DE102021133581A1

DE102021133581A1 - Brennkraftmaschine mit Zylinderlaufbuchse mit integriertem Kühlkanal

Info

Publication number: DE102021133581A1
Application number: DE102021133581.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gelter; Christof Knollmayr
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-06-23
Also published as: AT524215A4; AT524215B1

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 entlang einer Zylinderachse (2a) hin- und herbewegbaren Kolbens (3), der über eine Pleuelstange (4) mit einer Kurbelwelle (103) verbunden ist, wobei der Zylinder (2) durch eine Zylinderlaufbuchse (5) gebildet wird, die an ihrem dem Zylinderkopf (102) zugewandten Ende einen oberen Laufbuchsenrand (60) aufweist, an den auf der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite eine Laufbuchsenwand (7) anschließt. Erfindungsgemäß ist zumindest ein in der Laufbuchsenwand (7) verlaufender Kühlkanal (8, 9, 10) vorgesehen, der zwischen zumindest einer vorzugsweise an der Außenseite (7a) der Laufbuchsenwand (7) angeordneten Kühlmitteleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) und zumindest einer vorzugsweise an der Außenseite (7a) der Laufbuchsenwand (7) angeordneten Kühlmittelaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) verläuft. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (5) für eine solche Brennkraftmaschine (100).

Description

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 entlang einer Zylinderachse hin- und herbewegbaren Kolbens, der über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist, wobei der Zylinder durch eine Zylinderlaufbuchse gebildet wird, die an ihrem dem Zylinderkopf zugewandten Ende einen oberen Laufbuchsenrand aufweist, an den auf der vom Zylinderkopf abgewandten Seite eine Laufbuchsenwand anschließt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für eine derartige Brennkraftmaschine.
Für Brennkraftmaschinen mit hoher Lebensdaueranforderung wird üblicherweise eine Zylinderlaufbuchse in das Kurbelgehäuse eingesetzt. Dies ermöglicht nicht nur den Austausch der Kolbenlauffläche im Verschleißfall, sondern auch geringere Zylinderverzüge und so geringeren Ölverbrauch und geringeres Blow-By.
Um Zylinderverzug gering zu halten und trotzdem eine akzeptable Laufflächentemperatur zu erreichen muss ein Kompromiss in der Buchsenwandstärke gefunden werden. Zu hohe Temperaturen können zu thermisch bedingtem Zylinderverzug führen aber auch zum Verkoken des Öls an der Lauffläche, was wiederum zu erhöhtem Verschleiß führt. Eine zu geringe Wandstärke erhöht außerdem das Risiko von Kavitation auf der Wasserseite. Im Extremfall kann es sogar zu Rissen am Büchsenbund durch Kolbenseitenkräfte kommen.
Mit der zunehmenden Leistungsdichte moderner Brennkraftmaschinen, insbesondere im Großmotorenbereich, steigt also der Kühlbedarf insbesondere auch der Zylinderlaufbuchse, um Schäden durch die im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen zu verhindern. Die Zylinderlaufbuchse ist daher insbesondere im Bereich des Brennraums entsprechend zu kühlen. Dies erfolgt vielfach mit sogenannten „nassen“ Laufbuchsen, bei denen im Zylinderblock bzw. im Kurbelgehäuse ausgeführte Kühlräume bis direkt an die Außenseite der Laufbuchse reichen, so dass das Kühlmedium die Wärme direkt aus der Laufbuchse abführt. Die Zylinderlaufbuchse wird in das Kurbelgehäuse eingesetzt und danach der Kühlraum mit Kühlmedium befüllt, so dass die Zylinderlaufbuchse während des Betriebs von Kühlmedium umströmt wird.
Während sich damit eine sehr gute Kühlleistung erzielen lässt haben solche nassen Zylinderlaufbuchsen einerseits den Nachteil, dass besonders hohe Anforderungen an die Dichtheit der von ihnen begrenzten Kühlräume gestellt werden. Andererseits ist keine gezielte Kühlung bestimmter Bereiche der Zylinderlaufbuchse möglich, da die Strömung des Kühlmediums in den Kühlräumen nur bedingt beeinflussbar ist.
Die GB 2 498 782 A (GB'8782) beschreibt dazu eine Lösung, bei der einerseits ein aus Richtung des Zylinderkopfes mit Kühlwasser beschickter Kühlwasserraum die Laufbuchsen im oberen, dem Zylinderkopf zugewandten Bereich umgibt. In vom Zylinderkopf abgewandter Richtung daran anschließend ist ein mit Schmieröl beaufschlagter Öl-Kühlungskanal vorgesehen, der mit einem schraubenförmig an der Außenseite der Laufbuchse verlaufenden Kanal ausgeführt ist. Das Schmieröl wird am Ende des Öl-Kühlungskanals zur Kühlung des Kolbens einer Kolbenspritzdüse zugeführt. Während hier gegenüber einer „nassen“ Laufbuchse das Problem des Abdichtens des Kühlwassers nicht besteht und auch ein gezieltes Kühlen bestimmter Bereiche der Laufbuchse möglich ist, verbleibt einerseits der erhöhte konstruktive Aufwand durch Vorsehen zweier unterschiedlicher Kühlmedien, andererseits das Problem des Abdichtens des Öl-Kühlungskanals. Durch das Ausführen in der Außenseite der Zylinderlaufbuchse müssen der Kanal und die Aufnahme für die Buchse im Zylinderblock sehr genau gefertigt werden, um Öl- und Druckverluste entlang des Kanals und in der Kolbenspritzdüse zu verhindern.
Die DE 10 2017 106 065 A1 beschreibt ein Zylinderrohr für eine Hubkolbenmaschine, bei dem zwischen einem Gehäuse und einer Laufbuchse, die durch Stege gegeneinander versteift sind, zur Kühlung ein Wassermantel ausgeführt ist. Die Stege können als Leitbleche fungieren, um eine gerichtete Strömung eines Kühlmediums im Wassermantel zu ermöglichen, wobei die Stege in Varianten horizontal umlaufend, abfallend oder aufsteigend ausgeführt sind, so dass sich ein schraubenförmiger Verlauf ähnlich der GB'8782 ergibt. Zur Zuführung des Kühlmediums wird ein unterer Abschnitt des Zylinderrohres vorgeschlagen, der ohne Stege ausgeführt sein soll.
