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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren und insbesondere einen Kolben für vorgemischte Funkenzündungs- und Dualkraftstoff-Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund
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Verbrennungsmotoren umfassen einen oder mehrere Kolben, die durch eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden sind. Während der Verbrennungszyklen des Motors bewegen sich die Kolben entlang einer Längsachse innerhalb einer Verbrennungskammer, die durch die Wände eines Zylinders definiert werden, hin und her, um die Drehung der Kurbelwelle anzutreiben. In einem Viertakt-Verbrennungszyklus eines Vormischungs-Funkenzündungs- oder Dualkraftstoff-Motors kann sich der Kolben zum Beispiel vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegen, um ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft in die Verbrennungskammer durch das Einlassventil einzuziehen. Auf den Luft-/Kraftstoff-Einlass folgend schließt das Einlassventil, und der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt, um das Luft-/Kraftstoff-Gemisch zu verdichten. Die darauf folgende Auslösung der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches mit einer Flamme veranlasst die Gase, sich auszudehnen, was den Kolben zwingt, sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt zu bewegen. Ein Funke wird verwendet, um die Verbrennung in Vormischungs-Funkenzündungs-Motoren auszulösen, während eine geringe Menge an Dieselkraftstoff (”Pilot”-Kraftstoff) durch Kompression gezündet wird, um die Verbrennung in Vormischungs-Dualkraftstoff-Motoren auszulösen. Auf die Verbrennung folgend wird dann ein Auslassventil geöffnet, und die Abgase werden aus der Verbrennungskammer abgezogen, während sich der Kolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, was es ermöglicht, den Verbrennungszyklus zu wiederholen.
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Ein Kolben umfasst einen Kolbenkopf mit einer oberen Oberfläche, die zur Verbrennungskammer weist. Um den Umfang des Kolbenkopfs befindet sich eine Vielzahl von ringförmigen Ringnuten, die Kolbenringe aufnehmen, welche eine Dichtung zwischen der Verbrennungskammer und dem Kurbelgehäuse ausbilden. Darüber hinaus erstreckt sich eine Vielzahl von ”Stegen” zwischen und über den ringförmigen Ringnuten, um die Kolbenringe in ihre jeweiligen Nuten einzugrenzen. Über dem obersten Kolbenring befindet sich ein ”Feuersteg”, der sich bis zur oberen Oberfläche des Kolbenkopfs erstreckt. Der Kolben umfasst auch eine Schürze, die eine Bolzenbohrung umfasst, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, um den Kolben mit der Pleuelstange zu verbinden. Der Kolbenbolzen kann als ein Lager dienen, an welchem der Kolben von Seite zu Seite kippt, während er sich in der Verbrennungskammer hin- und herbewegt.
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In Konstruktionen nach dem Stand der Technik kann der Feuersteg des Kolbens eine zylindrische Gestalt mit einem geringeren Durchmesser als der Motorzylinder aufweisen, so dass der Feuersteg von den Zylinderwänden durch einen Spalt getrennt ist, der für Luft und Kraftstoff in der Verbrennungskammer zugänglich ist, für die sich ausbreitende Flamme aber aufgrund des Wärmeverlusts durch die eng beabstandeten Metalloberflächen unzugänglich ist. Darüber hinaus kann sich, da der Kolben um die Bolzenbohrungsachse kippt (d. h., in einer Richtung konzentrisch mit der Bolzenbohrungsachse), der Feuersteg näher an die Zylinderwand annähern oder sie berühren, was vorübergehend blockierte Spalte erzeugt, die eingefangenen Kohlenwasserstoffkraftstoff enthalten, der durch die sich ausbreitende Flamme nicht verbrannt werden kann. Als Ergebnis der Unzugänglichkeit der Flamme zu diesem in den Feuerstegspalten eingefangenen Kohlenwasserstoffkraftstoff können die Emissionen von unverbrannten oder teilweise unverbrannten Kohlenwasserstoffen unerwünscht hoch sein, was zum Treibhausgas-Fußabdruck der Maschine beitragen kann. Kohlenwasserstoffemissionen aus Feuersteg-Spalten stellen ein Problem dar, das mit Vormischungs-Funkenzündungs- und Vormischungs-Dualkraftstoff-Motoren in Verbindung steht, die, im Gegensatz zu Dieselmotoren, die Kraftstoff durch Kompression zünden, auf eine sich ausbreitende Flamme zur Verbrennung angewiesen sind.
