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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere
auf einen Kühlring
für eine
Zylinderauskleidung in einem Verbrennungsmotor.
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Stand der Technik
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Verbrennungsmotoren,
wie beispielsweise Mehrzylinder-Diesel- oder -Benzinmotoren, umfassen
typischerweise einen Zylinder- oder Motorblock, der eine Vielzahl
von Zylinderbohrungen definiert, die hin- und herbeweglicher Weise
jeweilige Kolben darin tragen. Jede Zylinderbohrung kann eine Zylinderauskleidung
umfassen, in der sich der Kolben tatsächlich hin- und herbewegt.
Zylinderauskleidungen gestatten, dass ein Motorblock mit einer bestimmten Zylinderbohrungskonfiguration-
und -größe zusammen
mit Kolben mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden kann
durch einfaches Ändern
der Zylinderauskleidungen für
einen speziell konfigurierten Motor. Darüber hinaus können Zylinderauskleidungen
entfernt und ersetzt werden, wenn sie über die Zeit hinweg abgenutzt
werden. Zusätzlich
kann ein Verbrennungsmotor zur Verwendung als ein Dieselmotor eine
anders konfigurierte Zylinderauskleidung erfordern als ein Verbrennungsmotor,
der als ein Benzinmotor verwendet wird.
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Es
ist bekannt, einen Verbrennungsmotor mit einer Kühlhülse zu versehen, die radial
um eine Zylinderauskleidung herum angeordnet ist. Flüssiges Kühlmittel,
wie beispielsweise Frostschutzmittel, fließt durch einen ringförmigen Kanal,
der zwischen der Zylinderauskleidung und der Zylinderbohrung definiert
ist, um und/oder durch die Kühlmittelhülse, und dann
zu weiteren Durchlässen
oder Kanälen
in dem Motorblock und/oder dem Zylinderkopf. Beispiele von Kühlmittelhülsen, die
mit Verbrennungsmotoren verwendet werden, sind in den U.S. Patenten
Nr. 5,150,668 (Bock) und 3,481,316 (Olson et al.) offenbart, die
jeweils der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind.
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Obwohl
sie für
bestimmt konfigurierte Motoren effektiv sind, können Kühlmittelhülsen, wie sie oben beschrieben
wurden, bei anderen Verbrennungsmotoren nicht effektiv verwendet
werden, abhängig
von der speziellen Konfiguration des Verbrennungsmotors.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
oben genannten Probleme zu überwinden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor einen Motorblock
mit einer Zylinderbohrung. Eine Zylinderauskleidung innerhalb der
Zylinderbohrung besitzt ein körperfernes
bzw. distales Ende mit einem Außendurchmesser.
Ein Kühlring
besitzt einen ersten Innendurchmesser, einen größeren zweiten Innendurchmesser
und eine Vielzahl von radialen Kühlmitteldurchlässen. Der
erste Innendurchmesser ist nahe benachbart zu dem Außendurchmesser
am distalen Ende der Zylinderauskleidung angeordnet. Der zweite
Innendurchmesser ist radial von dem Außendurchmesser der Zylinderauskleidung
beabstandet und definiert einen ringförmigen Kühlmittelkanal damit. Die radialen
Kühlmitteldurchlässe stehen
in Strömungsmittelverbindung mit
dem ringförmigen
Kühlmittelkanal.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kühlring zwischen einer Zylinderbohrung und
einer Zylinderauskleidung in einem Verbrennungsmotor positionierbar.
Der Kühlring
umfasst einen ringförmigen
Körper
mit einem ersten Innendurchmesser, einem größeren zweiten Innendurchmesser,
einem Außendurchmesser
und einer Vielzahl von radialen Kühlmitteldurchlässen. Jeder
der radialen Kühlmitteldurchlässe erstreckt
sich von dem zweiten Innendurchmesser zu dem Außendurchmesser und ist benachbart
zu dem ersten Innendurchmesser angeordnet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine fragmentarische Schnittansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels
eines Verbrennungsmotors der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine fragmentarische Seitenschnittansicht des in 1 gezeigten
Kühlrings;
und
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3 ist
eine Draufsicht auf den in 1 und 2 gezeigten
Kühlring.