Nachteilig an diesen Lösungen ist insbesondere, dass sie aufwändig zu fertigen sind und eine zielgerichtete Kühlung kritischer Bereiche des Zylinders bei gleichzeitig möglichst hoher Stabilität der Zylinderlaufbuchsen nicht gewährleistet ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, bei der eine bestmögliche Kühlung thermisch hoch belasteter Bereiche des Zylinders bzw. der Zylinderlaufbuchse bei gleichzeitig einfacher und kostengünstiger Herstellung gewährleistet sind.
Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein in der Laufbuchsenwand verlaufender Kühlkanal vorgesehen ist, der zwischen zumindest einer vorzugsweise an der Außenseite der Laufbuchsenwand angeordneten Kühlmitteleintrittsöffnung und zumindest einer vorzugsweise an der Außenseite der Laufbuchsenwand angeordneten Kühlmittelaustrittsöffnung verläuft. Mit anderen Worten verläuft der Kühlkanal zwischen Kühlmitteleintrittsöffnung und Kühlmittelaustrittsöffnung vollständig innerhalb der Laufbuchsenwand.
Auf diese Weise lässt sich eine bestmögliche gezielte Kühlung thermisch hoch belasteter Bereiche der Laufbuchse sicherstellen. Der Kühlkanal kann individuell an die konstruktiven Anforderungen angepasst werden. Gleichzeitig fällt aufgrund des Kühlkanalverlaufs innerhalb der Laufbuchsenwand das Dichtheitsproblem weg und das Risiko von Leckagen und anderen Fehlfunktionen ist minimiert.
Günstigerweise ist die Zylinderlaufbuchse dabei mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt. Darunter werden insbesondere Verfahren verstanden, die häufig auch als 3D-Druck bezeichnet werden. Dabei erfolgt die Fertigung direkt auf der Basis rechnerinterner Datenmodelle aus formlosem Material, wie Flüssigkeiten, Gelen/Pasten oder Pulver, oder formneutralem Material, band-, draht- oder blattförmigem Halbzeug, mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Dabei lassen sich auf einfache Weise stabile Strukturen aus Kunststoffen, Metallen oder Verbundwerkstoffen fertigen. Auf diese Weise ist eine einfache, kostengünstige, rasche und beliebig oft reproduzierbare Fertigung sichergestellt. Im Gegensatz zu Gussverfahren können kleine Änderungen und Anpassungen rasch und unkompliziert durchgeführt werden.
Je nach Ausführungsform werden Zylinderlaufbuchsen in derartigen Brennkraftmaschinen in den Zylinderblock eingepresst oder über Auflagebünde, die in der Mitte oder am unteren Rand der Zylinderlaufbuchse angeordnet sind, in den Zylinderblock eingelegt. In einer Variante der Erfindung ist am dem Zylinderkopf zugewandten Ende der Zylinderlaufbuchse ein Laufbuchsenbund ausgeführt, wobei der obere Laufbuchsenrand an der dem Zylinderkopf zugewandten Oberseite des Laufbuchsenbunds angeordnet.
In einer Variante der Erfindung ist die Kühlmitteleintrittsöffnung des zumindest einen Kühlkanals gegenüberliegend von der Kühlmittelaustrittsöffnung in der Laufbuchsenwand angeordnet, wobei vorzugsweise eine Kühlmitteleintrittsöffnungsachse, die Zylinderachse und die Kühlmittelaustrittsöffnungsachse in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
Auf diese Weise kann eine möglichst vollständige Umströmung des Zylinders und damit bestmögliche Wärmeableitung in thermisch hoch belasteten Bereichen sichergestellt werden.
Eine besonders gute Anpassung an den jeweiligen Kühlungsbedarf unterschiedlicher Bereiche der Zylinderlaufbuchse lässt sich erzielen, wenn die Wandstärke zwischen dem zumindest einen Kühlkanal und dem Zylinder von der Kühlkanaleintrittsöffnung in einer Richtung entlang des Kühlkanals zur Kühlkanalaustrittsöffnung und/oder in einer Richtung entlang der Zylinderachse variierend ausgeführt ist. Mit anderen Worten ist die Wandstärke zwischen dem zumindest einen Kühlkanal und dem Inneren des Zylinders bzw. der Innenseite der Laufbuchsenwand variierend ausgeführt. Die Dicke ändert sich also entlang des Verlaufs des Kühlkanals. Auf diese Weise kann zusätzlich die Wärmeabfuhr und damit Kühlwirkung an die realen Anforderungen angepasst werden.
Stattdessen oder ergänzend kann der unterschiedliche Kühlungsbedarf adressiert werden, indem ein Strömungsquerschnitt des zumindest einen Kühlkanals von der Kühlkanaleintrittsöffnung in einer Richtung entlang des Kühlkanals zur Kühlkanalaustrittsöffnung variabel ausgeführt ist. Der Strömungsquerschnitt kann dabei einerseits hinsichtlich seiner Querschnittsfläche, andererseits aber auch hinsichtlich der Querschnittform bzw. auf beide Arten variiert werden. Was die Querschnittsform angeht kann beispielsweise von runden bzw. ovalen auf polygonale oder anders geartete Mehreckformen gewechselt werden, um den Kühlkanal bestmöglich an den jeweiligen Bereich der Zylinderlaufbuchse anzupassen.
In einer Variante der Erfindung kann der zumindest eine Kühlkanal zumindest einen Kühlmantelabschnitt aufweisen, dessen Durchmesser in einer Richtung entlang der Zylinderachse größer ist als der Durchmesser der Kühlmitteleintrittsöffnung und/oder der Kühlmittelaustrittsöffnung in einer Richtung entlang der Zylinderachse. Bei gleichzeitigem Reduzieren der Dicke des Kühlmantelabschnitts in einer radialen Richtung hinsichtlich der Zylinderachse kann der Strömungsquerschnitt konstant gehalten werden. In einer weiteren Variante der Erfindung erstreckt sich der zumindest eine Kühlkanal zumindest abschnittsweise in einen Bereich, der näher am oberen Laufbuchsenrand angeordnet ist als ein oberer, dem oberen Laufbuchsenrand zugewandter Rand der Kühlmitteleintrittsöffnung und/oder der Kühlmittelaustrittsöffnung und/oder dass sich der Kühlkanal zumindest abschnittsweise in einen Bereich erstreckt, der weiter vom oberen Laufbuchsenrand entfernt angeordnet ist als ein unterer, vom oberen Laufbuchsenrand abgewandter Rand der Kühlmitteleintrittsöffnung und/oder der Kühlmittelaustrittsöffnung.
