-
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
-
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr.
61/454,869 , eingereicht am 21. März 2011, in Anspruch, die hiermit unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft Kühlmittel- oder Kühlfluiddurchgänge zwischen einer Zylinderauskleidung und einem Motorblock einer Verbrennungsmaschine und die Anordnung zum Verbinden dieser Kühlmitteldurchgänge mit einem Zylinderkopf, der an dem Motorblock befestigt ist.
-
HINTERGRUND
-
Das Kühlen von Verbrennungsmaschinen, das heißt Verbrennungsmotoren, ist erforderlich, da hohe Temperaturen innerhalb des Motors erzeugt werden, insbesondere in dem Bereich einer Motorverbrennungskammer, welche die Zylinderauskleidung und den Zylinderkopf enthält. Während das Kühlen eine erforderliche Funktion von Verbrennungsmaschinen ist, stellt das Kühlen einen störenden Verlust bei einem Motor dar, welcher den Wirkungsgrad reduziert. Zusätzlich war das Kühlen von Zylinderauskleidungen, insbesondere an einem Ringumkehrort, eine Herausforderung. Somit verbleiben Möglichkeiten, um das Kühlen von Verbrennungsmaschinen zu verbessern, während der störende Verlust bei dem Kühlsystem auf derartigen Motoren reduziert wird.
-
Aus der
US 6 079 375 A ist eine Motorzylinderlaufbuchse mit inneren und äußeren Wänden bekannt, die einstückig mit einem Kopfsitzrand ausgebildet sind und einen Kühlmittelmantel zum Kühlen der inneren Zylinderwand definieren. Versteifungsrippen sind vorgesehen, um die obere Laufbuchsenstruktur zu verstärken, um Verbrennungskräften zwischen der Laufbuchse und einem am Kopfsitzrand befestigten Zylinderkopf standzuhalten. Die Versteifungsrippen sind grundsätzlich dreieckig und erstrecken sich von einem niedrigen Punkt an der Außenwand nach oben und nach innen bis zur Verbindung mit der Innenwand angrenzenden Bolzenvorsprüngen im Kopfsitzrand. Somit wird die Verbindung der Rippen mit der Innenwand minimiert und der freie Kühlmittelfluss entlang der Innenwand maximiert, wodurch die Kühlung der Zylinderwand verbessert und Verschleiß und Fressen der Laufbuchse im Betrieb verringert werden.
-
Aus der
US 5 080 049 A ist ein Zweitaktmotor mit gestuften Kühlmänteln im Zylinderblock bekannt, bei dem obere und untere Mäntel durch eine Membranwand getrennt sind. Übertragungsöffnungen in der Membran und nach unten gerichtete Abschnitte des unteren Mantels leiten die Kühlmittelströmung um die Auslassöffnungen herum und vorzugsweise entlang der Auslassöffnungsseite der Motorzylinderöffnungen. Eine Zylinderkopfdichtung steuert den Ausfluss vom oberen Mantel zum Zylinderkopf durch vorzugsweise auf der Auslassseite des oberen Mantels angeordnete Übertragungslöcher, um eine Gesamtsteuerung des Flusses im Kühlmantelsystem bereitzustellen.
-
Aus der
US 3 882 842 A ist ein Verbrennungsmotor mit einem an einem Zylinderblock montierten Zylinderkopf bekannt, der mit Mitteln zum Tragen einer Zylinderlaufbuchse versehen ist, die einen nachgiebigen Abstandshalter zum Kompensieren übermäßiger Belastungen umfasst, die auf die Laufbuchse ausgeübt werden, die durch das Drehmoment des Kopfes auf den Block ausgeübt werden. Der Abstandshalter wirkt mit einer halbelastischen Stützhülse zusammen, die als steife Feder wirkt, um die während der normalen Betriebszyklen des Motors auftretende Wärmeausdehnung und -kontraktion der Zylinderlaufbuchse aufzunehmen. Der nachgiebige Abstandshalter hat einen Chevron-förmigen Querschnitt und weist ein damit verbundenes elastisches ringförmiges Positionierelement auf. Ein Mittel zur Verhinderung einer radialen Bewegung in Form eines ringförmigen Flansches an der Zylinderlaufbuchse, der eng in eine Bohrung im Block eingepasst ist, ist ebenfalls vorgesehen. Alternativ ist das Mittel zum Verhindern einer radialen Bewegung ein ringförmiger Flansch am Außenumfang der Zylinderlaufbuchse neben ihrem obersten Ende, der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen darin aufweist und in die Zylinderbohrung eingepasst ist.
-
Auch bei den vorstehend vorgeschlagenen Kühlsystemen wird der Wirkungsgrad des Motors durch seine Kühlung jeweils erheblich reduziert, wonach wünschenswert ist, die Effizienz der Kühlung eines Verbrennungsmotors zu erhöhen und dabei insbesondere deren Kühlmittel- oder Kühlfluiddurchgänge zwischen einer Zylinderauskleidung und einem Motorblock und die Anordnung zum Verbinden der Kühlmitteldurchgänge mit einem Zylinderkopf zu verbessern.
-
KURZFASSUNG
-
Die vorstehende Aufgabe wird mit den Merkmalskombinationen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung erwähnt.
