DE112014000678B4

DE112014000678B4 - Motorzylinder-mid-stop

Info

Publication number: DE112014000678B4
Application number: DE112014000678.5T
Authority: DE
Inventors: Alan Strandburg III; Kent H. Clark
Original assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Current assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: DE112014000678T5; US9057341B2; US20140216388A1; CN104937248A; WO2014123682A1; CN104937248B

Abstract

Verbrennungsmotor 10, der Folgendes umfasst:
einen Zylinder 13, 113, 213, 313, der einen in einer Seitenwand des Zylinders 13, 113, 213, 313 ausgebildeten Mid-Stop 42, 142, 242, 342 umfasst, wobei der Mid-Stop 42, 142, 242, 342 eine erste Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 aufweist, die zwischen einem oberen Abschnitt einer Seitenwand 14A, 114A und einem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B platziert ist, und wobei der Zylinder 13, 113, 213, 313 in dem Mid-Stop 42, 142, 242, 342 einen Unterschnitt 64, 164 aufweist und zwischen der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 und der Seitenwand positioniert ist, wobei der Unterschnitt 64, 164 auf eine Tiefe D unterhalb der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 aufweist; und
eine innerhalb des Zylinders 13, 113, 213, 313 positionierte Laufbuchse 26, 226, 326, wobei die Laufbuchse 26, 226, 326 einen Sitz 44, 244, 344 umfasst, der eine zweite Kontaktfläche 62, 262, 372 aufweist, wobei die zweite Kontaktfläche 62, 262, 372 auf der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 abgestützt ist, und
ein mit der Zylinderlaufbuchse 26, 226, 326 verbundenes Distanzstück 250, 350, wobei das Distanzstück 250, 350 einen Klammerring 354 umfasst, der zwischen der Laufbuchse 26, 226, 326 und dem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B platziert ist.

Description

BEREICH
Diese Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Zylinder-Mid-Stops zur Unterstützung einer Zylinderlaufbuchse.
HINTERGRUND
Die Einbindung austauschbarer Zylinderlaufbuchsen in die Konstruktion eines Verbrennungsmotors bietet zahlreiche Vorteile für Hersteller und Benutzer solcher Motoren. Beispielsweise sind austauschbare Laufbuchsen bei einer Überholung des Motors einfach entfernbar und austauschbar. Zusätzlich beseitigen Zylinderlaufbuchsen die Notwendigkeit der Entsorgung eines gesamten Motorblocks während der Herstellung, falls die Innenfläche eines Zylinders falsch bearbeitet worden sein sollte. Um die Beibehaltung der korrekten Position der Laufbuchsen innerhalb der Zylinder während des Betriebs zu unterstützen, wird bei einigen herkömmlichen Laufbuchsen-
und Zylinderkonfigurationen ein Stop (z. B. Top-Stop, Mid-Stop, Bottom-Stop) eingesetzt, auf dem ein in der Laufbuchse ausgebildeter Sitz ruht.
Trotz des oben erwähnten sowie anderer Vorteile treten bei der Verwendung austauschbarer Zylinderlaufbuchsen zahlreiche Probleme auf, was durch eine große Vielfalt an bisher durch Motorhersteller verwendeten Zylinder- und Laufbuchsenkonstruktionen beispielhaft dargestellt wird. Obwohl jede der bisher bekannten Laufbuchsenkonstruktionen nachweisbare Vorteile aufweisen kann, scheint keine einzige Konstruktion optimal oder problemlos und mängelfrei zu sein. Beispielsweise leiden herkömmliche Motorsysteme mit Zylinder-Mid-Stop- und Laufbuchsensitzkonfigurationen unter mehreren Mängeln. Beispielsweise kann ein bedeutender Zylinder- und Laufbuchsenverzug während des Motorbetriebs an der Zylinder-Mid-Stop- und Laufbuchsensitzgrenzfläche auftreten.
Der Verzug von Zylinder und Laufbuchse kann eine relative Bewegung zwischen dem Zylinder und der Laufbuchse an der Grenzfläche zwischen Mid-Stop und Sitz herbeiführen, wodurch übermäßiger Verschleiß an Mid-Stop und Sitz verursacht wird. Der übermäßige Verschleiß kann die Leistung des Motors negativ beeinflussen und in manchen Fällen den Austausch des gesamten Motorblocks erforderlich machen. Bei einigen herkömmlichen Motorsystemen wird ein ringförmiges Distanzstück zwischen einem Top-Stop und einem Laufbuchsensitz positioniert, um den Verschleiß zwischen Top-Stop und Sitz zu verringern. Bei herkömmlichen Motorsystemen mit einer Mid-Stop-Konfiguration wurde bisher jedoch kein ringförmiges Distanzstück verwendet. Außerdem kann es bei Motorsystemen, bei denen Distanzstücke zwischen Laufbuchse und Zylinder verwendet werden, schwierig sein, die Distanzstücke während der Montage zu installieren und an der Laufbuchse auszurichten. Diese Distanzstücke werden oftmals nach der ursprünglichen Montage des Motors installiert, wie z. B. während einer Reparatur oder Aufbereitung des Motors. Aus diesem Grund sind die meisten Distanzstücke nicht gut für die Installation während der ursprünglichen Montage des Motors geeignet.
Zusätzlich kann der Verzug von Zylinder und Laufbuchse dazu führen, dass die Laufbuchse in den Zylinderhohlraum hineinragen kann. Das Hineinragen der Laufbuchse in den Zylinder kann dazu führen, dass die Laufbuchse auf den Kolben auftrifft, was zu Verschleiß und Verformung des Kolbens führen kann.
Die US 4 523 555 A beschreibt einen Verbrennungsmotor mit einer Zylinderlaufbuchse und Kühlmittelpfadanordnung zum Erreichen eines gewünschten Temperaturverlaufs ab.
Die US 6 367 848 B1 beschreibt einen Zylinder mit einer flexiblen Distanzscheibe, um Lasten durch Vibrationen zu begegnen.
Die DE 17 50 717 A offenbart eine Vorrichtung zum axialen Festspannen einer Zylinderlaufbuchse zwischen einem äußeren Gehäuse.
KURZDARSTELLUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung wurde als Reaktion auf den aktuellen Stand der Technik und insbesondere als Reaktion auf die Probleme und Bedürfnisse von herkömmlichen Motorzylindern und Laufbuchsen entwickelt, die bis jetzt durch aktuell verfügbare Motorkonfigurationen nicht vollständig gelöst wurden. Beispielsweise kann bei herkömmlichen Motorsystemen versucht werden, relative Bewegungen zwischen dem Zylinder und dem Laufbuchsensitz einfach durch das Angehen der Symptome dieser relativen Bewegung (z. B. Verschleiß) unter Verwendung von Distanzstücken zu maskieren, die schwierig installierbar sind, oder durch Distanzstücke, die an einer Top-Stop-Grenzfläche zwischen Zylinder und Laufbuchsensitz positioniert werden. Darüber hinaus wurde bei keinem der herkömmlichen Motorsysteme versucht, die eigentliche Ursache der relativen Bewegung anzugehen. Mit anderen Worten ausgedrückt sind einige herkömmliche Motorsysteme nicht dazu konfiguriert, um Verschleiß zwischen Mid-Stop und Laufbuchsensitz zu verringern, indem die relative Bewegung dazwischen vermieden wird. Im Wesentlichen wird bei einigen Motorsystemen nach dem Stand der Technik eine relative Bewegung zwischen Mid-Stop und Laufbuchsensitz als unvermeidbar akzeptiert, wobei jedoch keine angemessenen Maßnahmen gegen diese relative Bewegung bereitgestellt werden. Die meisten Versuche zur Vermeidung der Symptome relativer Bewegung (z. B. Einbau von Distanzstücken) erhöhen die Herstellungskomplexität und die Kosten des Motorsystems. Weitere Motorsysteme nach dem Stand der Technik konzentrieren sich ausschließlich auf die Vermeidung der Symptome relativer Bewegung anstatt auf die Vermeidung der relativen Bewegung an sich.
