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HINWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nummer 61/450,019, eingereicht am 07.03.2011.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Anordnung eines Kolbens und einer Zylinderhülse für Verbrennungskraftmaschinen.
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HINTERGRUND
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Verbrennungskraftmaschinen unterliegen staatlichen Regulierungen und Verbrauchererwartungen. Staatliche Regulierungen umfassen eine Reduzierung der Emissionen und eine Verbesserung der Motoreffizienz, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Verbrauchererwartungen umfassen eine verbesserte Motorverlässlichkeit und eine längere Lebensdauer des Motors. Während große Fortschritte in Bezug auf staatliche Regulierungen und die Verbesserung der Lebensdauer von Verbrennungskraftmaschinen gemacht wurden, sind Verbrennungskraftmaschinen hochkomplexe Mechanismen, und innovative Ansätze bei Motorbestandteilen können zu einer Verbesserung der Lebensdauer, der Ausfallsicherheit und der Effizienz führen.
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Aus den Dokumenten
US 4 941 440 A ,
US 6 328 001 B1 und
US 8 065 985 B2 ist jeweils eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, mit einen Motorblock, eine im Motorblock vorgesehene Zylinderbohrung, welche zumindest eine von der Zylinderbohrung radial nach außen gerichtete Kühlleitung aufweist, und eine innerhalb der Zylinderbohrung vorgesehene Zylinderhülse mit einem internen Durchmesser. Die Zylinderhülse kann einen oberen Flansch-Bereich mit einer axialen Dicke aufweisen. Der obere Flansch-Bereich kann dazu bemessen sein, die Zylinderbohrung in einem Presssitz zu kontaktieren. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst zudem einen innerhalb der Zylinderhülse vorgesehenen Kolben, welcher sich entlang einer Achse hin- und her bewegt, wobei der Kolben eine Deckfläche, eine Außenwand mit einer äußeren Umfangsfläche und eine in einem axialen Abstand von der Deckfläche angeordnete Ausnehmung aufweist. Bei
US 4 941 440 A kann der Durchmesser der Zylinderhülse insbesondere 124 mm betragen und ein Abstand der Oberseite einer Kühlleitung zu einer Deckfläche des Kolbens kann insbesondere etwa 5,5 mm betragen, wobei das Verhältnis hieraus als 0,044 angegeben wird.
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KURZFASSUNG
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Die Erfindung wird durch den beigefügten Anspruch 1 bestimmt. Diese Offenbarung stellt eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Motorblock, eine Zylinderbohrung, eine Zylinderhülse und einen Kolben, bereit. Die Zylinderbohrung ist in dem Motorblock ausgebildet und weist zumindest eine radial nach außen weisende Kühlleitung auf. Die Zylinderhülse ist innerhalb der Zylinderbohrung vorgesehen und weist einen internen Durchmesser D auf. Der Kolben ist innerhalb der Zylinderhülse vorgesehen und bewegt sich entlang einer Achse auf und ab. Der Kolben umfasst eine Deckfläche, eine Außenwand mit einer Umfangsfläche und eine Ausnehmung, welche in einem axialen Abstand B von der Deckfläche vorgesehen ist. Ein Verhältnis des Abstandes B zu dem internen Durchmesser D ist geringer als 0,090.
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Vorteile und Merkmale der Ausführungsformen dieser Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen in Zusammenschau mit den angefügten Figuren weiter ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht eines Bereichs einer Verbrennungskraftmaschine entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der Motor 10 umfasst einen Motorblock 12, von dem nur ein kleiner Bereich dargestellt ist, einen auf dem Motorblock 12 angebrachten Zylinderkopf 14, zumindest eine in dem Motorblock 12 vorgesehene Zylinderhülse und zumindest einen für eine Hin- und Herbewegung entlang einer Achse in der Zylinderhülse vorgesehenen Kolben 18. Selbstverständlich kann der Motor 10 eine Vielzahl von Zylinderhülsen 16 und Kolben 18 aufweisen, beispielsweise jeweils vier bis acht, welche in einer Reihe oder in einer „V“-Anordnung angeordnet sind. Wie im Weiteren beschrieben umfasst der Motor 10 eine Vielzahl genau bestimmter Konfigurationsparameter, welche jeweils auf einen bestimmten Vorteil abzielen, wie eine verbesserte Kühlung der Kolben 18 und Zylinderhülsen 16, das Erreichen einer verbesserten Lebensdauer und Ausfallsicherheit des Motors 10 und eine Reduzierung der Emissionen und das Erreichen einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und Kraftstoffeffizienz des Motors 10.
