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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere
auf Dichtungsringe, die verwendet werden um zwischen einer Zylinderauskleidung
bzw. Zylinderhülse
und dem Zylinderkopf in einem Verbrennungsmotor abzudichten.
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Technischer
Hintergrund
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Verbrennungsmotoren,
wie beispielsweise Diesel- oder Benzinmotoren weisen typischerweise einen
Zylinderblock auf, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen definiert,
die hin und her beweglich jeweilige Kolben darin tragen. Jede Zylinderbohrung kann
eine Zylinderauskleidung bzw. Zylinderhülse aufweisen, in der sich
der Kolben tatsächlich
hin und her bewegt. Die Zylinderauskleidungen gestatten, dass ein
Zylinderblock mit einer speziellen Zylinderbohrungskonfiguration
und -größe mit mehreren
Kolben mit unterschiedlichen Durchmesser verwendet wird, und zwar
einfach durch auswechseln der Zylinderauskleidungen bzw. Zylinderhülsen für einen
speziell konfigurierten Motor. Darüber hinaus können die Zylinderhülsen entfernt
und ersetzt werden, wenn sie durch den Gebrauch mit der Zeit abgenutzt
werden. Zusätzlich
kann ein Verbrennungsmotor zur Anwendung als Dieselmotor eine Zylinderhülse erfordern, die
anders als bei einem Verbrennungsmotor konfiguriert ist, der als
Benzinmotor verwendet wird.
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Es
ist bekannt, einen Dichtungsring am äußeren Ende der Zylinderhülse in einem
Verbrennungsmotor vorzusehen. Ein Beispiel eines solchen Dichtungsringes
wird offenbart im US-Patent 5 010 853 (von Kubis u.a.). Bei einem
solchen Dichtungsring ist das äußere Ende
der Zylinderhülse
in einer Distanz entfernt von der Unterseite des Zylinderkopfes
angeordnet. Die Radialkraft, die auf die Dichtung ausgeübt wird,
kann daher während
der Ver brennung der Brennstoff-Luft-Mischung innerhalb der Brennkammer
während
der Verbrennung relativ groß sein. Entsprechend
sind solche Dichtungsringe typischerweise benachbart zu einer geeigneten
Stützstruktur angeordnet,
um zu verhindern, dass der Dichtungsring sich radial nach außen auslenkt.
Darüber
hinaus kann der Druck, der gegen den Dichtungsring ausgeübt wird,
erfordern, dass relativ starke Klemmkräfte zwischen dem Zylinderkopf
und dem Zylinderblock ausgeübt
werden, und zwar unter Verwendung einer großen Anzahl an Befestigungsmitteln,
wie beispielsweise Bolzen bzw. Schrauben oder Bolzen mit großem Durchmesser.
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Es
ist auch bekannt, einen Integralen kombinierten Abstreifring und
Dichtungsring am äußeren Ende
eines Zylinderblockes vorzusehen, der eine Zylinderbohrung definiert.
Das US-Patent 4 474 147 (Hoopes) offenbart einen ringförmigen kombinierten Feuerring
und Abstreifeinsatz mit einem im allgemeinen L-förmigen Querschnitt. Der kombinierte
Feuerring und Abstreifeinsatz hat eine relativ komplexe Querschnittsform,
die mehrere Biege- und Formgebungsvorgänge erfordert, die alle dazu
tendieren, die Abmessungstoleranzen des kombinierten Ringes zu beeinflussen.
Darüber
hinaus kommen die mehrfachen Biege- und Formgebungsvorgänge zu den
Kosten des kombinierten Ringes hinzu.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß eines
Aspektes der Erfindung weist ein Verbrennungsmotor einen Zylinderblock
mit einer Zylinderbohrung auf. Ein Zylinderkopf ist an dem Zylinderblock
angebracht und bedeckt die Zylinderbohrung. Eine Zylinderauskleidung
bzw. Zylinderhülse innerhalb
der Zylinderbohrung hat ein äußeres Ende, einen
Innendurchmesser und eine ringförmige
Ausnehmung, die sich radial nach außen vom Innendurchmesser am äußeren Ende
erstreckt. Ein Kolben ist hin und her beweglich innerhalb der Zylinderhülse angeordnet.
Ein ringförmiger
Abstreifring, der in der ringförmigen
Ausnehmung positioniert ist, hat einen Innendurchmesser, der kleiner
ist, als der Innendurchmesser der Zylinderhülse und ist konfiguriert, um
Ablagerungen von dem Kolben abzukratzen. Der Abstreifring erstreckt
sich axial über
das äußere Ende
der Zylinderhülse.