Auf diese Weise können größere Bereiche der Zylinderlaufbuchse, beispielsweise auf Höhe des Brennraums und/oder des vom Kolben überstrichenen Abschnitts, besser und vollständiger gekühlt werden. Gleichzeitig bleiben Kühlmitteleintritts- und -austrittsöffnung klein und einfach abzudichten.
Besonders gute und vollständige Kühlwirkung lässt sich erzielen, wenn der zumindest eine Kühlkanal an der Kühlmitteleintrittsöffnung in zwei hinsichtlich der Zylinderachse konzentrische Teilströmungspfade aufgeteilt wird, die auf verschiedenen Seiten um die Zylinderachse herumgeführt und an der Kühlmittelaustrittsöffnung wieder zusammengeführt werden. Dieser Effekt lässt sich insbesondere dann erreichen, wenn der Kühlkanal als die Zylinderachse vollständig umgebender Ringkanal ausgeführt ist. Auf diese Weise ist eine bestmögliche Wärmeabfuhr am gesamten Umfang des Zylinders sichergestellt.
Zur zielgerichteten Führung des Kühlmittels durch den Kühlkanals bei gleichzeitiger Berücksichtigung des Wärmegradienten innerhalb der Zylinderlaufbuchse ist es von Vorteil, wenn die zumindest eine Kühlmitteleintrittsöffnung des zumindest einen Kühlkanals in einer Richtung entlang der Zylinderachse näher zum oberen Laufbuchsenrand angeordnet ist als die zumindest eine Kühlmittelaustrittsöffnung. Da sich der obere Laufbuchsenrand nahe dem Brennraum innerhalb des Zylinders befindet, wo eine besonders hohe thermische Belastung vorherrscht, kann durch Zuführen von Kühlmittel nahe diesem Bereich viel Wärme in noch kühles Kühlmittel aufgenommen bzw. aufgrund der Anordnung der Kühlmittelaustrittsöffnung in kühlere, weniger belastete Bereiche transportiert werden.
In einer Variante der Erfindung ist der zumindest eine Kühlkanal spiralförmig um die Zylinderachse verlaufend ausgeführt, wobei der Abstand der Kühlkanaleintrittsöffnung vom oberen Laufbuchsenrand bzw. dem Laufbuchsenbund unterschiedlich ist zum Abstand der Kühlkanalaustrittsöffnung. Durch die Spiralform wird eine bestmögliche Umströmung der Zylinderlaufbuchse sichergestellt, während sich ein horizontaler Versatz der Kühlmitteleintrittsöffnung und -austrittsöffnung entlang der Zylinderachse einfach realisieren lässt.
In einer weiteren Variante ist dabei der zumindest eine Kühlkanal mit einer über seinen Verlauf entlang der Zylinderachse variierenden Steigung ausgeführt ist. Günstigerweise weist der zumindest eine Kühlkanal zumindest einen ersten Kühlkanalabschnitt mit einer ersten Steigung und einen zweiten Kühlkanalabschnitt mit einer zweiten Steigung auf, wobei die erste Steigung unterschiedlich ist zur zweiten Steigung. Je nach Kühlbedarf in den unterschiedlichen Bereichen der Zylinderlaufbuchse kann durch flache Steigung eine große Wärmeübertrittsfläche geschaffen werden, während durch hohe Steigung eine geringere Kühlwirkung erzielt wird. Die Anpassung der beschriebenen Kühlkanalabschnitte erfolgt dabei nach der thermischen Belastung.
Unter Steigung wird im vorliegenden Fall die Steilheit eines Kühlkanals verstanden, also im Wesentlichen die Höhe in einer Richtung entlang bzw. parallel der Zylinderachse, die mit einem vollständigen Umlauf des spiralförmigen Kühlkanals zurückgelegt wird. Mit anderen Worten bezeichnet die Steigung die bei metrischen Gewinden bekannte Ganghöhe, das heißt den Abstand zwischen zwei Gewinde- bzw. Spiralstufen entlang der Zylinderachse, anders gesagt den axialen Weg, der durch eine vollständige Umdrehung der Spirale zurückgelegt wird.
Zur Erhöhung der Kühlmittelmenge, die an den jeweiligen Bereichen vorbeigeführt wird, können gegebenenfalls zumindest zwei als zwei- oder mehrgängige Spirale ausgeführte Kühlkanäle vorgesehen sein, die von einer gemeinsamen Kühlkanaleintrittsöffnung ausgehen und in eine gemeinsame Kühlkanalaustrittsöffnung münden. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn die zwei oder mehr Kühlkanäle, die als zwei- oder mehrgängige Spirale ausgeführt sind, parallel zueinander und mit der gleichen Steigung verlaufen.
In einer Ausführungsform, bei der sowohl der erhöhte Kühlbedarf im Bereich des oberen Laufbuchsenrandsbzw. Des Laufbuchsenbundes als auch die Ansprüche der nachfolgenden Büchsenwand adressiert werden, sind zumindest zwei Kühlkanäle vorgesehen, die von einer gemeinsamen Kühlkanaleintrittsöffnung ihren Ausgang nehmen, wobei ein erster Kühlkanal als Kreiskühlmantel ausgeführt ist, der in einer Ebene normal zur Zylinderachse ausgehend von der Kühlkanaleintrittsöffnung einmal vollständig um die Zylinderachse herumgeführt ist und ein zweiter Kühlkanal ausgehend von der Kühlkanaleintrittsöffnung spiralförmig um die Zylinderachse verlaufend und in eine Kühlkanalaustrittsöffnung mündend ausgeführt ist.
Besonders gute Kühlergebnisse bzw. eine besonders gute Anpassung an Kühlbedingungen lassen sich erzielen, wenn zumindest ein als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführter Kühlkanal vorgesehen ist, der im unmittelbar an den oberen Laufbuchsenrand anschließenden Bereich der Laufbuchse angeordnet ist, und/oder zumindest ein als unterer Brennraumkühlkanal ausgeführter Kühlkanal vorgesehen ist, der am unteren, vom Zylinderkopf abgewandten Ende des Brennraums angeordnet ist, und/oder zumindest ein als Kolbenkühlkanal ausgeführter Kühlkanal vorgesehen ist, der in einem während des Betriebs der Brennkraftmaschine vollständig vom hin- und herbewegten Kolben überstrichenen Bereich angeordnet ist.
Günstigerweise weisen dabei der obere Brennraumkühlkanal und/oder der untere Brennraumkühlkanal und/oder der Kolbenkühlkanal jeweils eine eigene Kühlkanaleintrittsöffnung und eine eigene Kühlkanalaustrittsöffnung auf.