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Der Motorblock 12 umfasst zumindest eine Zylinderbohrung 20. Die Zylinderhülse 16 ist innerhalb der Zylinderbohrung 20 vorgesehen. Die Zylinderhülse 16 umfasst eine interne Bohrung 17 mit einem internen Durchmesser D zur Positionierung des Kolbens 18. Der Kolben 18 kann dabei jede beliebige Art von Kolben sein, solange diese die im Weiteren dargestellten Merkmale aufweist, welche zum Erreichen der vorliegenden Erfindung notwendig sind. Beispielsweise kann der Kolben 18 ein Pendelschaftkolben sein. Die Hülse 16 trennt eine im inneren Bereich der Zylinderhülse 16 vorgesehenen geschmierten Bereich 22 von einer Brennkammer 23, welche an einem Ende der internen Bohrung 17 zwischen dem Kolben 18 und dem Zylinderkopf 14 durch eine Vielzahl von an dem Motorblock vorgesehenen Kühlleitungen 26 (z. B. 26a, 26b, 26c) vorgesehen ist. Ein in einem benachbarten oberen oder unteren Bereich des Kolbens 18 vorgesehener Brennraum 24 ist Teil der Brennkammer 23.
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Der Brennraum
24 kann eine Vielzahl von darin ausgebildeten Merkmalen aufweisen. Beispielsweise kann der Brennraum
24 einen Zentralbereich
24a aufweisen, der axial näher an dem Zylinderkopf
14 als an dem ringförmigen Bereich
24b ist, welcher sich um den Zentralbereich
24a erstreckt. Diese Merkmale können in Bezug auf die Charakteristik der Brennkammer
23, welche einen Kraftstofffluss und wie der Kraftstofffluss verbrannt oder entzündet wird (nicht gezeigt) umfasst. Die Brennkammer
23 kann die Charakteristik einer Brennkammer aufweisen, welche in dem
U. S.-Patent Nr. 6,732,703 , veröffentlicht am 11.05.2004, beschrieben ist und der gesamte Inhalt davon ist durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit eingebunden.
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Die Kühlleitungen 26 können dabei derart ausgebildet sein, dass sie eine optimale Kühlung des Kolbens 18 bereitstellen. Beispielsweise kann die Kühlleitung 26a ein Kühlfluss mit einer hohen Geschwindigkeit und die Kühlleitung 26b ein Kühlfluss mit einer niedrigen Geschwindigkeit sein. Die Kühlleitung 26c kann ein Anschluss zum Verbinden eines Bereichs der Fluidleitungen 26 mit einem anderen Bereich der Fluidleitungen 26 sein, wie die Kühlleitung 26a mit der Kühlleitung 26b.
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Die Zylinderhülse 16 umfasst einen oberen Flansch-Bereich 28, der eine axiale oder longitudinale Dicke A aufweist. Die Zylinderhülse 16 umfasst ebenfalls einen ringförmigen Wandbereich 32 mit einer radialen Dicke C, welcher sich axial oder longitudinal von dem oberen Flansch-Bereich 28 erstreckt. Von dem Randbereich 32 etwas weiter entfernt kann ein Vorsprung 33 sein, welcher mit der Zylinderbohrung 20 zur Trennung der Kühlleitung 26a von der Kühlleitung 26b zusammenwirkt. Angeschlossen an die Zylinderhülse 16 kann ein axial etwas weiter von dem Vorsprung 33 entfernter Stopper oder Stufe 34 sein. Der Wandbereich 37 ist an der Zylinderhülse 16 vorgesehen und erstreckt sich von dem Vorsprung 33 bis zu dem Stopper 34. Der obere Flansch-Bereich 28 umfasst eine äußere ringförmige Oberfläche 30, welche der ringförmigen Zylinderbohrung 20 gegenüberliegt. Die Kühlleitung 26a ist radial von dem Wandbereich 32 nach außen gerichtet auf einer Seite der Zylinderhülse 16 angeordnet und die Kühlleitung 26c ist radial von dem Wandbereich 32 nach außen gerichtet auf der gegenüberliegenden Seite der Zylinderhülse 16 von der Kühlleitung 26a angeordnet. Die Kühlleitung 26a, die Kühlleitung 26b und die Kühlleitung 26c können dabei Teil einer einzigen Kühlleitung sein, welche sich winkelförmig um die Zylinderhülse 16 erstreckt.
