DE3032253A1

DE3032253A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3032253A1
Application number: DE19803032253
Authority: DE
Inventors: Philip E. Columbus Ind. Jones
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1981-03-12
Also published as: JPS6340936B2; BR8005584A; JPS5644436A; GB2058912B; DE3032253C2; GB2058912A; KR830003649A; IN155386B; US4294203A

Description

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c D 7OOO STUTTGART 1 V V V 4- <£ V V

A 44 3o2 m Anmelder: Cummins Engine Company, Ine,

m - 192 1ooo 5th Street

2o. August 198o Columbus, Indiana 472o1

USA

Beschreibung Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem ir.it dieser verbundenen, hin- und hergehenden Kolben und mit wenigstens einem Zylinderhohlraum zur Aufnahme des Kolbens.

Die Entwicklung eines praktischen, leichten Verbrennungsmotor des Korcpressionszündungstyps (Dieselmotor) ist seit Jahrzehnten das Ziel der Motorenkonstrukteure. Große Fortschritte wurden bereits in Richtung auf dieses Ziel hin getan. Jedcch ist bisher noch kein Motor bekannt, der in der Praxis ausreichend überlegen ist, um die Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung zu ersetzen, insbesondere in hochvolumigen Anwendungsfällen, beispielsweise bei Automobilantrieben. In einem Versuch, die erhöhte Festigkeit zu vermitteln, wie sie in Motoren mit Kompressionszündung erforderlich sind, ohne dabei die Kosten und das Gewicht des Motors erheblich zu erhöhen, ist es bereits bekannt geworden, den Motorkopf und den Zylinderblock als einstückige, integrale Einheit auszubilden, vgl. US-PS 36 74 ooo und 36 91 914. Diese bekannten Motore haben offensichtlich den erwünschten Effekt, daß keine hochtemperaturfeste und hochdruckfeste Zylinderkopfdichtung mehr erforderlich ist. Neben einer Kostenreduzierung vereinfacht der Wegfall der Zylinderkopfdichtung auch die Konstruktion des Kerfes dadurch, daß die Notwendigkeit, Kopfbolzen und entsprecher.de

130011/0790

- j —

f. OAS

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

Kopfbolzenangüsse vorzusehen, entfällt.

Trotz dieser Vorteile weisen aber die bekannten Konstruktionen mit einstückigem Kopf— und Zylinderblock noch zahlreiche, wesentliche Nachteile auf. So wird es iir. allgemeinen für günstig gehalten, in einem flussigkeitsgekühlten Motor den Kühlraum über im wesentlichen die gesamte axiale Länge des "Zylinderhohlraums zu erstrecken. Wenn dieser Forderung Genüge getan wird, wird ein einstückiger Kopf-und Zylinderblock für einen flüssigkeitsgekühlten Motor sehr schwer und sperrig. Offensichtlich entstehen auch erhebliche Zusammenbau- und Wartungsprobleme, wenn ein beträchtlicher Teil des gesamten Motors als einstückige Einheit ausgebildet ist. Darüber hinaus bietet die Tiefe der Zylinderhohlräume Herstellungsschwierigkeiten, insbesondere mit Bezug auf die Ausbildung der Ventilsitze am Boden jedes Hohlraums. Einstückige Kopf- und Zylinderblockeinheiten unterliegen auch einer Rißbildung an der Verbindungsstelle der Unterseite des Zylinderkopfs mit der. Innenwand des Zylinderhohlraums aufgrund des hohen Verbrennungsdrucks und der thermischen Beanspruchung, die an dieser Stelle herrscht, vgl. US-PS 36 91 914. Weitere Probleme ergeben sich aus den Kühlgehäusen, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Zylinderhohlräume erstrecken, da derartige Gehäuse ein relativ kompliziertes, hochvolumiges Kühlsystem erfordern und damit zur Gesamtgröße und zum Gesamtgewicht des einstückigen Kopfes und Blockes beitragen.

Eine weitere Komplikation ist dazu geeignet, den Fachmann von einer einstückigen Kopf- und Blockkonstruktion abzuhalten, nämlich die Schwierigkeit, die mit der Anwendung austauschbarer Zylinderlauf büchsen in a<an Zylinderhchlräumen verbunden ist.

13 0 0 11/0790 BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

Man hat seit langem erkannt, daß auswechselbare Zylinderlaufbüchsen erhebliche Vorteile mit Bezug auf Kosten und Betriebsverhalten bei Verbrennungskraftmaschinen bieten. Derartige Laufbüchsen ermöglichen beispielsweise eine leichte Überholung des Motors dadurch, daß die Zylinderlaufbüchsen in einfacher Weise ausgetauscht werden, ohne daß dabei größere Kolben oder Kolbenringe erforderlich werden, Lesbar eingebaute Zylinder-• laufbüchsen werden im allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt, nämlich in "trockene" oder "nasse" Büchsen. Bei einer "trockenen" Zylinderlaufbüchse wird die Verbrennungswärme abgeführt, ohne daß dabei ein flüssiges Motorkühlmittel in direkten Kontakt mit der Zylinderlaufbüchse gelangt (ÜS-PS 14 88 272 und 35 21 613). Bei einer "nassen" Zylinderlaufbüchse dagegen wird die Wärme durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel abgeführt (US-PS 39 42 So7). "Nasse" Zylinderlaufbüchsen werden als günstiger angesehen, weil der Zylinderblock in seiner Konstruktion vereinfacht werden kann und weil der Kühlungswirkungsgrad bei direktem Kontakt des Kühlmittels mit der Zylinderlaufbüchse größer ist. Jedoch bieten "nasse" Zylinderlaufbüchsen zusätzliche Abdichtungsprobleme gegenüber "trockenen" Laufbüchsen, da "nasse" Zylinderlaufbüchsen sowohl mit Bezug auf das Kühlmittel als auch mit Bezug auf die' Verbrennungsgase abgedichtet werden müssen. Bei gleichzeitiger Anwendung mit einem einstückigen Kopf- und Zylinderblock ergeben sich bei "nassen" Zylinderlaufbüchsen weitere Kühlmittel-Abdichtungsprobleme, welche enge Toleranzen erforderlich machen, insbesondere bei solchen Konstruktionen, bei denen im wesentlichen sich über die ganze Länge der Laufbüchse erstreckende Kühlmittelmäntel Anwendung finden (US-PS 17 16 256, 21 7o 443, 21 25 1o6 sowie GB-PS 5 22 741).