Dementsprechend wurde der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung entwickelt, um einen Motorzylinder bereitzustellen, der viele Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Im Allgemeinen ist in einigen Ausführungsformen ein Distanzstück zwischen der Mid-Stop- und Sitzgrenzfläche positioniert, um Verschleiß zu verringern. In bestimmten Ausführungsformen soll das Distanzstück die Herstellungskomplexität verringern und die ordnungsgemäße Ausrichtung während der Montage sicherstellen. Gemäß anderen Ausführungsformen ist der Zylinder-Mid-Stop insbesondere konzipiert, um die relative Bewegung zwischen Mid-Stop und Laufbuchsensitz zu begrenzen. Dementsprechend verringert der Gegenstand der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu einigen Zylinder- und Laufbuchsenbaugruppen nach dem Stand der Technik den Verschleiß zwischen Mid-Stop und Laufbuchsensitz durch Verwendung unterschiedlicher Distanzstückkonstruktionen und -positionierungen und geht die eigentliche Ursache der relativen Bewegung an. Auf diese Weise werden relativer Verschleiß und Bewegung zwischen Mid-Stop und Laufbuchsensitz verringert, ohne die Herstellungskomplexität und -kosten des Motors unnötigerweise zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verbrennungsmotor einen Zylinder und eine Laufbuchse. Der Zylinder umfasst einen in einer Seitenwand des Zylinders ausgebildeten Mid-Stop. Der Mid-Stop umfasst eine erste Kontaktfläche und einen Unterschnitt zwischen der ersten Kontaktfläche und der Seitenwand. Die Laufbuchse ist innerhalb des Zylinders positioniert und umfasst einen Sitz, der eine zweite Kontaktfläche aufweist. Die zweite Kontaktfläche ist auf der ersten Kontaktfläche abgestützt.
In einigen Implementierungen des Motors legt der Zylinder eine Mittelachse fest, und die erste Kontaktfläche verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse. Der Unterschnitt kann sich weg von der ersten Kontaktfläche abwärts erstrecken. In bestimmten Implementierungen umfasst der Mid-Stop einen Mid-Stop-Bereich, der die erste Kontaktfläche festlegt, und der Unterschnitt legt einen Raum zwischen dem Mid-Stop-Bereich und der Seitenwand fest. Der Mid-Stop-Bereich kann in einer Richtung radial nach außen zu der Seitenwand hin verformbar sein, wenn er Betriebslasten ausgesetzt ist.
Gemäß bestimmten Implementierungen des Motors umfasst der Unterschnitt eine ringförmige Nut. Der Unterschnitt kann radial von der Seitenwand nach innen positioniert sein. Wenn sie Betriebslasten ausgesetzt werden, können sich die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche in einer Richtung radial nach außen zu der Seitenwand hin bewegen. Der Unterschnitt kann die Mitbewegung der ersten und zweiten Kontaktfläche erleichtern, wenn sie Betriebslasten ausgesetzt sind.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Zylinder für einen Verbrennungsmotor einen Kanal, der sich von einem oberen Ende zu einem unteren Ende erstreckt. Der Kanal wird durch eine Seitenwand festgelegt. Der Zylinder umfasst auch einen ringförmigen Mid-Stop-Bereich, der sich um einen Umfang des Kanals erstreckt. Weiterhin umfasst der Zylinder einen ringförmigen Unterschnitt, der sich um einen Umfang des Kanals zwischen dem ringförmigen Mid-Stop-Bereich und der Seitenwand erstreckt.
Gemäß einigen Implementierungen des Zylinders legt der ringförmige Mid-Stop-Bereich eine Kontaktfläche fest, die sich im Wesentlichen senkrecht im Verhältnis zu einer Mittelachse des Kanals erstreckt. Der ringförmige Unterschnitt kann einen Raum zwischen dem Mid-Stop-Bereich und der Seitenwand festlegen. Der ringförmige Mid-Stop-Bereich kann konfiguriert sein, um sich zu verformen und sich unter Betriebslasten in einer Richtung radial nach außen zu der Seitenwand in den Raum zu bewegen.
In bestimmten Implementierungen des Zylinders umfasst der ringförmige Unterschnitt eine ringförmige Nut, die vertikal in den Mid-Stop-Bereich eindringt. Der ringförmige Unterschnitt kann eine konkave Fläche umfassen. In einigen Implementierungen beträgt ein Verhältnis einer ersten Breite des ringförmigen Mid-Stop-Bereichs und einer zweiten Breite des ringförmigen Unterschnitts zwischen etwa 0,20 und etwa 0,5. Eine Tiefe des ringförmigen Unterschnitts kann mehr als etwa 2 % einer Höhe des Kanals über dem ringförmigen Unterschnitt betragen. In einigen Implementierungen weist der ringförmige Unterschnitt eine im Wesentlichen halbkreisförmige Fläche auf.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verringerung von Verschleiß in einem Verbrennungsmotor offenbart, der einen Zylinder und eine Zylinderlaufbuchse aufweist, die innerhalb des Zylinders abgestützt ist. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung eines Mid-Stops innerhalb des Zylinders, wobei der Mid-Stop einen Mid-Stop-Bereich und einen zwischen dem Mid-Stop-Bereich und einer Seitenwand des Zylinders positionierten Unterschnitt umfasst. Das Verfahren umfasst auch die Bereitstellung eines Sitzes auf der Zylinderlaufbuchse und Positionierung des Sitzes auf dem Mid-Stop-Bereich. Das Verfahren umfasst weiterhin die Bewegung sowohl des Mid-Stop-Bereichs als auch des Sitzes in einer Richtung radial nach außen zu der Seitenwand des Zylinders.
Gemäß einiger Implementierungen umfasst das Verfahren auch die Aufbringung von Druck und seitlichen Lasten auf den Mid-Stop-Bereich und Sitz. Die Bewegung sowohl des Mid-Stop-Bereichs als auch des Sitzes in einer Richtung radial nach außen zu der Seitenwand des Zylinders kann während der Aufbringung von Druck und seitlichen Lasten erfolgen. Zusätzlich kann das Verfahren die Freigabe von Druck und seitlichen Lasten von Mid-Stop-Bereich und Sitz umfassen. Weiterhin kann das Verfahren die Bewegung sowohl von Mid-Stop-Bereich und Sitz in einer Richtung radial nach innen, weg von der Seitenwand des Zylinders während der Freigabe von Druck und seitlichen Lasten umfassen.
Die beschriebenen Merkmale, Strukturen, Vorteile und/oder Charakteristika des Gegenstandes der vorliegenden Offenbarung können auf jede geeignete Art in einer oder mehreren Ausführungsformen und/oder Implementierungen kombiniert werden. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details bereitgestellt, um ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen des Gegenstandes der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute auf dem relevanten Gebiet werden erkennen, dass der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ohne eines oder mehrere der spezifischen Merkmale, Details, Komponenten, Materialien und/oder Verfahren einer bestimmten Ausführungsform oder Implementierung in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen können zusätzliche Merkmale und Vorteile in bestimmten Ausführungsformen und/oder Implementierungen erkannt werden, die möglicherweise nicht in allen Ausführungsformen oder Implementierungen vorhanden sind. Weiterhin sind in einigen Fällen gut bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht detailliert dargestellt oder beschrieben, um die Verdeckung von Aspekten des Gegenstandes der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden. Die Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der vorliegenden Offenbarung werden an Hand der nachfolgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche vollständig offensichtlich oder können mittels der praktischen Umsetzung des Gegenstandes wie nachfolgend beschrieben erfahren werden.