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Der an der Zylinderhülse
16 vorgesehene Stopper
34 kontaktiert einen an dem Motorblock
12 vorgesehenen ringförmigen Steg oder Stopper
35. Der Stopper
34 stellt eine Position bereit, welche die Tiefe oder einen Offset einer benachbarten nahen oder oberen Oberfläche
40 in der Zylinderhülse
16 mit Bezug auf eine obere Oberfläche
38 des Motorblocks
12 festlegt. Der Stopper
34 legt die axiale Länge der Lücke zwischen der oberen Oberfläche
40 der Zylinderhülse
16 und dem Zylinderkopf
14 oder einer Zylinderkopfdichtung
41 fest. Ein Stopper ähnlich zu dem Stopper
34 ist in dem
U. S.-Patent Nr. 4,294,203 , veröffentlicht am 12.10.1981, beschrieben, welches mit seinem gesamten Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingebunden ist. Eine oder mehrere Ausnehmungen
42 können ebenso an einer Außenwand
36 der Zylinderhülse
14 vorgesehen sein. Eine oder mehrere Dichtungen
44 können in jeder Ausnehmung
42 vorgesehen sein. Die Dichtungen
44 trennen den geschmierten Bereich
22 von den Kühlleitungen
26.
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Die Zylinderhülse 16 wird in den Motorblock 12 oder dem benachbarten Ende der Zylinderbohrung 20 eingeführt. Die äußere Begrenzungsfläche der Zylinderhülse 16 ist im Gleitsitz mit der Zylinderbohrung 20 in dem Bereich der Zylinderhülse 16, der die Ausnehmungen 42 umfasst. Wie bereits erwähnt, verhindern die innerhalb der Ausnehmung 42 vorgesehenen Dichtungen 44, dass Schmiermittel von dem geschmierten Bereich 22 die Kühlflüssigkeit in der Kühlleitung 26 verunreinigt und dass die Kühlflüssigkeit von der Leitung 26 das Schmiermittel in dem geschmierten Bereich 22 verunreinigt. Die ringförmige Oberfläche des Flansch-Bereichs 28 ist im Presssitz mit einer inneren Oberfläche 94 der Zylinderbohrung 20. Der Presssitz kann dabei eine Dichtung zwischen den Fluidleitungen 26 und der Brennkammer 23 bereitstellen und sichert die Zylinderhülse 16 innerhalb des Motorblocks 12. Eine Dichtung (nicht gezeigt) kann ebenso zwischen dem Flansch-Bereich 28 und der inneren Oberfläche 94 der Zylinderbohrung 20 vorgesehen sein.