13 0 0 11/0790

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

Zylinderlaufbüchsen können ferner danach eingeteilt werden, in welcher Weise sie im Zylinderhohlraum befestigt sind. Bei den meisten herkömmlichen, zweistückigen Kopf- und Zylindermotorkonstruktionen ist an der Oberseite der Zylinderlaufbüchse ein Flansch vorgesehen, durch den die Laufbüchse unter Druck zwischen der Oberseite des Motorblocks und dem abnehmbaren Zylinderkopf gehalten ist (US-PS 34 63 o56). Wenn Kopf und Block einstückig ausgebildet werden, muß der übliche Befestigungsfiansch offensichtlich an einen anderen Punkt an der Außenseite der Zylinderlaufbuchse verlegt werden, wie dies beispielsweise in der US-PS 14 88 272 dargestellt und beschrieben ist. Diese Druckschrift betrifft einen einstückigen Kopf und Partialzylinderblock in Kombination mit einer "trockenen" Zylinderlaufbüchse, an v/elcher ein Befestigungsflansch an der Verbindungsstelle zwischen Ober- und Unterteil des Motorblocks vorgesehen ist. Diese Art von Zylinder lauf büchsen ist als "raidstop-Zylinderlaufbüchse" bekannt. Eine weitere Lösung für die Befestigung der Laufbüchse besteht darin, daß man den Flansch überhaupt wegläßt und die Laufbüchse zwischen ihren Stirnseiten einspannt (US-PS 3o 46 953). Zylinderlaufbüchsen können an ihren unteren Enden auch so befestigt werden, daß sie an ihren oberen Enden einen ausreichenden, axialen Freiraum haben, um eine axiale, thermische Expansion zuzulassen, ohne dabei die Laufbüchse mit Kompressionskräften zu belasten (US-PS 14 1o 752). Ferner ist es bekannt, den Befestigungsflansch ganz wegzulassen ^ind statt dessen eine Schraubverbindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Motorblock vorzusehen (US-PS 17 16 256). Die dabei auftretenden Probleme im Zusammenhang mit der Bearbeitung der Gev/indegänge im oberen Teil jedes Zylinderhohlraums eines einstückigen Motoroberteils sind offensichtlich.

- 1o -

130011/0790 BAD ORIGINAL

- 1ο -

A 44 3ο2 m

in - 192

2o. August 198ο

Da "nasse" Zylinderlaufbüchsen normalerweise zusammen mit sich über ihre ganze Länge erstreckenden Kühlmänteln Anwendung finden, ist es unüblich, den Befestigungsflansch einer "nassen" ZyIinderlaufbüchse zwischen deren stirnseitigen Enden anzuordnen. Ein solches Konzept ist jedoch aus cer US-PS 35 68 573 bekannt, in welcher die Zylinderlaufbüchse durch eine Schulter abgestützt ist, die etwa in der Mitte der Zylinderlaufbüchse vorgesehen ist. Der Kühlmittelmant;el erstreckt sich ausgehend von dieser Schulter nach unten in Richtung auf das Kurbelwellengehäuse und bildet damit einen "trockenen" Laufbüchenabschnitt unterhalb der Schulter und einen "nassen" Laufbüchsenabschnitt oberhalb der Schulter. Die FR-PS 11 16 882 zeigt eine ähnliche Anordnung. In diesen wenigen Motorkonstruktionen dieser Art mit "nasser" midstop-Zylinderlaufbüchse kombiniert mit einem Kühlsystem, bei dem der gesamte Wärmeübergang· auf das Kühlmittel oberhalb des in der Mitte gelegenen Laufbüchsenanschlags stattfindet, vgl. US-PS 16 ο7 2β5 und 33 15 573, ist der mittlere Anschlag in der Nähe der unteren Kubgrenze cer Oberseite des Kolbens angeordnet. Damit liegt der mittlere Anschlag nicht näher am äußeren Ende der ZyIinderlaufbüchse als etwa 5o % der gesamten, axialen Länge der Laufbüchse.

Bei modernen, turbogeladenen (Diesel-) Motoren wird es als sehr erwünscht betrachtet, eine möglichst große Menge an nutzbarer Energie in den Abgasen zu erhalten, ue so einen Turbolader zu betreiben. Trotz dieser Erkenntnis wurde die axiale Länge von Kühlmittelmänteln in turbogeladenen Motoren mit "nassen" Zylinderlaufbüchsen bisher nicht unterhalb 5o % der gesamten axialen Länge der Laufbuchse reduziert, offensichtlich im Glauben, daß sonst übermäßig hohe Motortenperaturen auftreten würden. Auch andere Kühlkonzepte wurden bekannt, beispielsweise durch die GB-PS 14 79 139, jedoch wurden diese Konzepte bei

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

mit "nassen" Zylinderlaufbüchsen versehenen, turbogeladenen Motoren als nicht anwendbar angesehen.

Neben den Schwierigkeiten, die mit der Verwendung einstückiger Kopf- und Blockkonstruktionen und r.it dem Einbau "r.asser" Zylinderlaufbüchsen verbunden sind, erzeugen Verbrennungsmotoren, insbesondere solche des Druckzündungstyps (Dieselmotoren) , oft übermäßiges Geräusch, wenn nicht kostspielige Schalldämpfungs- und Ableitungstechniken Anwendung finden. Bisher ist keine einstückige Motorkopf- und Blockkcnstruktion mit "nassen" Zylinderlaufbüchsen bekannt geworden, die gleichzeitig durch geringes Betriebsgeräusch gekennzeichnet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den beschriebenen Mängeln des Standes der Technik abzuhelfen und einen leichten Verbrennungsmotor mit einstückigem Zylinderkopf- und oberem Zylinderabschnitt vorzuschlagen, der von geringer Größe ist und keine Zusammenbau- und/oder Wartungsprobleiue bietet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a> ein einstückiges, einen Zylinderkopf und den oberen Abschnitt des Zylinderhohlraums bildendes Oberteil mit einer einstückig am oberen Ende des Zylinderhohiraums angeordneten Querwand für eine Verbrennungskammer;

b) ein einstückiges, ein Kurbelwellengehäuse und den unteren Abschnitt des Zylinderhohlraums bildendes Unterteil;

- 12 -

13001 1/0790 BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

c) Verbindungsmittel zum gegenseitigen, dichten Verbinden von Ober- und Unterteil im Bereich einer Berührungszone;

d) in den Zylinderhohlräumen angeordnete Zylinderlaufbüchsen zur Führung der Kolben, wobei die Außenseite der Laufbüchsen zwecks Ausbildung einer Kühlmittelleitung von der Innenseite der Zylinderhohlräume in einem Abstand ange-

• ordnet ist;

e) eine Abdichtung für Verbrennungsgas zwischen dem oberen Rand der' Zylinderlaufbüchse und der Querwand;

f) eine Abdichtung für Kühlmittel an der Berührungszone zwischen Zylinderlaufbüchse und Oberteil und/oder Unterteil derart, daß das Kühlmittel lediglich den in Oberteil gelegenen Anschnitt der Laufbüchse direkt mit Kühlmittel beaufschlagt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung bestehen im folgenden:

Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor sind Bearbeitungsschwierigkeiten während der Herstellung dadurch vermieden, daß die gesamte axiale Länge der Zylinderhohlräume, die tatsächlich in dem'einstückigen Motor-Oberteil enthalten sind, begrenzt ist.

Das Kühlsystem des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors weist Kühlmittelkanäle auf, die sich nur über einen begrenzten Teil der gesamten axialen Länge jedes Zylinderhohlraums erstrecken.

- 13 -

13 0 011/0790 BAD ORIGINAL"

A 44 3o2 m

in - 192

2o. August 198o

Das Oberteil des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, insbesondere Dieselmotors, v/eist eine Aussparung auf, die einen Teil eines Zylinderhohlraums bildet. Ferner ist ein Unterteil vorgesehen, welches ein Kurbelwellengehäuse und den restlichen Teil des Zylinderhohlraums bildet» Mit diesen Teilen ist eine "nasse" Zylinderlaufbüchse kombiniert, die in der Nähe der Berührungszone zwischen Ober- und Unterteil eine Kühlmittelabdichtung aufweist.