Ein ringförmiger
Dichtungsring ist getrennt von dem Abstreifring, wird von diesen
angeordnet und radial nach außen
benachbart zu diesem positioniert. Der Dichtungsring steht direkt mit
dem Zylinderkopf und dem äußeren Ende
der Zylinderhülse
in Eingriff und dichtet dazwischen ab.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung weist ein Verfahren zur Montage
eines Verbrennungsmotors folgende Schritte auf: Einführen einer Zylinderhülse in einer
Zylinderbohrung eines Zylinderblockes, wobei die Zylinderhülse ein äußeres Ende,
einen Innendurchmesser und eine ringförmige Ausnehmung besitzt, die
sich radial nach außen
vom Innendurchmesser am äußeren Ende
erstreckt; weiter das Anordnen eines ringförmigen Abstreifrings innerhalb
der ringförmigen
Ausnehmung, wobei der Abstreifring einen Innendurchmesser besitzt,
der kleiner ist, als der Innendurchmesser der Zylinderhülse, und
wobei er konfiguriert ist, um Ablagerungen von Kolben abzukratzen,
wobei der Abstreifring sich axial über das äußeren Ende der Zylinderhülse erstreckt;
weiter das Anordnen eines ringförmigen Dichtungsringes,
getrennt von dem Abstreifring und radial außerhalb benachbart zu diesem
gegen das äußere Ende
der Zylinderhülse;
weiter das Abdecken der Zylinderbohrung mit einem Zylinderkopf;
und das Anbringen des Zylinderkopfes an dem Zylinderblock, wodurch
der Dichtungsring direkt mit dem Zylinderkopf in Eingriff kommt
und zwischen dem Zylinderkopf und dem äußeren Ende der Zylinderhülse abdichtet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine bruchstückhafte
Schnittansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
eine bruchstückhafte
vergrösserte Ansicht,
die den Abstreifring und dem Dichtungsring veranschaulicht, die
in 1 gezeigt sind.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt,
welcher im allgemeinen einen Zylinderblock 12, einen Zylinderkopf 14,
eine Zylinderauskleidung bzw. Zylinderhülse 16, einen Kolben 18,
einen ringförmigen
Abstreifring 20 und einen ringförmigen Dichtungsring 22 aufweist.
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Der
Zylinderblock 12 weist eine Zylinderbohrung 24 auf,
in der die Zylinderauskleidung 16 angeordnet ist. Die Zylinderbohrung 24 weist
einen Absatz 26 auf, gegen den die Zylinderauskleidung 16 aufgesetzt
ist. Der Zylinderkopf 14 ist an dem Zylinderblock 12 angebracht
und bedeckt die Zylinderbohrung 24. Der Zylinderkopf 14 trägt eine
Vielzahl von Ventilen 28. Der Zylinderkopf 14 weist
einen (schematisch in 1 gezeigten) Kanal 30 auf,
um einen Fluss von flüssigem
Kühlmittel
aufzunehmen, wie beispielsweise Frostschutz, und dadurch den Zylinderkopf 14 zu kühlen.
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Der
Zylinderblock 12 weist auch einen oder mehrere entsprechend
konfigurierte Kanäle 32 auf, durch
die flüssiges
Kühlmittel
transportiert wird. Einer oder mehrere Verzweigungskanäle 34 und 36 gestatten
einen Fluss von flüssigem
Kühlmittel
entlang der Zylinderauskleidung 16 und zwischen dem Kanal 32 in
dem Zylinderblock 12 und dem Kanal 30 in Zylinderkopf 14.
Die Kanäle 30 und 32 und
die Verzweigungskanäle 34 und 36 können irgend
eine geeignete Konfiguration haben, und zwar abhängig von der speziellen Konfiguration
des Verbrennungsmotors 10, und sind schematische durch
gestrichelte Linien in 1 zur Vereinfachung der Veranschaulichung gezeigt.
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Der
Zylinderblock 12 weist auch eine oder mehrere unter Druck
gesetzte Schmiermittelleitungen auf, wie beispielsweise eine äußere Ölgallerie 37,
die Öl
unter Druck zur Schmierung von beweglichen Teilen innerhalb des
Verbrennungsmotors 10 liefert. Beispielsweise kann der
Verbrennungsmotor 10 mit (nicht gezeigten) Anschlüssen versehen
sein, die strömungsmittelmässig mit
der Ölgallerie 37 verbunden
sind und verwendet werden, um den Kolben 18 innerhalb der
Zylinderauskleidung 16 zu schmieren und zu kühlen.