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Wie bereits beschrieben ist der Kolben 18 innerhalb der internen Bohrung 17 der Zylinderhülse 16 vorgesehen, wobei die interne Bohrung 17 einen internen Durchmesser D aufweist. Der Kolben 18 ist in einer oberen Totpunkt-Stellung (OTP) in 1 gezeigt. Der Kolben 18 treibt ein konventionelles Pleuel 46 an, welches an einem an dem Kolben 18 fixierten Bolzen, einer Stange oder einer Welle 48 befestigt ist. Das Pleuel 18 treibt eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 10 an. Das Pleuel 18 und die Kurbelwelle erzeugen eine Auf- und Abbewegung des Kolbens 18 entlang einem geradlinigen Weg innerhalb der Zylinderhülse 16. Die OTP-Lage ist dann erreicht, wenn die Kurbelwelle derart positioniert ist, dass sie den Kolben 18 in eine Lage, welche am weitesten weg von der Rotationsachse der Kurbelwelle liegt, bewegt. In der üblichen Weise bewegt sich der Kolben 18 von der OTP-Lage zu einer unteren Totpunkt-Lage (UTP), wenn diese durch Einlass und Arbeitshub fortschreitet. Der Kolben 18 umfasst eine Vielzahl von Ausnehmungen für Kolbenringe und Dichtungen, welche sich an einer Begrenzungsfläche, einem äußeren Umfang oder einer äußeren Oberfläche 49 einer äußeren Wand 43 des Kolbens 18 befinden. Die Vielzahl der Ausnehmungen umfasst eine obere, höhere, eine benachbarte oder erste Ausnehmung 50, eine zweite, zentrale oder mittlere Ausnehmung 52 und eine dritte, unterste, untere oder entfernte Ausnehmung 54. Die obere Ausnehmung 50 umfasst einen ersten konventionellen Verdichtungsring 56, welcher mitwirkt zu verhindern, dass das Verbrennungsgas von der Brennkammer 23 sich zwischen dem Kolben 18 und der Zylinderhülse 16 bewegt. Eine Oberseite 62 der oberen Ausnehmung 50 ist in einem Abstand B von einer Ober-, oberen oder benachbarten Oberfläche 64 des Kolbens 18 vorgesehen. Die mittlere Ausnehmung 42 umfasst einen zweiten konventionellen Verdichtungsring 58. Die dritte Ausnehmung 54 umfasst einen konventionellen Ölleitring 60, welcher die Ölmenge begrenzt, welche sich entlang der internen Bohrung 17 zu dem oberen oder benachbarten Ende des Kolbens 18, wo sich der Brennraum 24 befindet, bewegt.
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Der Abstand B der oberen Ausnehmung 50 ist aus Emissionssicht wichtig. Es gibt eine radiale Lücke zwischen der äußeren oder begrenzenden Oberfläche 49 der Außenwand 43 des Kolbens 18 und der internen Bohrung 17 der Zylinderhülse 16. Kraftstoff, welcher in dem Bereich zwischen der begrenzenden Oberfläche 49 und der internen Bohrung 17 in den Bereich oberhalb des obersten Rings 56, welcher als Totzone bezeichnet werden kann, eingeschlossen ist, wird nicht verbrannt. Der Kraftstoff wird freigelegt, wenn der Kolben sich von der OTP-Lage wegbewegt und der Kraftstoff dringt in den Abgaskanal (nicht gezeigt) des Motors 10 ein. Unverbrannter Kraftstoff steuert zu erhöhten Emissionen bei und führt zu einer geringeren Effizienz des Motors 10. Daher reduziert die Fähigkeit, den Abstand B zu reduzieren, Emissionen und verbessert die Kraftstoffeffizienz.
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Ein Abstreifring 39 kann in der Zylinderhülse 16 an einem äußeren Bereich des oberen Flansch-Bereichs 28 vorgesehen sein. Der Abstreifring 39 hat einen inneren Durchmesser, welcher kleiner als der Durchmesser der internen Bohrung 17 ist. Der Abstreifring 39 verringert das Volumen der oben beschriebenen Totzone, ebenso wie er hilft, Ablagerungen an der Oberfläche 49 der Kolbenwand 43 oberhalb der oberen Ausnehmung 50 zu entfernen. Daher hilft der Abstreifring 39, Ablagerungen oberhalb des oberen oder ersten Verdichtungsrings 56 zu entfernen.