Die "nasse" Zylinderlaufbüchse des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors weist einen radial gerichteten Flansch zur Positionierung und Einspannung der Laufbüchse im Zylinderhohlraum auf, wobei dieser radiale Flansch in der Nähe der Verbindungsstelle des Ober- und Unterteils liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist die Zylinderlaufbüchse als "midstop-Laufbüchse" ausgebildet. Der Anschlag liegt dabei von der oberen Stirnseite der Laufbüchse in einem Abstand, der kleiner als 75 % der gesamten, axialen Entfernung der untersten Hubgrenze der Oberseite des Kolbens von der oberen Stirnseite der Laufbüchse ist.

Der als Anschlag dienende, radial gerichtete Flansch der Zylinderlaufbüchse kann auch von der oberen Stirnseite der Laufbüchse einen Abstand haben, der kleiner als 4o % der Gesamtlänge der Laufbüchse ist. Der Kühlmittelhohlraum des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors liegt innerhalb des Oberteils derart, daß das Kühlmittel in direktem Kontakt lediglich mit demjenigen Abschnitt der Lauf büchse gelangt, v/elcher im Oberteil des Motors liegt.

130011/0790

- 14 -

BAD ORIGINAL <

A 44 3o2 in

η ~ 192

2o. August 198o

Das Oberteil des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist so ausgebildet, daß es "nasse" Zylinderlauf büchsen mit. einem in der Mitter ihrer Längserstreckung gelegenen Befestigungsanschlag aufnehmen kann. Die Befestigung der Lauf büchsen ir. Oberteil erfolgt durch Paßsitz.

Das Oberteil und die Laufbüchsen bestehen Vorzugspreise aus Gußeisen, während das Unterteil (einschließlich dem einstückig damit verbundenen Kurbelgehäuse) aus Leichtmetall besteht und so ausgebildet ist, daß es den unteren Teil der Laufbüchsen aufnimmt.

Zur Verminderung des Betriebsgeräusches bei dem erfinäungsgemäßen Verbrennungsmotor ist dieser so ausgebildet, daß die Ausbreitung von Schwingungsenergie entlang der Seitenv;ände des Motorblocks verringert ist.

Den Zylinderlaufbüchsen ist in ihrem mittleren Abschnitt eine bessere Abstützung erteilt, so daß die nachteiligen, auf Kühlmittelcavitation zurückzuführenden Erosionserscheinungen leichter beherrschbar oder vermeidbar sind.

Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor die Kapazität des gesamten Kühlsystems reduziert und die den Abgasen mitgeteilte Energiemenge ist zwecks Ausnutzung in einem Turbolader erhöht.

Die nachstehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

- 15 -

130011/0790 BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Verbrennungsmotors (Dieselmotor);

Fig. 2 einen Teilquerschnitt des Motors entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 ;

Fig. 3 a eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des in Fig. 1 mit einem Kreis 3-3 umschriebenen Bereiches;

Fig. 3 b eine Ansicht ähnlich wie in Fig. 3 a,

nachdem ein Oberteil mit einem Unterteil des Motors in direkten Kontakt gebracht ist;

Fig. 4 eine teilweise abgebrochene Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1

und - '

Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht des gesamten Verbrennungsmotors.

Der in Fig. 1 dargestellte Verbrennungsmotor 2 weist eine Kurbelwelle 4 auf, die mit Hilfe von Verbindungsstangen 8 mit einem oder mehreren, hin- und hergehenden Kolben 6 verbunden ist, von denen in Fig. 1 lediglich ein Kolben dargestellt ist. Im folgenden bezieht sich ,der Ausdruck "obere" auf die von der Kurbelwelle 4 weggerichtete Richtung, während der Ausdruck "untere" auf die entgegengesetzte, bezüglich der Kurbelwelle 4 nach unten verlaufende Richtung Bezug nimmt.

- 16 -

13001 1/0790
BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

πι - 192

2o. August 198ο

Der Kolben 6 befindet sich in einem Zylinderhohlraum, der in einem Motorunterteil 1o und einem Motoroberteil 12 ausgebildet ist. Das Unterteil 1o umfaßt einstückig ein Kurbelgehäuse und den unteren Abschnitt des Zylindsrhohlrauns. Das Oberteil 12 umfaßt einstückig den Zylinderkopf und den oberen Abschnitt des Zylinderhohlraums. Im Zylinderhohlraura ist zur Führung der hin- und hergehenden Kolbenbevregung eine Zylinderlaufbuchse 14 angeordnet. Die Zylinderlaufbuchse 14 kann lösbar im Zylinderhohlraum befestigt sein oder sie kann auch permanent mit dem Ober- oder Unterteil verbunden sein. Die Zylinderlaufbüchse 14 weist einen radial gerichteten Flansch 1c auf_r der zwischen den Stirnseiten der Laufbüchse angeordnet ist. 2ie Position des radialen Flansches 16 ist ein wesentliches Merkmal bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und vird im Detail weiter unten noch erläutert. Der Zweck des radialen Flansches liegt darin, ein Anschlagmittel zur Fes thai tür. g der Lauf büchse 14 in der gewünschten axialen Lage innerhalb des Zylinderhohlraums zu bilden.

Der Oberteil 12 umfaßt eine Querwand 18 einer Verbrennungskammer. Die Querwand 18 ist rr.it dem Oberteil 12 einstückig und verläuft quer über die obere Stirnseite der auswechselbaren Zylinderlauf büchse 14, wer.n diese in den Zylinder hohlraum eingebracht ist. ·

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, enthält der Unterteil 1o denjenigen Abschnitt des Zylinderhohlraums, v/elcher der. unteren Abschnitt der Zylinderlauf büchse 14 aufnirjr:t, und zvrar denjenigen Abschnitt dieser Büchse, der ausgehend vom radialen Flansch 16 nach unten in Richtung auf die Kurbelwelle 4 hin verläuft, wenn die Zylinderlaufbuchse 14 in den Verbrennungsmotor 2 eingebracht

- 17 -

130011/0790

ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

ist. Der einstückige Oberteil 12 weist eine Aussparung auf, die so gestaltet ist, daß sie denjenigen Abschnitt des Zylinderhohlraums bildet, welcher den oberen Abschnitt der Zylinderlaufbüchse 14 aufnimmt. Dieser Abschnitt erstreckt sich ausgehend vom radialen Flansch 16 nach oben und ist von der Kurbelwelle 4 weggerichtet.

Der Oberteil 12 weist zwei Seitenwände 2o und 21 auf, welche' von der die Verbrennungskammer bildenden Querwand 1ί in Richtung auf die Kurbelwelle 4 hin verlaufen. Sine erste, rir.gfc-rinige Umfangsfläche 22, die an der Innenseite jedes Zylinderhohlraums ausgebildet ist, erstreckt sich von der Querwand 18 nach unten und bildet einen umfangsmäßigen Paßsitz reit einer anliegenden Umfangsflache 24 an der Außenseite der Zylinderlaufbüchse 14 in der Nähe von deren oberem Ende. Der ursprüngliche Durchmesser der Umfangsflache 22 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der entsprechenden Fläche 24 an der Laufbüchse Auf diese Weise bildet sich beim Einsetzen der Zylinderlaufbuchse 14 in den Zylinderhohlraum, der teilweise von den Seitenwänden 2o und 21 gebildet ist, zwischen den Flächen 22 und 24 ein Paßsitz aus. Dieser Paßsitz ist normalerweise ausreichend, um eine Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen zu bilden, die sich bei der Verbrennung von Kraftstoff im Zylinderhohlrauir. bilden. Die axiale Entfernung zwischen der unteren, radialen Fläche 37 des radialen Flansches 16 oder einer äquivalenten, einen Anschlag bildenden Schulter und dem oberen Ende der Laufbüchse 14 ist normalerweise geringfügig kleiner als die axiale Länge des die Laufbüchse aufnehmenden Zylinderhohlraums im Oberteil 12. Auf diese Weise liegt ein kleiner Zwischenraum zwischen dem äußeren Ende der Zylinderlaufbüchse 14 und der Querwand 18, wodurch eine thermisch induzierte, axiale Expansion ermöglicht ist. Falls der Paßsitz zv/ischen den Flächen 22 und 24 nicht

