Kühlnuten,
wobei die Kühlrippe und die Kühlnuten in Reihe
ausgebildet sind.
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Eine
Kolbenkühldüse kann am Zylinderblock angebracht
sein und Öl zur unteren Oberfläche der Krone des
Kolbens zuführen, um den Kühlungswirkungsgrad
zu vergrößern.
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Die
Kolbenkühldüse kann am oberen Endbereich der Kurbelwelle
des Zylinderblocks angebracht sein.
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Die
Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere
Merkmale und Vorteile auf, die in ausführlicherer Weise
ersichtlich werden aus oder dargestellt sind in den beigefügten
und hiermit in Bezug genommenen und zur Offenbarung eingeschlossen
Zeichnungen und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung
der Erfindung, welche gemeinsam dazu dienen, bestimmte Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist
ein schematischer Querschnitt eines Motors.
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2A ist eine Draufsicht eines Kolbens im Stand
der Technik.
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2B ist eine Vorderansicht des Kolbens.
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2C ist ein Querschnitt längs
der Linie A-A in 2A.
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2D ist eine Draufsicht von unten auf den Kolben.
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2E ist eine Draufsicht von unten auf eine Krone
des Kolbens.
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3 ist
ein schematischer Querschnitt eines Motors, wie er durch eine beispielhafte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung realisiert wird.
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4A ist ein Querschnitt eines Teils, wo eine
Einlassventiltasche eines Kolbens ausgebildet ist gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4B ist eine Draufsicht von unten auf die Krone
des in 4A gezeigten Kolbens.
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4C ist eine Draufsicht von unten auf den Kolben.
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4D ist eine perspektivische Ansicht von unten
auf eine Form für eine Krone zum Formen der unteren Form
einer Kolbenkrone.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden wird detailliert Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung(en), wobei Beispiele hierzu in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht sind und unten beschrieben sind. Obwohl
die Erfindung(en) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben
wird (werden), ist ersichtlich, dass die vorliegende Beschreibung
nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen
zu beschränken. Im Gegenteil ist es be absichtigt, dass
die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen
abdeckt/abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Abwandlungen, Äquivalente
und andere Ausführungsformen, die unter den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche
definiert, fallen.
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3 ist
eine Ansicht, die den Aufbau eines Motors zeigt, der ausgestattet
ist mit einem Kolben gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wobei ein Zylinderblock 1,
ein Kolben 2, ein Zylinderkopf 3 und eine Verbindungsstange 5 in
einfacher Weise gezeigt sind.
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Wie
aus dem Stand der Technik bekannt, ist der Kolben 2 im
Zylinderblock 1 angebracht, die Verbindungsstange 5 ist
mit einem Kolben 2 verbunden und ein Zylinderkopf 3 ist
an dem oberen Teil eines Zylinderblocks 1 angebracht, sodass
eine Verbrennungskammer 4 mit der oberen Oberfläche
eines Kolbens 2 ausgebildet wird.
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In
verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Senken der Temperatur eines Kolbens 2 in
einer Verbrennungskammer 4 wie im Folgenden erläutert
verwendet.
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In
verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
ist ein Zylinderblock 1 mit einer Kolbenkühldüse 6 versehen,
um den Kühleffekt des Kolbens 2 zu vergrößern.
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Die
Kolbenkühldüse 6 ist eine Vorrichtung, welche
Maschinenöl an die Innenseite des Kolbens 2, d.
h. die Untersei te einer Krone 2a, sprüht, und
ist an dem oberen Ende einer Kurbelwelle des Zylinderblocks 1 aufgesetzt.
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Jedoch
kann die Kolbenkühldüse beliebig aufgesetzt werden,
solange wie sie nicht die Funktionsweise eines großen Endes
der Verbindungsstange 5 und der mit dem großen
Ende verbundenen Kurbelwelle beeinträchtigt, und ist nicht
auf eine spezifische Position festgelegt.
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Jedoch
sollte das Ende einer Sprühdüse der Kolbenkühldüse 6 der
unteren Seite der Krone 2a des Kolbens 2 gegenüber
liegen, um in der Lage zu sein, Maschinenöl an die Unterseite
der Krone des Kolbens zu sprühen.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
kann das Ende der Sprühdüse einem Bereich gegenüber
liegen, wo das Einlassventil angebracht ist, d. h., der Unterseite
der Krone 2a, wo eine Einlassventiltasche 2d angebracht
ist (siehe 2a).
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Jedoch
kann bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
die Kolbenkühldüse 6 an der gegenüber
liegenden Seite des Zylinderblocks 1 auf so eine Weise
angebracht sein, dass die Sprühdüse der Unterseite
der Krone 2a gegenüber liegt, wo eine Auslassventiltasche 2c des
Kolbens 2 angebracht ist.