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Der
Kolben 18 ist hin und her beweglich innerhalb der Zylinderauskleidung 16 angeordnet
und ist schwenkbar mit einer Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 38 über einen
Kolbenbolzen 40 verbunden. Ein Ende der Pleuelstange 38 gegenüberliegend
vom Kolbenbolzen 40 ist schwenkbar mit einem Kurbelbolzen
von einer sich drehenden Kurbelwelle in bekannter Weise verbunden.
Der Kolben 18 bewegt sich hin und her zwischen einer oberen
Totpunktposition TDC und einer unteren Totpunktposition BDC innerhalb
der Zylinderauskleidung 16 während der Drehbewegung der
Kurbelwelle. Der Kolben 18 kann eine Vielzahl von Kolbenringennuten
mit darin angeordneten Kolbenringen 42 aufweisen, die eine
im wesentliche strömungsmitteldichte
Hin- und Herbewegung eines Kolbens 18 innerhalb der Zylinderauskleidung 16 gestatten.
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Die
Zylinderauskleidung 16 weist ein äußeres Ende 44 auf,
welches benachbart zum Zylinderkopf 14 angeordnet ist.
Die Zylinderauskleidung 16 weist eine Schulter bzw. einen
Absatz 46 auf, der an dem Absatz 26 des Zylinderblockes 12 anliegt.
Der Absatz 46 ist um eine vorbestimmte axiale Distanz weg
vom äußeren Ende 44 der
Zylinderauskleidung 16 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Absatz 46 ungefähr
in der gleichen Entfernung wie der Unterteil des Kolbens 18 angeordnet, wenn
der Kolben 18 an einer oberen Totpunktposition ist (wie
in 1 gezeigt). So konfiguriert ist die Zylinderauskleidung 16 eine
in der Mitte befestigte Auskleidung. Die Zylinderauskleidung 16 weist
einen oder mehrere ringförmige
Nuten mit entsprechenden ringförmigen
Dichtungen 48 darin auf, die zwischen der Zylinderauskleidung
bzw. Zylinderhülse 16 und dem
Zylinderblock 12 abdich ten.
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Die
Zylinderauskleidung 16 weist auch einen zweiten ringförmigen Absatz 50 auf,
der an ihrem Außenumfang
ausgeformt ist. Der Absatz 50 ist entfernt vom äußeren Ende 44 um
eine Distanz positioniert, die ungefähr der Höhe eines Kühlungsringes 52 entspricht.
Der Kühlungsring 52 definiert
einen ringförmigen
Kühlmittelkanal 54 benachbart
zum radial äußeren Umfang
der Zylinderauskleidung 16 und weist auch eine Vielzahl
von sich radial erstreckenden Anschlüssen 56 auf. Der Kühlungsring 52 definiert
einen vorbestimmten Flusspfad mit einem vordefinierten Strömungsquerschnitt
und einer Strömungsgeschwindigkeit,
der den Kühlmittelkanal 32 in
dem Zylinderblock 12 mit dem Kühlmittelkanal 30 in
Zylinderkopf 14 verbindet, und dadurch die Zylinderauskleidung 16 benachbart
zum äußeren Ende 44 kühlt.
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Die
Zylinderauskleidung 16 weist auch einen Innendurchmesser 58 auf,
der geringfügig
größer als der
Außendurchmesser
des Kolbens 18 bemessen ist. Der Innendurchmesser 58 der
Zylinderauskleidung 16 definiert eine Längsachse 60. Eine
ringförmige
Ausnehmung 62 erstreckt sich radial nach außen vom
Innendurchmesser 58 am äußeren Ende 44.
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Ein
ringförmiger
Abstreifring 20 ist in der ringförmigen Ausnehmung 62 positioniert.
Der Abstreifring 20 hat einen Innendurchmesser 64,
der kleiner ist, als der Innendurchmesser 58 der Zylinderauskleidung 16.
Der Innendurchmesser 64 des Abstreifrings 20 ist
bemessen und konfiguriert, um Ablagerungen von Kohlenstoff vom oberen
Ende des Kolbens 18 abzustreifen, wenn der Kolben 18 sich
der oberen Totpunktposition nähert.
Der Abstreifring 20 erstreckt sich axial über das äußere Ende 44 der
Zylinderauskleidung 16, wie in 2 gezeigt.
Wenn er innerhalb der Ausnehmung 62 der Zylinderauskleidung 16 sitzt, ist
der Abstreifring 20 mit einer geringfügigen Spieldistanz entfernt
vom Zylinderkopf 14 positioniert, so dass die Abdichtung
und Belastung zwischen dem Zylinderkopf 14 und der Zylinderauskleidung 16 am Dichtungsring 22 auftritt.