13001 1/0790 - is -

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

ra - 192

2o. August 198ο

ausreicht, um eine Abdichtung gegenüber einein Austreten von Verbrennungsgas zu gewährleisten, kann eine kleine Verbremrangsgasdichtung zwischen das obere Ende der Laufbüchse 14 und die Querwand 18 eingesetzt v/erden. Alternativ kann bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der axiale Abstand zwischen der unteren, radialen Fläche 3 7 des radialen Flansches 16 und dem oberen Ende der Laufbüchse 14 auch vergrößert werden, so daß das obere Ende der Laufbüchse in Kontakt ir.it der Querwand 18 gelangt, wenn das Oberteil 12 mit dem Unterteil 1o zusammengebaut wird. Wenn diese Konstruktionsweise Anwendung findet, wird der obere Abschnitt der Zylinderlauf büchse 14-■zusammengedrückt und gewährleistet dair.it eine gasundurchlässige Abdichtung zwischen dem oberen Rand der Laufbuchse 14 und der Querwand 18. Bei einer weiteren, abgewandelter. Ausführungsform kann auch der Paßsitz zwischen Laufbüchse 14 und Oberteil 12 durch eine Schraubverbindung ersetzt werden. Jeder Zylinderhohlraum v/eist ferner eine zweite, ringförmige Umfar.gsflache 2c auf, die so angeordnet ist, daß sie einen Pa3sitz mit einer entsprechenden Umfangsflache 28 an der Zylinderlaufbüchse 14 ausbildet. Die Fläche 28 liegt dabei genau oberhalb des radialen Flansches 16. Der ursprüngliche Durchmesser der zweiten Unfangsflache 26 ist etwas kleiner als der ursprüngliche Durchmesser der Fläche 28, so daß sich ein Paßsitz ergibt, rann die Zylinderlaufbüchse 14 in den Zylinderhohlraum des Oberteils 12 eingepreßt wird.

Die Seitenwände 2o und 21 umfassen weiterhin eine an ihrer Innenseite gelegene Aussparung 3o, die zwischen der ersten ümfangsflache 22 und der zweiten Umfangsflache 26 liegt. Die Innenfläche 'der Aussparung 3o ist radial von der entsprechenden Außenseite 32 der Zylinderlaufbüchse 14 im Abstand angeordnet, und zwar auf wenigstens einem Teil des ümfangs der Laufbüchse,

13001 1/0790 ~ - I₉ -

BAD ORlGMAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

so daß sich ein Kühlraum oder eine Kühlleitung 34 ergibt, die eine Kühlmittelströmung ermöglicht. Weitere Kühlmittel-Strömungskanäle 35, die im Oberteil 12 ausgebildet sind, stehen mit der Leitung 34 über Kanäle 35' in Verbindung, die in Fig. gestrichelt dargestellt sind. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ermöglicht der Kühlmittelr.aum 24 einen unmittelbaren Kontakt des Motorkühlmittels mit der Außenseite der Zylinderlaufbuchse 14 lediglich entlang einem Teil der Laufbüchse, der insgesamt innerhalb des Oberteils 12 liegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die axiale Länge der Aussparung 3o etwa 3o % der gesamten axialen Länge der Zylinderlaufbüchse 14. Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, ist die untere Grenze des Hubweges der Oberseite des Kolbens 6 bei einem Punkt 36 gelegen, der von der oberen Stirnseite der Laufbüchse 14 einen.Abstand b hat. Die unterste, radiale Fläche des radialen Flansches 16 hat vom obersten Rand der Laufbüchse 14 einen Abstand a. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der Abstand a nicht mehr als etwa 75 % der Entfernung b beträgt. Diese Ausbildung eines Anschlages bei einer "nassen" Zylinderlaufbüchse ist von derjenigen Ausbildung total verschieden, wie sie bisher für notwendig erachtet wurde, um eine adäquate Kühlung der Zylinderlaufbuchse in einem Verbrennungsmotor zu erhalten. Eine allgemeinere Anwendung dieses Prinzips findet sich in den schwebenden US-Patentanmeldungen Nr. 22 647 vom 21. März 1979 und Nr. 959 7o2 vom 13. Nov. 1978, auf die insoweit Bezug genommen wird.

Um eine ausreichende Abstützung für den Kolben 6 zu erhalten, muß sich die Zylinderlaufbuchse 14 offensichtlich nach unten über den Punkt 36 hinaus erstrecken, und zwar über eine Entfernung hinweg, die etwa gleich der axialen Länge des Kolbens 6 ist. Dementsprechend liegt bei der bevorzugten Ausführungsform

13 0 011/0790 -2o-

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 in

E- 192

2o. August 198o

der Erfindung der Flansch oder Anschlag 16 etv7a 4o % oder veniger mit Bezug auf die gesamte Länge der Lauf büchse 14 unter dem obersten Rand dieser Laufbuchse. Die axiale Erstreckung der Laufbüchse im Oberteil 12 beträgt danit höchstens 4o %, vorzugsweise 3o % der gesamten Länge der Laufbüchse 14.

Ein Kauptvorteil der in Fig.. 1 dargestellten Konstruktion besteht darin, daß der Unterteil 1o aus Leichtmetallegierung_f beispielsweise Aluminiumlegierung, gefertigt werden kann, so daß das Gesamtgewicht des Motors gegenüber herkömmlichen Motoren mit dem gleichen Hubraum beträchtlich reduziert ist. Insbesondere kann der Unterteil 1o denjenigen Abschnitt eines I-lotors bilden, der normalerweise als Kurbelgehäuse bezeichnet wird. Zusätzlich kann sich der Unterteil ausgehend von der Kurbelwelle nach oben hin entlang dem Zylinderhohlraum über eine Entfernung c hinweg erstrecken, welche normalerweise von dem herkömmlichen Motorblock eingenommen wird. Der Unterschied in der. Wärmeausdehnungskoeffizienten von Zylinderlaufbüchse 14 und der "Aluminiumlegierung des Unterteils 1o hat keinen Einfluß auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Motors, da der vom Unterteil aufgenommene Abschnitt der Zylinderlaufbüchse 14 in axialer Richtung unbehindert ist und sich somit leicht innerhalb desjenigen Teils des Zylinderhohlraums ausdehnen und zusammenziehen kann, welcher im Unterteil 1o enthalten ist. Erfindungsgemäß wird auch in Betracht gezogen, den Anschlag der Zylinderlauf büchse", nämlich den Flansch 16 oder ein äquivalentes Mittel, an einem unteren Punkt entlang der axialen Länge der Zylinderlaufbuchse 14 auszubilden und eine entsprechend angeordnete, am Flansch 16 anliegende Randkante an der Innenseite desjenigen Teils des Zylinderhohlraums vorzusehen, welcher in Unterteil 1o liegt. Die Zylinderlauf büchse 14 kennte in der Tat auch ir.it Hilfe

130011/0790 BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

eines an der Laufbuchse angreifenden Randes am Platz gehalten v/erden, der so positioniert ist, daß er an der untersten Stirnkante 39 der Laufbüchse 14 angreift, wodurch eine Zylinderlaufbüchse mit "unterem Anschlag" entstehen würde. Unabhängig von der axialen Lage des Laufbüchsenanschlags ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß stets eine Kühlmittelabdichtung in der Nähe derjenigen Zone ausgebildet ist, in welcher Oberteil 12 und Unterteil 1o miteinander verbunden sind. Hierdurch ist gewährleistet, daß das Motorkühlmittel lediglich denjenigen Abschnitt der Außenseite der Zylinderlaufbüchse 14 kontaktiert, welcher vom Oberteil 12 aufgenommen ist. Ober- und Unterteil brauchen sich nicht unbedingt direkt zu berühren. In diesem Fall wäre die "Berührungszone" derjenige Abschnitt des Motors, in dem Ober- und Unterteil am dichtesten einander angenähert sind.

