EP3887663A1 - Zylinderanordnung und verfahren zum kühlen der zylinderanordnung - Google Patents

Zylinderanordnung und verfahren zum kühlen der zylinderanordnung

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Publication number
EP3887663A1
EP3887663A1 EP19839314.2A EP19839314A EP3887663A1 EP 3887663 A1 EP3887663 A1 EP 3887663A1 EP 19839314 A EP19839314 A EP 19839314A EP 3887663 A1 EP3887663 A1 EP 3887663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
temperature
casing
cylinder liner
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19839314.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herrmann Rottengruber
Johannes Oder
Thilo Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Original Assignee
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg filed Critical Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Publication of EP3887663A1 publication Critical patent/EP3887663A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/14—Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/021—Cooling cylinders

Definitions

  • the invention relates to a cylinder assembly comprising a cylinder liner for receiving a piston and a cylinder block surrounding the cylinder liner.
  • the invention also relates to a method for cooling a cylinder arrangement, wherein a cylinder liner for receiving a piston and an area surrounding the cylinder liner is provided, and wherein the heat generated in a combustion chamber of the cylinder liner is transferred into the area surrounding the cylinder liner.
  • an area surrounding the cylinder liner is a cylinder block or a cylinder crankcase, in which or into which the heat generated is transferred or given off.
  • the combustion process of the fuel creates high temperatures in the combustion chambers of the cylinders, which transfer heat from the combustion chambers or the cylinders, for example into an area surrounding the cylinders, such as a cylinder block or a cylinder crankcase.
  • a cooling system can work, for example, with a cooling liquid which is passed through special channels arranged in the cylinder block and thus ensures heat removal from the cylinder block or the cylinder crankcase. In this way, for example, heat transfer from the combustion chamber of the internal combustion engine to a coolant in a coolant circuit of a vehicle, which has a corresponding cooler or heat exchanger for cooling the coolant, is achieved.
  • the active or passive cooling systems used here reduce the thermal load, in particular of the cylinders or cylinder liners and the pistons of the internal combustion engine.
  • thermal transfer of the lubricants used is prevented by heat transfer.
  • a disadvantage of such a cooling system is that the heat transfer from the combustion chamber of the internal combustion engine takes place immediately after the start of the internal combustion engine even in an operating phase. In this first temperature range or state, in which the cylinders or the cylinder liners have a low temperature, it would be advantageous to prevent heat dissipation until the internal combustion engine has reached a so-called operating temperature in the region of the cylinders or the cylinder liners.
  • a quick reaching such an operating temperature which can be, for example, in a range from 100 ° C to about 150 ° C, would improve the effectiveness of the internal combustion engine, lead to fuel savings and reduce emissions, since for optimal operation one Catalysts a working temperature must be reached. However, this working temperature is usually only reached after the internal combustion engine has warmed up.
  • a cylinder block for a water-cooled internal combustion engine with at least one cylinder surrounded by a cooling jacket with a connection surface for a cylinder head which has at least one transfer opening for coolant from the cooling jacket into the cylinder head.
  • the object of the document to be solved is to influence both the flow of the coolant between the cylinder block and the cylinder head and the flow within the cylinder block in the simplest possible way.
  • a flow limiter is inserted into the transfer opening, the flow limiter being at least partially arranged inside the cooling jacket. It is also disclosed that the flow limiter is formed by a tube, the outer diameter The diameter of the flow limiter essentially corresponds to the diameter of the transition opening and the flow limiter consists of a metal or plastic.
  • a piston-cylinder unit for an internal combustion engine in particular for gasoline and diesel engines, is known.
  • the task to be solved is to propose a piston-cylinder unit in which no piston rings are required for sealing between the piston and the cylinder liner, so that overall a thermally highly resilient unit is created.
  • the cylinder sleeve is surrounded by a bandage made of a fiber composite material, the thermal expansion in the radial direction is less than that of the cylinder bushing se, the expansion hindrance caused by the bandage being different over the length of the cylinder bushing.
  • the piston has a cap with a
  • DE 36 43 828 A1 discloses an engine cylinder and engine piston for an un-cooled internal combustion engine, in particular for a four-stroke diesel engine with an exhaust gas turbocharger. It is envisaged to create a reliably functioning piston seal towards the combustion chamber with little leakage of combustion gases and at the same time an exactly working, central piston guide with respect to the engine cylinder.