-
Diese Offenbarung stellt einen Verbrennungsmotor bereit mit einem Motorkopf, einem Zylinderkopf, einer ersten Kopfzufuhrleitung, einer zweiten Kopfzufuhrleitung, einer Zylinderauskleidung, einem ersten Überführungsdurchgang und einem zweiten Überführungsdurchgang. Der Motorkörper enthält eine Zylinderbohrung und einen Kühlfluideinlass, der mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht. Der Zylinderkopf ist an dem Motorblock befestigt. Die erste Kopfzufuhrleitung und die zweite Kopfzufuhrleitung sind in dem Motorkörper angeordnet. Die erste Kopfzufuhrleitung ist als ein beabstandeter Winkel entlang eines Umfangs der Zylinderbohrung von der zweiten Kopfzufuhrleitung angeordnet. Die Zylinderauskleidung ist in der Zylinderbohrung angeordnet. Die Zylinderauskleidung wirkt mit dem Motorblock zusammen, um einen oberen Zylinderauskleidungswassermantel und einen unteren Zylinderauskleidungswassermantel zu bilden. Der untere Zylinderauskleidungswassermantel ist angeordnet, um ein Kühlfluid von dem Kühlfluideinlass aufzunehmen. Der erste Überführungsdurchgang ist in dem Motorkörper zwischen der ersten Kopfzufuhrleitung und der zweiten Kopfzufuhrleitung bei einem beabstandeten Winkel entlang des Zylinderbohrungsumfangs von der zweiten Kopfzufuhrleitung angeordnet. Der zweite Überführungsdurchgang ist in dem Motorkörper zwischen der ersten Kopfzufuhrleitung und der zweiten Kopfzufuhrleitung bei einem beabstandeten Winkel entlang des Zylinderbohrungsumfangs von der zweiten Kopfzufuhrleitung auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Kopfzufuhrleitung von dem ersten Überführungsdurchgang angeordnet. Der erste Überführungsdurchgang und der zweite Überführungsdurchgang sind angeordnet, um einen Kühlfluidstrom von dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel zu dem oberen Zylinderauskleidungswassermantel bereitzustellen. Der obere Zylinderauskleidungswassermantel weist eine Querschnittsfluidströmungsfläche auf, die geringer ist als eine Querschnittsfluidströmungsfläche des unteren Zylinderauskleidungswassermantels.
-
Diese Offenbarung stellt auch eine Verbrennungsmaschine bereit mit einem Motorkörper, einem Zylinderkopf, einer ersten Kopfzufuhrleitung, einer zweiten Kopfzufuhrleitung, einer Zylinderauskleidung, einem ersten Überführungsdurchgang und einem zweiten Überführungsdurchgang. Der Motorkörper enthält eine Zylinderbohrung und einen Kühlfluideinlass, welcher mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht. Der Zylinderkopf ist an dem Motorblock befestigt. Die erste Kopfzufuhrleitung und die zweite Kopfzufuhrleitung sind in dem Motorkörper angeordnet. Die erste Kopfzufuhrleitung enthält eine erste Querschnittsfluidströmungsfläche und die zweite Kopfzufuhrleitung enthält eine zweite Querschnittsfluidströmungsfläche. Die erste Kopfzufuhrleitung ist als ein beabstandeter Winkel entlang eines Umfangs der Zylinderbohrung von der zweiten Kopfzufuhrleitung angeordnet. Die Zylinderauskleidung ist in der Zylinderbohrung angeordnet. Die Zylinderauskleidung wirkt mit dem Motorblock zusammen, um einen oberen Zylinderauskleidungswassermantel und einen unteren Zylinderauskleidungswassermantel zu bilden. Der untere Zylinderauskleidungswassermantel ist angeordnet, um Kühlfluid von dem Kühlfluideinlass aufzunehmen. Der erste Überführungsdurchgang ist in dem Motorkörper zwischen der ersten Kopfzufuhrleitung und der zweiten Kopfzufuhrleitung bei einem beabstandeten Winkel entlang des Zylinderbohrungsumfangs von der zweiten Zufuhrleitung angeordnet. Der zweite Überführungsdurchgang ist in dem Motorkörper zwischen der ersten Kopfzufuhrleitung bei einem beabstandeten Winkel entlang des Zylinderbohrungsumfangs von der zweiten Kopfzufuhrleitung auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Kopfzufuhrleitung von dem ersten Überführungsdurchgang angeordnet. Der erste Überführungsdurchgang und der zweite Überführungsdurchgang sind angeordnet, um einen Kühlfluidstrom von dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel zu dem oberen Zylinderauskleidungswassermantel bereitzustellen. Das Verhältnis der ersten Querschnittsfluidströmungsfläche zu der zweiten Querschnittsfluidströmungsfläche stellt eine Kühlfluidströmung um den Umfang der Zylinderauskleidung bereit.
-
Diese Offenbarung stellt auch eine Verbrennungsmaschine mit einem Motorkörper, einem Zylinderkopf, einer ersten Kopfzufuhrleitung, einer zweiten Kopfzufuhrleitung, einer Zylinderauskleidung, einem ersten Überführungsdurchgang und einem zweiten Überführungsdurchgang bereit. Der Motorkörper enthält eine Zylinderbohrung und einen Kühlfluideinlass, der mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht. Der Zylinderkopf ist an dem Motorblock befestigt. Die erste Kopfzufuhrleitung und die zweite Kopfzufuhrleitung sind in dem Motorkörper angeordnet. Die erste Kopfzufuhrleitung enthält eine erste Querschnittsfluidströmungsfläche und die zweite Kopfzufuhrleitung enthält eine zweite Querschnittsfluidströmungsfläche. Die erste Kopfzufuhrleitung ist bei einem beabstandeten Winkel entlang eines Umfangs der Zylinderbohrung von der zweiten Kopfzufuhrleitung angeordnet. Die Zylinderauskleidung ist in der Zylinderbohrung angeordnet. Die Zylinderauskleidung wirkt mit dem Motorblock zusammen, um einen oberen Zylinderauskleidungswassermantel und einen unteren Zylinderauskleidungswassermantel zu bilden. Der untere Zylinderauskleidungswassermantel ist angeordnet, um Kühlfluid von dem Kühlfluideinlass aufzunehmen. Der erste Überführungsdurchgang ist in dem Motorkörper zwischen der ersten Kopfzufuhrleitung und der zweiten Kopfzufuhrleitung bei einem beabstandeten Winkel entlang des Zylinderbohrungsumfangs von der zweiten Kopfzufuhrleitung angeordnet. Der zweite Überführungsdurchgang ist in dem Motorkörper zwischen der ersten Kopfzufuhrleitung und der zweiten Kopfzufuhrleitung bei einem beabstandeten Winkel entlang des Zylinderbohrungsumfangs von der zweiten Kopfzufuhrleitung auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Kopfzufuhrleitung von dem ersten Überführungsdurchgang angeordnet. Der erste Überführungsdurchgang und der zweite Überführungsdurchgang sind angeordnet, um einen Kühlfluidstrom von dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel zu dem oberen Zylinderauskleidungswassermantel bereitzustellen. Der obere Zylinderauskleidungswassermantel weist eine dritte Querschnittsfluidströmungsfläche auf, welche geringer ist als eine vierte Querschnittsfluidströmungsfläche des unteren Zylinderauskleidungswassermantels und das Verhältnis der ersten Querschnittsfluidströmungsfläche zu der zweiten Querschnittsfluidströmungsfläche und das Verhältnis der dritten Querschnittsfluidströmungsfläche zu der vierten Querschnittsfluidströmungsfläche stellt eine Kühlung um den gesamten Umfang der Zylinderauskleidung bei einer oberen Ringumkehranordnung bereit.