Der Abstreifring 20 kann aus irgendeinem geeigneten Material
geformt sein, wie beispielsweise aus einer speziellen Stahlart.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Zylinderauskleidung 16 und der Abstreifring 20 jeweils
aus der gleichen Stahlart geformt, wie beispielsweise aus rostfreiem
Stahl.
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Der
ringförmige
Dichtungsring 22 ist getrennt vom Abstreifring 20.
Der Dichtungsring 22 wird durch den Abstreifring 20 lokal
festgelegt und ist radial außerhalb
benachbart von diesem positioniert. Der Dichtungsring 22 hat
einen Querschnitt, der sich im allgemeinen senkrecht zur Längsachse 60 der
Zylinderauskleidung 16 erstreckt. Der Dichtungsring 22 hat
eine Dicke in einer Richtung parallel zur Längsachse 60, die größer ist,
als die Spieldistanz zwischen dem Abstreifring 20 und dem
Zylinderkopf 14, wodurch sichergestellt wird, dass die
Druckbelastung auf den Dichtungsring 22 ausgeübt wird,
wenn der Zylinderkopf 14 an dem Zylinderblock 12 unter
Verwendung von geeigneten Befestigungsmitteln angebracht ist, wie
beispielsweise durch Schrauben, Stehbolzen usw. (nicht gezeigt).
Der Dichtungsring 22 steht direkt in Eingriff mit dem Zylinderkopf 14 und dem äußeren Ende 44 der
Zylinderauskleidung 16 und dichtet dazwischen ab.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Während der
Anwendung bewegt sich der Kolben 18 innerhalb der Zylinderauskleidung 16 bei einer
Drehung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 hin und
her. Wenn der Kolben 18 sich der oberen Totpunktposition
nähert,
streifte der Abstreifring 20, wenn er radial außerhalb
benachbart zum oberen Ende des Kolbens 18 positioniert
ist, Kohlenstoffablagerungen vom radialen Aussenumfang des Kolbens 18 ab.
Weil der Abstreifring 20 sich axial über das äußere Ende 44 der Zylinderauskleidung 16 hinaus
erstreckt, ist die Fläche
des Dichtungsringes 22 verringert, die dem hohen Druck
bei der Verbrennung innerhalb der Zylinderauskleidung 16 ausgesetzt
ist. Dies wiederum bedeutet, dass weniger Kraft auf den Dichtungsring 22 ausgeübt wird,
und das weniger Klemmkraft zwischen dem Zylinderkopf 14 und dem
Zylinderblock 12 ausgeübt
werden muss. Dies bedeutet wiederum, dass die Schrauben, die verwendet
werden, um den Zylinderkopf 14 am Zylinderblock 12 anzubringen,
einen verringerten Durchmesser oder eine verringerte Anzahl im Vergleich
zu herkömmlichen
Konstruktionen haben können.
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Um
den Verbrennungsmotor 10 zusammen zu bauen, wird die Zylinderauskleidung
bzw. Zylinderhülse 16 in
die Zylinderbohrung 24 des Zylinderblockes 12 eingeführt. Der
Abstreifring 20 wird innerhalb der ringförmigen Ausnehmung 62 am äußeren Ende 44 der
Zylinderauskleidung 16 angeordnet. Wenn er innerhalb der
Ausnehmung 62 angeordnet ist, erstreckt sich der Abstreifring 20 vom äußeren Ende 44 der
Zylinderauskleidung 16, wie in 2 gezeigt.
Der Dichtungsring 22 wird dann radial um den Abstreifring 20 gegen
das äußere Ende 44 der
Zylinderauskleidung 16 angeordnet. Wenn der Abstreifring 20 und
der Dichtungsring 22 beide eingebaut sind, erstreckt sich
der Dichtungsring 22 geringfügig über den Abstreifring 20.
Der Kolben 18 mit den Kolbenringen 42 darauf,
wird dann innerhalb der Zylinderauskleidung 16 eingebaut.
Natürlich
kann der Kolben 18 auch in der Zylinderauskleidung vor
dem Einbau des Abstreifrings 20 und des Dichtungsrings 22 eingebaut
werden. Der Zylinderkopf 14 wird dann über der Zylinderbohrung 24 angeordnet
und an dem Zylinderblock 12 unter Verwendung von geeigneten Befestigungsmitteln
angebracht, wie beispielsweise durch (nicht gezeigte) Schrauben.
Die Drehmomentwehrte, die auf die Schrauben aufgebracht werden, werden
so ausgewählt,
dass eine adäquate
Abdichtung zwischen dem Zylinderkopf 14 und dem Zylinderblock 12 vorgesehen
wird, und zwar abhängig
von den verwendeten Materialarten usw..
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Andere
Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der
Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.