DE102016100860B4 - Zweitaktmotor mit hohem Wirkungsgrad - Google Patents

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Abstract

Zweitaktmotor (20), der umfasst:ein Kurbelgehäuse (26), das eine Zylinderbohrung (28) definiert;einen Kolben (24), der bewegbar in der Zylinderbohrung (28) angeordnet ist;einen Zylinderkopf (40), der an dem Kurbelgehäuse (26) befestigt ist und die Zylinderbohrung (28) abdeckt;wobei eine Wandfläche der Zylinderbohrung (28), eine Kolben-Verbrennungsfläche (38) des Kolbens (24) und eine Kopf-Verbrennungsfläche (46) des Zylinderkopfs (40) zusammenwirken, um eine Verbrennungskammer (48) zum Verbrennen eines Kraftstoffs in dieser zu definieren; undeinen Mechanismus (52) zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit, der in thermischer Konnektivität mit dem Kurbelgehäuse (26), dem Kolben (24) und/oder dem Zylinderkopf (40) angeordnet ist und betreibbar ist, um eine Wärmeübertragung von verbranntem Kraftstoff in der Verbrennungskammer (48) auf das Kurbelgehäuse (26), den Kolben (24) und/oder den Zylinderkopf (40) zu minimieren,wobei der Mechanismus (52) zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit zumindest einen Hohlraum (58) aufweist, der durch den Zylinderkopf (40) definiert ist und über der Zylinderbohrung (28) angeordnet ist,wobei der Hohlraum (58) mit einem Gas gefüllt ist, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, oder ein Bereich mit einem Gasdruck geringer als Atmosphärendruck ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung betrifft allgemein einen Zweitaktmotor.
  • HINTERGRUND
  • Ein Zweitaktmotor oder Motor mit zwei Zyklen ist ein Typ eines Verbrennungsmotors, der einen Arbeitszyklus in lediglich einer Kurbelwellenumdrehung und mit zwei Takten eines Kolbens vollendet. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ende des Verbrennungstakts und der Beginn des Kompressionstakts gleichzeitig erfolgen und die Einlass- sowie die Auslassfunktion zur gleichen Zeit ausgeführt werden. Zweitaktmotoren liefern oft ein hohes Verhältnis von Leistung zum Gewicht. Zweitaktmotoren können entweder ein Benzin-Funkenzündungsmotor oder ein Diesel-Kompressionszündungsmotor sein.
  • In der EP 2 175 116 A1 ist ein Verbrennungsmotor beschrieben, der als Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit innerhalb eines Zylinders eine Beschichtung in thermischer Verbindung mit einem Kurbelgehäuse, einem Kolben und einem Zylinderkopf des Motors aufweist. Die Beschichtung dient zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit, um die Wärmeübertragung von verbranntem Kraftstoff in einer Verbrennungskammer des Motors auf das Kurbelgehäuse, den Kolben und den Zylinderkopf zu verringern.
  • Die nachveröffentlichte DE 10 2014 224 830 A1 beschreibt einen ähnlichen Verbrennungsmotor.
  • Ferner ist auch in der US 4 796 572 A ein ähnlicher Verbrennungsmotor mit einer Wärmeisolierung innerhalb eines Zylinders des Motors beschrieben.
  • Auch die DE 39 28 579 C2 beschreibt einen Verbrennungsmotor, bei dem eine Beschichtung zur Wärmeisolierung an der Innenseite eines Zylinders vorgesehen ist. Zusätzlich weist der Verbrennungsmotor einen Hohlraum oberhalb einer Zylinderbohrung auf, der als Kühlwasserkanal ausgebildet ist.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Zweitaktmotor und einen Zylinderkopf für einen solchen zu schaffen, mit welchen die Wärmemenge verringerbar ist, die während des Motorbetriebs auf weitere Motorkomponenten übertragen wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Diese Aufgabe wird durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
  • Der Zweitaktmotor weist ein Kurbelgehäuse, das eine Zylinderbohrung definiert, und einen Kolben auf, der bewegbar in der Zylinderbohrung angeordnet ist. Ein Zylinderkopf ist an dem Kurbelgehäuse befestigt und deckt die Zylinderbohrung ab. Eine Wandfläche der Zylinderbohrung, eine Kolben-Verbrennungsfläche des Kolbens und eine Kopf-Verbrennungsfläche des Zylinderkopfs wirken zusammen, um eine Verbrennungskammer zum Verbrennen eines Kraftstoffs in dieser zu definieren. Ein Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit ist in thermischer Konnektivität mit dem Kurbelgehäuse, dem Kolben und/oder dem Zylinderkopf angeordnet. Der Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit ist betreibbar, um die Wärmeübertragung von verbranntem Kraftstoff in der Verbrennungskammer auf das Kurbelgehäuse, den Kolben und/oder den Zylinderkopf zu verringern.