-
Vorteile und Merkmale der Ausführungsformen dieser Offenbarung werden klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine erste Schnittansicht eines Abschnitts eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts des Verbrennungsmotors von 1 entlang der Linien 2-2 in 4, durch die Zufuhrleitungen, welche sich von dem Motorblock zu dem Zylinderkopf erstrecken und als ob der Zylinderkopf, der Motorblock und die Zylinderauskleidung als Ganzes vorliegen würden.
- 3 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts des Verbrennungsmotors von 1 entlang der Linien 2-2 in 4, als ob der Zylinderkopf, der Motorblock und die Zylinderauskleidung als Ganzes vorliegen würden.
- 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linien 4-4 in 1, als ob die Komponenten in 1 als Ganzes vorliegen würden.
- 5 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts des Motorblocks des Verbrennungsmotors von 1 entlang der Linien 5-5 in 4, wobei die Zylinderauskleidung entfernt ist.
- 6 ist eine stilisierte Ansicht der Fluiddurchgänge zwischen der Zylinderauskleidung und dem Motorblock, mit der Verbindung derjenigen Durchgänge zu dem Zylinderkopf und den Fluiddurchgängen in dem Zylinderkopf der Verbrennungsmaschine von 1 als ob die Fluiddurchgänge fest wären.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Durch diese Offenbarung hindurch soll der Begriff Wasser aufgefasst werden, um ein beliebiges herkömmliches Fluid oder Kühlmittel zu bezeichnen, das geeignet ist zur Verwendung in Verbrennungsmaschinen. Daher sollte der Begriff „Wasser“ nicht als beschränkend angesehen werden.
-
Unter Bezugnahme auf die 1 - 6 ist die vorliegende Offenbarung gerichtet auf eine Verbrennungsmaschine oder einen Motorkörper, wobei ein Abschnitt davon in einer Querschnittsansicht gezeigt ist und allgemein als 10 bezeichnet wird. Der Motorkörper 10 stellt eine verbesserte Kühlung einer Zylinderauskleidung 12 und eines Zylinderkopfes 14 bereit bei gleichzeitigem Reduzieren des störenden Verlustes beim Motor 10 und Erhöhen des Wirkungsgrades von Motor 10. Wie weiter unten diskutiert, enthält der Motor 10 verschiedene Merkmale, wobei einige davon verschiedene Anordnungsparameter enthalten, die zu einer verbesserten Kühlung führen, welche bestimmte gewünschte Eigenschaften erreicht, wie eine reduzierte Temperatur bei dem oberen Ringumkehrort und reduziertem Druckabfall des Kühlfluids, welches in den Zylinderkopf 14 strömt. Die verbesserte Kühlung der Zylinderauskleidung 12 erhöht auch die mittlere Zeit zwischen Motorüberholungen und richtet sich direkt an das Bedürfnis des Verbrauchers.
-
Der Motor 10 enthält einen Motorblock 16, ein kleiner Abschnitt davon ist gezeigt und zumindest eine Verbrennungskammer 18. Natürlich kann der Motor 10 eine Mehrzahl von Verbrennungskammern enthalten, z.B. vier, sechs oder acht, die in einer Reihe oder in einer „V“-Anordnung angeordnet sein können. Jede Verbrennungskammer 18 ist an einem Ende eines Zylinderhohlraums 20 angeordnet, welcher unmittelbar im Motorblock 16 ausgebildet sein kann. Der Zylinderhohlraum 20 ist angepasst, um die entfernbare Zylinderauskleidung 12 aufzunehmen. Der Motor 10 enthält auch den Zylinderkopf 14, der an dem Motorblock 16 befestigt ist, um den Zylinderhohlraum 20 zu schließen. Der Motor 10 enthält ferner einen Kolben 22, welcher zur wechselweisen Bewegung innerhalb jeder Zylinderauskleidung 12 in Verbindung mit jeder Verbrennungskammer 18 angeordnet ist. Obwohl nur ein oberer Abschnitt des Kolbens 22 in 1 gezeigt ist, kann der Kolben 22 von jeder beliebigen Art eines Kolbens sein, so lange wie er die unten angegebenen Merkmale enthält, welche notwendig sind, um die vorliegende Offenbarung zu erfüllen. Beispielsweise kann der Kolben 22 ein Gelenkkolben oder ein einstückiger Kolben sein.