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Der Kolben 18 ist aus zwei getrennten Teilen hergestellt. Ein oberer, benachbarter oder oberster Teil 66 ist mit einem unteren, entfernten oder einem untersten Teil 68 entlang einer ersten Grenzfläche 70 und einer zweiten Grenzfläche 72 zusammengeführt. Die erste Grenzfläche 70 umfasst eine Oberfläche 74, welche an dem unteren Teil 68 und einer an dem oberen Teil 66 vorgesehenen entsprechenden Oberfläche 76 vorgesehen ist. Die erste Grenzfläche 70 ist zwischen der obersten Ausnehmung 50 und der zweiten Ausnehmung 52 vorgesehen. Die zweite Grenzfläche 72 umfasst eine an dem oberen Teil 66 vorgesehene Oberfläche 78 und eine an dem unteren Teil 68 vorgesehene Oberfläche 80. Die zweite Oberfläche ist axial versetzt zu dem ersten Gelenk 70, und zwar in einer Richtung, welche weiter von der Brennkammer 23 als von der ersten Grenzfläche 70 entfernt ist. Durch das Vorsehen der Grenzfläche 72 in dieser Lage ist eine Wand oder eine Lamelle 88, welche im Folgenden genauer beschrieben wird, einfach von einer radialen Richtung zum Ausbilden von Merkmalen wie Fluidleitungen (nicht gezeigt) zugänglich. Der oberste Teil 66 und der unterste Teil 68 sind miteinander durch ein konventionelles Reibschweißverfahren verbunden. Durch die Herstellung des Kolbens 18 aus zwei getrennten Teilen kann einen Korridor ausgedehnt oder näher an der Deckfläche 64 während des Herstellungsprozesses des oberen Teils 66 sein, da das Innere des oberen Teils 66 vor dem Befestigen oder Anschweißen des oberen Teils 66 an dem unteren Teil 68 zugänglich ist.
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Der Korridor 82 hat einen unteren Teil 82a mit einer radialen Ausdehnung und einen oberen Teil 82b mit einer radialen Ausdehnung, welche geringer als die Ausdehnung des unteren Teils 82a ist. Der untere Teil 82a erstreckt sich radial von einem radialen Abstand von der zentralen Achse des Kolbens 18 und der obere Teil 82b erstreckt sich radial von einem radialen Abstand, welcher weiter von der zentralen Achse des Kolbens entfernt ist als der untere Teil 82a, da der obere Teil 82b dem Profil des Brennraums 24 folgt. Da der obere Teil 82b dem Profil des Brennraums 24 folgt, kann der oberste Bereich des Teils 82b des Korridors 82 in einem Abstand gleich der Wanddicke des Brennraums 24 von der oberen Oberfläche 64 des Brennraums 24 vorgesehen werden. Die Lage des obersten Bereichs des Teils 82b ermöglicht es, dass die obere Ausnehmung 50 in einer engeren Position zu dem Abstand B von der oberen Oberfläche 64 ist, als dies bei einer konventionellen Kolbenausgestaltung möglich ist, wie im Weiteren genauer beschrieben. Die Positionierung der oberen Ausnehmung 50 in einen Abstand B stellt einen Vorteil dar, indem die Wärme einen kürzeren Weg im Kolben 18 zurücklegt, bevor es die Kühlflüssigkeit erreicht als in einer konventionellen Kolbenausgestaltung. Der schnellere Zugang zu einer Kühlflüssigkeit reduziert den Wärmestau im Kolben 18 und vermindert die Belastung des Kolbens 18, womit die Lebensdauer des Kolbens 18 erhöht wird. Das Spritzöl vom Pleuel 46 geht durch eine Vielzahl von Kolbenpassagen 84 in den Korridor 82 und dann zurück durch die Kolbenpassagen 84 in den geschmierten Bereich 22.
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Das Aushöhlen eines Innenbereichs eines konventionellen Kolbens, um einen Korridor zu bilden, ähnlich dem Korridor 82 ist nicht möglich, da die obere Oberfläche eines konventionellen Kolbens die Belastung in einer angeschlossenen Brennkammer nicht aushalten würde. Der Grund, warum ein konventioneller Kolben diese Belastung nicht aushalten würde, ist, weil dieser keinen ausreichenden Halt innerhalb des konventionellen Kolbens zum Standhalten des auf die obere Oberfläche eines konventionellen Kolbens ausgeübten Verbrennungsdrucks aufweist. Der Kolben 18 überwindet diese Schwierigkeit durch die Herstellung eines oberen Teils oder Bereichs 66 und eines unteren Teils 68, wobei der Korridor 82 zumindest in dem oberen Teil 66 ausgebildet wird und dann die zwei Teile mit Hilfe eines Reibschweißprozesses verschweißt werden. Die äußere Oberfläche oder der Durchmesser 49 des Kolbens 18 kann dann zu den gewünschten Abmessungen gefräst, geschliffen und/oder gehont werden, wobei alle Unebenheiten, welche eventuell bei dem Reibschweißprozess übrig geblieben sind, entfernt werden.