  • Der Zylinderkopf weist eine Struktur mit einer Kopf-Verbrennungsfläche und eine Schicht eines Materials mit geringer Leitfähigkeit auf, welche an der Kopf-Verbrennungsfläche angeordnet ist. Die Struktur ist aus einem Material hergestellt, das eine thermische Leitfähigkeit des Kopfs aufweist, und die Schicht aus dem Material mit geringer Leitfähigkeit weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die geringer als die thermische Leitfähigkeit des Kopfs ist. Die geringere thermische Leitfähigkeit der Schicht aus dem Material mit geringer Leitfähigkeit verringert eine Wärmemenge, die ansonsten durch die Struktur aufgrund von Verbrennungsgasen absorbiert wird.
  • Dementsprechend verringert der Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit die Wärmemenge, welche das Kurbelgehäuse, der Kolben oder der Zylinderkopf von den Verbrennungsgasen absorbiert. Die Verbrennung des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer erzeugt große Wärmemengen, die verwendet werden können, um Arbeit zu verrichten. Die Wärme, die durch die verschiedenen anderen Motorkomponenten absorbiert wird, z.B. durch das Kurbelgehäuse, den Kolben oder den Zylinderkopf, ist im Allgemeinen nicht zum Verrichten von Arbeit verfügbar, und sie ist daher verlorene Energie. Dementsprechend verringert die Wärme, die durch die verschiedenen Motorkomponenten absorbiert wird, im Allgemeinen die thermische Effizienz des Motors. Da der Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit die Wärmemenge verringert, die durch die verschiedenen Komponenten des Motors absorbiert wird, bleibt mehr Wärmeenergie zum Verrichten von Arbeit in der Verbrennungskammer, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird.
  • Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Lehren leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Zweitaktmotors und zeigt eine erste Ausführungsform eines Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Zweitaktmotors und zeigt eine zweite Ausführungsform eines Mechanismus zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Fachleute werden erkennen, dass Begriffe wie etwa „oberhalb“, „unterhalb“, „aufwärts“, „abwärts“, „an der Oberseite“, „an der Unterseite“ usw. verwendet werden, um die Figuren zu beschreiben, und keine Einschränkungen für den Umfang der Offenbarung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus können die Lehren hierin anhand funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten und/oder verschiedener Verfahrensschritte beschrieben werden. Man sollte beachten, dass solche Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten bestehen können, die ausgebildet sind, um die beschriebenen Funktionen auszuführen.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile angeben, ist ein Zweitaktmotor 20 allgemein bei 20 gezeigt. Wie Fachleute verstehen werden, ist der Zweitaktmotor 20 ein Typ eines Verbrennungsmotors, der einen Arbeitszyklus in nur einer Umdrehung einer Kurbelwelle 22 und mit zwei Takten bzw. Hüben eines Kolbens 24 vollendet, d.h. mit einem Abwärtshub und einem Aufwärtshub. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ende des Verbrennungstakts und der Anfang des Kompressionstakts gleichzeitig erfolgen und die Einlass- sowie die Auslassfunktion zur gleichen Zeit ausgeführt werden. Der Zweitaktmotor 20 kann entweder ein Benzin-Funkenzündungsmotor oder ein Diesel-Kompressionszündungsmotor sein. Der Betrieb des Zweitaktmotors 20 ist Fachleuten allgemein bekannt und für die Beschreibung der Offenbarung nicht relevant. Dementsprechend wird der Betrieb des Zweitaktmotors 20 hierin nicht speziell im Detail beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 weist der Zweitaktmotor 20 ein Kurbelgehäuse 26 auf. Das Kurbelgehäuse 26 definiert zumindest eine Zylinderbohrung 28, es kann jedoch mehr als eine Zylinderbohrung 28 definieren. Die Zylinderbohrung 28 ist durch eine innere Wandfläche 30 des Kurbelgehäuses 26 begrenzt. Die Zylinderbohrung 28 erstreckt sich entlang einer zentralen Achse 32 und definiert einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der zentralen Achse 32.