-
Eine obere Oberfläche oder Oberseite 24 des Kolbens 22 wirkt mit dem Zylinderkopf 14 und dem Abschnitt der Zylinderauskleidung 12 zusammen, die sich zwischen dem Zylinderkopf 14 und dem Kolben 22 erstreckt, um eine Verbrennungskammer 18 zu definieren. Ein Abstreifring 32 kann in der Zylinderauskleidung 12 angeordnet sein, um Ruß und anderen Abfall von einer Außenseite des Kolbens 22 zu entfernen, wenn der Kolben 22 durch den Abstreifring 32 hindurchtritt. Der Kolben 22 enthält auch eine obere Rille 34 und eine Mehrzahl von anderen Rillen 36. Die obere Rille 34 enthält einen oberen Kompressionsring 38. Die Rillen 36 enthalten andere Ringe oder Dichtungen 40. Der obere Kompressionsring 38 und Ringe und Dichtungen 40 trennen die Verbrennungskammer 18 von anderen internen Abschnitten des Motors 10, insbesondere von denjenigen internen Abschnitten, welche ein verspritztes Schmiermittel aufnehmen.
-
Ein Schlüssel zur Langlebigkeit von Zylinderauskleidung, Kolbenring und Kolben ist, die obere Ringumkehrtemperatur zu minimieren. Die obere Ringumkehrtemperatur ist die Temperatur des oberen Kompressionsrings 38, wenn der Kolben 22 an einer oberen Totzentrumsposition (TDC) ist, die nachfolgend beschrieben wird, und dabei ist, die Richtung von einem Aufwärtstakt zu einem Abwärtstakt, wie in 1 gezeigt, zu ändern. Der longitudinale oder axiale Ort des oberen Kompressionsrings 38 in Bezug auf die Zylinderauskleidung 12, wenn sich der Kolben 22 an seinem Umkehrpunkt befindet, kann als ein oberer Ringumkehrort 39 beschrieben werden. Wenn die obere Ringumkehrtemperatur zu hoch ist, dann tritt eine übermäßige Abnutzung der Zylinderauskleidung 12 und des Kolbenrings 38 auf, welche die Lebensdauer von der Zylinderauskleidung 12 und dem Kolbenring 38 verkürzt. Die Rille 34 jedoch, welche den Kolbenring 38 hält, kann nur nach außen oder longitudinal höher angeordnet werden durch Sicherstellen einer adäquaten Kühlung von dem Kolbenring 38, welcher den Temperaturen der Verbrennungskammer 18 unterworfen ist. Wird also der Kolbenring 38 bloß höher angeordnet, ohne sicherzustellen, dass der Kolbenring 38 ordentlich gekühlt werden kann, kann dies zu einem frühen Versagen des Kolbenrings 38 und der Zylinderauskleidung 12 führen. Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Anordnung, welche eine höhere Position der Rille 34 und des Rings 38 als in herkömmlichen Gestaltungen ermöglicht, welche die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Zylinders 12 verbessert.
-
Obwohl nicht besonders dargestellt, ist der Kolben 22 mit einer Kurbelwelle des Motors 10 durch eine Verbindungsstange verbunden, welche bewirkt, dass der Kolben 24 sich entlang eines geradlinigen Weges innerhalb der Zylinderauskleidung 12 hin und herbewegt, wenn die Motorkurbelwelle rotiert. Die 1 stellt die Position des Kolbens 22 in der TDC-Position dar, die erreicht wird, wenn die Kurbelwelle angeordnet wird, um den Kolben 22 zu dem am meisten entfernten Ort von der Drehachse der Kurbelwelle zu bewegen. In einer üblichen Weise bewegt sich der Kolben 22 von der TDC-Position zu einer unteren Totzentrumsposition (TDC) wenn er sich durch Einlass und Leistungstakt vorwärtsbewegt. Zum Zwecke dieser Offenbarung entsprechen das Wort „nach außen“ der Richtung weg von der Motorkurbelwelle und das Wort „nach innen“ entspricht der Richtung in Richtung der Motorkurbelwelle oder der TDC-Position von Kolben 22.
-
Der Motor 10 der vorliegenden Offenbarung kann ein Viertaktkompressionszündungs(diesel)motor sein, welcher eine direkte Einspritzung von Kraftstoff in jede Verbrennungskammer 18 verwendet. Ein oder mehrere Durchgänge 26, die in dem Zylinderkopf 14 ausgebildet sind, leiten selektiv Einlassluft in die Verbrennungskammer 18 oder Abgas von der Verbrennungskammer 18 mittels eines entsprechenden Sitzventils 28, das im Zylinderkopf 14 angeordnet ist, wobei lediglich eines davon in 1 dargestellt ist. Es können zwei Sitzventile 28 vorliegen, die mit Einlassdurchgängen verbunden sind, und zwei Sitzventile 28, die mit Auslassdurchgängen verbunden sind. Das Öffnen und Schließen der Sitzventile 28 kann durch eine mechanische Nocke oder ein hydraulisches Betätigungssystem (nicht gezeigt) erreicht werden oder durch ein anderes Antriebssystem in einer sorgfältig gesteuerten Zeitabfolge mit der wechselweisen Bewegung des Kolbens 22.