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Beste Art der
Ausführung
der Erfindung
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist darin
ein Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors 10 der vorliegenden Erfindung
gezeigt, welcher allgemein einen Zylinder- oder Motorblock 12,
eine Zylinderauskleidung 14, einen Kühlring 16 und Kolben 18 umfasst.
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Der
Motorblock 12 umfasst eine Zylinderbohrung 20,
in der die Zylinderauskleidung 14 angeordnet ist. Die Zylinderbohrung 20 umfasst
eine Schulter 22, gegen die die Zylinderauskleidung 14 sitzt.
Ein Zylinderkopf 24, der an dem Motorblock 12 befestigt ist,
deckt die Zylinderbohrung 20 ab und trägt eine Vielzahl von Ventilen 26.
Der Zylinderkopf 24 umfasst einen Kanal 28 (schematisch
in 1 gezeigt) zur Aufnahme einer Strömung von
flüssigem
Kühlmittel, wie
beispielsweise Frostschutzmittel, und kühlt dadurch den Zylinderkopf 24,
wie nachfolgend beschrieben wird.
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Der
Motorblock 12 umfasst auch einen oder mehrere passend konfigurierte
Kanäle 30,
durch die flüssiges
Kühlmittel
transportiert wird. Einer oder mehrere Zweigkanäle 32 und 34 gestatten
eine Strömung
von flüssigem
Kühlmittel
entlang der Zylinderauskleidung 14 und zwischen dem Kanal 30 in
dem Motorblock 12 und dem Kanal 28 in dem Zylinderkopf 24,
wie in größerer Einzelheit
nachfolgend beschrieben wird. Die Kanäle 28 und 30 und
die Zweigkanäle 32 und 34 können jegliche
geeignete Konfiguration besitzen, abhängig von der speziellen Konfiguration des
Verbrennungsmotors 10, und sind durch Strichlinien in 1 schematisch
gezeigt aus Gründen
der Einfachheit der Darstellung.
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Der
Motorblock 12 umfasst auch eine oder mehrere Leitungen
für unter
Druck gesetztes Schmiermittel, wie beispielsweise eine Außenölgalerie
bzw. einen Ölumlauf 36,
die bzw. der Öl
unter Druck zur Schmierung beweglicher Teile innerhalb des Verbrennungsmotors 10 liefert.
Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 10 mit einem
(nicht gezeigten) Anschluss versehen sein, welcher strömungsmittelmäßig mit
der Ölgalerie 36 verbunden
ist und verwendet wird zum Schmieren und Kühlen des Kolbens 18 innerhalb
der Zylinderauskleidung 14.
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Der
Kolben 18 ist hin- und herbeweglich innerhalb der Zylinderauskleidung 14 angeordnet
und ist durch einen Kolbenstift 40 schwenkbar verbunden mit
einer Verbindungsstange 38. Ein Ende der Verbindungsstange 38 entgegengesetzt
zu dem Kolbenstift 40 ist auf bekannte Weise schwenkbar
verbunden mit einem Kurbelstift einer sich drehenden Kurbelwelle.
Der Kolben 18 bewegt sich hin und her zwischen einer oberen
Totpunktsposition TDC und einer unteren Totpunktsposition BDC innerhalb
der Zylinderauskleidung 14 während einer Drehbewegung der Kurbelwelle.
Der Kolben 18 kann eine Vielzahl von Kolbenringnuten umfassen,
wobei Kolbenringe 42 darin angeordnet sind, die eine im
Wesentlichen strömungsmitteldichte
Hin- und Herbewegung des Kolbens 18 innerhalb der Zylinderauskleidung 14 gestatten.
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Die
Zylinderauskleidung 14 umfasst ein körperfernes bzw. distales Ende 44,
das benachbart zu dem Zylinderkopf 24 angeordnet ist. Ein
Schleifring 46 und ein Dichtring 48 sind jeweils
im Wesentlichen ringförmig.