Insbesondere ist es für bestmögliches Abstimmen der Wärmeabfuhr auf die belasteten Bereiche von Vorteil, wenn sich der als Kolbenkühlkanal ausgeführte Kühlkanal entlang der Zylinderachse über einen größeren Bereich erstreckt als der als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführte Kühlkanal und/oder dass sich der als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführte Kühlkanal entlang der Zylinderachse über einen größeren Bereich erstreckt als der als unterer Brennraumkühlkanal ausgeführte Kühlkanal.
Die Aufgabe der Erfindung lässt sich außerdem durch ein eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch lösen, dass mit einem additiven Fertigungsverfahren eine Zylinderlaufbuchse mit einer Laufbuchsenwand unter Aussparung zumindest eines Kühlkanals generiert wird. Die Laufbuchse weist dabei einen oberen Laufbuchsenrand auf, der im eingebauten Zustand der Zylinderlaufbuchse in einer Brennkraftmaschine dem Zylinderkopf zugewandt ist. Dieser obere Laufbuchsenrand kann dabei in einer Variante auf einem Laufbuchsenbund angeordnet sein.
Unter additiven Fertigungsverfahren werden insbesondere Verfahren verstanden, die häufig auch als 3D-Druck bezeichnet werden. Dabei erfolgt die Fertigung direkt auf der Basis rechnerinterner Datenmodelle aus formlosem Material, wie Flüssigkeiten, Gelen/Pasten oder Pulver, oder formneutralem Material, band-, draht- oder blattförmigem Halbzeug, mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Dabei lassen sich auf einfache Weise stabile Strukturen aus Kunststoffen, Metallen oder Verbundwerkstoffen fertigen. Auf diese Weise ist eine einfache, kostengünstige, rasche und beliebig oft reproduzierbare Fertigung sichergestellt.
In einer ersten Variante bleibt dabei eine dem Kühlkanal zugeordnete Kühlkanaleintrittsöffnung und/oder eine dem Kühlkanal zugeordnete Kühlkanalaustrittsöffnung bei der Generierung mittels additiven Fertigungsverfahrens ausgespart. In einer zweiten Variante werden eine dem Kühlkanal zugeordnete Kühlkanaleintrittsöffnung und/oder eine dem Kühlkanal zugeordnete Kühlkanalaustrittsöffnung in einem nachgelagerten Arbeitsschritt durch mechanische Verfahren eingebracht. Unter mechanischen Verfahren sind hier beispielsweise Bohren, Schneiden oder ähnliches zu verstehen. Es sind auch Kombinationen der Varianten möglich, wo eine Öffnung mittels additivem Fertigungsverfahren ausgespart und die zweite Öffnung durch ein mechanisches Verfahren eingebracht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
2a eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse entlang einer Zylinderachse;
2b eine Schnittansicht der Darstellung in 2a entlang der Linie A-A in 2a;
3a eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse entlang einer Zylinderachse;
3b eine Detailansicht der zweiten Ausführungsform in 3a;
4a eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse entlang einer Zylinderachse;
4b eine erste Detailansicht eines Bereichs mit einer Kühlmittelaustrittsöffnung der dritten Ausführungsform in 4a;
4c eine zweite Detailansicht eines benachbart zu einem Laufbuchsenbund angeordneten Bereichs der dritten Ausführungsform in 4a; und
5 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse entlang einer Zylinderachse.

Gleiche Elemente sind in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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 im dargestellten Ausführungsbeispiel vier durch in 1 nicht dargestellte Zylinderlaufbuchsen gebildete Zylinder 2 vorgesehen, in denen je ein Kolben 3 entlang der Zylinderachsen 2a hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die Kolben 3 sind über Pleuelstangen 4 mit einer Kurbelwelle 103 verbunden und bewegen sich im Wesentlichen in einer Richtung normal zu einer Kurbelwellenachse 103a. Während 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.
2a zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer einen Zylinder 2 bildenden Zylinderlaufbuchse 5. Am oberen, im montierten Zustand dem Zylinderkopf 102 zugewandten Ende der Zylinderlaufbuchse 5 ist ein Laufbuchsenbund 6 mit dem Zylinderkopf 102 zugewandtem oberen Laufbuchsenrand 60 ausgeführt, in vom Zylinderkopf 102 abgewandter Richtung schließt eine Laufbuchsenwand 7 an. Die Laufbuchsenwand 7 befindet sich also an der im montierten Zustand vom Zylinderkopf 102 abgewandten Seite des Laufbuchsenbunds 6.
Laufbuchsenbund 6 und Laufbuchsenwand 7 sind im Wesentlichen hohlzylindrisch mit gleichem Innendurchmesser ausgeführt, wobei die Längserstreckung der Laufbuchsenwand 7 in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a sehr viel größer ist als die Längserstreckung des Laufbuchsenbunds 6. An der Oberseite bzw. der von der Laufbuchsenwand 7 abgewandten Seite befindet sich der obere Laufbuchsenrand 60. Der Außendurchmesser des Laufbuchsenbunds 6 ist größer als der Außendurchmesser der Laufbuchsenwand 7. Auf diese Weise kann die Zylinderlaufbuchse 5 einfach in den Zylinderblock 101 eingesetzt und an einer korrespondierend zum Laufbuchsenbund 6 ausgeführten Auflage (nicht dargestellt) positioniert werden.
In der ersten Ausführungsform gemäß 2a sind mehrere in der Laufbuchsenwand 7 verlaufende Kühlkanäle 8, 9, 10 vorgesehen, durch die ein Kühlfluid - z.B. gegebenenfalls mit Zusätzen versehenes Kühlwasser - geleitet werden kann, mit dem thermisch hoch belastete Bereiche der Zylinderlaufbuchse 5 gekühlt werden können. Die Kühlkanäle 8, 9, 10 verlaufen dabei zwischen jeweils einer Kühlmitteleintrittsöffnung 8a, 9a, 10a und einer zugehörigen Kühlmittelaustrittsöffnung 8b, 9b, 10b vollständig innerhalb der Laufbuchsenwand 7. Die Kühlmitteleintrittsöffnungen 8a, 9a, 10a sind genau so wie die Kühlmittelaustrittöffnungen 8b, 9b, 10b an der Außenseite 7a der Laufbuchsenwand 7 angeordnet. Eine besonders gute Umströmung der thermisch hoch belasteten Bereiche des Zylinder 2 lässt sich erreichen, wenn so wie in 2a dargestellt die Kühlmitteleintrittsöffnungen 8a, 9a, 10a jeweils gegenüberliegend den ihnen zugeordneten Kühlmittelaustrittsöffnungen 8b, 9b, 10b in der Laufbuchsenwand 7 angeordnet sind. Vorzugsweise liegen dabei die Kühmitteleintrittsöffnungsachsen 8c, 9c, 10c, die Zylinderachse 2a und die Kühlmittelaustrittöffnungsachsen 8d, 9d, 10d in einer gemeinsamen Ebene, die in 2a der Blattebene entspricht.