-
An der obersten TDC-Position, wie in 1 gezeigt, hat der Kolben 22 gerade seinen Aufwärtshub abgeschlossen, durch welchen Ladeluft, die in die Verbrennungskammer 18 von einem Einlassdurchgang eingelassen wurde, komprimiert wird, und dadurch dessen Temperatur oberhalb der Zündtemperatur des Motortreibstoffs erhöht wird. Diese Position wird im Allgemeinen als die Null-Position angesehen, welche die 720 Grad der Rotation startet, die erforderlich sind, um vier Schübe des Kolbens 22 zu vervollständigen. Die Menge an Ladeluft, die bewirkt wird in die Verbrennungskammer 18 und die anderen Verbrennungskammern des Motors 10 einzutreten, kann erhöht werden durch Bereitstellen eines Druckanstiegs im Einlaufverteiler des Motors 10 (nicht gezeigt). Dieser Druckanstieg kann beispielsweise durch einen Turbolader (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, einschließlich eines Kompressors, der durch eine Turbine angetrieben wird, welche durch das Abgas des Motors 10 mit Energie versorgt wird oder durch die Kurbelwelle des Motors 10 (nicht gezeigt) angetrieben wird.
-
Unter Bezugnahme auf
2 enthält der Motor
10 auch einen Kraftstoffinjektor (nicht gezeigt), der fest an einer Injektorbohrung
30 angebracht ist, die in dem Zylinderkopf
14 ausgebildet ist, zum Einspritzen von Kraftstoff unter sehr hohem Druck in die Verbrennungskammer
18, wenn der Kolben
22 sich der TDC-Position nähert, dort ist oder sich davon wegbewegt. Der Kraftstoffinjektor enthält an seinem inneren Ende eine Injektordüsenanordnung, welche ferner eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen enthält, die in dem unteren Ende einer Düsenanordnung ausgebildet sind, um zu erlauben, dass Hochdruckkraftstoff von einem Düsenhohlraum des Kraftstoffinjektors in die Verbrennungskammer
18 fließt. Der Kraftstofffluss liegt bei einem sehr hohen Druck vor, um ein sorgfältiges Durchmischen des Kraftstoffs mit der komprimierten Ladeluft hoher Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer
18 zu induzieren. Es sollte verstanden werden, dass der Kraftstoffinjektor von einem beliebigen Typ eines Injektors sein kann, welcher in der Lage ist, Hochdruckkraftstoff durch eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen in die Verbrennungskammer
18 einzuspritzen. Beispielsweise kann der Kraftstoffinjektor ein geschlossener Düseninjektor oder ein offener Düseninjektor sein. Ein Düsenventilelement, das in dem Kraftstoffinjektor angeordnet ist, kann ein herkömmliches federgespanntes geschlossenes Düsenventilelement sein, das durch Kraftstoffdruck betätigt wird, wie in dem US-Patent
US 5326034 A offenbart, dessen gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Der Kraftstoffinjektor kann in der Form des Injektors vorliegen, wie in dem US-Patent
US 5 819 704 A offenbart, dessen vollständiger Inhalt hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist.
-
Der Motor der vorliegenden Offenbarung enthält Zylinderauskleidungskühlmitteldurchgänge, die bemessen, geformt und/oder in Bezug zueinander angeordnet sind, wie unten beschrieben, um vorteilhafterweise ein verbessertes Kühlen der Zylinderauskleidung 12 und des Zylinderkopfes 14 bereitzustellen. Die verbesserte Kühlung erlaubt eine Anordnung des oberen Kompressionsringes 38 so hoch wie möglich auf dem Kolben 22 oder nach außen entlang des Kolbens 22, da die Ringumkehrtemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Ausgestaltungen reduziert ist. Das Anordnen des oberen Kompressionsringes 38 höher oder längs oder axial nach au-ßen auf dem Kolben 22 ist vorteilhaft beim Reduzieren der Emissionen, da der Raum zwischen der oberen Oberfläche 24 des Kolbens 22 und dem oberen Kompressionsring 38, manchmal als ein Totraum bezeichnet, einen Ort für Kohlenwasserstoffe bereitstellt, die unverbrannt verbleiben. Das verbesserte Kühlen reduziert auch störende Verluste aus dem Kühlmittelsystem auf dem Motor 10. Die reduzierte Ringumkehrtemperatur verbessert auch die mittlere Zeit zwischen Motorüberholungen und verbessert auch die Zuverlässigkeit von Motor 10.
-
Die Zylinderauskleidung 12 enthält einen ringförmigen Vorsprung 42, der mit einer oder mehreren Anschlusssegmenten 44 auf dem Motorblock 16 zusammenpasst, um ein unteres Zylinderauskleidungskühlmittel, zum Beispiel Wasser, Mantel 46 und einen oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 zu erzeugen. Die Zylinderauskleidung 12 kann als eine Teilungsauskleidung bezeichnet werden, da sie mit dem Motorblock 16 zusammenwirkt, um zwei oder mehrere Wassermantelabschnitte zu bilden. Wie genauer unten beschrieben wird, ermöglicht ein Aufteilen des Wassermantels, der um den Umfang der Zylinderauskleidung 12 angeordnet ist, in zwei Abschnitte ein verbessertes Kühlen der Zylinderauskleidung 12 am oberen Ringumkehrort 39.
-
Die Zylinderauskleidung
12 enthält auch einen ringförmigen Halt oder Stufe
50, welche mit einem ringförmigen Anschluss oder Halt
52, der auf dem Motorblock
16 angeordnet ist, in Eingriff steht. Der Halt
50 stellt einen Ort bereit, welcher die Tiefe oder die Absetzung einer nächstfolgenden, nahen oder oberen Oberfläche
54 der Zylinderauskleidung
12 in Bezug auf eine obere Oberfläche
56 des Motorblocks
16 einstellt. Der Halt
50 stellt die axiale Länge der Lücke zwischen der oberen Oberfläche
54 der Zylinderauskleidung
12 und dem Zylinderkopf
14 oder einer Zylinderkopfdichtung
58 ein, welche Teil des Motors
10 ist und zwischen dem Motorblock
16 und dem Zylinderkopf
14 angeordnet ist. Ein Halt mit einer Ähnlichkeit zum Halt
50 ist in dem US-Patent Nr.
4,294,203 , eingereicht am 12. Oktober 1981, beschrieben, wovon der gesamte Inhalt hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist.