Figurenliste
Damit die Vorteile des Gegenstandes leichter verständlich werden, wird eine detailliertere Beschreibung des vorstehend kurz beschriebenen Gegenstandes unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen bereitgestellt, die in den angehängten Zeichnungen veranschaulicht sind. Mit dem Verständnis, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen des Gegenstandes darstellen und daher nicht als dessen Umfang begrenzend anzusehen sind, wird der Gegenstand mit zusätzlicher Genauigkeit und Detailliertheit durch die Verwendung der Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Motorsystems mit einem Zylinder und einer Laufbuchse gemäß einer Ausführungsform ist;
2 eine detaillierte Querschnitts-Seitenansicht einer Mid-Stop- und Sitzgrenzfläche gemäß dem Detail A in 1 ist;
3 eine Querschnitts-Seitenansicht einer Mid-Stop- und Sitzgrenzfläche unter Druck und seitlichen Lasten gemäß einer Ausführungsform ist;
4 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Mid-Stops eines Zylinders gemäß einer Ausführungsform ist;
5 eine Querschnitts-Seitenansicht einer Mid-Stop- und Sitzgrenzfläche ist, wobei ein Distanzstück gemäß einer Ausführungsform zwischen Mid-Stop und Sitz positioniert ist;
6 eine untere perspektivische Ansicht eines Distanzstücks gemäß einer Ausführungsform ist;
7 eine untere perspektivische Ansicht des Distanzstücks von 6 ist, welches gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer Zylinderlaufbuchse verbunden ist; und
8 eine Querschnitts-Seitenansicht einer Mid-Stop- und Sitzgrenzfläche ist, wobei das Distanzstück von 6 gemäß einer Ausführungsform zwischen Mid-Stop und Sitz positioniert ist;

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit der Bezugnahme in dieser gesamten Schrift auf „eine Ausführungsform“, „eine der Ausführungsformen“ oder ähnliche Begriffe ist gemeint, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristik in Verbindung mit der Ausführungsform in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Vorkommnisse der Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer der Ausführungsformen“ und ähnliche Begriffe können sich, dies jedoch nicht notwendigerweise, alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen. Auf ähnliche Weise bedeutet die Verwendung des Begriffs „Implementierung“ eine Implementierung, die ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik aufweist, die in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird/werden, wobei jedoch ohne ausdrückliche Korrelation, etwas Anderes anzugeben, eine Implementierung einer oder mehreren Ausführungsformen zugeordnet sein kann.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Motor 10 gemäß einer Ausführungsform einen Motorblock 12 mit einem Zylinder 13. Der Zylinder 13 ist in den Motorblock 12 hinein ausgebildet und umfasst eine radiale Innenwand oder Fläche, die einen Laufbuchsenaufnahmeraum festlegt. Wie in diesem Dokument festgelegt, ist die radiale Richtung oder radiale Ausrichtung mit einer Richtung assoziiert, die senkrecht zu einer Mittelachse 95 des Zylinders 13 verläuft, die koaxial zu dem Kolben 21 ist. Weiterhin umfasst der Zylinder 13 einen in der Innenwand ausgebildeten Mid-Stop oder eine Ablage 42. Der Mid-Stop 42 erstreckt sich umfangsmäßig um den Zylinder 13 herum und teilt den Zylinder in einen oberen Abschnitt über dem Mid-Stop und einen unteren Abschnitt unter dem Mid-Stop. Der Mid-Stop 42 teilt auch die Innenwand in eine obere Innenwand 14A und eine untere Innenwand 14B. Der obere Abschnitt weist einen Durchmesser auf, der größer als der des unteren Abschnitts ist. Zusätzlich ist der Mid-Stop 42 als ein Mid-Stop festgelegt, weil er innerhalb des Zylinders 13 weg von einem oberen Teil 15 (z. B. obere Öffnung) des Zylinders 13 positioniert ist. Der Mid-Stop 42 bildet einen Teil einer Mid-Stop- und Laufbuchsengrenzfläche 40, die als die physikalische Grenzfläche zwischen dem Mid-Stop 42 und einem Sitz 44 der Zylinderlaufbuchse 26 festgelegt ist.
Die Zylinderlaufbuchse 26 ist so bemessen und geformt, dass sie nestbar zu dem Zylinder 13 passt. Dementsprechend umfasst die Zylinderlaufbuchse 26 ein im Allgemeinen zylindrisch geformtes Rohr mit einer radialen Außenwand oder -fläche 29, die im Wesentlichen zu den radialen Innenwänden 14A, 14B des Zylinders 13 passt. Zusätzlich erstreckt sich der Sitz 44 der Laufbuchse 26 umfangsmäßig um die Laufbuchse herum. Der Sitz 44 ruht auf dem Mid-Stop 42 und wird von diesem abgestützt. Dementsprechend umfassen Mid-Stop 42 und Sitz 44 jeweils Passflächen. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Mid-Stop 42 beispielsweise eine erste Kontaktfläche 60, und der Sitz 44 umfasst eine zweite Kontaktfläche 62. Der Bereich, in dem die erste Kontaktfläche 60 mit der zweiten Kontaktfläche 62 in Kontakt steht, kann als Kontaktbereich festgelegt werden. Der in 2 veranschaulichte Kontaktbereich stellt einen Spalt zwischen den Kontaktflächen 60, 62 zum besseren Verständnis bei der Veranschaulichung der Details des vorliegenden Gegenstands dar. In der Praxis stehen die Kontaktflächen 60, 62 während des Betriebs des Motors 10 miteinander in Kontakt.
Jede der ersten und zweiten Kontaktflächen 60, 62 ist im Wesentlichen flach und legt eine Ebene fest, die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 95 des Zylinders 13 verläuft. Deshalb erstreckt sich die erste Kontaktfläche 60 im Wesentlichen senkrecht relativ zu den Innenwänden 14A, 14B des Zylinders 13, mindestens in der Nähe des Kontaktbereichs. Auf ähnliche Weise erstreckt sich die zweite Kontaktfläche 62 im Wesentlichen senkrecht im Verhältnis zu der Innenwand 27 und an einigen Stellen zu der Außenwand 29 der Laufbuchse 26. Der Abschnitt des Zylinders 13, der die erste Kontaktfläche 60 festlegt, ist in diesem Dokument als Mid-Stop-Bereich 81 festgelegt und der Abschnitt der Laufbuchse 26, der die zweite Kontaktfläche 62 festlegt, ist in diesem Dokument als Sitzbereich 83 festgelegt. Der Mid-Stop-Bereich 81 umfasst den Abschnitt des Zylinders 13, der direkt (z. B. darunter) an die erste Kontaktfläche 60 in der Richtung radial nach außen angrenzt, jedoch ist der Mid-Stop-Bereich (und die erste Kontaktfläche) von der oberen Innenwand 14A des Zylinders 13 durch einen Unterschnitt 64 radial nach innen beabstandet, wie nachfolgend detaillierter erklärt wird. In der Tat ist ein radial nach außen verlaufender Abschnitt des Mid-Stop-Bereichs 81 durch den Unterschnitt 64 festgelegt. Der Sitzbereich 83 umfasst den Abschnitt der Laufbuchse 26, der direkt an die zweite Kontaktfläche 62 in der Richtung radial nach außen angrenzt. Entsprechend der Verwendung in diesem Dokument werden die Begriffe radial nach innen und außen unter Bezugnahme auf die Mittelachse 95 des Zylinders 13 formuliert. Mit auf dem Mid-Stop 42 unterstütztem Sitz 44 erstreckt sich ein oberes Ende 29 der Zylinderlaufbuchse 26 aufwärts, gerade unter den obersten Teil 15 des Zylinders 13. Obwohl nicht dargestellt, werden eine Kopfdichtung und ein Zylinderkopf an dem Motorblock 12 oben auf dem Zylinder mit einer Vielzahl von Befestigselementen während der Montage des Motors 10 montiert. Wenn der Zylinderkopf gegen den Motorblock 12 festgezogen wird, berührt der Zylinderkopf die Zylinderlaufbuchse 26 und bringt eine Drucklast 50 dagegen auf. Die Drucklast 50 auf der Zylinderlaufbuchse 26 wird in eine entsprechende Zuglast übertragen, die auf den Mid-Stop 42 über Eingriff zwischen Mid-Stop und Sitz 28 aufgebracht wird. Dementsprechend wird der Sitz 44 mit Druck gegen den Mid-Stop 42 vorbelastet und der Mid-Stop 42 wird mit Zug vorbelastet über die Drucklast 50, die über den Zylinderkopf auf die Laufbuchse 26 aufgebracht wird.
Die radiale Innenwand oder -fläche 27 der Zylinderlaufbuchse 26 legt einen Kanal 16 fest, entlang welchem sich ein Kolben 21 während des Betriebs des Motors 10 linear bewegt.