Wie in 2b beispielhaft anhand eines dritten Kühlkanals 10 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2a dargestellt teilt sich der dritte Kühlkanal 10 an der Kühlmitteleintrittsöffnung 10a in zwei hinsichtlich der Zylinderachse 2a konzentrische Teilströmungspfade 10e, 10f, die auf verschiedenen, hinsichtlich der Zylinderachse 2a gegenüberliegenden Seiten um den Zylinder 2 herumgeführt und an der Kühlmittelaustrittsöffnung 10b wieder zusammengeführt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel decken die Teilströmungspfade 10e, 10f hinsichtlich der Zylinderachse 2a jeweils 180° des Zylinderumfangs ab, es sind aber auch andere, nicht dargestellte Varianten möglich, bei denen die Kühlmitteleintritts- 10a und Kühlmittelaustrittsöffnung 10b nicht genau gegenüberliegend angeordnet sind und daher jeweils unterschiedliche Winkelbereiche überströmt werden. Während 2b die Teilströmungspfade 10e, 10f nur für den dritten Kühlkanal 10 zeigt wird darauf hingewiesen, dass die anderen Kühlkanäle 8, 9 auf die gleiche Weise ausgeführt sind.
Die erste Ausführungsform in 2a zeigt einen ersten Kühlkanal 8 nahe dem oberen Laufbuchsenrand 60 am Laufbuchsenbund 6, der einen Großteil des Brennraums im Zylinder 2 abdeckt, einen zweiten 9 und den dritten Kühlkanal 10 in einem Bereich, der während des Betriebs vom Kolben 3 überstrichen wird. Da 2a eine Schnittansicht entlang der Zylinderachse 2a zeigt ist der jeweilige Kanalverlauf strichliert angedeutet.
Der erste Kühlkanal 8 kann dabei als oberer Brennraumkühlkanal bezeichnet werden, der im unmittelbar an den Laufbuchsenbund 6 anschließenden Bereich der Laufbuchse 5 bzw. der Laufbuchsenwand 7 angeordnet ist. Der obere Brennraumkühlkanal dient dabei insbesondere zur Kühlung des Brennraumbereichs nahe dem Feuerdeck.
Der zweite Kühlkanal 9 kann als unterer Brennraumkühlkanal bezeichnet werden der am unteren, vom Zylinderkopf 102 abgewandten Ende des Brennraums angeordnet ist und insbesondere den Bereich der Laufbuchsenwand 7 kühlt, der im Betrieb zumindest teilweise von Kolbenringen eines Kolbens 3 überstrichen wird.
Der dritte Kühlkanal 10 ist als Kolbenkühlkanal ausgeführt, der in einem während des Betriebs der Brennkraftmaschine 100 vollständig vom hin- und herbewegten Kolben 3 überstrichenen Bereich der Laufbuchsenwand 7 angeordnet ist.
Sowohl der erste Kühlkanal 8 als oberer Brennraumkühlkanal, der zweite Kühlkanal 9 als unterer Brennraumkühlkanal und der dritte Kühlkanal 10 als Kolbenkühlkanal weisen dabei jeweils eine eigene Kühlkanaleintrittsöffnung 8a, 9a, 10a und eine eigene Kühlkanalaustrittsöffnung 8b, 9b, 10b auf. Um dem Kühlbedarf während des Betriebs adäquat Rechnung zu tragen erstreckt sich der als Kolbenkühlkanal ausgeführte dritte Kühlkanal 10 entlang der Zylinderachse 2a über einen größeren Bereich als der obere Brennraumkühlkanal und der untere Brennraumkühlkanal. Da des Weiteren die Wärmeentwicklung im Brennraum nahe dem Feuerdeck größer ist als weiter vom Zylinderkopf 102 entfernt erstreckt sich der als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführte erste Kühlkanal 9 entlang der Zylinderachse 2a über einen größeren Bereich als der als unterer Brennraumkühlkanal ausgeführte zweite Kühlkanal 9.
Aufgrund der Ausführung der Kühlkanäle 8, 9, 10 innerhalb der Laufbuchsenwand 7 ist die Wandstärke 11 zwischen Kühlkanal 8, 9, 10 und der Innenseite 7b der Zylinderlaufbuchse 5 bzw. des Zylinders 2 deutlich geringer als die Buchsenwandstärke. Auf diese Weise kann Wärme aus dem Zylinderinneren bestmöglich abgeführt werden. Des Weiteren sind die zwischen den jeweiligen Kühlmitteleintritts- 8a, 9a, 10a und Kühlmittelaustrittsöffnungen 8b, 9b, 10b verlaufenden Kühlmantelabschnitte mit einem Durchmesser in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a ausgeführt, der größer ist als der Durchmesser der jeweiligen Kühlmitteleintritts- 8a, 9a, 10a und Kühlmittelaustrittsöffnungen 8b, 9b, 10b in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a. Auf diese Weise können die Eintritts- und Austrittsöffnungen in gut geeignete Bereiche der Zylinderlaufbuchse 7 ausgeführt werden, während trotzdem davon entfernte thermisch hoch belastete Bereiche mit Kühlmittel beschickt werden können.
Insbesondere der erste Kühlkanal 8 weist Abschnitte auf, die sich in einen Bereich erstrecken, der näher am Laufbuchsenbund 6 angeordnet ist als ein oberer, dem Laufbuchsenbund 6 zugewandter Rand 8a' der Kühlmitteleintrittsöffnung 8a und ein oberer Rand 8b' der Kühlmittelaustrittsöffnung 8b. Diese Abschnitte erstrecken sich außerdem in Bereiche, die weiter vom Laufbuchsenbund 6 entfernt angeordnet sind als die vom Laufbuchsenbund 6 abgewandten Ränder 8a", 8b" von Kühlmitteleintritts- 8a und Kühlmittelaustrittsöffnung 8b.