-
Eine oder mehrere Rillen 60 können auch auf einer Außenwand 62 der Zylinderauskleidung 12 angeordnet sein. Eine oder mehrere Dichtungen 64 können in jeder Rille 60 angeordnet sein. Die Dichtungen 64 trennen einen geschmierten Abschnitt 66, der zwischen dem Motorblock 16 und der Zylinderauskleidung 12 angeordnet ist von dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46. Der mit Schmiermittel versehene Abschnitt 66 nimmt ein verspritztes Motorschmiermittel auf, welcher bewegende Teile von Motor 10 mit Schmiermittel versieht. Eine obere Auskleidungsabdichtung 98 kann radial zwischen einem sich radial erstreckenden Abschnitt 99 der Zylinderauskleidung 12 und dem Motorblock 16 angeordnet sein, um Kühlfluid innerhalb des oberen Zylinderauskleidungswassermantels 48 zurückzuhalten.
-
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist ein unterer Zylinderauskleidungswassermantel 46 radial zwischen einem äußeren Wandabschnitt 68 der Zylinderauskleidung 12 und einem inneren Wandabschnitt 70 des Motorblocks 16 angeordnet und erstreckt sich schräg über den gesamten Umfang der Zylinderauskleidung 12 herum. Der untere Zylinderauskleidungswassermantel 48 erstreckt sich auch longitudinal oder axial von dem Halt 50 zum ringförmigen Vorsprung 42. Ein oberer Zylinderauskleidungswassermantel 48 ist zwischen einem inneren Wandabschnitt 80 der Zylinderauskleidung 12 und einem inneren Wandabschnitt 82 des Motorblocks 16 angeordnet und erstreckt sich ringförmig um den Umfang der Zylinderauskleidung 12 herum. Ein oberer Zylinderauskleidungswassermantel 48 erstreckt sich auch longitudinal oder axial vom ringförmigen Vorsprung 42 zum sich radial erstreckenden Abschnitt 99. Ein oberer Zylinderauskleidungswassermantel 48 kann etwa 33% bis 50% des Volumens des unteren Zylinderauskleidungswassermantels 46 aufweisen. Dieses Verhältnis bedeutet auch, dass der untere Zylinderauskleidungswassermantel 46 etwa in einem Bereich von zwei bis dreimal größer ist als der obere Zylinderauskleidungswassermantel 48. Ein Blockeinlass 72 (5 und 6) verbindet das Kühlfluid von einer Blockwasserzuführschiene 74, die im Motor 10 angeordnet ist, mit dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46. Die Blockwasserzuführschiene 74 ist mit einem Motorwärmetauscher (nicht gezeigt) verbunden. Wie vorher angemerkt, wirkt der ringförmige Vorsprung 42 mit dem Anschluss 44 zusammen, um den unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 vom oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 zu trennen. Ein erster Wasserüberführungsdurchgang 76 und ein zweiter Wasserüberführungsdurchgang 78, die sich longitudinal oder axial vom unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 zum oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 erstrecken, verbindet fluid den oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 mit dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 und erlaubt dem Kühlfluid von dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 zum oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 zu strömen. Der Mittelpunkt des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 kann im Umfang von dem Mittelpunkt des ersten Wasserüberführungsdurchgang 76 um einen Winkel 84 getrennt sein, der in dem Bereich von 90 - 180 Grad liegt, aber bevorzugt etwa 120 Grad beträgt.
-
Wie in den 2 und 6 gezeigt, ist der obere Zylinderauskleidungswassermantel 48 fluid mit einem unteren Zylinderkopfwassermantel 86, der in dem Zylinderkopf 14 angeordnet ist, durch eine erste sich longitudinal erstreckende Kopfzufuhrleitung 88 und eine zweite sich longitudinal erstreckende Kopfzufuhrleitung 90, die jeweils in dem Motorblock 16 und dem Zylinderkopf 14 angeordnet sind, verbunden. Die erste Zuführleitung 88 weist eine Querschnittsfluidströmungsfläche auf, welche etwa zwei bis dreimal so groß ist wie die Querschnittsfluidströmungsfläche der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 und noch bevorzugter in dem Bereich eines Faktors von 2-2,5 der Querschnittsfluidströmungsfläche der zweiten Kopfzufuhrleitung 90, um ein Kühlen des Zylinderkopfes 14 zu optimieren. Zum Beispiel kann die zweite Kopfzufuhrleitung 90 einen Durchmesser von etwa 16 mm aufweisen und die erste Kopfzufuhrleitung 88 kann einen Durchmesser in dem Bereich von 30-50 mm aufweisen, oder noch bevorzugter in dem Bereich von 35-45 mm. Wie unten beschrieben, kann die Differenz der Querschnittsfluidströmungsfläche mit anderen Merkmalen des Motors 10 zusammenwirken, wie zum Beispiel dem Ort der ersten Kopfzufuhrleitung 88 und der zweiten Kopfzufuhrleitung 90, um eine adäquate Kühlfluidströmung durch die zweite Kopfzufuhrleitung 90 sicherzustellen.