Der Abschnitt des Kanals 16 der Zylinderlaufbuchse 26 über dem Kolben 21 kann als Verbrennungsraum des Zylinders 13 festgelegt werden. Der Kanal 16 ist zylindrisch und so bemessen, dass er im Wesentlichen zu (z. B. etwas kleiner als eine Presspassung mit) der Außenfläche des Kolbens 21 passt. Kraftstoff und Luft werden innerhalb des Verbrennungsraums verbrannt, wobei die Verbrennungsenergie oder -kräfte 52 nach außen gegen die Wände ausstrahlt/ausstrahlen, die den Verbrennungsraum festlegen. Ein Teil der Verbrennungsenergie 52 bringt seitliche Lasten oder Kräfte gegen die Laufbuchse 26 auf. Ein weiterer Teil der Verbrennungsenergie 52 bringt abwärts gerichtete Lasten gegen den Kolben 21 auf, wodurch die Abwärtsbewegung des Kolbens 21 innerhalb des Kanals 16 angetrieben wird.
Wenn der Kolben 21 abwärts angetrieben wird, dreht der Kolben eine Kurbelwelle 36 über eine Verbindungsstange 32, wie durch Richtungspfeil 56 angegeben. Die Verbindungsstange 32 ist an einem ersten Ende 30 drehbar mit dem Kolben 21 verbunden und an einem zweiten Ende 32 gegenüber dem ersten Ende mit einem Gegengewicht 34 der Kurbelwelle 36 verbunden. Die durch die Gegengewichte 34 erleichterte Drehenergie oder das Moment der Kurbelwelle 36 treibt den Kolben 21 entlang des Kanals 16 aufwärts an. Wenn der Kolben 21 von der Bewegung in eine Aufwärtsrichtung zurück in eine Abwärtsrichtung übergeht, nachdem er eine Position im oberen Totpunkt (TDC) (z. B. am oberen Ende des Kolbenhubs) erreicht hat, treibt die anfängliche Winkelung der Verbindungsstange 22 den Kolben in eine Druckseite der Laufbuchse 26. Auf diese Weise bringt die Seitenlast des Kolbens 21 eine seitliche oder Seitenkraft 54 gegen die Innenwand 27 der Laufbuchse 26 und somit die Innenwände 14A, 14B des Zylinders 13 auf.
Basierend auf dem Vorangegangenen werden beim Betrieb des Motors 10 axiale (z. B. Druck- oder Zug-) Lasten gegen die Grenzfläche 44 von Mid-Stop 42 und Sitz 44, sowie seitliche (z. B. Seiten- oder Scher-) Lasten aufgebracht. Die variierenden axialen und seitlichen Lasten können als Betriebslasten festgelegt werden. Zusätzlich beeinflussen thermische Belastungen die axialen und seitlichen Lasten auf der Grenzfläche 44. Jede der auf die Grenzfläche 44 einwirkenden axialen und seitlichen Lasten beeinflusst die Verformung und relative Bewegung von Mid-Stop 42 und Sitz 44 anders. Da es z. B., wie in 3 in gestrichelten Linien dargestellt, radial nach außen keine Begrenzungen in Bezug auf den Sitzbereich 83 gibt, verursacht die auf die Laufbuchse 26 wirkende Drucklast 72, dass sich der Sitzbereich 83 der Laufbuchse radial nach außen, weg von der Mittelachse 95 des Zylinders verformt, zerquetscht oder ausbeult. Die Verformung des Sitzbereichs 83 radial nach außen hat auch die Mikrobewegung der Kontaktfläche 62 in einer Richtung 78 radial nach außen zum Ergebnis. Die seitliche Last 73, die durch den Kolben 21 auf die Laufbuchse 26 einwirkt, neigt dazu, die Laufbuchse radial nach außen abzulenken, was zu der Verformung des Sitzbereichs 83 radial nach außen und der Mikrobewegung der Kontaktfläche 62 in der Richtung 78 radial nach außen beiträgt.
Die Drucklast 70, die auf den Mid-Stop 42 an der ersten Kontaktfläche 60 einwirkt, kann ebenfalls Verformung und relative Bewegung des Mid-Stop-Bereichs 81 verursachen. Zusätzlich zu der Last von der Baugruppe des Zylinderkopfs kann die Drucklast 70 auch eine Drucklast umfassen, die durch die Ablenkung der Laufbuchse 26 aufgrund der seitlichen Last 73 nach außen herbeigeführt ist. Da die Laufbuchse 26 oben axial durch den Zylinderkopf und unten durch den Mid-Stop 42 begrenzt ist, führt die Ablenkung nach außen eine Drucklast auf den Mid-Stop herbei. Zylinderkonfigurationen nach dem Stand der Technik umfassten einen Mid-Stop 80 (siehe 2) mit einer direkt mit der radialen Innenwand des Zylinders verbundenen Kontaktfläche. Da die Kontaktfläche direkt mit der Innenwand des Zylinders verbunden ist, stellt die Wand radial nach außen eine Begrenzung bereit, welche die Verformung in der Richtung radial nach außen verhindert. Dementsprechend veranlasste die Drucklast 70, wenn sie auf die Kontaktfläche des herkömmlichen Mid-Stops 80 aufgebracht wurde, in dem Mid-Stop in der Nähe der Innenwand des Zylinders eine Zuglast 74, die von der Innenwand weg gerichtet war. Die Zuglast veranlasste, dass sich der herkömmliche Mid-Stop 80 axial abwärts weg von dem Laufbuchsensitz verformte und verursachte auch Mikrobewegung des Mid-Stops radial nach innen, weg von der Innenwand.
Dementsprechend hatten die Drucklasten 70, 72, Seitenlast 73 und Zuglast 74 für Mid-Stops 80 nach dem Stand der Technik eine relative Mikrobewegung der ersten Kontaktfläche des Mid-Stops 80 und der zweiten Kontaktfläche des Sitzes zum Ergebnis. Insbesondere verursachten die auf den herkömmlichen Mid-Stop- und Sitzgrenzflächen aufgebrachten Lasten, dass sich die Mid-Stop-Kontaktfläche radial nach innen bewegte und sich die Sitzkontaktfläche radial nach außen bewegte. Die relative Bewegung der Kontaktflächen förderte bedeutenden Verschleiß von Zylinder-Mid-Stop und Laufbuchsensitz.
Zusätzlich sind andere Lasten, obwohl einige der aufgebrachten Lasten relativ konstant sind, wie z. B. die von der Montage des Zylinderkopfs an dem Motorblock 12 erzeugte Drucklast, dynamisch, mit Größen, die während des Betriebs des Motors schwanken oder wechseln können. Wenn z. B. der Kolben unterschiedliche Positionen innerhalb des Kanals 16 während der Verbrennungszyklen des Motors durchläuft, durchlaufen die Druck- und seitlichen Lasten auf der Grenzfläche 44 ebenfalls einen Zyklus zwischen variierenden Größen. Außerdem können die Druck- und seitlichen Lasten so schwanken, wie sich die thermischen Belastungen innerhalb des Systems während des Betriebs ändern. Bei herkömmlichen Systemen verursachten solche wechselnden Lasten wiederholt Bewegungen der Kontaktflächen von Zylinder-Mid-Stop und Laufbuchsensitz, was den relativen Verschleiß von Mid-Stop und Laufbuchsensitz intensivierte. Solange bei den Kontaktflächen von Mid-Stop und Laufbuchsensitz eine relative Bewegung auftritt, tritt bedeutender Verschleiß von Mid-Stop und Laufbuchsensitz auf.
Zur Verringerung und in einigen Fällen zur Verhinderung der relativen Bewegung zwischen den Kontaktflächen 60, 62 jeweils von Mid-Stop 42 und Sitz 44, und somit Verringerung des Verschleißes von Mid-Stop und Sitz während des Betriebs des Motors 10, umfasst der Mid-Stop einen Unterschnitt 64. Der Unterschnitt 64 ist zwischen der Kontaktfläche 60 von Mid-Stop 42 und der oberen Innenwand 14A des Zylinders 13 positioniert. Wie in 2 unter Bezugnahme auf die Konstruktion von Mid-Stops 80 nach dem Stand der Technik ohne Unterschnitt dargestellt, erstreckt sich der Unterschnitt 64 relativ zu der Mittelachse 95 des Zylinders 13 und der Kontaktfläche 60 axial abwärts. Dementsprechend erstreckt sich der Unterschnitt 64 unter der Kontaktfläche 60, wodurch ermöglicht wird, dass ein Abschnitt des Mid-Stop-Bereichs 81 offen zu dem durch den Unterschnitt festgelegten Raum ist und der oberen Innenwand 14A gegenüberliegt.