  • the piston skirt is provided with a labyrinth seal that runs contact-free with the least possible play within the cylinder liner, and that for the exclusive guidance of the engine piston against the engine cylinder on the underside of the piston head, a piston guide tube is firmly inserted, which slides within a fixed guide bushing arranged in a region with relatively low temperatures and serves with its lower end for the articulation of a connecting rod. In this way, the friction and wear of the mechanical components can be reduced and active cooling can be dispensed with.
  • Vehicle catalysts also referred to as catalyst or cat.
  • Vehicle catalysts are used for exhaust gas aftertreatment in vehicles with internal combustion engines.
  • the task of the catalytic converter is to reduce the pollutant emissions in the exhaust gas in such a way that predetermined limit values for the emission of air pollutants are reached or fallen below. These limit values are regulated, for example, in various Euro standards.
  • a specified working temperature must be reached at which the chemical reactions necessary for cleaning can take place. This temperature is referred to as the "light-off temperature”.
  • the catalytic converter does not work properly or in an operating mode in which the exhaust gases are only cleaned to a limited extent.
  • the aim is to achieve the "light-off temperature" as soon as possible after starting an internal combustion engine from a cold operating state.
  • AT 228 013 B discloses a water-cooled internal combustion engine and a method for producing a cooling water guide jacket.
  • the object of the invention is to manufacture the closed cooling water guiding jacket provided to prevent cavitation from a material which enables it to be formed directly in the cylinder block.
  • the closed cooling water guiding jacket which surrounds the entire cylinder circumference of the cylinder liner with play, consists of a plastic body formed directly in the cooling water space of the cylinder block and made of a plastic which is resistant to hot water or corrosion protection oil, e.g. Polyester alone, or with a filler of asbestos, glass wool, sawdust and the like is formed.
  • DE 969 880 B discloses an insert barrel with the same surrounding sleeve for piston engines.
  • the description relates in particular to a cartridge liner intended for piston engines, especially internal combustion engines, the upper collar of which is clamped on the one hand between the cylinder head and on the other hand between a sleeve surrounding the sleeve and resiliently supported on the cylinder block, the invention being that the sleeve is itself with its lower contact surface against the guide collar serving to guide the lower end of the liner.
  • a disadvantage of the solutions known from the prior art is therefore that the heat transfer from the combustion chamber of an internal combustion engine into a cylinder block and thus into the cooling water is only determined via the existing temperature difference.
  • the object of the invention is now to provide a cylinder arrangement and method for cooling the cylinder arrangement, with which a temperature-dependent control of the heat transfer from a combustion chamber located in a cylinder liner of an internal combustion engine into an area surrounding the cylinder liner, such as a cylinder block or a cylinder crankcase , he follows.
  • the object is achieved by an arrangement with the features of claim 1 of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims 2 to 5. The object is also achieved by a method having the features according to claim 6 of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims 7 to 11.
  • a cylinder liner or an inner sleeve in the cylinder arrangement of an internal combustion engine, which is in contact with the piston in the manner customary in the prior art. Sealing to the combustion chamber can also be carried out in a known manner using piston rings.
  • the cylinder liner has a wear-resistant surface, which is also referred to as a running surface, towards the inside of the piston.
  • the cylinder liner has a coefficient of expansion similar to that of the piston or the piston rings, so as not to have a negative effect on the play between the piston and the cylinder liner during heating during operation of the internal combustion engine.
  • the invention provides for the heat transfer between a cylinder liner in a cylinder arrangement of an internal combustion engine and an area surrounding the cylinder liner or the cylinder arrangement, such as a cylinder block or a cylinder crankcase, as a function of the temperature of the cylinder liner or the temperature in the cylinder arrangement, such as in a combustion chamber.
  • a first temperature range in which the temperature of the internal combustion engine, for example after starting the internal combustion engine, is low, the heat transfer from the area of the cylinder liner to the area surrounding the cylinder liner, such as a cylinder block or a Cylinder crankcase to interrupt or greatly reduce.
  • a first temperature range can be, for example, between -20 ° C and 100 ° C.