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Die Bohrungen 84 können in einem unteren oder entfernten Bereich 68 in einem Gießprozess vorgesehen werden oder in den unteren Teil 68 nach dem Gießen gefräst werden. Die in dem benachbarten Teil 66 vorgesehene Wand oder Lamelle 88 ist angrenzend an eine in dem entfernten Bereich 68 vorgesehene Wand oder Lamelle 88. Die Wand oder die Lamelle 88 und die Wand oder die Lamelle 86 bilden aufgrund des Reibschweißprozesses eine zusammenhängende oder durchgehende Wand oder Lamelle, welche sich von einer Brennraumwand 90, welche Teil des Brennraums 24 ist, bis zu einem Seitenwandbereich 92, welcher axial unterhalb der untersten Ausnehmung 54 ist, erstreckt. Der Seitenwandbereich 92 ist Teil einer Seitenwand, äußeren Wand oder einer Außenwand 43 des Kolbens 18. Daher kann der Kolben 18 eine Kühlung für einen begrenzenden Bereich des oberen Endes des Kolbens 18 in einem Bereich zwischen dem Brennraum 24 und der äußeren Wand 43 des Kolbens 18 bereitstellen, während die Stärke eines konventionellen Kolbens beibehalten wird, da der Kolben eine zweiteilige Ausgestaltung aufweist.
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Um die maximale Kühlung, Emission und Effizienzvorteile von den zuvor genannten Merkmalen zu erhalten, sind bestimmte Verhältnisse anzuwenden. Ein erstes Verhältnis ist in Gleichung (1) quantifiziert, welche eine Grenze für das Verhältnis des obersten Ringabstandes
B von der Deckfläche
64 des Kolbens
18 zu dem Durchmesser
D der Kolbenpassage angibt. Dieses Verhältnis gilt für Kolbenpassagen mit einem Durchmesser, welche die Voraussetzungen der Gleichung (2) erfüllen.
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Der Abstand
B und der Durchmesser
B sind in der Größe und den Abmessungen derart gewählt, um ein maximales Verhältnis von 0,090 zu erreichen, wie in Gleichung (1) beschrieben und bevorzugt ein maximales Verhältnis von 0,085. Der Bereich des Durchmessers
D, welcher diese Verhältnisse erzielt, ist in Gleichung (2) mit einem bevorzugten Bereich in Gleichung (3) angegeben.
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Die Voraussetzungen der Gleichung (1) zu erfüllen ist wesentlich, um die Emissions- und Kraftstoffverbrauchsoptimierung zu erreichen. Aus Gleichung (1) ist es ersichtlich, dass der Abstand B so nah wie möglich an der Deckfläche 64 des Kolbens 18 sein sollte, während die Stärke des Kolbens 18 erhalten bleibt. Allerdings muss der Korridor 82 sich bis zu einer Stelle näher an der Deckfläche 64 des Kolbens 18 als die obere Ausnehmung 50 erstrecken. Andernfalls wird die Kühlung des Kolbens 18 in dem Bereich der oberen Ausnehmung 50 nicht ausreichend sein, was zu einem exzessiven Aufheizen des Verdichtungsrings 56 führt, was wiederum zur Abnutzung und zum frühzeitigen Ausfall der Zylinderhülse 16 führt. Daher kann die obere Ausnehmung 50 nicht näher an der Deckfläche 64 als der Korridor 82 sein, welche nur so nah an der Deckfläche 64 wie die notwendige Stärke der Brennraumwand 90 sein kann.
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Eine verbesserte Kühlung des Kolbens
18 wird durch zwei Aspekte der vorliegenden Offenbarung erreicht. Erstens bestimmt der Abstand
B der oberen Ausnehmung
50 mit Bezug auf die Dicke
C der Zylinderhülse
16 in dem Wandbereich
32 teilweise die Angemessenheit der Kühlung des Kolbens
18. Die Beziehung zwischen Abstand
B und Dicke
C ist in Gleichung (4) festgelegt.