Durch die Ausbildung der Kühlmittelleitung 34 über eine axiale Entfernung hinweg, die beträchtlich kleiner als bisher für eine adäquate Kühlung als erforderlich erachtet ist, kann die Kühlmittelabdichtung in der Nähe der Berührungszone von Ober- und Unterteil nach oben auf der axialen Länge der Zylinderlaufbüchse 14 verschoben v/erden, so daß der Abschnitt des Unterteils 1o, der sich über die Entfernung c nach oben erstreckt, maximal vergrößert werden kann. Hierdurch wird auch bei einem z. B. aus Aluminiumlegierung bestehenden Unterteil 1o das Gesamtgev/icht des Motors maximal verringert. Diese Ausbildung eines Motors beeinträchtigt in keiner Weise die hohe Festigkeit und überlegenen Temperatureigenschaften des Motors, da sich erwiesen hat, daß eine ausreichende Kühlung erreichbar ist, wenn die Kühlmittelleitung 24 gemäß Fig. 3 lediglich eine kurze, axiale Längsausdehnung besitzt.

1 3001 1 /0790

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 19So

Bei dem Motor gemäß Fig. 1 gelangt eine oben gelegene Nockenanordnung 4o zur Anwendung, um das (nicht dargestellte) Eingangsventil und ein Auslaßventil 42 bei jedem Zylinder zu betätigen. Die (ebenfalls nicht dargestellten) Lagerabstützungen für eine Nockenwelle 43 können einstückig mit dem Oberteil 12 gegossen oder getrennt ausgebildet und mit dem Oberteil 12 durch Verbindungsbolzen verbunden werden. Der Oberteil 12 kann •auch mit einer Hilfsverbrennungskainiiier 44 für jeden Zylinder ausgestattet sein, wobei die Kamner 4 4 in zvei Hälften ausgebildet wird. Die untere Hälfte 46 hat einen im Winkel angeordneten Auslaß 47, um die Yorverbrennungsprodukte in die Hauptverbrennungskammer 121 zu injizieren. Eine zweite Hälfte 48 kann in eine Aussparung 5o in Oberteil 12 eingeschraubt oder durch eine (nicht dargestellte) Klammer am Platz .gehalten werden. Das untere Ende der Hälfte 46 weist einen exzentrischen Vorsprung 52 auf, welcher die richtige Orientierung der unteren Hälfte 46 beim Zusammenbau der Hilfsverbrennungskammer gewährleistet.

Der Kraftstoff wird der Hilfsverbrennungskammer über eine Kraftstoffpumpe 54 zugeführt, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Ein vom Abgas angetriebener Turbolader 56, der in Fig. 1 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist, ist so angeordnet, daß er Luft einem Lufteinlaßkanal 58 (ebenfalls gestrichelt dargestellt) und jedem Zylinderhohlraum zuführt. Die Abgase aus den jeweiligen Verbrennungskammern sind dem Turbolader 56 über Abgaskanäle 57 zugeleitet. Sowohl die Lufteinlaßkanäle als auch die Abgaskanäle können bei jedem Zylinderhohlraum erheblich kürzer als bei Motoren n>.it üblichem Zylinderkopf ausgebildet werden. Eine derartige Verkürzung kann zu einem besseren Wirkungsgrad führen, insbesondere bei turbogeladenen

13001 1/0790 BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

Motoren, weil ein kürzerer Abgaskanal StröinungsVerluste vermindert, so daß in den Abgasen mehr Energie zur Ausnutzung im Turbolader, erhalten bleibt.

Der Wegfall der herkömmlichen Verbindungsstelle zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock an der Stelle des höchsten Verbrennungsgasdruckes eliminiert auch die kritische Hot-'wendigkeit des extrem sorgfältigen Zusammendrückens einer Zylinderdichtung um den oberen Umfang jedes Zylinderhohlraums herum. Diese bei konventionellen Motoren bestehende Forderung erfordert normalerweise die Verwendung von sechs Zylinderkopfbolzen, die in umfangsmäßigen Abständen um jeden Zylinderhohlraum herum verteilt sind. Durch die einstückige Ausbildung von Zylinderkopf und einem Teil des üblichen Motorblocks kann die übliche Zylinderkopfbolzenanordnung vollständig entfallen, und zwar zu Gunsten von Verbindungsir.itteln, wie beispielsweise Verbindungsbolzen 6o_r, die sich nach ober, durch jede Lagerkappe 61 , Lagerschale 6-2 und Unterteil 1o hindurch" erstrecken und mit dem Oberteil 12 verschraubt sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, können zwei solcher Verbindungsbolzen bei jeder Lagerkappe 61 Anwendung finden, so daß insgesamt lediglich vier Verbindungsbolzenangüsse im Oberteil 12 um jeden Zylinderhohlraum herum angeordnet werden müssen. Natürlich teilt jeder Zylinderhohlraum ein Paar solcher bolzenaufnehmender Angüsse mit dem benachbarten Zylinderhohlraum, da jede Lagerschale bezüglich der Zylinderhohlräume in Draufsicht versetzt angeordnet ist.

Eine Alternative zur Verwendung eines einziger. Paares von Verbindungsbolzen besteht darin, eine Schraubbuchse 63 in das Unterteil 1o einzugießen, die mit die Verbindungsbolzen aufnehmenden Bohrungen an jeder Seite der Lagerkappen 61 ausgefluchtet ist. Entsprechende, ausgefluchtete, die Bolzen

1300 11/0 790

- 24 BAD ORIGINAL "

fi 44 3o2 m

m - 192

2o. August 1980

aufnehmend« Bohrungen_f welche hier nicht dargestellt s^En(£_c .-.·, können- dann insgesamt durch den Oberteil 12 verlaufene ausgebildet werden und" ermöglichen die Einführung eines oberem VerbinduEtgsbolzens, der nach unten durch den.. Oberteil 12c ve-r-· läuft und in schraubenmäßigen Eingriff mit der Gewindebuchse 63 gelangte Ein zweiter, axial ausgerichteter Verbindungsbolzen wird nach oben durch eine Bohrung in der Lagerkappe . eingeführt und gelangt ebenfalls in gewlndemäßigen Eingriff mit einem anderen Teil derselben Gewindebuchse- .