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Ein Ansatz zur Verringerung von Kohlenwasserstoffemissionen aus Feuersteg-Spalten, wie er in der kanadischen Patentanmeldung Nr.
CA 2863036 A1 beschrieben wird, umfasst die Einbringung eines ringförmigen, abgeschrägten Randes um den Umfang des Feuerstegs, um einen konisch geformten Feuersteg vorzusehen. Der abgeschrägte Bereich des Feuerstegs schafft Spielraum für die Kippbewegung des Kolbens und verringert das Spaltvolumen in der Kipprichtung, was zu verringerten Emissionen von unverbranntem/zum Teil unverbranntem Kohlenwasserstoff führt. Während dies zwar effektiv ist, vergrößert die konische/ringförmige, abgeschrägte Feuersteg-Geometrie jedoch unnötigerweise das Spaltvolumen nahe von Bereichen des Feuerstegs, wo kein zusätzlicher Spielraum für die Kippbewegung des Kolbens nötig ist (d. h., direkt über der Kolbenbolzen-Bohrung). Durch Erhöhen des Spaltvolumens, das für die Verbrennungsflamme schwer zugänglich ist, können mehr unverbrannte oder zum Teil unverbrannte Kohlenwasserstoffe emittiert werden, was zumindest einen Teil der Emissionsverringerungen zunichte macht, die durch den ringförmigen, abgeschrägten Rand erzielt werden.
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Somit herrscht Bedarf nach verbesserten Kolben-Feuersteg-Geometrien, die dabei helfen, Emissionen von unverbranntem oder zum Teil unverbranntem Kohlenwasserstoff aus Spalten zu verringern.
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Zusammenfassung
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kolben für einen Vormischungs-Funkenzündungs- oder Vormischungs-Dualkraftstoff-Verbrennungsmotor offenbart. Der Kolben kann dazu ausgestaltet sein, sich entlang einer Längsachse einer Verbrennungskammer, die durch einen Zylinder des Verbrennungsmotors definiert ist, hin- und herzubewegen. Der Kolben kann einen Kolbenkopf umfassen, der eine obere Oberfläche umfasst, die zu der Verbrennungskammer weist, und eine oberste Ringnut, die dazu ausgestaltet ist, einen obersten Kolbenring aufzunehmen. Der Kolben kann des Weiteren eine Schürze umfassen, die sich von dem Kolbenkopf weg erstreckt und eine Bolzenbohrung umfasst, die sich entlang einer Bolzenbohrungsachse erstreckt und dazu ausgestaltet ist, einen Kolbenbolzen zur Verbindung des Kolbens mit einer Pleuelstange aufzunehmen. Darüber hinaus kann der Kolben des Weiteren einen Feuersteg umfassen, der an dem Kolbenkopf ausgebildet ist und sich zwischen der oberen Oberfläche und der obersten Ringnut des Kolbenkopfs erstreckt. Der Feuersteg kann einen oberen ringförmigen Rand umfassen, der an die obere Oberfläche des Kolbenkopfs angrenzt, sowie einen unteren ringförmigen Rand, der an die oberste Ringnut angrenzt. Der obere ringförmige Rand kann eine elliptische Gestalt aufweisen, mit einer Hauptachse, die sich parallel zu der Bolzenbohrungsachse erstreckt (von oberhalb des Kolbenkopfs aus gesehen), und einer Nebenachse, die sich senkrecht zu der Bolzenbohrungsachse erstreckt. Der untere ringförmige Rand kann eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen gleich einer Länge der Hauptachse des oberen ringförmigen Randes ist.