  • Das Kurbelgehäuse 26 ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, beispielsweise aus Stahl oder Eisen. Es ist jedoch einzusehen, dass das Kurbelgehäuse 26 aus einem beliebigen anderen Material hergestellt sein kann, das zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet ist. Das Material, aus dem das Kurbelgehäuse 26 hergestellt ist, weist eine thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26 auf. Wenn sie hierin verwendet wird, definiert die thermische Leitfähigkeit die Eigenschaft eines Materials, Wärme zu leiten. Wie bekannt ist, variiert die thermische Leitfähigkeit eines beliebigen Materials mit der Temperatur. Eine Wärmeübertragung tritt mit einer höheren Rate über Materialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit als über Materialien mit geringer thermischer Leitfähigkeit auf. Beispielsweise kann Aluminium eine thermische Leitfähigkeit zwischen 205 und 250 Watt pro Meter pro °Kelvin (Wm-1°K-1) aufweisen. Wenn das Kurbelgehäuse 26 aus Aluminium hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26 dementsprechend zwischen 205 und 250 Wm-1°K-1. Stahl kann eine thermische Leitfähigkeit zwischen 35 und 54 Wm-1°K-1 aufweisen. Wenn das Kurbelgehäuse 26 aus Stahl hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26 dementsprechend zwischen 35 und 54 Wm-1°K-1. Eisen kann eine thermische Leitfähigkeit zwischen 45 und 80 Wm-1°K-1 aufweisen. Wenn das Kurbelgehäuse 26 aus Eisen hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26 dementsprechend zwischen 45 Wm-1°K-1 und 80 Wm-1°K-1. Es ist einzusehen, dass die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26 in Abhängigkeit vom speziellen Material variiert, das zur Herstellung des Kurbelgehäuses 26 verwendet wird, und somit kann die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26 von derjenigen der beispielhaften Ausführungsform abweichen, wie vorstehend angemerkt wurde.
  • Der Kolben 24 ist bewegbar in der Zylinderbohrung 28 angeordnet. Wie bekannt ist, ist der Kolben 24 mittels einer Pleuelstange 34 mit der Kurbelwelle 22 verbunden. Die Hubbewegung des Kolbens 24 entlang der zentralen Achse 32 der Zylinderbohrung 28 bewirkt eine Drehung der Kurbelwelle 22 um eine Kurbelachse 36. Der Kolben 24 weist eine Kolben-Verbrennungsfläche 38 auf, die an einer oberen Fläche des Kolbens 24 angeordnet ist, wenn dieser wie auf der Seite der Figuren betrachtet wird.
  • Der Kolben 24 ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, beispielsweise aus Stahl. Es ist jedoch einzusehen, dass der Kolben 24 aus einem beliebigen anderen Material hergestellt sein kann, das zu Verwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet ist. Das Material, aus welchem der Kolben 24 hergestellt ist, weist eine thermische Leitfähigkeit des Kolbens 24 auf. Wie vorstehend angegeben ist, kann Stahl beispielsweise eine thermische Leitfähigkeit zwischen 35 und 54 Wm-1°K-1 aufweisen. Wenn der Kolben 24 aus Stahl hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kolbens 24 dementsprechend zwischen 35 und 54 Wm-1°K-1. Es ist einzusehen, dass die thermische Leitfähigkeit des Kolbens 24 in Abhängigkeit von dem speziellen Material variiert, das zur Herstellung des Kolbens 24 verwendet wird, und somit kann sich die thermische Leitfähigkeit des Kolbens 24 von derjenigen der beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, wie vorstehend angemerkt wurde.