Der Schleifring 46 besitzt einen Querschnitt, der sich
im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Kolbens 18 erstreckt.
Im Gegensatz dazu besitzt der Dichtring 48 einen Querschnitt,
der sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Kolbens 18 erstreckt.
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Die
Zylinderauskleidung 14 umfasst eine Schulter 50,
die gegen eine Schulter 22 des Motorblocks 12 anstößt. Die
Schulter 50 ist in einem vorbestimmten axialen Abstand
weg von dem distalen Ende 44 der Zylinderauskleidung 14 angeordnet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Schulter 50 ungefähr in gleichem Abstand angeordnet
wie der Boden des Kolbens 18, wenn der Kolben 18 an
der oberen Totpunktsposition ist (wie in 1 gezeigt ist).
Die Zylinderauskleidung 14 umfasst eine oder mehrere ringförmige Nuten
mit entsprechenden ringförmigen
Dichtungen 52 darin, die zwischen der Zylinderauskleidung 14 und
dem Motorblock 12 abdichten.
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Die
Zylinderauskleidung 14 umfasst auch eine zweite ringförmige Schulter 54,
die auf einem radial äußeren Umfang
davon ausgebildet ist. Die Schulter 54 ist um einen Abstand
entsprechend ungefähr
der Höhe
des Kühlrings 16 entfernt
von dem distalen Ende 44 angeordnet. Der Kühlring 16 liegt somit
nahe beabstandet sowohl zu der Schulter 54 als auch zu
dem Zylinderkopf 24.
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Die
Zylinderauskleidung 14 umfasst auch einen Außendurchmesser 56,
der zwischen der Blockschulter 22 und der Auskleidungsschulter 50 angeordnet
ist und der kleiner ist als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung 20.
Die Zylinderauskleidung 14 und die Zylinderbohrung 20 definieren
daher einen ringförmigen
Kühlmittelkanal 57 dazwischen, durch
den flüssiges
Kühlmittel
fließen
kann.
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Der
Kühlring 16 (1 bis 3)
ist zwischen der Zylinderauskleidung 14 und der Zylinderbohrung 20 des
Motorblocks 12 angeordnet. Der Kühlring 16 ist allgemein
sandwichartig aufgenommen zwischen der Schulter 54, der
Zylinderbohrung 20 und dem Zylinderkopf 24 und
ist konfiguriert, um einen Strömungsmittelfluss
zwischen dem ringförmigen
Kanal 57 und dem Zweigkanal 34 zu gestatten.
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Der
Kühlring 16 umfasst
einen ersten Innendurchmesser 58, der nahe benachbart zu
einem Außendurchmesser
der Zylinderauskleidung 14 am distalen Ende 44 angeordnet
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
steht der erste Innendurchmesser 58 direkt in Eingriff
mit dem Außendurchmesser
der Zylinderauskleidung 14 am distalen Ende 44.
Der Kühlring 16 umfasst
einen Außendurchmesser
allgemein gegenüberliegend
zu dem ersten Innendurchmesser 58 mit einer ringförmigen Nut 62 darin,
die eine ringförmige
Dichtung 64 aufnimmt zur Abdichtung zwischen dem Kühlring 16 und
der Zylinderbohrung 20.
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Der
Kühlring 16 umfasst
ein Ende 66, das benachbart zu der Schulter 54 der
Zylinderauskleidung 14 angeordnet ist. Das Ende 66 des
Kühlrings 16 umfasst
eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Vorsprüngen 68,
die winkelmäßig um das
Ende 66 herum beabstandet sind. Die Vorsprünge 68 liegen gegen
die Schulter 54 der Zylinderauskleidung 14 an und
definieren eine Vielzahl von Strömungsmitteldurchlässen 70 dazwischen,
durch die flüssiges Kühlmittel
strömen
kann.
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Der
zweite Innendurchmesser 60 des Kühlrings 16 ist zwischen
dem ersten Innendurchmesser 58 und dem Ende 66 angeordnet.