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In Überstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kolben für einen Vormischungs-Funkenzündungs- oder Vormischungs-Dualkraftstoff-Verbrennungsmotor offenbart. Der Kolben kann dazu ausgestaltet sein, sich entlang einer Längsachse einer Verbrennungskammer, die durch eine Innenwand eines Zylinders des Motors definiert ist, hin- und herzubewegen. Der Kolben kann einen Kolbenkopf umfassen, der eine obere Oberfläche umfasst, die zu der Verbrennungskammer weist, und eine oberste Ringnut, die dazu ausgestaltet ist, einen obersten Kolbenring aufzunehmen. Der Kolben kann des Weiteren eine Schürze umfassen, die sich von dem Kolbenkopf weg erstreckt und eine Bolzenbohrung umfasst, die sich entlang einer Bolzenbohrungsachse erstreckt und dazu ausgestaltet ist, einen Kolbenbolzen zur Verbindung des Kolbens mit einer Pleuelstange aufzunehmen. Der Kolben kann dazu ausgestaltet sein, in dem Zylinder um die Bolzenbohrungsachse zu kippen. Darüber hinaus kann der Kolben des Weiteren einen Feuersteg umfassen, der an dem Kolbenkopf ausgebildet ist und sich zwischen der oberen Oberfläche und der obersten Ringnut des Kolbenkopfs erstreckt. Der Feuersteg kann in einer Richtung senkrecht auf die Bolzenbohrungsachse so abgeschrägt sein, dass der Feuersteg nicht mit der Innenwand des Zylinders in Kontakt gelangt, wenn der Kolben um die Bolzenbohrungsachse kippt. Der Feuersteg kann in einer Richtung parallel zu der Bolzenbohrungsachse nicht abgeschrägt sein.
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In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verbrennungsmotor offenbart. Der Verbrennungsmotor kann umfassen: einen Zylinder mit einer Innenwand, die eine Verbrennungskammer definiert, ein Einlassventil, das dazu ausgestaltet ist, ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in die Verbrennungskammer eintreten zu lassen, eine Verbrennungsauslösevorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die Verbrennung des Gemischs aus Luft und Kraftstoff in der Verbrennungskammer auszulösen, sowie eine Kurbelwelle. Der Verbrennungsmotor kann des Weiteren einen Kolben umfassen, der mit der Kurbelwelle durch eine Pleuelstange verbunden und dazu ausgestaltet ist, sich entlang einer Längsachse der Verbrennungskammer hin- und herzubewegen, um eine Drehung der Kurbelwelle anzutreiben. Der Kolben kann einen Kolbenkopf umfassen, der eine obere Oberfläche aufweist, die zu der Verbrennungskammer weist, und eine oberste Ringnut, die einen obersten Kolbenring aufnimmt. Der Kolben kann des Weiteren eine Schürze umfassen, die eine Bolzenbohrung aufweist, die sich entlang einer Bolzenbohrungsachse erstreckt und einen Kolbenbolzen aufnimmt, der den Kolben mit der Pleuelstange verbindet. Der Kolben kann dazu ausgestaltet sein, in der Verbrennungskammer um die Bolzenbohrungsachse zu kippen. Darüber hinaus kann der Kolben des Weiteren einen Feuersteg umfassen, der in dem Kolbenkopf ausgebildet ist und sich zwischen der oberen Oberfläche und der obersten Ringnut des Kolbenkopfs erstreckt. Der Feuersteg kann einen oberen ringförmigen Rand umfassen, der an die obere Oberfläche des Kolbenkopfs angrenzt, einen unteren ringförmigen Rand, der an die oberste Ringnut angrenzt, sowie eine äußere Oberfläche, die sich von dem oberen ringförmigen Rand zu dem unteren ringförmigen Rand erstreckt. Der obere ringförmige Rand kann eine elliptische Gestalt aufweisen, mit einer Hauptachse, die sich parallel zu der Bolzenbohrungsachse erstreckt, und einer Nebenachse, die sich senkrecht zu der Bolzenbohrungsachse erstreckt. Der untere ringförmige Rand kann eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen gleich einer Länge der Hauptachse des oberen ringförmigen Randes ist, so dass die äußere Oberfläche des Feuerstegs zwei abgeschrägte Flächen aufweist, die die Hauptachse des oberen ringförmigen Randes flankieren. Die zwei abgeschrägten Oberflächen können um etwa 85° bis etwa 89,9° in Bezug auf die obere Oberfläche des Kolbenkopfs abgewinkelt sein.