  • Der Zweitaktmotor 20 weist einen Zylinderkopf 40 auf, der an dem Kurbelgehäuse 26 befestigt ist und die Zylinderbohrung 28 abdeckt. Wie in der Technik bekannt ist, kann der Zweitaktmotor 20 eine Dichtung 42 (z.B. eine Kopfdichtung 42) aufweisen, die zwischen dem Zylinderkopf 40 und dem Kurbelgehäuse 26 angeordnet ist, um die Zylinderbohrung 28 abzudichten. Der Zylinderkopf 40 weist eine Struktur 44 auf, die eine Kopf-Verbrennungsfläche 46 aufweist. Die Kopf-Verbrennungsfläche 46 liegt der Kolben-Verbrennungsfläche 38 gegenüber und ist derart bemessen, dass sie die Zylinderbohrung 28 vollständig abdeckt. Es ist einzusehen, dass sich die Kopfdichtung 42 nicht über die Kopf-Verbrennungsfläche 46 erstreckt oder diese auf andere Weise abdeckt.
  • Der Zylinderkopf 40 ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, beispielsweise aus Stahl oder Eisen oder Aluminium. Es ist jedoch einzusehen, dass der Zylinderkopf 40 aus einem beliebigen anderen Material hergestellt sein kann, das zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet ist. Das Material, aus dem der Zylinderkopf 40 hergestellt ist, weist eine thermische Leitfähigkeit des Kopfs auf. Aluminium kann beispielsweise eine thermische Leitfähigkeit zwischen 205 und 250 Watt pro Meter pro °Kelvin (Wm-1°K-1) aufweisen. Wenn der Zylinderkopf 40 aus Aluminium hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kopfs dementsprechend zwischen 205 und 250 Wm-1°K-1. Stahl kann eine thermische Leitfähigkeit zwischen 35 und 54 Wm-1°K-1aufweisen. Wenn der Zylinderkopf 40 aus Stahl hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kopfs dementsprechend zwischen 35 und 54 Wm-1°K-1. Eisen kann eine thermische Leitfähigkeit zwischen 45 Wm-1°K-1 und 80 Wm-1°K-1aufweisen. Wenn der Zylinderkopf 40 aus Eisen hergestellt ist, dann liegt die thermische Leitfähigkeit des Kopfs dementsprechend zwischen 45 und 80 Wm-1°K-1. Es ist einzusehen, dass die thermische Leitfähigkeit des Kopfs in Abhängigkeit von dem speziellen Material variiert, das zur Herstellung des Zylinderkopfs 40 verwendet wird, und somit kann sich die thermische Leitfähigkeit des Kopfs von derjenigen der beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, wie vorstehend angemerkt wurde.
  • Die Wandfläche der Zylinderbohrung 28, die Kolben-Verbrennungsfläche 38 des Kolbens 24 und die Kopf-Verbrennungsfläche 46 des Zylinderkopfs 40 wirken zusammen, um eine Verbrennungskammer 48 zu definieren. Der Zweitaktmotor 20 kann ferner eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 aufweisen, die durch den Zylinderkopf 40 getragen wird. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 ist betreibbar, um Kraftstoff in die Verbrennungskammer 48 einzuspritzen. Wie dies für Zweitaktmotoren 20 bekannt ist, kann der Zylinderkopf 40 vorzugsweise weder Einlassventile noch Auslassventile aufweisen.
  • Wie in der Technik bekannt ist, wird der Kraftstoff komprimiert, wenn sich der Kolben 24 während des Hubs des Kolbens 24 aufwärts bewegt. Der Kraftstoff wird gezündet oder verbrannt, wenn sich der Kolben 24 in der Nähe des höchsten Punkts seines Hubs befindet. Die Verbrennung des Kraftstoffs gibt eine große Wärmemenge frei und bewegt den Kolben 24 abwärts in dessen Hub, wodurch eine Drehung der Kurbelwelle 22 um die Kurbelachse 36 bewirkt wird. Die Wärme aufgrund der Verbrennung wird entweder zum Verrichten von Arbeit verwendet, z.B. zum Bewegen des Kolbens 24, sie wird mit dem Abgas ausgestoßen, oder sie wird durch eine oder mehrere der Motorkomponenten absorbiert. Wenn die Wärme mit dem Abgas ausgestoßen wird, dann kann die Wärme in dem Abgas an einem bestimmten anderen Ort zum Verrichten von Arbeit verwendet werden, beispielsweise zum Aufheizen eines Katalysators in einem Abgas-Behandlungssystem, oder sie kann zum Heizen des Fahrgastraums verwendet werden. Die Wärme, die durch die verschiedenen Komponenten des Zweitaktmotors 20 absorbiert wird, muss dissipiert werden, und sie ist im Allgemeinen verloren und nicht zum Verrichten von Arbeit verfügbar, wodurch der Wirkungsgrad des Zweitaktmotors 20 verringert wird. Dementsprechend erhöht die Begrenzung oder Verringerung der Wärmemenge, die durch die verschiedenen Komponenten des Zweitaktmotors 20 absorbiert wird, die Wärmemenge, die zum Verrichten von Arbeit verfügbar ist, wodurch der Wirkungsgrad des Zweitaktmotors 20 verbessert wird.