Die Aufbringung von Druck- und seitlichen Lasten hat Verformung und Bewegung des Mid-Stops 42 zum Ergebnis, der sich von Mid-Stops nach dem Stand der Technik unterscheidet. Beispielsweise ist der Unterschnitt 64 offen oder liegt der Innenwand 14A gegenüber, wobei die Innenwand den Mid-Stop-Bereich 81 nicht radial nach außen auf dieselbe Weise begrenzt wie bei Mid-Stops 80 nach dem Stand der Technik. Dementsprechend hat die auf den Mid-Stop 42 aufgebrachte Drucklast 70 ohne die Begrenzung der Wand radial nach außen zum Ergebnis, dass sich der Mid-Stop-Bereich 81 des Zylinders 13 radial nach außen weg von der Mittelachse 95 des Zylinders auf im Wesentlichen dieselbe Art wie der Sitzbereich 83 verformt, zerquetscht oder ausbeult (siehe z. B. 3, dargestellt mit gestrichelten Linien). Weiterhin hat die Verformung des Mid-Stop-Bereichs 81 radial nach außen auch die Mikrobewegung der Kontaktfläche 60 in einer Richtung 76 radial nach außen zum Ergebnis. Die Richtung 76 der Bewegung des Mid-Stop-Bereichs 81 radial nach außen ist dieselbe wie die Richtung 78 der Bewegung des Sitzbereichs 81 radial nach außen. Mit anderen Worten ausgedrückt bewegen sich Mid-Stop und Sitzbereiche 81, 83 unter den gleichen Lasten in die gleiche Richtung. Darüber hinaus ist die Konfiguration (z. B. Größe und Form) von Unterschnitt 64 und Mid-Stop-Bereich 81 so ausgewählt, dass die Bewegungsrate etwa gleich ist. Da Bewegungsrichtung und -rate der Mid-Stop- und Sitzbereiche 81, 83 im Wesentlichen gleich sind, tritt bei den Mid-Stop- und Sitzbereichen keine wesentliche relative Bewegung auf. Folglich wird ohne wesentliche relative Bewegung der Verschleiß des Mid-Stop-Bereichs 81 durch den Sitzbereich 83 und der Verschleiß des Sitzbereichs durch den Mid-Stop-Bereich bedeutend verringert und in einigen Anwendungen beseitigt. Basierend auf dem Vorangegangenen verhindert die Einführung des Unterschnitts 64 nicht die Mikrobewegung von Mid-Stop-Bereich 81 und Sitzbereich 83, sondern der Unterschnitt verringert und verhindert sogar eine relative Bewegung zwischen Mid-Stop-Bereich und Sitzbereich.
Die während des Betriebs von Motor 10 auftretenden Wechsellasten beeinflussen nicht den Vorteil der Begrenzung relativer Bewegung zwischen den Mid-Stop- und Sitzbereichen 81, 83 durch die Verwendung des Unterschnitts 64. Wie oben beschrieben, beulen sich die Bereiche, wenn bestimmte Druck- und seitliche Lasten auf die Mid-Stop- und Sitzbereiche 81, 83 aufgebracht werden, dementsprechend radial nach außen aus und bewegen sich dorthin. Wenn die Druck- und seitlichen Lasten freigegeben werden, gehen die Mid-Stop- und Sitzbereiche 81, 83 aus dem verformten Zustand zurück in einen nicht verformten Zustand in etwa der gleichen Richtung und mit etwa der gleichen Rate. Dementsprechend tritt bei den Mid-Stop- und Sitzbereichen 81, 83 nicht nur eine Bewegung relativ zueinander während der Aufbringung von Lasten auf, sondern in den Bereichen tritt auch während der Freigabe der Lasten keine Bewegung relativ zueinander auf. Auf diese Weise werden relative Bewegung und Verschleiß von Mid-Stop und Sitz selbst während hin- und hergehenden, sowie Wechsellasten verringert.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine Ausführungsform eines Zylinders 113 mit einem Mid-Stop 142 vorhanden. Der Zylinder 113 ist dem Zylinder 13 von 3 ähnlich, wobei sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen. Beispielsweise erstreckt sich der Mid-Stop 142 umfangsmäßig um den Zylinder 113. Der Mid-Stop 142 umfasst auch eine erste Kontaktfläche 160 und einen Mid-Stop-Bereich 181, der die erste Kontaktfläche festlegt. So wie die erste Kontaktfläche 60 ist die erste Kontaktfläche 160 im Wesentlichen flach und legt eine Ebene fest, die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse des Zylinders und zu einer oberen Innenwand 114A des Zylinders verläuft, wie durch Richtungspfeil 192 angegeben. Die erste Kontaktfläche 160 ist von der oberen Innenwand 114A des Zylinders 113 durch den Unterschnitt 164 radial nach innen beabstandet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Unterschnitt 164 zwischen der oberen Innenwand 114A und der ersten Kontaktfläche 160 positioniert.
Wie der Unterschnitt 64 erstreckt sich der Unterschnitt 164 relativ zu der Mittelachse des Zylinders 13 und der ersten Kontaktfläche 60 axial abwärts, wie durch den Richtungspfeil 190 angegeben, der parallel zu der Mittelachse verläuft. Daher ist die Fläche des Unterschnitts 164 unter der ersten Kontaktfläche 60 positioniert und berührt oder unterstützt somit keine zweite Kontaktfläche eines Laufbuchsensitzes. Auf diese Weise kann der Unterschnitt 164 wie der Unterschnitt 64 als ein vertikaler Unterschnitt festgelegt werden. Die Tiefe D des Unterschnitts 164 oder die Distanz in Richtung 190 von der ersten Kontaktfläche 60 zu einem untersten Punkt des Unterschnitts kann wie gewünscht variieren. Die Tiefe D wird ausgewählt, um einen genügenden Abschnitt des Mid-Stop-Bereichs 181 bereitzustellen, der zu dem Raum offen sein kann, der durch den Unterschnitt 164 festgelegt ist, um radial nach außen gerichtete Verformungen des Mid-Stop-Bereichs herbeizuführen, wie oben abgehandelt. In einigen Implementierungen ist die Tiefe D des Unterschnitts 164 größer als etwa 2 % der Höhe der oberen Wand 114A (z.B. die Distanz von einem obersten Teil des Zylinders 113 zu der ersten Kontaktfläche 160). Die Tiefe D entspricht im Wesentlichen der Höhe des Mid-Stop-Bereichs 181. Die Breite W₂ des Unterschnitts 164 oder die Distanz in Richtung 192 von der Innenwand 114A zu der ersten Kontaktfläche 160 kann auch wie gewünscht variieren. Die Breite W₂ wird ausgewählt, um eine genügende Distanz zwischen dem Mid-Stop-Bereich 181 und der oberen Innenwand 114 A bereitzustellen, sodass die Begrenzung der Innenwand radial nach außen nicht die Bewegung und Ausbeulung des Mid-Stop-Bereichs radial nach außen begrenzt. In einigen Implementierungen ist die Breite W₂ etwa gleich der Tiefe D. In bestimmten Implementierungen beträgt die Breite W₂ ausschließlich beispielhaft mehr als etwa 20 % der Breite W₃ des Mid-Stop-Bereichs 181 und kann in einigen Implementierungen zwischen 20 % und etwa 50 % der Breite W₃ betragen. Gemäß bestimmten Implementierungen beträgt die Breite W₂ ausschließlich beispielhaft mehr als etwa 20 % der Gesamtbreite W₁ von Mid-Stop 142 und kann in einigen Implementierungen zwischen 20 % und etwa 40 % der Breite W₁ betragen. Dementsprechend kann die Breite W₂ des Unterschnitts 164 in einigen Implementierungen mehr als etwa 20 % der Gesamtbreite W₁ von Mid-Stop 142 betragen und kann in einigen Implementierungen zwischen 20 % und 40 % der Gesamtbreite W₁ betragen. In einer spezifischen Implementierung beträgt W₁ ausschließlich beispielhaft zwischen etwa 4 und etwa 6 mm. In einer weiteren spezifischen Implementierung beträgt W₂ ausschließlich beispielhaft zwischen etwa 1 und etwa 2 mm. Gemäß einer spezifischen Implementierung beträgt die Tiefe D ausschließlich beispielhaft zwischen etwa 1 und etwa 2 mm. Beispielsweise kann die Tiefe D in einigen spezifischen Implementierungen zwischen etwa 20 % und etwa 70 % der Breite W3 des Mid-Stop-Bereichs 181 betragen.