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Diese und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich werden, wenn sie gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung eines Vormischungs-Funkenzündungs- oder eines Vormischungs-Dualkraftstoff-Verbrennungsmotors, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist.
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2 ist eine schematische Darstellung eines Zylinders und eines Kolbens des Verbrennungsmotors von 1, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist.
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3 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Kolbens von 2, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, in isolierter Darstellung, wobei eine Pleuelstange und die Kolbenringe zur Verdeutlichung entfernt wurden.
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4 ist eine schematische Seitenansicht des Kolbens von 3, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, mit einer übertrieben dargestellten Kippbewegung in dem Zylinder um eine Bolzenbohrungsachse.
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5 ist eine Draufsicht eines Feuerstegs des Kolbens der 2–4, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, in isolierter Darstellung.
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6 ist eine Draufsicht des Feuerstegs, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, ähnlich der 5, aber mit einem elliptischen unteren ringförmigen Rand.
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7 ist eine Seitenansicht des Feuerstegs von 5, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, gesehen entlang einer Achse parallel zu der Bolzenbohrungsachse.
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8 ist eine Seitenansicht des Feuerstegs von 5, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, gesehen entlang einer Achse senkrecht auf die Bolzenbohrungsachse.
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Detaillierte Beschreibung
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Nun wird, bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1–2, ein Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Der Motor 10 kann Kraftstoff verbrennen, um Leistung an eine Maschine bereitzustellen und/oder deren Bewegung anzutreiben, etwa eine hydraulische Fracking-Pumpe, einen elektrischen Leistungsgenerator, einen Gaskompressor, einen Bergbau-Lastwagen sowie andere Typen von Maschinen. Wie im Folgenden noch detaillierter erläutert wird, kann der Motor 10 ein Motor sein, der eine vorgemischte Aufladung aus Luft und Kraftstoff zur Verbrennung verwendet, also etwa ein Vormischungs-Funkenzündungs-Motor oder ein Vormischungs-Dualkraftstoff-Motor. Unter Bezugnahme auf 2 kann der Verbrennungsmotor 10 einen oder mehrere Zylinder 12 umfassen, die jeweils eine Innenwand/Laufbuchse 14 aufweisen, die eine Verbrennungskammer 16 definiert, sowie einen Kolben 18, der dazu ausgestaltet ist, sich entlang einer Längsachse 20 der Verbrennungskammer 16 hin- und herzubewegen, um die Drehung einer Kurbelwelle 22 über eine Pleuelstange 23 anzutreiben.