Fig. 2 zeigt ia Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in.Fig. 1 lediglich einen einzigen Motor zylinder. Die Vorteile der Er^· findung können jedoch auch, bei He. tor en mit 2,. 4_t 5._r 6 oder. . einen beliebigen anderen Aazah-1 von Zylindern- ausgenutzt .. . werden. Einander entsprechende Teile sind In Fig. 1 .und 2 ioit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Neben dem Auslaßt ventil 42 ist In Fig. 2 ein. Einlaßventil 64 dargestellt* welches durchs die oben- gelegene NoeJcenanordnurtg 4o betätigt 1st- Wie aus Fig.. 2 hervorgeht.,, schließt die oben, gelegene Kockenanordnung 4o eine Hockenwelle 66 ein*, die drehbar Ija-. Stützstreben 6S gelagert ist. Die Nockenwelle 66 wird synchron mit der Kurbelwelle 4 über einen Antriebs-Gewxnäezug 7o angetriebejr.

Die Figuren 3a und 3=b zeigen einen vergrößerten Teilschritt der Berührung&zone zwischen Uatertexi To und Oberteil 12. Der Unterteil 1o umfaßt eine am Oberteil 12 anliegende Fläche 72_F die so angeordnet ist_r daß säe an der unteren-,, radial verlaufenden. Fläche 74 des radialen Flansches 16 anliegt und ein am Anschlag abgreifendes Mittel bildet _r welches am Radialflansch 16 anliegt und eine nach eben gerichtete Kraft liefert,

die ·

durch-_ÄdIe' Zylinderlaufbuchse T4 aa ifcr-eitt oberen Ende in

, ₂₃ .

BAD ORIGINAL

^2:3 ~ 3332253

--&- 44 3ö2 in

m - 152 -.■■-.-

2s.. August 198ο

gasundurchlässige Abdichtung mit dem Oberteil- 12 gelangt» Di« Fläche 72 erstreckt sieh radial überden Flansch 16 hinaus, und vermittelt weiterh'in eine Berührungsfläche für eine Fläche 76 des Oberteils 12. Die Fläche 76 enthält eine Aussparung 78, die so'gestaltet ist, daß sie den radialen Flansch · IjS aufnimmt, jedoch, eine axiale Tiefe hat, welche kleiner als die axiale Dimension des Flansches Ί6 ist,· wie am besten aus Fig. 3a hervorgeht. Durch diese Ausbildung können die Flächen. 72 und 7-6 durch Betätigung der Verbindungsbolzen 6o Ib gegenseitigen Kontakt gebracht werden., wobei der Flansch 16 zwischen Ober und Unterteil eingespannt und die Zylinderlaufbüchse 14 im Zylinder hohlraum axial verriegelt wird. Wie oben, bereits festgestellt, kann die"gesamte axiale Entfernung zwischen der unteren radialen Fläche 74 des Flansches 16 und der obersten . Kante der Zylinderlaufbüchse 14 so ausgebildet werden, daß die oberste Kante der Lauf büchse 1-4. veranläßt wird,, .in Druckkontakt ■mit der Querwand 15 zu gelangen, wodurch -sich eine 'fetall--Zu- ~7-leta 11 -Abdichtung gegenüber Verbrennungsgas ergibt. .Wenn' eine axiale Abdichtung -dieser' Art hergestellt wird? wird die Nachjglebigkelf des axialen Abschnitts der Zylinderlaufbuchse IH zwischen dem-Anschlag 1-6 'und ihrem oberen ,Rand dazu ausgenutzt* den axialen Atdichtdruck' beim Zusammenbau des 2-iotors zu liefern, -Auf -diese ¹WeI^-Se kann der Betrag der !Nachgiebigkeit in gewiss-em Ausmaß dadurch gesteuert werden/ daß man die axiale Lage.des Laufbüchsenanschlages T6 auf einen gewünschten Punkt innerhalb" desjenigen Abschnitts des Zylinderhohlr-auns -einstellte der im Unterteil ;3o enthalten ist. Der gesamte Kontaktbereich zwischen der oberen, radialen Fläche 8o des Flansches 16 und der -ent~ -sprechenden Badialflache '-82 -der Aussparung 78 1st kleiner als der Kontaktbereich Zwischen der -inneren., radialen FläGhe 74 -des Flan-scnes 16 und der oberen Fläche 76 des -Unterteils To,

Ά 44 3o2 m

m - 19-2

2o. August 1

"irV-'■■-...-

Die relative Bemessung dieser Koniiäktpereiche 1st im .pinb^i-cic
auf dieuiiterschiedlicheri Eigenscliäxtea, des aus äluiaind]^ge— _;..;
gossenen Unterteils 1o und des aus'Sxsen gegossenen Qbertails;.;^*-;^
12 bzw. der ebenfalls aus diesem^.Material JDesteh«nö.eÄ .-2^iifi
laufbuchse 14 verschieden. Die großeire Steifheit
erlaubt einen kleineren

gere Leichtmetall, äusdera der Unterteil ϊο bestäubt^ /e|^e.- \y,'-. Λ§2ΐί

gröBere Be-ruhrungsfläefee mit dein 'radialen-'Flaasch' 16 ^e^^Dr^r-

^v^?ai-

Fig. 4 zeigt eine besonders bevorzugt® -Anördcung d©r_ ^:V^r^j^-
dungsmittel. fur die gegenseitige''Tferisindung von Ober--upcl· ^,
Unterteil. Ein Paar von' Bohrungen ^:9o ist jeweils._..ia._ Aiigi^.s-en
9"2 ausgebiltiet/ die -zwischen benachbarten Zyli
liegen. Die Bohrungen 9o nehmen inicnt dargestellte^
dungs bolzen auf _r -die nach unten verlaufen oind in Geii
griff mit.dem Unterteil ^o gelangen, '^tie oben bereits,.f^s;trv_;-:.
gestellt-, können die -Bohrungen "Bo 'mit entsprechenden -B

in .den Lagerkappen-bzw. iagerscihaler J1, 62 ausg^icirt.et_v3eifi

." BAD ORIQtNAL

Fig. .5 -z-eigt eiae schaubildliche 'Ansicht" einer Ipevorzugjen _:. ,·. :.. .i

Äusführ-ungsforin eines .-erflndungstepeir.aBen VerT^ren-nungsmofaors .;. ; ■ .1

mit; Unterteil 3o, Oberteil 12 _r' "Qlvraan-e 85' und_ JavtriBbs-Ser ,. | triebezu-g 7o zum AntrielJ der Nocken =nordnung Ao und.. der Sraft— . . -J

sto,ffpumpe-54- -Wie sich-aus Fig.. 5 ergibt-, könne:: mehrere.':£&--'- — j^:

güsse 92 für VerbindungsboLzen'eins tüc3cig mit cea. Oberteil,.,^ _|

ausgebildet :weräen. Dies« Angüss-e &2 dienen der. ,-iuf nähme, vpn |

VerbindungsiJOlzen B4, die nach abwärts gerichtet.in den. .ilnfcer*- |^;

teil 3o eingeschrauTDt herden. Di-e rJigSsse 92 ejrtnaiten 3oh- ■ ■ ί

-rUTigels "9ό, d'le "in Fig, 4 -dargestellt .sxnd und -der Aufnähme der 1

-Bolzen -94 dien-en. "Hilisverbreimu-ngskammern 96 -funktionieren ~*i

■ ■ ■ ■ ■ .. ■ ' Λ.