Der Unterschnitt 164 legt eine ringförmige Nut fest, die sich umfangsmäßig um den Zylinder 113 erstreckt. Die Nut ist konzentrisch mit der ringförmigen ersten Kontaktfläche 160 des Mid-Stop-Bereichs 181. Wie dargestellt, kann die ringförmige Nut des Unterschnitts 164 mit einer Kurvenfläche (z. B. halbkreisförmig) mit einem Radius R ausgebildet sein. Der Radius R kann wie gewünscht jeden beliebigen von unterschiedlichen Radien aufweisen. In einer Implementierung beträgt der Radius R zwischen etwa 50 % und etwa 100 % der Tiefe D. Obwohl der veranschaulichte Unterschnitt 164 eine konkave und relativ einheitlich gekrümmte Fläche aufweist, kann der Unterschnitt in anderen Ausführungsformen lineare oder uneinheitlich gekrümmte Flächen aufweisen. Auf ähnliche Weise kann der Mid-Stop-Bereich 181 gekrümmte Innen- und Außenkanten 194, 196 angrenzend an die erste Kontaktfläche 160 aufweisen. Der Zylinder und die Zylinderlaufbuchse, einschließlich Mid-Stop und Sitz, können aus beliebigen unterschiedlichen Materialien hergestellt und mittels beliebigen unterschiedlichen Herstellungstechniken ausgebildet sein. Beispielsweise bestehen in einer Implementierung Zylinder und Zylinderlaufbuchse jeweils aus Eisen und sind unter Verwendung einer Gusstechnik hergestellt. In anderen Implementierungen können Zylinder und Laufbuchse aus Aluminium bestehen und unter Verwendung einer Maschinen-Bearbeitungstechnik ausgebildet sein. In einigen anderen Implementierungen sind Zylinder und Laufbuchse aus einer Kombination von Materialien hergestellt oder können unter Verwendung einer Bearbeitungstechnik wie z. B. Gießen und spanabhebende Bearbeitung ausgebildet sein.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Distanzstück 250 innerhalb der Grenzfläche 240 zwischen dem in dem Zylinder 213 des Motorblocks 212 ausgebildeten Mid-Stop 242 und dem in der Laufbuchse 226 ausgebildeten Sitz 244 positioniert. Der Mid-Stop 242 kann herkömmlichen Mid-Stop-Konstruktionen ohne Unterschnitt ähnlich sein. Alternativ kann der Mid-Stop 242 einen Unterschnitt wie oben beschrieben umfassen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Distanzstück 250 ein im Wesentlichen flacher ringförmiger Ring mit einer im Allgemeinen rechteckigen Querschnittsform. Das Distanzstück 250 ist so bemessen, dass es auf der Kontaktfläche 260 von Mid-Stop 242 unterstützt wird. Weiterhin ist ein Außendurchmesser von Distanzstück 250 kleiner als der Durchmesser von Zylinder 213 über dem Mid-Stop 242. Weiterhin ist ein Innendurchmesser von Distanzstück 250 kleiner als der Durchmesser der an die Grenzfläche 240 angrenzenden Laufbuchse 226. Das Distanzstück 250 kann jede beliebige von unterschiedlichen Dicken aufweisen, wie gewünscht.
Wenn das Distanzstück 250 innerhalb der Grenzfläche 240 positioniert ist, berührt eine erste Seite des Distanzstücks die Kontaktfläche 260 von Mid-Stop 242 und eine gegenüberliegende zweite Seite des Distanzstücks berührt die Kontaktfläche 262 von Sitz 244. Wenn sich die Kontaktfläche 260 relativ zu der Kontaktfläche 262 während der Oszillation von Kolben 221 radial bewegt, gleitet die Kontaktfläche 260 gegen die Fläche des Distanzstücks 250 anstatt der Kontaktfläche 262. Wenn sich die Kontaktfläche 262 relativ zu der Kontaktfläche 260 radial bewegt, gleitet die Kontaktfläche 262 auf ähnliche Weise gegen die Fläche des Distanzstücks 250 anstatt der Kontaktfläche 260. Im Allgemeinen besteht das Distanzstück 250 aus einem Material, welches sich von den Materialien unterscheidet, aus denen Zylinder 213 und Laufbuchse 226 hergestellt sind. In bestimmten Implementierungen besteht das Distanzstück 250 aus einem Material, welches weicher als die Zylinder- und Laufbuchsenmaterialien ist. Beispielsweise können Zylinder 213 und Laufbuchse 226 aus Eisen, Stahl oder Aluminium, und das Distanzstück 250 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung wie z. B. Messing hergestellt sein. Da das Material von Distanzstück 250 weicher als das Material von Zylinder 213 und Laufbuchse 226 ist, hat die relative Bewegung von Zylinder und Laufbuchse gegen das Distanzstück vergleichsweise mehr Verschleiß des Distanzstücks als von Zylinder und Laufbuchse zum Ergebnis. Mit anderen Worten ausgedrückt wird Reibungsverschleiß zwischen dem Distanzstück 250 und dem Zylinder 213 und Laufbuchse 226 vorwiegend auf das Distanzstück anstatt auf Zylinder und Laufbuchse übertragen. Auf diese Weise wird Zylinder- und Laufbuchsenverschleiß durch die Erhöhung des Verschleißes von Distanzstück 250 verringert, welches im Vergleich zu Zylinder und Laufbuchse einfacher austauschbar ist. Unter Bezugnahme auf 6 ist gemäß der erfingungsgemäßen Ausführungsform ein selbsthaltendes Distanzstück 350 dargestellt. Das Distanzstück 350 umfasst einen Verschleißring 352 und einen mit dem Verschleißring verbundenen Klammerring 354. Der Verschleißring 352 kann in Größe und Form ähnlich wie das oben beschriebene Distanzstück 250 sein. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der Verschleißring 352 ein im Wesentlichen flacher ringförmiger Ring mit einer im Allgemeinen rechteckigen Querschnittsform sein. Das selbsthaltende Distanzstück 350 kann eine Mittelachse festlegen, um die herum jeder entsprechende Abschnitt des Distanzstücks eine gleiche Distanz aufweist. Auf diese Weise festgelegt umfasst der Verschleißring 352 jeweils einander gegenüberliegende Zylinder- und Laufbuchsenkontaktflächen 370, 372, die sich relativ zu der Mittelachse senkrecht erstrecken (siehe auch 8). Der Kammerring 354 umfasst eine Laufbuchsenkontaktfläche 374, die sich parallel relativ zu der Mittelachse und senkrecht im Verhältnis zu den Zylinder- und Laufbuchsenkontaktflächen 370, 372 erstreckt. Dementsprechend weist das Distanzstück 350 in bestimmten Implementierungen, wie in 8 dargestellt, einen L-förmigen Querschnitt auf. Der Klammerring 354 umfasst eine Vielzahl von in dem Ring ausgebildeten Schlitzen 356, die eine Vielzahl von Nasen 357 zwischen aneinander angrenzenden Schlitzen festlegen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Schlitze 356 voneinander beabstandet und erstrecken sich längs in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse oder der Laufbuchsenkontaktfläche 374. In einigen Implementierungen erstrecken sich die Schlitze 356 im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Klammerrings 354.