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In einem Verbrennungszyklus des Motors 10 kann ein Einlassventil 24 geöffnet werden und der Kolben 18 sich innerhalb des Zylinders 12 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt nach unten bewegen, um ein ”vorgemischtes” Gemisch aus Luft und Kraftstoff durch eine Einlasssammelleitung 26 einzuziehen. Das Einlassventil 24 kann dann schließen und der Kolben 18 kann sich innerhalb des Zylinders 12 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt nach oben bewegen, um das Gemisch aus Luft und Kraftstoff in der Verbrennungskammer 16 zu verdichten. Nach der Verdichtung kann eine Verbrennungsauslösevorrichtung 28 die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs auslösen, und die entstehende Ausdehnung der Verbrennungsprodukte kann den Kolben 18 innerhalb des Zylinders 12 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt nach unten drücken. Wenn der Motor 10 ein Vormischungs-Funkenzündungs-Motor ist, kann die Verbrennungsauslösevorrichtung 28 eine Zündkerze sein. Wenn der Motor 10 ein Vormischungs-Dualkraftstoff-Motor ist, kann die Verbrennungsauslösevorrichtung 28 alternativ eine Kraftstoffeinspritzdüse sein, die einen Pilotbrennstoff, etwa Dieselkraftstoff, einspritzt, der sich entzündet und die Verbrennung eines Gemischs aus Luft und einem primären Kraftstoff (z. B. Erdgas) in der Verbrennungskammer 16 auslöst. Auf die Verbrennung folgend kann sich ein Auslassventil 30 öffnen und der Kolben 18 kann sich innerhalb des Zylinders 12 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt nach oben bewegen, um die Abgase aus der Verbrennungskammer 16 in eine Abgassammelleitung 32 auszustoßen, was es ermöglicht, den Verbrennungszyklus zu wiederholen. Obwohl der Motor 10 hier als ein Viertakt-Motor beschrieben ist, sollte klar sein, dass er auch als Zwei- oder Sechstakt-Motor arbeiten kann, wie dies dem Fachmann klar ist.
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Unter Bezugnahme auf 2–3 wird nun der Aufbau des Kolbens 18 im Detail beschrieben. Der Kolben 18 kann einen allgemein zylindrischen Kolbenkopf 36 und eine allgemein zylindrische Schürze 38 umfassen, die sich von dem Kolbenkopf 36 weg erstreckt. Die Schürze 38 kann eine Bolzenbohrung 40 umfassen, die sich entlang einer Bolzenbohrungsachse 42 erstreckt und einen Kolbenbolzen 44 aufnimmt, der den Kolben 18 schwenkbar mit der Pleuelstange 23 verbindet. Die Oberseite des Kolbens 18 kann um die Bolzenbohrungsachse 42 von Seite zu Seite kippen, wenn sich der Kolben 18 innerhalb des Zylinders 12 hin- und herbewegt (siehe 4, weitere Details im Folgenden).
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Weiter bezugnehmend auf 2–3 kann der Kolbenkopf 36 eine obere Oberfläche 46 aufweisen, die zur Verbrennungskammer 16 weist und diese zum Teil definiert. Entlang der oberen Oberfläche 46 des Kolbenkopfs 36 kann eine Kolbenschale 48 vorgesehen sein, die so geformt ist, um die Bewegung von Luft und Kraftstoff in der Verbrennungskammer 16 für eine effizientere Verbrennung zu steuern. In alternativen Anordnungen kann die obere Oberfläche des Kolbens 18 jedoch auch keine Kolbenschale aufweisen. Um den Umfang des Kolbenkopfs 36 herum kann sich eine Vielzahl von ringförmigen Nuten 50 (siehe 3) befinden, die jeweils dimensioniert sind, um einen Kolbenring 52 unterzubringen (siehe 2). Die Kolbenringe 52 können dicht mit der Innenwand 14 des Zylinders 12 in Eingriff stehen, um überschüssiges Öl von der Innenwand 14 abzustreifen und/oder zu verhindern, dass Verbrennungsgase an dem Kolben 18 vorbei in das Kurbelgehäuse entweichen. Als eine Möglichkeit kann der Kolbenkopf 36 drei ringförmige Nuten 50 aufweisen, mit drei Kolbenringen 52, die jeweils in einer der Nuten 50 aufgenommen sind, obwohl auch