Auch der zweite Kühlkanal 9 und der dritte Kühlkanal 10 in 2a sind auf die gleiche Weise ausgeführt.
3a zeigt eine zweite Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse 5 für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 100, die ohne Laufbuchsenbund 60 ausgeführt ist, sondern direkt mit dem oberen Laufbuchsenrand 60 an den Zylinderkopf 102 (in 3a nicht dargestellt) anschließt. Die nachfolgend beschriebenen Merkmale sind aber natürlich auch in einer Variante mit Laufbuchsenbund 6 umsetzbar. Hier sind ein als Kreiskühlmantel ausgeführter erster Kühlkanal 8 nahe dem oberen Laufbuchsenrand 6 und ein spiralförmig um die Zylinderachse 2a verlaufender zweiter Kühlkanal 9 vorgesehen. Erster 8 und zweiter Kühlkanal 9 sind zwischen Kühlmitteleintritts- 9a und -austrittsöffnung 9b vollständig innerhalb der Laufbuchsenwand 7 ausgeführt. Der Abstand der Kühlkanaleintrittsöffnung 9a vom oberen Laufbuchsenrand 6 in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a ist dabei unterschiedlich zum Abstand der Kühkanalaustrittsöffnung 9b. Insbesondere ist die Kühlkanaleintrittsöffnung 9a in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a näher zum oberen Laufbuchsenrand 60 angeordnet als die zumindest eine Kühlmittelaustrittsöffnung 9b.
In der Variante gemäß 3a nehmen der erste Kühlkanal 8 und der zweite Kühlkanal 9 ihren Ausgang von einer gemeinsamen Kühlkanaleintrittsöffnung 9a. Der erste, als Kreiskühlmantel ausgeführte Kühlkanal 8 ist in einer Ebene normal zur Zylinderachse 2a ausgehend von der Kühlmitteleintrittsöffnung 9a vollständig um die Zylinderachse 2a herumgeführt und endet wieder bei der Kühlkanaleintrittsöffnung 9a. Der erste Kühlkanal 8 weist damit keine Kühlmittelaustrittsöffnung auf.
Der zweite Kühlkanal 9 nimmt seinen Ausgang von der Kühlmitteleintrittsöffnung 9a, ist spiralförmig um die Zylinderachse 2a verlaufend ausgeführt und mündet in die zweite Kühlkanalaustrittsöffnung 9b.
Der als Kreiskühlmantel ausgeführte erste Kühlkanal 8 fungiert als oberer Brennraumkühlkanal während der zweite Kühlkanal 9 über seinen spiralförmigen Verlauf sowohl die Funktion des unteren Brennraumkühlkanals als auch des Kolbenkühlkanals übernimmt.
Die Wandstärke 11 (3b) zwischen den Kühlkanälen 8, 9 und dem Inneren des Zylinders 2 bzw. der Innenseite 7b der Zylinderlaufbuchse 5 kann für den ersten 8 und den zweiten Kühlkanal 9 unterschiedlich ausgeführt sein. Insbesondere kann die Wandstärke 11 zwischen dem zweiten Kühlkanal 9 und dem Inneren des Zylinders 2 von der Kühlkanaleintrittsöffnung 9a in einer Richtung entlang des zweiten Kühlkanals 9 bis zur Kühlkanalaustrittsöffnung 9b variierend ausgeführt sein. Das bedeutet, dass die Wandstärke 11 sich entlang des Verlaufs des zweiten Kühlkanals 9 ändert - in Bereichen mit erhöhtem Kühlbedarf kann die Wandstärke 11 reduziert werden, während sie im Bereich mit geringerer thermischer Belastung (und/oder hoher mechanischer Belastung) vergleichsweise höher sein kann. Stattdessen bzw. ergänzend kann die Wandstärke 11 in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a variierend ausgeführt sein.
Des Weiteren kann der Strömungsquerschnitt der Kühlkanäle 8, 9 von der Kühlkanaleintrittsöffnung 9a zur Kühlkanalaustrittsöffnung9b in einer Richtung entlang der Kühlkanäle 8, 9 variabel ausgeführt sein. Beispielsweise ist im Ausführungsbeispiel gemäß 3a zu erkennen, dass der Strömungsquerschnitt im Bereich der Kühlkanaleintrittsöffnung 9a größer ist als entlang des zweiten Kühlkanals 9.
Um den unterschiedlichen Kühlbedürfnissen Rechnung zu tragen ist der zweite Kühlkanal 9 mit einer über seinen Verlauf entlang der Zylinderachse 2a variierenden Steigung ausgeführt. Bei geringer Steigung ergibt sich eine besonders starke Kühlwirkung da längere Abschnitte des Kühlkanals in Wirkverbindung mit bestimmten Bereichen im Inneren des Zylinders 2 stehen, während sich bei großer bzw. größerer Steigung eine geringere Kühlwirkung ergibt. In 3a ist ein erster Kühlkanalabschnitt 12 mit einer ersten Steigung dargestellt und ein zweiter Kühlkanalabschnitt 13 mit einer von der ersten Steigung unterschiedlichen zweiten Steigung. Insbesondere ist die zweite Steigung im Bereich des Kolbenkühlkanals geringer als die erste Steigung im Bereich des unteren Brennraumkühlkanals. Es sind weitere, nicht näher bezeichnete Kühlkanalabschnitte mit unterschiedlichen Steigungen dargestellt - siehe dazu auch 3b. Insbesondere ist der Teil des zweiten Kühlkanals 9 unmittelbar vor der Kühlkanalaustrittsöffnung 9a mit besonders großer Steigung ausgeführt.
Um eine größere Kühlmittelmenge am Inneren des Zylinders 2 vorbeiführen zu können zeigen die 4a-4c eine dritte Ausführungsform, bei der - zusätzlich zu einem als Kreiskühlmantel ausgeführten ersten Kühlkanal 8, der wie bei der Ausführungsform in 3a als oberer Brennraumkühlkanal fungiert - zumindest zwei als zweigängige Spirale ausgeführte Kühlkanäle 9, 10 vorgesehen sind, die zusammen mit dem ersten Kühlkanal 8 von einer gemeinsamen Kühlkanaleintrittsöffnung 9a ausgehen und in eine gemeinsame Kühlkanalaustrittsöffnung 9b münden. Neben zweigängigen sind auch mehrgängige Spiralverläufe möglich.