Ä 44 3oZ r*

m - Ϊ92

2α. August tSSo

im ähnlieher Weiße wie äie Kammer 44 in Fig. T, jedoch ist jede Kammer 96 mit Bezug auf die Vertikale schräg orientiert. Eie Kraftstoffpumpe 54, ist mit jeder Kammer 9§ durch Kraftstoff leitungen 98 verbunden..

Eine wesentliche Hetr.iebseigenschaft des er£lndungsgeinä3an . Verbrennungsmatars liegt darin _r daß sein Betriebsgeräusch gegenüber bekannten Motoren erheblich reduziert ist. Das Motorengeräusch wird: -zum großen Teil bei Zündung des komprimierten Kr af tstof f-Luf t-Gemisches im Mo tor zylinder erzeugt .-Ede entstehende Schwingungsenergie hat das Bestreben, sich nach unten entlang den Seitenwänden des Motors "zum Kurcal-· wellengehäüse und zur ölwanne 86" C^ig^ T} hin auszubreiten, wobei die beiden letztgenannten Teile, dann als Resonator wirken und. da-fur verantwortlich sind, daß^ sich Schwin gun gsenergie im ; Hörbereich auf" die Umgebung überträgt.. Die erfindungsgemäße Anordnung der Verbinduncssteile zwischen Ober- und Unterteil 1-2: bzw. to hat den Effekt_r daß die .-;usbreitung der Schwingungsenergie vom obererr Abschnitt jedes Zyl-inderhObirauEis nach unten in den unterteil 1© und die ölwanne 86 hinein gedämpft wird- Darüber hinaus hat die Anordnung ces in- der Mitte der Laufbuchse T4 gelegenen Anschlags S6* der bei der dargestellten Ausfuhrungsform als ringsum latrfender Flansch oder Bund ausgebildet ist,..-in. der Nä-hs der Berührungs- ader Verbindungszone van Ober-' und unterteil den Effekt ρ exne- zusätzliche Verstärkung für denjenigen Teil de» Motorblocks zu bilden> von welchem sich andernfalls Schwingungsenergie mit hoher Amplitude nach unten ausbreiten würde^ Wie am besten in Fig-. 3& und 3b- dargestellt, ist derjenige .^bschnitt des Oberteils T2_f der gerade oberhalb der Aussparung Liegt _r in radialer Kichtung erheblich dicker als der restliche

^ _2S

ORlGiNAL INSPECTED

A 44 3o2 m

m - 192

2α. August 19So

Teil der Seitenwand 2o ausgebildet. Dieses verdickte Gebiet bildet eine bandartige Abstützung 8-5, die η den Mittelteil der Zylinderlaufbüchse 14 herum verläuft. Dieses verdickte Gebiet trägt dazu bei, die Amplitude von Schwingungen zu reduzieren, die sich andernfalls den Seitenwänden des Motorblocks entlang in die Ölwanne 86 ausbreiten wurden.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Yerbindungs- oder Berührungszone gemäß Fig. 3a und 3b besteh- in dem Effekt, den diese Ausbildung auf die durch Kavitation verursachte Erosion bei einer "nassen¹" Zylinderlaufbüchse hat. Es wurde bereits beobachtet,- daß die äußere Oberfläche einer "'nassen-'¹ Zylinderlaufbuchse im Verlauf der Zeit eine Tendenz zeigt zu erodieren. Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist dieses Phänomen aus folgenden Gründen reduziert: wenn die Zylinderlaufbüchse Schwingungsbewegungen unterliegt,- tritt das gut belzan—e Phänomen der auf Kavitation beruhenden Erosion auf. Dies führt dazu, daß Kohlenstoffatome aus dem Material der Zylinderlaufbüchse abgezogen werden. Im Verlauf der Zleit führt dieser Kohlenstoff ent zug zu einem- Zusammenbruch des die Zylinder laufbuchse bildenden Materials. Bei dem erfindungsgeirtäßen Motor ist die auf kavitation beruhende Erosion erheblich reduziert, weil die Abstützung der Laufbuchse im oberen Mittelabschnit- konzentriert ist,, wa die größte Schvingungsbewegung der Laufbüchsenwände an sich- zu erwarten wäre, wenn die Zylinderlaufbüchse in diesem Bereich unabgestützt wäre.

Ein weiterer, sehr bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Motors ergibt sich aus der kurzen axialen Längsausdehnung des KühlmitteIraums 34... Durch diese Anordnung sind Gewicht und Größe des Oberteils 12 minimal gehalten_r se daß Zusammenbau

13001WD790

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

und Wartung des Motors dadurch erleichtert sind. Die kurz ausgebildete Kühlmittelleitung vermindert auch die Gesamtkapazität des Kühlsystems und reduziert das Gewicht, die Gestehungskosten und Energieverluste, die sonst bei der Bereitstellung" und dem Betrieb eines größeren Kühlmittelsystems in Kauf -genommen werden müßten. Dadurch, daß der Kontakt des Kühlmittels auf die oberen 3o % der Zylinderlaufbuchse beschränkt ist, kann der untere Abschnitt der Zylinderlaufbüchse eine höhere Durchschnitts-Betriebstemperatur annehmen, die wiederum veranlaßt, daß eine größere Menge an nutzbarer Energie in den Abgasen des Motors erhalten werden kann. Diese Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist insbesondere beim Betrieb eines turbogeladenen -Motors wichtig-, bei dem die Abgase dazu benatzt werden, einen Turbolader anzutreiben. Je mehr nutzbare Energie in den Abgasen erhalten bleibt, um so größer ist offensichtlich der Wirkungsgrad eines solchen Kotors.

Bisher hat man es nicht für -möglich jgehäTten_T den Kühlmittelkontakt lediglich auf die oberen 3o bis 4o % der Zylinderlaufbuchse zu beschränken, und "zwar in der falschen Annahme, daß dadurch übermaßige Betriebstemperaturen entstehen würden» J-e-., doch haben Versuche an dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit seinen kurzen Kühlmittelräumen ergeben, daß sichere Betriebstemperaturen aufrecht erhalten werden können, und zwar trotz der unüblich kur-zen, axialen Ausdehnung der Kühlmittelleitung 34.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Wirksamkeit sowie durch geringes Gewicht und geringes Betriebsgeräusch aus. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für Anwendung bei turbogeladenen Dieselmotoren·

13 0 0 11/0790

— -i C-. —

BAP

. A 44 3o2 m
in - 192
2o. August. 1980

Die Gesamtheit der Vorteile des erf indungsgemäß en Motors resultiert im wesentlichen daraus, daß das Oberteil als. einstückige Einheit ausgebildet ist, die einen gühlwaptel enthält, der sich über einen kürzeren Abschnitt der "nassem¹" Zylinderlaufbuchse erstreckt, als dies bisher für erforderlich gehalten wurde, um eine ausreichende Kühlung des Motors zu erreichen. Wegen seiner erwähnten, vorteilhaften Eigenschaftea •eignet sich der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor insbesoääer-e für Fahrzeuge-, welche dem PersDnentransport auf Straßen öien-an. Das niedrige iSewicht, der kompakte Aufbau und das £pexii£ge Betriebsgeräusx;h machen den erfindungsgemäßen Kotor aber auch in idealer Weise geeignet für -andere Anwendung, beispielsweise in Ge-stalt tragbarer Dieselmotoren, Ar.triebe für Wasserfahrzeuge sowie andere gewerbliche Verwendungen, bei denen Tragbarkeit und/oder geringes Betriebsgeräusch :erwünscht sind,