  • Um die Wärmemenge zu begrenzen oder zu verringern, die durch die verschiedenen Komponenten des Zweitaktmotors 20 absorbiert wird, weist der Zweitaktmotor 20 einen Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit auf. Der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit ist in thermischer Konnektivität mit dem Kurbelgehäuse 26, dem Kolben 24 und/oder dem Zylinderkopf 40 angeordnet. Wenn sie hierin verwendet wird, ist die thermische Konnektivität als eine Verbindung oder ein Kontakt zwischen Komponenten definiert, welche bzw. welcher die Übertragung von Wärme zwischen diesen ermöglicht. Der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit ist betreibbar, um die Wärmeübertragung von dem verbrannten Kraftstoff in der Verbrennungskammer 48 auf das Kurbelgehäuse 26, den Kolben 24 und/oder den Zylinderkopf 40 zu verringern. Der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die geringer als die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses 26, die thermische Leitfähigkeit des Kolbens 24 und/oder die thermische Leitfähigkeit des Kopfs 40 ist. Dementsprechend wirkt der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit als ein Isolator, um die Absorption von Wärme zu verhindern. Vorzugsweise weist der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit eine thermische Leitfähigkeit von weniger als 30 Wm-1°K-1 (Watt/Meter/°K) auf. Es wird angemerkt, dass der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit kein Wärmedissipator ist, sondern stattdessen die Absorption von Wärme verhindert, d.h. die Übertragung von Wärme von den Verbrennungsgasen auf eine oder mehrere der Motorkomponenten.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann der Mechanismus 52 zum Verringern der thermischen Leitfähigkeit eine Schicht 54 aus einem Material mit geringer Leitfähigkeit aufweisen, welche an der Kopf-Verbrennungsfläche 46 des Zylinderkopfs 40 angeordnet ist. Wie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit im Wesentlichen über die gesamte Kopf-Verbrennungsfläche 46 und die Zylinderbohrung 28, um eine Barriere zwischen der Verbrennungskammer 48 und der Kopf-Verbrennungsfläche 46 des Zylinderkopfs 40 zu bilden. Wie in 2 gezeigt ist, erstreckt sich die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit nicht über den gesamten Bereich der Zylinderbohrung 28 und lässt einen Verbrennungsmuldenabschnitt 56 der Kopf-Verbrennungsfläche 46 in dem Zylinderkopf 40 unbedeckt. Es ist einzusehen, dass die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit keine Dichtung 42 ist, d.h., dass die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit von der Kopfdichtung 42 getrennt und kein Teil von dieser ist, welche zwischen dem Zylinderkopf 40 und dem Kurbelgehäuse 26 abdichtet. Zusätzlich ist einzusehen, dass die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit an der Kolben-Verbrennungsfläche 38 des Kolbens 24 und/oder an der Wandfläche der Zylinderbohrung 28 angeordnet sein kann.
  • Die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit kann Inconel, Nickellegierungen, Bronze, Keramiken, Zirkonoxid, Verbundwerkstoffe oder ein beliebiges anderes Material mit ähnlichen Fähigkeiten umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit weist vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit von weniger als 30 Wm-1°K-1 (Watt/Meter/°K) auf. Es ist jedoch einzusehen, dass die thermische Leitfähigkeit der Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit von dem speziellen Material abhängt, das für die Schicht 54 verwendet wird, und sich von dem beispielhaften Wert unterscheiden kann, der vorstehend angegeben ist.