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Der Abstand
B und die Dicke
C sind in ihrer Größe und ihren Abmessungen derart gewählt, um ein maximales Verhältnis von 1,30 und bevorzugt ein maximales Verhältnis von 1,25 zu erzielen. Wie in Gleichung (1) zeigt die Gleichung (4) an, dass der Abstand
B vergleichsweise klein zumindest im Vergleich zu der Dicke
C des Wandbereichs
32 des Zylinders
16 sein sollte. Wie bereits beschrieben, sollte der Abstand
B so klein wie möglich sein, dieser Abstand ist begrenzt durch die Fähigkeit, die oberste Ausnehmung
50 zu kühlen, welche durch die Fähigkeit, den Korridor so nah wie möglich an die Deckfläche
64 des Kolbens
18 auszudehnen, begrenzt ist. Der zweite Aspekt der Kühlung ist bestimmt durch ein Verhältnis der Dicke
A des oberen Flansches
28 zu einem Abstand
B, bestimmt in Gleichung (5).
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Die Dicke A und der Abstand B sind der Größe und ihren Abmessungen nach derart ausgewählt, um ein maximales Verhältnis von 0,80 zu erreichen. Die Dicke A des oberen Flansches 28 bestimmt, wie eng die Kühlleitung 26a an die Oberfläche 40 der Zylinderhülse 16 grenzt, welche ebenfalls den Abstand B begrenzt, da die Dicke A nicht mehr als 0,75 mal der Abstand B sein darf. Durch das erzielen dieser Vorgabe der Dicke A ermöglicht die Kühlflüssigkeit, eine optimale Kühlung der oberen Ausnehmung 50 bereitzustellen. Allerdings hat die Dicke A eine Minimaldicke, welche durch die Fähigkeit, dem Druck der Brennkammer 23 standzuhalten, und durch die Fähigkeit, einen Presssitz des oberen Flansches 28 in der Zylinderbohrung 20 zu ermöglichen, bestimmt wird. Daher wird der Abstand B von zwei Faktoren begrenzt: die Mindestdicke des oberen Flansches 28 und bei der Fähigkeit, den Korridor 82 nahe zu der Deckfläche 64 des Kolbens 18 reichen zu lassen.
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Unter Berücksichtigung der Gleichungen (1) bis (5) ist es ersichtlich, dass eine optimale Kühlung des Kolbens 18 durch das Erreichen der Voraussetzungen von Gleichungen (4) und (5) erreicht wird und minimale Emissionen und eine beste Effizienz durch Erreichen der Bedingungen der Gleichungen (1) bis (3) erreicht wird. Der Schlüssel zur Langlebigkeit von Zylinderhülse, Kolbenring und Kolben ist es, die Umkehrtemperatur des Auflagerings zu minimieren. Die Umkehrtemperatur des Auflagerings ist die Temperatur des oberen Verdichtungsrings 56, wenn der Kolben 18 in der OTP-Stellung ist und dabei ist die Richtung von einer Aufwärtsbewegung zu einer Abwärtsbewegung zu ändern. Wenn die Umkehrtemperatur des Auflagerings zu hoch ist, führt dies zu exzessiver Abnutzung der Zylinderhülse 16 und des Kolbenrings 56, wodurch die Lebensdauer der Zylinderhülse 16 und des Kolbenrings 56 reduziert wird. Allerdings kann die Ausnehmung 50, welche den Ring 56 hält, nur nach oben verschoben werden durch die Bereitstellung einer Kühlung des Rings 56. Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Anordnung, welche eine viel höhere Positionierung der Ausnehmung 50 und des Rings 56 erlaubt wie in einer konventionellen Ausführung, wenn die Bedingungen der Gleichungen (1) bis (5) erfüllt werden, was die Lebensdauer und die Ausfallsicherheit des Kolbens 18 erhöht und ebenso die Emissionen reduziert und die Effizienz des Motors 10 erhöht.