Wie in 7 dargestellt, ist das Klammer-Distanzstück 350 mit einer Zylinderlaufbuchse 326 in der Nähe eines in der Laufbuchse ausgebildeten Mid-Stop-Sitzes 344 fest verbunden. Das Klammer-Distanzstück 350 ist auf der radialen Außenfläche 329 der Zylinderlaufbuchse 326 so zentriert, dass sich das Distanzstück koaxial zu der Laufbuchse befindet. Um die Klammerung des Distanzstücks 350 zu erleichtern, umfasst die Zylinderlaufbuchse 326 in einigen Ausführungsformen eine Haltenut 346, die in der Außenfläche 329 ausgebildet ist. Die Haltenut 346 weist einen Außendurchmesser auf, der gerade soeben kleiner als der Außendurchmesser des angrenzenden Abschnitts der Laufbuchse 326 unter der Nut ist. Der Außendurchmesser der Außenfläche 329 der Laufbuchse 326 zwischen der Nut 346 und einem unteren Ende 330 der Laufbuchse ist mindestens geringfügig größer als der Innendurchmesser des Distanzstücks 350, wie durch den Klammerring 354 des Distanzstücks 250 festgelegt, wenn er sich in einem nicht vorgespannten oder einem nicht gebogenen Zustand befindet, wie in 6 dargestellt. Darüber hinaus entspricht der Außendurchmesser der Haltenut 346 etwa dem Innendurchmesser des Distanzstücks 350, wenn er sich in einem nicht vorgespannten oder einem nicht gebogenen Zustand befindet.
Das Klammer-Distanzstück 350 ist fest mit der Zylinderlaufbuchse 326 verbunden, indem das untere Ende 330 der Laufbuchse durch die von dem Distanzstück festgelegte Öffnung eingebaut wird. Während des Einbaus ist das Distanzstück 350 so ausgerichtet, dass der Verschleißring 352 zwischen dem Klammerring 354 und dem Mid-Stop-Sitz 344 positioniert ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Verschleißring 352 während des Einbauprozesses um die Zylinderlaufbuchse 326 herum positioniert, bevor der Klammerring 354 um die Laufbuchse herum positioniert ist. Da die Außenfläche 329 zwischen der Nut 346 und dem unteren Ende 330 aufgrund des nicht gebogenen Zustands einen Durchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser des Distanzstücks 350 ist, muss sich der Klammerring 354 radial nach außen in einen gebogenen Zustand verformen, um das Distanzstück ordnungsgemäß um die Laufbuchse herum zu positionieren und auszurichten. Die Vielzahl von Schlitzen 256 und Nasen 257 erleichtert die Verformung des Klammerrings 254 radial nach außen oder das Biegen durch Verringerung der Kraft, die zum Biegen des Rings notwendig ist, damit er um die Laufbuchse 326 passt. Sobald es sich auf der Laufbuchse 326 befindet, wird das Distanzstück 350 entlang der Laufbuchse von dem unteren Ende 330 in Richtung des Sitzes 344 und eines oberen Endes 328 der Laufbuchse geschoben, bis der Klammerring 354 über der Nut 346 positioniert ist. Das Distanzstück 350 kann aus einem elastischen flexiblen Material wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung (z. B. Messing) hergestellt sein. Dementsprechend begradigen sich, sobald der Klammerring 354 in Richtung des oberen Endes 328 bewegt wird, um eine Lippe der Nut 346 freizugeben, die einen kleineren Durchmesser aufweist, die elastischen flexiblen Nasen 257 mindestens teilweise (z. B. kehren in den nicht vorgespannten Zustand zurück), um effektiv in ihrer Position (z. B. sich radial nach innen zu bewegen) in der Nut einzurasten.
Wenn der Klammerring 354 in der Nut 346 positioniert ist, kann die Lippe der Nut als Anschlag funktionieren, um den Klammerring zurückzuhalten und somit das Distanzstück 350 in seiner Position um die Laufbuchse 326 herum zu halten. Sobald es über der Laufbuchse 326 positioniert ist, wird das Klammer-Distanzstück 350 während der Montage oder Installation der Laufbuchse in dem Zylinder 313 ohne manuelle Unterstützung in seiner Position gehalten. Mit anderen Worten ausgedrückt können Laufbuchse 326 und Distanzstück 350 als einzelne monolithische Einheit zu Montage- und Installationszwecken gehandhabt werden. Auf diese Weise muss ein Distanzstück nicht in einem separaten Schritt in dem Zylinder 313 eingebaut und mit dem Stop 342 ausgerichtet werden, bevor die Laufbuchse 326 installiert wird. Vielmehr kann die Kombination aus Laufbuchse 326 und Distanzstück 350 in einem einzelnen Schritt in dem Zylinder 313 installiert werden.
Obwohl die Laufbuchse 326 in der veranschaulichten Ausführungsform eine Haltenut 346 umfasst, umfasst die Laufbuchse in anderen Ausführungsformen keine Haltenut. In solchen Ausführungsformen ohne eine Haltenut 346 ist die radial nach innen gerichtete Kraft, die gegen die Außenfläche 329 der Laufbuchse 326 aufgrund der elastischen Biegung der Nasen 357 aufgebracht wird, typischerweise stark genug, um das Distanzstück 350 während der Montage der Kombination aus Laufbuchse und Distanzstück angemessen im Zylinder 313 zu halten.
Wie in 8 dargestellt ist der Verschleißring 352 dann, wenn die Kombination aus Laufbuchse 326 und Distanzstück 350 in dem Zylinder 313 installiert ist, innerhalb einer Grenzfläche 340 zwischen dem Mid-Stop 342 und dem Sitz 344 auf ähnliche Weise wie das Distanzstück 250 von 5 positioniert.
Eine erste Seite des Verschleißrings 352 des Distanzstücks 350 berührt die Kontaktfläche 360 von Mid-Stop 342 und eine gegenüberliegende zweite Seite des Distanzstücks berührt die Kontaktfläche 362 von Sitz 344. Bei dieser Anordnung hat die relative Bewegung von Zylinder 313 und Laufbuchse 326 gegen das Distanzstück 350 vergleichsweise mehr Verschleiß des Distanzstücks als von Zylinder und Laufbuchse zum Ergebnis.
In der obigen Beschreibung können bestimmte Begriffe wie „oben“, „unten“, „oberer“, „unterer“, „horizontal“, „vertikal“, „links“, „rechts“ und dergleichen verwendet werden. Diese Begriffe werden, wo sie anwendbar sind, verwendet, um der Beschreibung mehr Klarheit zu verleihen, wenn es um relative Beziehungen geht. Diese Begriffe sollen jedoch keine absoluten Beziehungen, Positionen und/oder Ausrichtungen implizieren. So kann beispielsweise bezugnehmend auf einen Gegenstand eine „obere“ Fläche einfach dadurch eine „untere“ Fläche werden, wenn der Gegenstand umgedreht wird. Dennoch handelt es sich immer noch um denselben Gegenstand.
Zusätzlich können Fälle in dieser Schrift, in denen ein Element mit einem anderen Element „verbunden“ ist, eine direkte und indirekte Verbindung umfassen. Eine direkte Verbindung kann als ein Element definiert werden, welches mit einem anderen Element verbunden ist und damit in einem gewissen Kontakt steht. Eine indirekte Verbindung kann als eine Verbindung zwischen zwei Elementen definiert werden, die nicht in direktem Kontakt miteinander stehen, jedoch eines oder mehrere zusätzliche Elemente zwischen den verbundenen Elementen aufweisen. Weiterhin kann entsprechend der Verwendung in diesem Dokument die Befestigung eines Elements an einem anderen Element eine direkte Befestigung und eine indirekte Befestigung umfassen. Zusätzlich bezeichnet „angrenzend an“ entsprechend der Verwendung in diesem Dokument nicht notwendigerweise Kontakt. Beispielsweise kann ein Element an ein anderes Element angrenzen, ohne mit diesem Element in Kontakt zu stehen.
Der vorliegende Gegenstand kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne von seinem Gedanken oder wesentlichen Charakteristika abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Der Umfang der Erfindung wird daher eher durch die angehängten Ansprüche als durch die vorangegangene Beschreibung angegeben. Alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Gleichwertigkeit der Ansprüche eintreten, fallen in deren Umfang.