  • Zusätzlich zu oder anstelle der Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit weist der Mechanismus 52 zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit zumindest einen Hohlraum 58 auf, der durch eine der Komponenten des Zweitaktmotors 20 definiert ist. Wie gezeigt ist, ist der Hohlraum 58 durch die Struktur 44 des Zylinderkopfs 40 definiert und allgemein über der Zylinderbohrung 28 angeordnet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass ein Hohlraum zusätzlich durch das Kurbelgehäuse 26 in einer Wand benachbart zur Verbrennungskammer 48 definiert sein kann. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Zylinderkopf 40 eine zusammengesetzte Struktur 44, in welcher die Schicht 54 aus Material mit geringer Leitfähigkeit verwendet wird, um eine Unterseitenwand des Zylinderkopfs 40 zu bilden und um den Hohlraum 58 in der Struktur 44 des Zylinderkopfs 40 abzudecken und/oder dessen Bildung abzuschließen, indem eine untere Wand des Hohlraums 58 gebildet wird.
  • Der zumindest eine Hohlraum 58 ist mit einem Gas gefüllt, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist. Das Gas, das in dem Hohlraum 58 angeordnet ist, kann Luft, Stickstoff, Kohlendioxid oder ein beliebiges anderes ähnliches Gas umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Das Gas in dem Hohlraum 58 wirkt als ein Isolator, um die Absorption von Wärme von den Verbrennungsgasen zu verhindern und/oder um die thermische Masse des Zylinderkopfs 40 zu begrenzen, die zum Absorbieren von Wärme verfügbar ist. Als eine Alternative zur Füllung des Hohlraums 58 mit einem Gas wird in Betracht gezogen, dass der Hohlraum 58 alternativ ein Vakuum sein kann. Wenn er hierin verwendet wird, ist der Begriff Vakuum als ein Raum 58, der frei von Materie ist, oder als ein Bereich mit einem Gasdruck geringer als Atmosphärendruck definiert.
  • Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Mechanismus 52 zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit durch eine oder mehrere der verschiedenen Motorkomponenten verkörpert ist, die vollständig aus einem Material mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit hergestellt sind. Beispielsweise kann die gesamte Struktur 44 des Zylinderkopfs 40 aus einem Material hergestellt sein, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise aus Inconel, Nickellegierungen, Bronze, Keramiken, Zirkonoxid, Verbundwerkstoffen oder einem beliebigen anderen Material mit ähnlichen Fähigkeiten, ohne auf diese beschränkt zu sein.
  • Wie sowohl in 1 als auch in 2 gezeigt ist, kann der Zylinderkopf 40 optional zumindest einen Kühlmantel 60 aufweisen, der benachbart zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 angeordnet ist. Der Kühlmantel 60 ist betreibbar, um eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 durch den Zylinderkopf 40 zu zirkulieren. Der Kühlmantel 60 dient nicht dazu, den Zylinderkopf 40 signifikant zu kühlen. Darüber hinaus ist der Kühlmantel 60 nicht konstruiert, um die Wärmeabsorption durch den Zylinderkopf 40 zu begrenzen oder zu verringern, sondern um stattdessen Wärme von dem Zylinderkopf 40 zum Kühlen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 zu dissipieren. Dementsprechend ist einzusehen, dass der Kühlmantel 60 nicht Teil des Mechanismus 52 zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit, sondern stattdessen ein Mechanismus zur Wärmedissipation ist. Der Kühlmantel 60 kann Teil eines Motorkühlkreislaufs sein, der eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Motors durch den Motor zirkuliert, wie in der Technik bekannt ist.