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Dabei
erstreckt sich ein Maschinenöleinlassbereich (Rohr) der
Kolbenkühldüse 6 bis unterhalb einer Öloberfläche
einer Ölpumpe, welche am unteren Teil der Kurbelwelle angebracht
ist, um Öl in die Ölpumpe zu saugen. Alternativ
dazu kann sich der Motoröleinlassbereich (Rohr) innerhalb
eines Ölkanals erstrecken, der im Zylinderblock 1 ausge bildet
ist, und welcher Öl in die Ölpumpe des Zylinderkopfs transportiert,
um Öl anzusaugen, welches an der Innenseite des Ölkanals
fließt. Dies ist eine normale Anordnung zum Aufnehmen des
Motoröls und nicht im Detail gezeigt.
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Andererseits
ist 4A eine Ansicht, die 2C entspricht (vergleiche mit dem Zustand
bevor/nachdem verbessert worden ist). 4B ist
eine Ansicht, die 2E entspricht, und 4C ist eine Ansicht, die 2D entspricht.
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Wie
in den Figuren gezeigt, ist ein Oberflächen vergrößernder
Bereich an der Unterseite der Krone 2a des Kolbens 2 ausgebildet.
Bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann
zumindest ein Endbereich des Oberflächen vergrößernden
Bereichs einen gekrümmten Bereich mit einer vorbestimmten
Krümmung umfassen, sodass das Öl, welches dem
Oberflächen vergrößernden Bereich zugeführt
wird, auf einfache Weise längs des gekrümmten
Bereichs hiervon wieder abgelassen werden kann.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann in
verschiedenen Formen ausgebildet sein und ist bei verschiedenen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus Kühlnuten 2f gebildet.
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D.
h., dass ein Paar von Kühlnuten 2f ausgebildet
ist in einem vorbestimmten Abstand von der Unterseite der Krone 2a des
Kolbens, und das Teil der beiden Kühlnuten 2 dient
als Kühlrippe 2e, die relativ zu den Kühlnuten 2f hervorsteht.
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Weiterhin
sind Kühlnuten 2f und eine Kühlrippe 2e senkrecht
zu einer Achse eines Kolbenbolzens ausgebildet, der in ein Loch
des Kolbenbolzenauges 2a eingeführt wird.
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4B ist eine Ansicht von unten auf die Krone,
wie sie von oben zu sehen ist, sodass die Kühlnuten relativ
zur Kühlrippe 2e hervorstehen.
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4C ist eine Ansicht von unten auf den Kolben,
wobei die Krone von der Krone her gesehen wird (derselbe Zustand
wie die 4C) und um 90° gegenüber 4B gedreht). Es ist ersichtlich, dass die
Kühlnut 2f in domförmiger Gestalt ausgebildet
ist, welche länglich ist und ausgespart ist hin zur oberen Oberfläche
des Kolbens, und dass die Enden der Kühlnut 2f abgerundet
sind.
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Wie
in 4D gezeigt, welche eine Form für eine
untere Krone veranschaulicht, werden die Kühlrippe 2e und
die Kühlnuten 2f durch Vorsprünge 2f ausgebildet,
die ausgebildet sind, um Kühlnuten 2f zu bilden.
Die Vorsprünge 2f' sind in einem vorbestimmten
Abstand von der oberen Oberfläche einer unteren Kronenform 7 ausgebildet,
die zum Ausbilden der Innenseite eines Kolbens 2 verwendet
wird. Die Kühlrippe 2e ist durch den Raum zwischen
zwei Vorsprüngen 2f' ausgebildet.
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Der
Oberflächen vergrößernde Bereich kann durch
eine Vielzahl von Vorsprüngen 2f ein regelmäßiges
und unregelmäßiges Muster bilden, und somit sind
die Anzahl und die Formen der Nuten und Vorsprünge nicht
beschränkt. D. h., dass, wie oben beschrieben, an der Unterseite
der Krone die Vorsprünge und Nuten auf verschiedene Weisen
ausgebildet sein können, sodass die Kühlrippen
jeweils einen regelmäßigen rechteckförmigen
Querschnitt aufweisen, der in gleichmäßigen Abständen
ausgebildet sein kann, oder halbkreisförmige Vorsprünge,
die in regelmäßigen Abständen ausgebildet
sein können, oder Vorsprünge und Vertiefungen,
die jeweils in einem dreieckförmigen oder in einem halbkreisförmigen
Querschnitt aufweisen, sind in sich wiederholender Weise ausgebildet.
Bei nochmals weiteren Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können die Kühlnuten durch Hohlprägen
ausgebildet sein.