andere Anzahlen an Nuten und Kolbenringen vorgesehen werden können. Zwischen und über den ringförmigen Nuten 50 können sich Stege 54 befinden, die dazu dienen, die Kolbenringe 52 zu begrenzen und in ihren jeweiligen Nuten 50 zu halten. Zu den Stegen 54 kann ein Feuersteg 56 gehören, der über einer obersten Ringnut 58 positioniert ist, die einen obersten Kolbenring 60 aufnimmt. Unterhalb des Feuerstegs 56 können sich in absteigender Reihenfolge ein zweiter Steg 62, ein dritter Steg 64, und ein vierter Steg 66 befinden, wie 3 dargestellt. Der Feuersteg 56 kann eine äußere Oberfläche 68 aufweisen, die zu der Innenwand 14 des Zylinders 12 weist und sich von der obersten Ringnut 58 bis zur oberen Oberfläche 46 des Kolbenkopfs 36 erstreckt. Zwischen der äußeren Oberfläche 68 des Feuerstegs 56 und der Innenwand 14 des Zylinders 12 kann sich ein Spalt 70 oder Raum (siehe 2) befinden, der von Luft und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff in der Verbrennungskammer 16 durchdrungen werden kann, aber nur schlecht bis gar nicht zugänglich für die Verbrennungsflamme ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des Kolbens 18 während des Kippens von Seite zu Seite um die Bolzenbohrungsachse 42, wobei das Ausmaß des Kippens zum Zweck der Veranschaulichung übertrieben dargestellt ist. Insbesondere kann die Außenfläche 68 des Feuerstegs 56, um das Kippen des Kolbens aufzunehmen, zwei abgeschrägte Oberflächen 72 umfassen, die die Bolzenbohrungsachse 42 flankieren. Somit kann der Feuersteg 56 in einer Richtung senkrecht auf die Bolzenbohrungsachse 42 abgeschrägt sein, um Spielraum für den Feuersteg 56 bereitzustellen, während der Kolben 18 in der Verbrennungskammer 16 hin- und herkippt. Insbesondere können, wie in 4 dargestellt, die abgeschrägten Oberflächen 72 gewinkelt sein, so dass die Oberflächen 72 sich abwechselnd parallel zu oder im Wesentlichen parallel zu der Innenwand 14 des Zylinders 12 erstrecken, ohne mit der Innenwand 14 in Kontakt zu gelangen, während der Kolben 18 von Seite zu Seite kippt. Somit führen die abgeschrägten Oberflächen 72 zu einem verringerten Spaltvolumen in der Richtung der Kippbewegung des Kolbens im Vergleich zu zylindrischen Feuersteg-Geometrien im Stand der Technik, die mit der Zylinderinnenwand während der Kippbewegung in Kontakt gelangen oder sich diesem stärker annähern, um Spalte mit höherem Volumen zu bilden, die gefangene Gase enthalten. Als ein Ergebnis der abgeschrägten Oberflächen 72 kann die Motoreffizienz verbessert werden und Emissionen aus unverbrannten oder zum Teil unverbrannten Kohlenwasserstoffen können in vorteilhafter Weise verringert werden.
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Die zwei abgeschrägten Oberflächen 72 können durch einen Abschrägwinkel θ zwischen der Außenfläche 68 des Feuerstegs 56 und der oberen Oberfläche 46 des Kolbenkopfs 36 (siehe 3) definiert werden. Der Abschrägwinkel θ kann experimentell für den Typ des verwendeten Motors bestimmt werden, als der Winkel, der zu einer parallelen (oder im Wesentlichen parallelen) Ausrichtung zwischen den abgeschrägten Oberflächen 72 und der Zylinderinnenwand 14 führt, wenn der Kolben kippt. In einer Anordnung kann der Abschrägwinkel θ von etwa 85° bis etwa 89,9° reichen, oder von etwa 88° bis etwa 89,9°. Anders ausgedrückt können die abgeschrägten Oberflächen 72 zwischen etwa 0,1° bis etwa 5° in Bezug auf die Innenwand 14 des Zylinders 12 gewinkelt sein, wenn der Kolben 18 nicht kippt. Alternativ können die abgeschrägten Oberflächen 72 zwischen etwa 0,1° bis etwa 2° in Bezug auf die Innenwand 14 des Zylinders 18 gewinkelt sein, wenn der Kolben 18 nicht kippt. Es sollte jedoch klar sein, dass die Abschrägwinkel je nach verwendetem Motortyp wesentlich von diesen Bereichen abweichen können.