13001 1/0790 BAD

Leerseite

Claims

- y- ■

HOEGER₁ STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14C-D 7O00 STUTTGART 1

A 44 3o2 m Anmelderί Cummins Engine Company, Inc.

m - 192 looo 5th Street

2o. August 198o Columbus, Indiana 472o1

USA

Patentansprüche :

.) Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem mit dieser verbundenen, hin- und hergehenden Kolben und mit wenigstens einem Zylinderhohlraum zur Aufnahme des Kolbens, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein einstückiges, einen Zylinderkopf und den oberen Abschnitt des Zylinderhohlraums bildendes Oberteil (12) mit einer einstückig am oberen Ende des Zylinderhohlraums angeordneten Querwand (18) für eine Verbrennungskammer (121) ;

b) ein einstückiges, ein Kurbelwellengehäuse und den unteren Abschnitt des Zylinderhohlraums bildendes ' Unterteil (1o);

c) Verbindungsmittel (6o) zum gegenseitigen, dichten Verbinden von Ober- und Unterteil (12,1o) im Bereich einer Berührungszone;

d) in den Zylinderhohlräumen angeordnete Eylin-derlaufbüchsen (14) zur Führung der Kolben (5), wobei die Außenseite (32) der Laufbüchsen (14) zwecks Ausbildung einer Kühlmittelleirung (3o) von der Innenseite der Zylinderhohlräume in einem Abstand angeordnet ist;

1-3ΌΪΠ 1/-079B BAD ORIGINAL

5032253

A 44 3o2 ra

in - 192

2ό. August 198ο

e) eine Abdichtung für Verbrennungsgas zwischen dem-qberen Rand der Zylinderlauf büchse (14) und der Querwand (1-8) ;

f) eine Abdichtung für Kühlmittel an der Berührungszone, zwischen Zylinderlauf büchse (1.4) und Oberteil (12) und/oder Unterteil (1o) derart, daß das Kühlmittel,, lediglich den im Oberteil (12) gelegenen Abschnitt-, der Laufbüchse (14) direkt mit Kühlmittel beaufschlagt.

2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: . ·.<-..■ ·

a) im Oberteil (12) ist ein in den Zylinderhohlraum führender Lufteinlaßkanal (58) sowie ein -Abgaskanal (57) angeordnet; -

b) ein Turbolader (56) ist am Oberteil (12) befestigt

und einerseits mit dem Abgaskanal (57) und andererseits mit dem Lufteinlaßkanal (58) verbunden.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Zylinderlaufbüchse (14) weist einen .zwischen, ihren Stirnseiten gelegenen Anschlag (16) zur axialen Fixierung der Laufbüchse auf;

b) der Unterteil (1o) nimmt den unterhalb des Anschlags (16) gelegenen Abschnitt der Zylinderlaufbüchse (14) auf;

c) der Oberteil (12) nimmt den oberhalb des Anschlags (16) gelegenen Abschnitt der Zylinderlaufbüchse (14) auf.

13001 3/Ö79CI
BAD ORIGINAL

303225?

A 44 3o2"nw

ra - %92

2σ. Augu-st \3So

4. Motor nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet_r daß der Anschlag (;T6) als radial gerichteter, mit der Laufbuchse (14) einstückiger _f ringförmiger Bund ausgebildet ist.

5. Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet^ daß der Anschlag ("16) von der oberen Stirnseite der Laufbuchse (Τ4Ϊ einen Abstami (a£ hat,, der kleiner als 75 % der ge-samten axraien Entfernung (bj zwischen der -unteren Hubgrenze der Kölbenoberseite und der oberen Stirnseite der Laufbuchse (t4y ist.

6. Motor nach e-inem der Ansprüche T bis 5-, dadurch gekennzeichnete daß das Unterteil (To) mit einer Anschlagfläche (74) am Anschlag (tfi-f der Laufbuchse (Ϊ4) anliegt und hierdurch der Laufbuchse eine gasdichte Hetall- zu Metall-Abdichtung zwischen ihrem oberen Ende und dem Oberteil (12) erteilt is-t.

7. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbüchse (14) an ihrem oberen Ende und in der Nähe ihres Anschlags tt6> jeweils mit Pa&sitz im Oberteil (T2) gehalten ist.

S. Motor nach Anspruch &, dadurch gekennzeichnet^ daß die Änschlagflache (74) des Unterteils (to} auch an einer radial außerhalb des Anschlags (T6> gelegenen Anschlagfläche (72>. des Oberteils U2) anliegt.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anschlagfläche (72> des Oberteils (12) eine den Anschlag (1 aufnehmende Aussparung (78) vorgesehen ist, deren axiale Tiefe kleiner als die axiale Länge des Anschlages (16) ist.

OU/079 0 : . - 4 -

BAD ORIGINAL

A 44 3o2 m

m - 192

2o. August 198o

10. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelleitung (34) zwischen den Paßsitzflächen am

•oberen Ende und am Anschlag (16) der Zylinderlaufbüchse (14) angeordnet ist.

11. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Ende der Zylinderlaufbüchse (14) und der Querwand (18) ein kleiner Zwischenraum vorgesehen ist.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den kleinen Zwischenraum eine Verbrennungsgasdichtung durch die Verbindungsmittel (6o) eingespannt ist.

13. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchse (14) und der Oberteil (12) aus Gußeisen und der Unterteil (1o) aus Leichtmetallegierung bestehen.

14. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungsbereich zwischen der Oberseite des Anschlags (16) und der entsprechenden Fläche (So) der Aussparung (78) kleiner ist als der Berührungsbereich zwischen der Unterseite des Anschlags (16) und der Anschlagsfläche (72) am Unterteil (1o).

15. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Unterteil (1o) r.ehrere Lagerschalen (61,62) für die Kurbel welle (4) vorgesehen sind, deren Anzahl um 1 größer ist als die Zahl der Zylinderhohlräume, daß diese Lagerschale^ (61,62) jeweils mit Bezug auf die Zylinderiio;.!räume versetzt angeordnet sind

13 0011/0790

— 5 —

BAD"

A 44 3o2 m

hi - 192

2o. August 198ο

und zwei Bohrungen (9o) für Verbindungsbolzen (6o) aufweisen, die parallel zu den Hittelachsen der Zylinderhohlräume verlaufen, und daß am Oberteil (12) mehrere, mit den Bohrungen im unterteil (1o) ausgefluchtete Vorsprünge mit Bohrungen (9o) zur Aufnahme der Bolzen (6o) vorgesehen sind.

Ί6. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Schraubbuchsen (63) od. dgl. zur Aufnahme von Gewindebolzen (6o) zwischen Ober- und Unterteil (12,1o) vorgesehen sind.

17. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den oberen und unteren Paßsitzflächen kleiner als 3o % der gesamten axialen Länge der Zylinderlaufbuchse (14) ist.

18. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ober- und Unterteil (12,1o) Geräuschdämpfungsmittel in Gestalt eines radial gerichteten, um den unteren Paßsitz (26,28) ringförmig herum verlaufenden Verstärkungsbandes (85) vorgesehen sind.

19. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (16) um weniger als 4o % der axialen Gesamtlänge der Laufbüchse (14) vom oberen Ende der Laufbuchse entfernt ist.

20. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (34) weniger als 4o % der axialen Gesamtlänge der Zylinderlaufbüchse (14) einnimmt.

13001 1/0790

ORIGINAL.