-
Wie am besten in 4 gesehen werden kann, ist die erste Kopfzufuhrleitung 88 im Umfang zwischen dem ersten Wasserüberführungsdurchgang 76 und dem zweiten Wasserüberführungsdurchgang 78 angeordnet. Ein erster Rand der ersten Kopfzufuhrleitung 88 kann im Umfang bei einem Winkel 108 angeordnet sein, der in dem Bereich von 84-94 Grad von einem ersten Rand des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 liegen kann. Ein zweiter Rand der ersten Kopfzufuhrleitung 88 kann im Umfang auf einem Winkel 110 angeordnet sein, der in dem Bereich von 73-83 Grad von einem ersten Rand des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 liegen kann. Ein Mittelpunkt der ersten Kopfzufuhrleitung 88 kann im Umlauf bei etwa halbem Weg zwischen dem Mittelpunkt des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und einem Mittelpunkt des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 angeordnet sein oder etwa 120 Grad von einem Mittelpunkt von jedem Durchgang. Eine zweite Kopfzufuhrleitung 90 ist im Umlauf zwischen dem ersten Wasserüberführungsdurchgang 76 und dem zweiten Wasserüberführungsdurchgang 78 auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 von der ersten Kopfzufuhrleitung 88 angeordnet. Ein erster Rand der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 kann im Umlauf bei einem Winkel 112 angeordnet sein, der in dem Bereich von 32-42 Grad von einem zweiten Rand des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und einer zweiten Kante der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 kann im Umlauf bei einem Winkel 114 angeordnet sein, der in dem Bereich von 28-38 Grad angeordnet ist, der im Umlauf von einem zweiten Rand des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 verläuft. Ein Mittelpunkt der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 kann etwa auf halbem Weg zwischen dem Mittelpunkt des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und dem Mittelpunkt des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 angeordnet sein. Der Mittelpunkt der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 kann im Umlauf in dem Bereich von 45-90 Grad von dem Mittelpunkt des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 angeordnet sein und in dem Bereich von 45-90 Grad von dem Mittelpunkt des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 angeordnet sein oder kann bevorzugt im Umlauf etwa 65 Grad von dem Mittelpunkt des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und etwa 55 Grad von dem Mittelpunkt des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 angeordnet sein.
-
Ein unterer Zylinderkopfwassermantel 86 ist fluid mit einem oberen Zylinderkopfwassermantel 92 verbunden. Ein oberer Zylinderkopfwassermantel 92 ist fluid mit einem Wasserrückführüberführungsdurchgang 94 verbunden, der zwischen dem Zylinderkopf 14 und dem Motorblock 16 angeordnet ist. Der Überführungsdurchgang 94 ist fluid mit einer Blockwasserrückführschiene 96 verbunden, die in dem Motorblock 16 angeordnet ist. Die Blockwasserrückführschiene 96 ist fluid mit einem Motorwärmetauscher (nicht gezeigt) verbunden.
-
Um die besonderen physikalischen Eigenschaften des Motors 10 zu verstehen und insbesondere die Eigenschaften der Kühlmitteldurchgänge, die in der Zylinderauskleidung 12, Motorblock 16 und Zylinderkopf 14 ausgebildet sind, ist die Aufmerksamkeit auf die 1 - 6 zu richten, welche die verschiedenen physikalischen Eigenschaften oder Parameter veranschaulichen, welche fungieren, um die unerwarteten Kühlverbesserungen der vorliegenden Offenbarung zu erreichen. Wie genauer weiter unten erklärt wird, stellt die Kombination von physikalischen Eigenschaften und Parameter die Vorteile der vorliegenden Offenbarung bereit. Die spezifische Anordnung und noch wichtiger die kritischen Abmessungen und räumlichen Beziehungen die weiter unten beschrieben werden, führen zu der verbesserten funktionellen Leistung der vorliegenden Offenbarung.
-
Das Kühlfluid von einem Motorwärmetauscher fließt durch die Blockwasserzuführscheine 74 in den Blockeinlass 72. Das Kühlfluid strömt durch den unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 in den Umfang der Zylinderauskleidung 12. Unter Bezugnahme auf 4 strömt das Kühlfluid dann durch den ersten Wasserüberführungsdurchgang 76 entlang der Wege 100 und durch den zweiten Wasserüberführungsdurchgang 78 entlang der Wege 102 in den oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48. Wie vorhergehend bemerkt, weist der obere Zylinderauskleidungswassermantel 48 eine Querschnittsfluidströmungsfläche auf, die etwa 50% der Querschnittsfluidströmungsfläche des unteren Zylinderauskleidungswassermantels 46 beträgt. Der Nettoeffekt dieser Änderung der Querschnittsfluidströmungsfläche ist, dass die Geschwindigkeit des Kühlfluids sich in dem oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 erhöht verglichen mit der Geschwindigkeit des Kühlfluids in dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46. Der Geschwindigkeitszuwachs kann in dem Bereich von dem Faktor 2-3 liegen. Zum Beispiel kann die Kühlfluidgeschwindigkeit in dem unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 in dem Bereich von 1,0-1,5 Meter pro Sekunde liegen und die Kühlfluidgeschwindigkeit in dem oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 kann in dem Bereich von 2,5-3,0 Meter pro Sekunde liegen. Die Rate des Kühlfluidstromes durch den unteren Zylinderauskleidungswassermantel 46 und den oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 unter den vorgenannten Strömungsratenbedingungen kann 189 Liter (50 Gallonen) pro Minute betragen.