Wie insbesondere in 4b zu erkennen ist sind die Spiralkanäle 9, 10 im Wesentlichen parallel und jeweils mit gleicher Steigung ausgeführt, wobei die Steigung entlang des Verlaufs der Kühlkanäle 9, 10 variierend ausgeführt ist. Der zweite 9 und dritte Kühlkanal 10 fungieren in Form einer zweigängigen Spirale sowohl als unterer Brennraumkühlkanal als auch als Kolbenkühlkanal.
4c zeigt in einem Detail der Ausführungsform aus 4a, wie die Wandstärke 11 entlang des Verlaufs der Kühlkanäle 9, 10 variiert: Eine erste Wandstärke 11' im unteren Bereich des Brennraums, wo erhöhter Kühlbedarf besteht, ist dünner ausgeführt als eine zweite Wandstärke 11" in einem Bereich, der während des Betriebs insbesondere vom Kolben 2 überstrichen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse 5 für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 100.
Hier ist wieder ein erster Kühlkanal 8 vorgesehen, der als Kreiskühlmantel nahe einem Laufbuchsenbund 6 ausgeführt ist und in der Kühlmitteleintrittsöffnung 9a eines zweiten Kühlkanals 9 seinen Ausgang nimmt und, nach vollständigem Umgeben des Zylinders 2, wieder endet. Der zweite Kühlkanal 9 ist als eingängige Spirale ausgeführt und endet in einer Kühlmittelaustrittsöffnung 9b, die im montierten Zustand in einer vom Zylinderkopf 102 wegführenden Richtung entlang der Zylinderachse 2a weiter vom oberen Laufbuchsenrand 60 bzw. dem Laufbuchsenbund 6 entfernt ist als die Kühlmitteleintrittsöffnung 9a.
Der erste Kühlkanal 8 fungiert als oberer Brennraumkühlkanal, der zweite Kühlkanal 9 dient als unterer Brennraumkühlkanal.
Zusätzlich ist ein spiralförmig verlaufender dritter Kühlkanal 10 mit einer eigenen Kühlmitteleintrittsöffnung 10a und einer eigenen Kühlmittelaustrittsöffnung 10b vorgesehen, der auf der vom Laufbuchsenbund 6 abgewandten Seite des zweiten Kühlkanals 8 in der Laufbuchsenwand 7 ausgeführt ist. Dieser dritte Kühlkanal 10 fungiert als Kolbenkühlkanal.
Aufgrund der unterschiedlichen Kühlanforderungen sind die beiden spiralförmig ausgeführten Kühlkanäle 9, 10 mit unterschiedlichen Steigungen ausgeführt. Der zweite Kühkanal 9 hat eine geringere Steigung, damit ergibt sich ein größerer Wärmeübertrag und eine erhöhte Kühlwirkung. Die Steigung des dritten Kühlkanals 10 ist größer, da im Kolbenbereich die thermische Belastung nicht so hoch ist.
Während in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Kühlmitteleintrittsöffnungen 8a, 9a, 10a jeweils hinsichtlich der Zylinderachse 2a gegenüberliegend von den Kühlmittelaustrittöffnungen 8b, 9b, 10b angeordnet sind, kann die relative Anordnung auch anders ausgeführt sein.
Die dargestellten Ausführungsformen haben insbesondere gemeinsam, dass die Kühlkanäle 8, 9, 10 über ihren Verlauf zwischen den Kühlmitteleingangs- 8a, 9a, 10a und -ausgangsöffnungen 8b, 9b, 10b vollständig innerhalb der Laufbuchsenwand 7 angeordnet sind und so möglichst nah an das Innere des Zylinders 2 gebracht werden können, während gleichzeitig die Dichtheitserfordernisse einfach erfüllt sind. Diese Umsetzung lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass die Zylinderlaufbuchse 5 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird dazu mittels eines additiven Fertigungsverfahrens eine Zylinderlaufbuchse 5 mit einer Laufbuchsenwand 7 unter Aussparung des zumindest einen Kühlkanals 8, 9, 10 generiert. Gegebenenfalls wird - je nach Ausführungsform, auch ein Laufbuchsenbund 6 vorgesehen. Vorzugsweise werden dabei die Kühlkanaleintrittsöffnung 8a, 9a, 10a und/oder die Kühlkanalaustrittsöffnung 8b, 9b, 10b bei der Generierung mittels additivem Fertigungsverfahren ebenfalls ausgespart. Alternativ bzw. ergänzend können die Kühlkanaleintrittsöffnung 8a, 9a, 10a und/oder die Kühlkanalaustrittsöffnung 8b, 9b, 10b teilweise bzw. vollständig in einem der Generierung nachgelagerten Arbeitsschritt durch mechanische, insbesondere materialabtragende Verfahren wie Bohren, Fräsen oder Schleifen, eingebracht werden.
Die Erfindung ermöglicht damit eine bestmögliche Kühlung von Zylindern 2 bzw. Zylinderlaufbuchsen 5 von Brennkraftmaschinen, wobei eine einfache und kostengünstige Herstellung sichergestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2498782 A [0007]
DE 102017106065 A1 [0008]

Claims

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 entlang einer Zylinderachse (2a) hin- und herbewegbaren Kolbens (3), der über eine Pleuelstange (4) mit einer Kurbelwelle (103) verbunden ist, wobei der Zylinder (2) durch eine Zylinderlaufbuchse (5) gebildet wird, die an ihrem dem Zylinderkopf (102) zugewandten Ende einen oberen Laufbuchsenrand (60) aufweist, an den auf der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite eine Laufbuchsenwand (7) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein in der Laufbuchsenwand (7) verlaufender Kühlkanal (8, 9, 10) vorgesehen ist, der zwischen zumindest einer vorzugsweise an der Außenseite (7a) der Laufbuchsenwand (7) angeordneten Kühlmitteleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) und zumindest einer vorzugsweise an der Außenseite (7a) der Laufbuchsenwand (7) angeordneten Kühlmittelaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) verläuft.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, wobei am dem Zylinderkopf (102) zugewandten Ende der Zylinderlaufbuchse (5) ein Laufbuchsenbund (6) ausgeführt ist, wobei der obere Laufbuchsenrand (60) an der dem Zylinderkopf (102) zugewandten Oberseite des Laufbuchsenbunds (6) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlmitteleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) des zumindest einen Kühlkanals (8, 9, 10) gegenüberliegend von der Kühlmittelaustrittsöffnung (8a, 9a, 10a) in der Laufbuchsenwand (7) angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Kühlmitteleintrittsöffnungsachse (8c, 9c, 10c), die Zylinderachse (2a) und die Kühlmittelaustrittsöffnungsachse (8d, 9d, 10d) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wandstärke (11, 11', 11") zwischen dem zumindest einen Kühlkanal (8, 9, 10) und dem Zylinder (2) von der Kühlkanaleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) in einer Richtung entlang des Kühlkanals (8, 9, 10) zur Kühlkanalaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) und/oder in einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) variierend ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Strömungsquerschnitt des zumindest einen Kühlkanals (8, 9, 10) von der Kühlkanaleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) in einer Richtung entlang des Kühlkanals (8, 9, 10) zur Kühlkanalaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) variabel ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zumindest eine Kühlkanal (8, 9, 10) zumindest einen Kühlmantelabschnitt aufweist, dessen Durchmesser in einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) größer ist als der Durchmesser der Kühlmitteleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) und/oder der Kühlmittelaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) in einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a).