  • a second temperature range or state in which the temperature of the internal combustion engine, for example after a warm-up phase of the internal combustion engine, is higher or higher it is provided that the heat transfer between the cylinder liner of the cylinder arrangement and the area surrounding the cylinder liner, such as a To improve the cylinder block or a cylinder crankcase in order to ensure the heat transfer or cooling required for operating the internal combustion engine.
  • the second temperature range is also dependent on the type and structure of the internal combustion engine and can be, for example, between 100 ° C. and approximately 150 ° C., in particular between 100 ° C. and 140 ° C.
  • a jacket that changes in its temperature-dependent extent is provided.
  • This casing is arranged between the cylinder liner and the area surrounding the cylinder liner, for example a cylinder block.
  • the jacket which changes in its extent as a function of temperature, causes a gap to form between the jacket itself and the area or the cylinder block of the internal combustion engine surrounding the cylinder liner within a first temperature range.
  • the gap formed which can be filled with air, for example, reduces the heat transfer from the cylinder liner to the cylinder block or to the cylinder. the crankcase. This reduced heat transfer leads to a rapid heating of the cylinder liner and the piston of the internal combustion engine and thus to the operating temperature being reached more quickly.
  • the temperature-dependent in its expansion changing jacket causes within a second temperature range, which is different from the first temperature range, no formation of a gap between the casing and the area surrounding the cylinder liner or the cylinder block of the internal combustion engine.
  • the jacket ensures a heat transfer in the second Temperaturbe rich, in which the internal combustion engine has already reached its operating temperature. Since there is no longer a gap between the casing and the area surrounding the cylinder liner or the cylinder block of the internal combustion engine, the heat transfer into the area of the cylinder block or into the area of the cylinder crankcase, which can be flowed through by a cooling liquid, can take place undisturbed.
  • the casing has a different coefficient of thermal expansion than the cylinder liner.
  • the casing changes its radial extent or its circumference with increasing temperature and closes the gap formed.
  • the casing from materials such as a bimetal or a shape memory alloy.
  • the casing changes its radial expansion or its circumference with increasing temperature and closes the gap formed.
  • Another alternative is to provide the casing with an arrangement for temperature-dependent, active changing of its radial extent or its circumference.
  • it is provided to control or to effect this change in the casing by means of an actuator.
  • an actuator can be operated electrically, for example.
  • such an actuator can also be operated piezoelectrically, magnetically or electromagnetically.
  • Fig. 1 a cylinder arrangement according to the invention in a first tempera ture range
  • Fig. 2 a cylinder arrangement according to the invention in a second tempera ture range.
  • FIG. 1 shows the cylinder arrangement 1 according to the invention, which is arranged in an internal combustion engine, in a first temperature range.
  • This first temperature range occurs, for example, in a phase in which the cylinder arrangement 1 is cold and the internal combustion engine has not yet reached a so-called operating temperature. Such a state occurs, for example, when the internal combustion engine is started.
  • the cylinder arrangement 1 comprises a cylinder liner 2, in which a piston 3 moves along the running surface 4.
  • the piston 3 is connected via the connecting rod 5 to a crankshaft (not shown) in the usual way.
  • the combustion chamber 6, which is formed by a cylinder head, not shown, arranged above the cylinder liner 2.
  • the tread 4 has a wear-resistant surface. Over this running surface 4, the piston 3 moves, which can advantageously be provided with piston rings, which are not shown in Figure 1.
  • the cylinder liner 2 is surrounded by a casing 9 which, for example, surrounds the entire cylinder liner 2.
  • the cylinder liner 2 with its Jacket 9 is surrounded by an area 7, which is to be, for example, a cylinder block 7 or a cylinder crankcase.
  • such an area or cylinder block 7 has channels 8 through which a cooling liquid flows.
  • the temperature of the internal combustion engine as well as the cylinder arrangement 1 is low.
  • the internal combustion engine In this phase, also referred to as the cold state of the internal combustion engine, the internal combustion engine has, for example, a temperature similar to that of its surroundings. Depending on the weather, this temperature can be, for example, in the range from -20 ° C to 100 ° C, in particular in a range from -15 ° C to 30 ° C.