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Nun Bezug nehmend auf 5 ist dort eine Draufsicht des Feuerstegs 56 dargestellt. Der Feuersteg 56 kann sich zwischen einem oberen ringförmigen Rand 74 und einem unteren ringförmigen Rand 76 erstrecken. Der obere ringförmige Rand 74 kann an die obere Oberfläche 46 des Kolbenkopfs 36 angrenzen und diese umgeben, während der untere ringförmige Rand 76 an die oberste Ringnut 58 (siehe auch 3) angrenzen kann. Der obere ringförmige Rand 74 kann eine elliptische Gestalt aufweisen, mit einer Hauptachse 78, die sich parallel zu der Bolzenbohrungsachse 42 erstreckt, und einer Nebenachse 80, die sich senkrecht zu der Bolzenbohrungsachse 42 erstreckt. Darüber hinaus kann der untere ringförmige Rand 76 eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser (d) aufweisen, der äquivalent oder im Wesentlichen äquivalent zu der Länge der Hauptachse 78 des oberen ringförmigen Randes 74 ist. Darüber hinaus kann der Durchmesser (d) des unteren ringförmigen Randes 76 länger sein als die Länge der Nebenachse 80, um die zwei abgeschrägten Oberflächen 72 zu erzeugen, die die Hauptachse 78 flankieren. In einer alternativen Anordnung des Feuerstegs 56, die in 6 abgebildet ist, kann der untere ringförmige Rand 76 eine elliptische Gestalt aufweisen, mit einer Hauptachse 82 mit einer Länge äquivalent zu (oder im Wesentlichen äquivalent zu) der Hauptachse 78 des oberen ringförmigen Randes 74, wobei die Hauptachsen 78/82 beide parallel zu der Bolzenbohrungsachse 42 sind. In der letztgenannten Anordnung kann eine Nebenachse 84 des unteren ringförmigen Randes 76 länger als die Nebenachse 80 des oberen ringförmigen Randes 74 sein, um die zwei abgeschrägten Oberflächen 72 zu erzeugen, die die Hauptachsen 78/82 flankieren.
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Somit kann der Feuersteg 56 in einer Richtung parallel zu der Bolzenbohrungsachse 42 nicht abgeschrägt sein. Im Gegensatz zu konischen Feuersteg-Geometrien des Standes der Technik, die um die gesamte äußere Oberfläche des Feuerstegs herum abgeschrägt sind, erhöht der Feuersteg 56 des Kolbens 18 mit abgeschrägten Oberflächen in der Richtung, in die der Kolben 18 nicht kippt, wie hierin offenbart das Volumen des Spalts 70 nicht. Somit wird das Volumen des Spalts 70 im Vergleich mit konischen Feuersteg-Geometrien des Standes der Technik verringert, wodurch der Bereich, der für die Verbrennungsflamme schwer zu durchdringen ist, verringert wird. Dementsprechend sollten sogar noch weitere Verringerungen in den Kohlenwasserstoff-Emissionen mit dem hierin offenbarten Feuerstegaufbau im Vergleich zu konischen Feuersteg-Konstruktionen nach dem Stand der Technik erzielbar sein.
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7 veranschaulicht die verjüngte/abgeschrägte Geometrie des Feuerstegs 56 in der Richtung senkrecht auf die Bolzenbohrungsachse 42, während 8 die nicht verjüngte/nicht abgeschrägte Geometrie des Feuerstegs 56 in der Richtung parallel zu der Bolzenbohrungsachse 42 veranschaulicht. Wie in 7 zu sehen kann der obere ringförmige Rand 74 bündig mit dem unteren ringförmigen Rand 76 in der Richtung parallel zu der Bolzenbohrungsachse 42 sein, um eine nicht abgeschrägte äußere Oberfläche 86 entlang der äußeren Oberfläche 68 des Feuerstegs 56 bereitzustellen. Der hierin offenbarte Feuersteg-Aufbau kann unter Verwendung eines geeigneten maschinellen Bearbeitungswerkzeugs ausgebildet werden, wie etwa, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, eine Drehbank zur Unrundbearbeitung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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