Claims

Verbrennungsmotor 10, der Folgendes umfasst: einen Zylinder 13, 113, 213, 313, der einen in einer Seitenwand des Zylinders 13, 113, 213, 313 ausgebildeten Mid-Stop 42, 142, 242, 342 umfasst, wobei der Mid-Stop 42, 142, 242, 342 eine erste Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 aufweist, die zwischen einem oberen Abschnitt einer Seitenwand 14A, 114A und einem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B platziert ist, und wobei der Zylinder 13, 113, 213, 313 in dem Mid-Stop 42, 142, 242, 342 einen Unterschnitt 64, 164 aufweist und zwischen der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 und der Seitenwand positioniert ist, wobei der Unterschnitt 64, 164 auf eine Tiefe D unterhalb der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 aufweist; und eine innerhalb des Zylinders 13, 113, 213, 313 positionierte Laufbuchse 26, 226, 326, wobei die Laufbuchse 26, 226, 326 einen Sitz 44, 244, 344 umfasst, der eine zweite Kontaktfläche 62, 262, 372 aufweist, wobei die zweite Kontaktfläche 62, 262, 372 auf der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 abgestützt ist, und ein mit der Zylinderlaufbuchse 26, 226, 326 verbundenes Distanzstück 250, 350, wobei das Distanzstück 250, 350 einen Klammerring 354 umfasst, der zwischen der Laufbuchse 26, 226, 326 und dem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B platziert ist.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 1, wobei der Zylinder 13, 113, 213, 313 eine Mittelachse 95 festlegt, wobei die erste Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 95verläuft.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 2, wobei sich der Unterschnitt 64, 164 weg von der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 abwärts erstreckt.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 1, wobei der Mid-Stop 42, 142, 242, 342 einen Mid-Stop-Bereich 81, 181 umfasst, der die erste Kontaktfläche festlegt 60, 160, 260, 370, und wobei der Unterschnitt 64, 164 einen Raum zwischen dem Mid-Stop-Bereich 81, 181 und der Seitenwand 14A, 114A festlegt.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 4, wobei der Mid-Stop-Bereich 81, 181 in einer Richtung 76 radial nach außen zu der Seitenwand hin verformbar ist, wenn er Betriebslasten ausgesetzt ist.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 1, wobei der Unterschnitt 64, 164 eine ringförmige Nut umfasst.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 1, wobei der Unterschnitt 64, 164 radial von der Seitenwand 14A, 114A nach innen positioniert ist.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 1, wobei sich die erste Kontaktfläche 60, 160, 20, 370 und die zweite Kontaktfläche 62, 262, 372, wenn sie Betriebslasten ausgesetzt sind, in einer Richtung 78 radial nach außen zu der Seitenwand 14A, 114A hin bewegen.
Verbrennungsmotor 10 nach Anspruch 1, wobei der Unterschnitt 64, 164 die Mitbewegung der ersten und zweiten Kontaktfläche 62, 262, 372 erleichtert, wenn sie Betriebslasten ausgesetzt sind.
Zylinder 13, 113, 213, 313 für einen Verbrennungsmotor 10, der Folgendes umfasst: ein sich von einem oberen Ende zu einem unteren Ende erstreckender Kanal 16, wobei der Kanal 16 durch eine Seitenwand festgelegt wird, einen ringförmigen Mid-Stop-Bereich 81, 181, der sich um einen Umfang des Kanals 16 erstreckt, wobei der Mid-Stop Bereich eine erste Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 aufweist, die zwischen einem oberen Abschnitt der Seitenwand 14A, 114A und einem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B positioniert ist, und einen ringförmigen Unterschnitt 64, 164, der sich um den Umfang des Kanals 16 zwischen der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260,370 und der Seitenwand erstreckt, wobei der ringförmige Unterschnitt 64, 164 eine Tiefe D unterhalb der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260, 370 aufweist; und ein mit der Zylinderlaufbuchse 26, 226, 326 verbundenes Distanzstück 250, 350, wobei das Distanzstück 250, 350 einen Klammerring 354 umfasst, der zwischen der Laufbuchse 26, 226, 326 und dem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B platziert ist.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei der ringförmige Mid-Stop-Bereich 81, 181 eine Kontaktfläche festlegt, die sich im Wesentlichen senkrecht relativ zu einer Mittelachse 95 des Kanals 16 erstreckt.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei der ringförmige Unterschnitt 64, 164 einen Raum zwischen dem Mid-Stop-Bereich 18, 181 und der Seitenwand 14A, 114A festlegt.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 12, wobei der ringförmige Mid-Stop-Bereich 81, 181 konfiguriert ist, sich zu verformen und sich unter Betriebslasten in einer Richtung 76 radial nach außen in den Raum zu bewegen.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei der ringförmige Unterschnitt eine ringförmige Nut umfasst, die vertikal in den Mid-Stop-Bereich 81, 181 eindringt.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei der ringförmige Unterschnitt 64, 164 eine konkave Fläche umfasst.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei ein Verhältnis einer ersten Breite W3 des ringförmigen Mid-Stop-Bereichs 81, 181 und einer zweiten Breite W 2 des ringförmigen Unterschnitts 64, 164 zwischen etwa 0,20 und etwa 0,5 beträgt.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei eine Tiefe D des ringförmigen Unterschnitts 64, 164 mehr als etwa 2 % einer Höhe des Kanals 16 über dem ringförmigen Unterschnitt 64, 164 beträgt.
Zylinder 13, 113, 213, 313 nach Anspruch 10, wobei der ringförmige Unterschnitt 64, 164 eine im Wesentlichen halbkreisförmige Fläche aufweist.
Verfahren zur Verringerung von Verschleiß in einem Verbrennungsmotor 10, der einen Zylinder 13, 113, 213, 313 und eine Zylinderlaufbuchse 26, 226,326 aufweist, die innerhalb des Zylinders 13, 113, 213, 313 abgestützt ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellung eines Mid-Stops 42, 142,242, 342 innerhalb des Zylinders 13, 113, 213, 313, wobei der Mid-Stop 42, 142, 242, 342 einen Mid-Stop-Bereich 81, 181 zwischen einem oberen Abschnitt einer Seitenwand 14A, 114A und einem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B; Bilden eines Unterschnitts 64, 164 in dem Mid-Stop 42, 142, 242, 342, wobei der Unterschnitt 64, 164 zwischen der ersten Kontaktfläche 60, 160, 260 370 und der Seitenwand 14A, 114A positioniert ist, und wobei der Unterschnitt 64, 164 eine Tiefe D unterhalb der oberen Oberfläche des Mid-Stop 42, 142, 242, 342 aufweist Bereitstellung eines Sitzes 44, 244, 344 auf der Zylinderlaufbuchse 26, 226, 326, Verbinden eines Distanzstücks 250, 350 mit der Zylinderlaufbuchse 26, 226,326, wobei das Distanzstück 250, 350 einen Klammerring 354 umfasst, und Positionieren der Zylinderlaufbuchse 26, 226, 326 in dem Zylinder 13, 113, 213, 313, wobei der Klammerring 354 zwischen der Zylinderlaufbuchse 26, 226, 326 und dem unteren Abschnitt der Seitenwand 14B platziert ist
Verfahren nach Anspruch 19, welches weiterhin die Aufbringung von Druck und seitlichen Lasten 50, 54, 72, 73 auf Mid-Stop-Bereich 81, 181 und Sitz 44, 244, 344 umfasst, und wobei die Bewegung sowohl des Mid-Stop-Bereichs 81, 181 als auch des Sitzes 44, 244, 344 in einer Richtung 76, 78 radial nach außen zu der Seitenwand 14A, 114A des Zylinders 13, 113, 213, 313 während der Aufbringung von Druck und seitlichen Lasten 50, 54, 72, 73 auftritt, wobei das Verfahren weiterhin die Freigabe von Druck und seitlichen Lasten 50, 54, 72, 73 von Mid-Stop-Bereich 81, 181 und Sitz 44, 244, 344 umfasst, und Bewegung sowohl des Mid-Stop-Bereichs 81, 181 als auch des Sitzes 44, 244, 344 in einer Richtung radial nach innen, weg von der Seitenwand des Zylinders 13, 113, 213, 313 während der Freigabe von Druck und seitlichen Lasten 50, 54, 72, 73.