-
Sich schnell bewegendes Kühlfluid fließt in Richtung der ersten Kopfzufuhrleitung 88 und der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 zur Überführung in den Zylinderkopf 14. Aufgrund der im Umfang abgesetzten Position des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 in Bezug auf die erste Kopfzufuhrleitung 88 und der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 und aufgrund der relativen Größe der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 in Bezug auf die erste Kopfzufuhrleitung 88 schreitet der Kühlfluidstrom im Umfang von dem ersten Wasserüberführungsdurchgang 76 und dem zweiten Wasserüberführungsdurchgang 78 in Richtung sowohl der ersten Kopfzufuhrleitung 88 und der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 voran. Die Orte des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 werden durch die Anordnung des Motorblocks 16 festgelegt. Da die erste Kopfzufuhrleitung 88 im Umfang weiter von dem ersten Wasserüberführungsdurchgang 76 und dem zweiten Wasserüberführungsdurchgang 78 entfernt ist als die zweite Kopfzufuhrleitung 90, ist der ersten Kopfzufuhrleitung 88 eine größere Querschnittsfluidströmungsfläche gegeben im Vergleich zur zweiten Kopfzufuhrleitung 90, um den Widerstand der Kühlfluidströmung durch die erste Kopfzufuhrleitung 88 zu verringern. Durch Abmessen und Positionieren der ersten Kopfzufuhrleitung 88 und der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 wie beschrieben wird die Kühlfluidströmung durch die zweite Kopfzufuhrleitung 90 auf ein Niveau erhöht, welches ausreichend ist, um sicherzustellen, dass eine relativ gleichmäßige Kühlung der Zylinderauskleidung 12 um deren Umfang sichergestellt ist. Somit wird die gesamte Umgebung oder der Umfang der Zylinderauskleidung 12 gleichmäßig gekühlt in dem Bereich des oberen Ringumkehrortes 39, da der Fluss des Kühlfluids in die erste Kopfzufuhrleitung 88 und die zweite Kopfzufuhrleitung 90 ausgeglichen wird, um eine Gleichmäßigkeit der Kühlung bereitzustellen.
-
Wie gerade beschrieben, wird die ausgeglichene Fluidströmung durch zwei physikalische Merkmale des Motors 10 erreicht. Zunächst durch die umlaufende Position des ersten Wasserüberführungsdurchgangs 76 und die umlaufende Position des zweiten Wasserüberführungsdurchgangs 78 in Bezug auf die erste Kopfzufuhrleitung 88 und zweite Kopfzufuhrleitung 90. Zweitens beeinflussen die Querschnittsfluidströmungsfläche der ersten Kopfzufuhrleitung 88 und die Querschnittsfluidströmungsfläche der zweiten Kopfzufuhrleitung 90, wie vorhergehend beschrieben, das Verhältnis der Kühlfluidströmung in die erste Kopfzufuhrleitung 88 entlang der Wege 104 und in die zweite Kopfzufuhrleitung 90 entlang der Wege 106, was zu einer ausreichenden Kühlfluidströmung in die erste Kopfzufuhrleitung 88 und die zweite Kopfzufuhrleitung 90 führt, um eine relativ gleichmäßige Kühlung um den Umfang der Zylinderauskleidung 12 bereitzustellen. Zusätzlich zum Bereitstellen einer gleichmäßigen Kühlung um den gesamten Umfang der Zylinderauskleidung 12, welche von Nutzen ist bei der gleichmäßigen Kühlung beim oberen Ringumkehrort 39, stellt die erhöhte Geschwindigkeit des Kühlfluids im oberen Zylinderauskleidungswassermantel 48 eine erhöhte Kühlung dem oberen Ringumkehrort 39 bereit.
-
Das Ergebnis der erhöhten und gleichmäßigen Kühlung erlaubt ein höheres Anordnen des oberen Ringumkehrortes 39 auf der Zylinderauskleidung 12. Das höhere Anordnen des oberen Ringumkehrortes 39 erlaubt einen nach außen oder axial höheren Ort der oberen Rille 34 auf dem Kolben 22 im Vergleich zu herkömmlichen Ausgestaltungen, welche den oberen Ringumkehrort niedriger halten müssen, um Abweichungen der Kühlung in den Umlauf der Zylinderauskleidung 12 anzupassen, und die durch solche Ausgestaltungen bereitgestellte geringere Kühlung anzupassen. Die verbesserte Kühlung des oberen Ringumkehrortes 39 verringert den Ölausfall beim oberen Ringumkehrort 39, und verringert die Abnutzung auf der Zylinderauskleidung 12. Eine verringerte Abnutzung auf der Zylinderauskleidung 12 reduziert den Ölverbrauch im Motor 10 und verringert die mittlere Zeit zwischen Überholungen des Motors 10 und verbessert somit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Motors 10. Die verbesserte Kühlung des oberen Ringumkehrortes 39 erlaubt auch eine höhere Leistungsdichte oder Leistungsfähigkeit im Motor 10.
-
Die erste Kopfzufuhrleitung 88 und die zweite Kopfzufuhrleitung 90 sind mit dem unteren Zylinderkopfwassermantel 86 verbunden und leiten Kühlfluid durch den heißesten Abschnitt des unteren Zylinderkopfwassermantel 86 in den Bereichen, die am nächsten zur Verbrennungskammer 18 sind. Das Kühlfluid fließt dann in den oberen Zylinderkopfwassermantel 92. Vom oberen Zylinderkopfwassermantel 92 fließt das Kühlwasser in den Wasserrückführüberführungsdurchgang 94 und dann in die Blockwasserrückführschiene 96. Die Blockwasserrückführschiene 96 ist letztendlich mit einem Motorwärmetauscher (nicht gezeigt), wie einer Heizung, verbunden.
-
Die Kombination der ersten Kopfzufuhrleitung 88 und der zweiten Kopfzufuhrleitung 90 verringert den Druckabfall zwischen dem oberen Zylinderkopfwassermantel 48 und dem unteren Zylinderkopfwassermantel 86 verglichen mit herkömmlichen Motorgestaltungen. Der verringerte Druckabfall erlaubt die Verwendung einer kleineren Kühlfluidpumpe (nicht gezeigt) im Motor 10, welche die störende Belastung auf den Motor 10 von der Kühlfluidpumpe verringert, welche den Wirkungsgrad des Motors 10 verbessert.
-
Während verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt und beschrieben wurden, sollte verstanden werden, dass diese Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Die Ausführungsformen können verändert, modifiziert und weiter durch den Fachmann angewandt werden. Somit sind diese Ausführungsformen nicht auf die gezeigten Einzelheiten und auf das vorhergehend Beschriebene beschränkt, sondern umfassen alle solche Veränderungen und Modifikationen.