Claims (8)

  1. Zweitaktmotor (20), der umfasst: ein Kurbelgehäuse (26), das eine Zylinderbohrung (28) definiert; einen Kolben (24), der bewegbar in der Zylinderbohrung (28) angeordnet ist; einen Zylinderkopf (40), der an dem Kurbelgehäuse (26) befestigt ist und die Zylinderbohrung (28) abdeckt; wobei eine Wandfläche der Zylinderbohrung (28), eine Kolben-Verbrennungsfläche (38) des Kolbens (24) und eine Kopf-Verbrennungsfläche (46) des Zylinderkopfs (40) zusammenwirken, um eine Verbrennungskammer (48) zum Verbrennen eines Kraftstoffs in dieser zu definieren; und einen Mechanismus (52) zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit, der in thermischer Konnektivität mit dem Kurbelgehäuse (26), dem Kolben (24) und/oder dem Zylinderkopf (40) angeordnet ist und betreibbar ist, um eine Wärmeübertragung von verbranntem Kraftstoff in der Verbrennungskammer (48) auf das Kurbelgehäuse (26), den Kolben (24) und/oder den Zylinderkopf (40) zu minimieren, wobei der Mechanismus (52) zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit zumindest einen Hohlraum (58) aufweist, der durch den Zylinderkopf (40) definiert ist und über der Zylinderbohrung (28) angeordnet ist, wobei der Hohlraum (58) mit einem Gas gefüllt ist, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, oder ein Bereich mit einem Gasdruck geringer als Atmosphärendruck ist.
  2. Zweitaktmotor (20) nach Anspruch 1, wobei das Kurbelgehäuse (26) aus einem Material mit einer thermischen Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses (26) hergestellt ist, wobei der Kolben (24) aus einem Material mit einer thermischen Leitfähigkeit des Kolbens (24) hergestellt ist, wobei der Zylinderkopf (40) aus einem Material mit einer thermischen Leitfähigkeit des Zylinderkopfs (40) hergestellt ist, wobei der Mechanismus (52) zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die geringer als die thermische Leitfähigkeit des Kurbelgehäuses (26), die thermische Leitfähigkeit des Kolbens (24) und/oder die thermische Leitfähigkeit des Zylinderkopfs (40) ist.
  3. Zweitaktmotor (20) nach Anspruch 2, wobei der Mechanismus (52) zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit eine Schicht (54) aus einem Material mit geringer Leitfähigkeit aufweist, die an der Kopf-Verbrennungsfläche (46) des Zylinderkopfs (40) angeordnet ist.
  4. Zweitaktmotor (20) nach Anspruch 3, wobei die Schicht (54) aus Material mit geringer Leitfähigkeit ein Inconel-Material, ein Nickellegierungsmaterial, ein Bronzematerial, ein Keramikmaterial, ein Zirkonoxidmaterial oder ein Verbundwerkstoffmaterial ist.
  5. Zweitaktmotor (20) nach Anspruch 3, wobei die Schicht (54) aus Material mit geringer Leitfähigkeit eine thermische Leitfähigkeit von weniger als 30 Wm-1K-1 aufweist.
  6. Zweitaktmotor (20) nach Anspruch 3, wobei sich die Schicht (54) aus Material mit geringer Leitfähigkeit im Wesentlichen über die Zylinderbohrung (28) erstreckt, um eine Barriere zwischen der Verbrennungskammer (48) und dem Zylinderkopf (40) zu bilden.
  7. Zylinderkopf (40) für einen Zweitaktmotor (20), wobei der Zylinderkopf (40) umfasst: eine Struktur (44) mit einer Kopf-Verbrennungsfläche (46); und eine Schicht (54) aus einem Material mit geringer Leitfähigkeit, welche an der Kopf-Verbrennungsfläche (46) angeordnet ist; wobei die Struktur (44) aus einem Material hergestellt ist, das eine thermische Leitfähigkeit des Zylinderkopfs (40) aufweist, und die Schicht (54) aus dem Material mit geringer Leitfähigkeit eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die geringer als die thermische Leitfähigkeit des Zylinderkopfs (40) ist, um eine Wärmemenge zu minimieren, die durch die Struktur (44) aufgrund von Verbrennungsgasen absorbiert wird, wobei der Zylinderkopf (40) zumindest einen Hohlraum (58) aufweist, der über der Kopf-Verbrennungsfläche (46) angeordnet ist und betreibbar ist, um eine Wärmemenge zu verringern, welche durch die Struktur (44) aufgrund der Verbrennungsgase absorbiert wird, wobei der Hohlraum (58) mit einem Gas gefüllt ist, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, oder ein Bereich mit einem Gasdruck geringer als Atmosphärendruck ist.
  8. Zylinderkopf (40) nach Anspruch 7, wobei die Schicht (54) aus dem Material mit geringer Leitfähigkeit eine thermische Leitfähigkeit von weniger als 30 Wm-1K-1 aufweist.
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