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Dabei
gilt, dass der Oberflächen vergrößernde
Bereich dort ausgebildet sein kann, wo das Maschinenöl
von der Kolbenkühldüse 6 für
einen interaktiven Anstieg mit der Kolbenkühldüse 6 (welche den
Kolben kühlt) eingespritzt wird.
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Bei
diesem Aufbau wird das Maschinenöl auf gleichförmige
Weise auf den gesamten vergrößerten Oberflächenbereich
gegeben (zum Beispiel bei der oben erläuterten Ausführungsform,
den Oberflächenbereich, der durch Kühlnuten 2f und
die Kühlrippe 2e vergrößert
ist), sodass ein Abkühlen mittels des Maschinenöls über
die gesamte vergrößerte Oberfläche hin
weg stattfindet, wodurch die Krone des Kolbens aktiv gekühlt
wird.
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Somit
sind bei der oben genannten Ausführungsform die Kühlrippe 2e und
die Kühlnuten 2f auf dem einlassseitigen Bereich
ausgebildet, wo die Einlassventiltasche 2d ausgebildet
ist, an der Unterseite der Krone 2a von der Mittelachse
des Kolbens.
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Weiterhin
sind die Kühlrippe 2e und die Kühlnuten 2f horizontal
an der Unterseite der Krone 2a ausgebildet.
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Weiterhin
erstrecken sich die Kühlrippe 2e und die Kühlnuten 2f von
einer Seite einer Krone 2a zwischen die beiden Kolbenbolzenaugen 2b.
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Deshalb
wird das Maschinenöl, welches auf die Kolbenkühldüse 6 gesprüht
wird, auf die Kühlrippe 2e und die Kühlnuten 2f gebracht,
sodass eine Abkühlung in einer größeren
Fläche erzielt werden kann, als wenn sie nicht ausgebildet
wären.
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Da
eine Abkühlung, wie oben beschrieben, in stärkerem
Maße in dem Oberflächen vergrößerten Bereich
an der Unterseite der Krone stattfindet, wird Wärme aktiv
von der oberen Oberfläche der Krone 2a abgeführt,
d. h. von der oberen Oberfläche des Kolbens 2 zur
Unterseite der Krone, sodass die Temperatur in der Verbrennungskammer 4 (genauer
gesagt die Temperatur der Mischung in der Verbrennungskammer), welche
sich mit der oberen Oberfläche des Kolbens in Kontakt befindet,
verkleinert wird, wodurch eine anormale Verbrennung aufgrund anormaler
Zündung an einer bestimmten Position verhindert wird.
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Insbesondere
wird eine Kühlung aktiv am Einlassbereich durchgeführt,
wo die anormale Verbrennung auftritt, was beim Verhindern einer
anormalen Verbrennung aufgrund einer übermäßigen Luftzufuhr
effektiv ist.
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Da
eine anormale Verbrennung, wie oben beschrieben, durch Kühlen
des Kolbens aufgrund eines Absinkens der Temperatur der Verbrennungskammer
verhindert wird, werden die Probleme aufgrund der hohen Temperatur
und des Drucks durch anormale Verbrennung reduziert, sodass ein
Schaden an den Einlass/Auslassventilen, Risse in der Ventilbrücke
des Zylinderkopfs oder ein Zusammenbruch der Krone des Kolbens verhindert
werden.
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Da
es keine anormale Verbrennung gibt, gilt weiterhin, dass Geräusche
aufgrund anormaler Verbrennung und anormaler Vibrationen nicht erzeugt werden,
wenn das Fahrzeug startet oder die Geschwindigkeit sich verändert.
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Da
die Temperatur in der Verbrennungskammer durch Abkühlen
des Kolbens verringert wird, gilt weiterhin gemäß den
verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
dass der Zylinderkopf keine Wasserkühltasche benötigt,
sodass ein Wechseln des Materials des Zylinderkopfes nicht nötig
wird.
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Zur
Erleichterung der Erklärung und genauen Definition werden
in den beigefügten Ansprüchen die Ausdrücke „obere(r)” und „untere(r)” verwendet, um
die Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Merkmale verwendet.
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Die
vorstehenden Beschreibungen der speziellen beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind zu Veranschaulichungszwecken und
zur Beschreibung dargestellt worden. Es ist nicht beabsichtigt,
dass sie abschließend sein sollen oder die Erfindung auf
die spezifischen Offenbarungsformen beschränken sollen,
und offensichtlich sind viele Modifikationen und Abänderungen
im Lichte der oben genannten technischen Lehre möglich. Die
beispielhaften Ausführungsformen wurden gewählt
und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung sowie ihre
praktische Anwendung zu erläutern, um es hierdurch anderen
Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sowie auch verschiedene Alternativen
und Abwandlungen hiervon herzustellen und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, dass
der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten
Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sein
soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2008-0052923 [0001]