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich der zumindest eine Kühlkanal (8) zumindest abschnittsweise in einen Bereich erstreckt, der näher am oberen Laufbuchsenrand (60) angeordnet ist als ein oberer, dem oberen Laufbuchsenrand (60) zugewandter Rand (8a', 8b') der Kühlmitteleintrittsöffnung (8a) und/oder der Kühlmittelaustrittsöffnung (8b) und/oder dass sich der Kühlkanal (8) zumindest abschnittsweise in einen Bereich erstreckt, der weiter vom oberen Laufbuchsenrand (60) entfernt angeordnet ist als ein unterer, vom oberen Laufbuchsenrand (60) abgewandter Rand (8a", 8b") der Kühlmitteleintrittsöffnung (8a) und/oder der Kühlmittelaustrittsöffnung (8b).
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zumindest eine Kühlkanal (10) an der Kühlmitteleintrittsöffnung (10a) in zwei hinsichtlich der Zylinderachse (2a) konzentrische Teilströmungspfade (10e, 10f) aufgeteilt wird, die auf verschiedenen Seiten um die Zylinderachse (2a) herumgeführt und an der Kühlmittelaustrittsöffnung (10b) wieder zusammengeführt werden.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zumindest eine Kühlmitteleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) des zumindest einen Kühlkanals (8, 9, 10) in einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) näher zum oberen Laufbuchsenrand (60) angeordnet ist als die zumindest eine Kühlmittelaustrittsöffnung (8b, 9b. 10b).
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zumindest eine Kühlkanal (9, 10) spiralförmig um die Zylinderachse (2a) verlaufend ausgeführt ist, wobei der Abstand der Kühlkanaleintrittsöffnung (9a, 10a) vom oberen Laufbuchsenrand (6) unterschiedlich ist zum Abstand der Kühlkanalaustrittsöffnung (9b, 10b).
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Kühlkanal (9, 10) mit einer über seinen Verlauf entlang der Zylinderachse (2a) variierenden Steigung ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zumindest eine Kühlkanal (9, 10) zumindest einen ersten Kühlkanalabschnitt (12) mit einer ersten Steigung und einen zweiten Kühlkanalabschnitt (13) mit einer zweiten Steigung aufweist, wobei die erste Steigung unterschiedlich ist zur zweiten Steigung.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest zwei als zwei- oder mehrgängige Spirale ausgeführte Kühlkanäle (9, 10) vorgesehen sind, die von einer gemeinsamen Kühlkanaleintrittsöffnung (9a) ausgehen und in eine gemeinsame Kühlkanalaustrittsöffnung (9b) münden.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zumindest zwei Kühlkanäle (8, 9, 10) vorgesehen sind, die von einer gemeinsamen Kühlkanaleintrittsöffnung (9a) ihren Ausgang nehmen, wobei ein erster Kühlkanal (8) als Kreiskühlmantel ausgeführt ist, der in einer Ebene normal zur Zylinderachse (2a) ausgehend von der Kühlkanaleintrittsöffnung (9a) einmal vollständig um die Zylinderachse (2a) herumgeführt ist und ein zweiter Kühlkanal (9) ausgehend von der Kühlkanaleintrittöffnung (9a) spiralförmig um die Zylinderachse (2a) verlaufend und in eine Kühlkanalaustrittsöffnung (9b) mündend ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei zumindest ein als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführter Kühlkanal (8) vorgesehen ist, der im unmittelbar an den oberen Laufbuchsenrand (60) anschließenden Bereich der Laufbuchse (5) angeordnet ist, und/oder zumindest ein als unterer Brennraumkühlkanal ausgeführter Kühlkanal (9, 10) vorgesehen ist, der am unteren, vom Zylinderkopf (102) abgewandten Ende des Brennraums angeordnet ist, und/oder zumindest ein als Kolbenkühlkanal ausgeführter Kühlkanal (9, 10) vorgesehen ist, der in einem während des Betriebs der Brennkraftmaschine (100) vollständig vom hin- und herbewegten Kolben (3) überstrichenen Bereich angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 15, wobei der obere Brennraumkühlkanal und/oder der untere Brennraumkühlkanal und/oder der Kolbenkühlkanal jeweils eine eigene Kühlkanaleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) und eine eigene Kühlkanalaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) aufweisen.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 15 oder 16, wobei sich der als Kolbenkühlkanal ausgeführte Kühlkanal (9, 10) entlang der Zylinderachse (2a) über einen größeren Bereich erstreckt als der als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführte Kühlkanal (9, 10) und/oder dass sich der als oberer Brennraumkühlkanal ausgeführte Kühlkanal (9, 10) entlang der Zylinderachse (2a) über einen größeren Bereich erstreckt als der als unterer Brennraumkühlkanal ausgeführte Kühlkanal (9, 10).
Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (5) für eine Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem additiven Fertigungsverfahren eine Zylinderlaufbuchse (5) mit zumindest einer Laufbuchsenwand (6) unter Aussparung zumindest eines Kühlkanals (8, 9, 10) generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine dem Kühlkanal (8, 9, 10) zugeordnete Kühlkanaleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) und/oder eine dem Kühlkanal (8, 9, 10) zugeordnete Kühlkanalaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) bei der Generierung mittels additiven Fertigungsverfahrens ausgespart bleiben.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei eine dem Kühlkanal (8, 9, 10) zugeordnete Kühlkanaleintrittsöffnung (8a, 9a, 10a) und/oder eine dem Kühlkanal (8, 9, 10) zugeordnete Kühlkanalaustrittsöffnung (8b, 9b, 10b) in einem nachgelagerten Arbeitsschritt durch mechanische Verfahren eingebracht werden.