Der zweite Innendurchmesser 60 ist größer als der erste Innendurchmesser 58 und
definiert dadurch einen ringförmigen Kühlmittelkanal 72 zwischen
der Zylinderauskleidung 14 und dem zweiten Innendurchmesser 60.
Eine Vielzahl von radialen Kühlmitteldurchlässen 74 ist
in dem Kühlring 16 benachbart
zu sowohl dem ersten Innendurchmesser 58 als auch dem zweiten
Innendurchmesser 60 ausgebildet. Die radialen Kühlmitteldurchlässe 74 verbinden
strömungsmittelmäßig den
ringförmigen
Kühlmittelkanal 72 mit
Zweigkanälen 34 in dem
Motorblock 12. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die radialen
Kühlmitteldurchlässe 74 in Form
von Schlitzen, die in einer aneinander anschließenden Weise um den Kühlring 16 herum
angeordnet sind.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Während der
Verwendung wird flüssiges Kühlmittel,
wie beispielsweise Frostschutzmittel, durch den Kanal 30 innerhalb
des Motorblocks 12 transportiert. Das flüssige Kühlmittel
strömt
durch einen oder mehrere in geeigneter Weise konfigurierte Zweigkanäle 32 zu
einem Ende des ringförmigen
Kanals 57, das entfernt bzw. wegweisend von dem Kühlring 16 angeordnet
ist. Das flüssige
Kühlmittel bewegt
sich in dem ringförmigen
Kanal 57 um die Zylinderauskleidung 14 herum in
einer Richtung allgemein zu dem Kühlring 16 hin. Das
flüssige
Kühlmittel fließt dann
durch die Strömungsdurchlässe 70 zwischen
dem Vorsprung 68 und in den ringförmigen Kühlmittelkanal 72 zwischen
dem zweiten Innendurchmesser 16 und der Zylinderauskleidung 14. Das
flüssige
Kühlmittel
strömt
dann in einer radialen Richtung durch die radialen Kühlmitteldurchlässe 74 und
die Zweigkanäle 34,
die mit weiten geeigneten Strömungskanälen verbunden
sind, wie beispielsweise mit einem Kanal 28 in dem Zylinderkopf 24.
Die allgemeinen Strömungsrichtungen
des flüssigen Kühlmittels
benachbart zu der Zylinderauskleidung 14 und um den Kühlring 16 herum
sind allgemein durch Pfeile 76 angezeigt. Dichtungen 52 und 64 auf der
Zylinderauskleidung 14 bzw. dem Kühlring 16 beschränken das
flüssige
Kühlmittel
auf den gezeigten Strömungspfad.
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Die
Konfiguration der Zylinderauskleidung 14, des Motorblocks 12 und
des Kühlrings 16 wirkt zusammen,
um eine effektive Kühlung
der Zylinderauskleidung 14 innerhalb des Verbrennungsmotors 10 vorzusehen.
Die Größen bzw.
Dimensionen und Formen der verschiedenen Kühlmittelströmungskanäle 57, 70, 72 und 34 können derart
ausgeformt und/oder bemessen sein, dass eine Strömung von flüssigem Kühlmittel mit einer vorbestimmten
Strömungsgeschwindigkeit
an verschiedenen Punkten benachbart zu der Zylinderauskleidung 14 vorgesehen
wird. Da die Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Kühlmittels
direkt in Beziehung steht zu einem Wärmeübertragungs-Konvektions-Koeffizienten, kann
die Form und/oder Größe der verschiedenen Kanäle und somit
die Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Kühlmittels
abhängig
von der speziellen Konfiguration und Verwendung des Verbrennungsmotors 10 angepasst
werden. Beispielsweise kann ein Verbrennungsmotor 10, der
als ein Dieselmotor konfiguriert ist, unterschiedliche Strömungs- und Wärmeübertragungscharakteristiken
erfordern als ein Verbrennungsmotor 10, der als ein Benzinmotor konfiguriert
ist.
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Andere
Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können erhalten werden aus einem
Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und beigefügten Ansprüche.