  • a gap 10 filled with a gas is formed between the casing 9, the cylinder liner 2 and the cylinder block 7.
  • a gas can be air, for example.
  • This gas-filled gap 10 has an insulating effect, that is, the heat transfer between the cylinder liner 2 and the cylinder block 7 is greatly restricted or reduced. In this case, the heat transfer between the jacket 9, the cylinder liner 2 and the cylinder block 7 is limited to convection and heat radiation in the gap 10 and is thus greatly reduced.
  • Such a device additionally required in a catalytic converter can be, for example, an electric heater.
  • Another advantage of quickly reaching the operating temperature of the internal combustion engine or the working temperature of the catalytic converter is that fuel is saved.
  • FIG. 2 shows a cylinder arrangement 1 according to the invention in a second temperature range or state.
  • This second state is, for example, a phase in which the internal combustion engine with the cylinder arrangement 1 is warm and has reached the operating temperature. Such a state occurs, for example, during operation of the internal combustion engine after a warm-up time of, for example, a few minutes. It is known that this time also depends on the load of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows the cylinder arrangement 1 of the cylinder liner 2, in which the piston 3 moves along the running surface 4.
  • the piston 3 is connected via the connecting rod 5 with a crankshaft, not shown, in the usual way.
  • Above the piston 3 is the combustion chamber 6, which is formed by a cylinder head, not shown, arranged above the cylinder liner 2.
  • the cylinder liner 2 is surrounded by the casing 9, the casing 9 being enclosed by the cylinder block 7.
  • channels 8 in the cylinder block 7 are shown schematically, through which a coolant can flow during operation of the internal combustion engine.
  • the casing 9 has changed in such a way that a gap 10 no longer forms between the casing 9 and the cylinder block 7.
  • the heat produced during combustion in the combustion chamber 6 can also be generated via the cylinder liner 2 and the casing 9 in the Cylinder block 7 are derived.
  • the heat transfer between the casing 9 of the cylinder bushing 2 and the cylinder block 7 is possible by means of heat conduction, and is thus substantially greater than in the first temperature range of the internal combustion engine.
  • the coolant flowing through the channels 8 is provided, which circulates in a known coolant circuit of an internal combustion engine and thus contributes to heat transfer from the cylinder block 7.
  • the casing 9 consists of a material which has a coefficient of thermal expansion different from that of the cylinder liner 2.
  • the jacket 9 due to their thermal expansion and thus temperature-dependent in a first cold state of the first temperature range, he form a gap 10 to the cylinder block 7 out.
  • the casing 9 closes the gap 10 due to its thermal expansion.
  • the casing 9 has a thermally active construction which changes the expansion of the casing 9 as a function of the temperature.
  • a thermally active construction which changes the expansion of the casing 9 as a function of the temperature.
  • bimetals or a shape memory alloy are used in the casing 9 or in the area of the casing 9.
  • Such a casing 9 forms a corresponding gap 10 in a first temperature range or low temperature state.
  • the bimetals or the shape memory alloy of the sheath 9 expand, the gap 10 being closed, for example at a defined temperature.
  • the casing 9 has an active adjustment by means of which the expansion of the casing 9 can be controlled, for example in its radial direction or its circumference.
  • actuators with a corresponding adjustment direction for the casing 9 are used.
  • Such actuators can work, for example, electrically, piezoelectrically or magnetically and thus change the gap 10 as a function of temperature.
  • the principle or structure described for the casing 9 can also be applied to the areas of the cylinder head of the internal combustion engine or the pistons 3.

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Abstract

Der Erfindung, welche eine Zylinderanordnung (1) und Verfahren zum Kühlen der Zylinderanordnung (1) betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, womit eine temperaturabhängige Steuerung der Wärmeübertragung von einem in einer Zylinderbuchse (2) der Zylinderanordnung (1) befindlichen Brennraum (6) einer Brennkraftmaschine in einen die Zylinderbuchse (2) umgebenden Bereich (7), wie einen Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, erfolgt. Diese Aufgabe wird anordnungsseitig dadurch gelöst, dass zwischen der Zylinderbuchse (2) und dem die Zylinderbuchse (2) umgebenden Bereich (7) eine sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernde Ummantelung (9) angeordnet ist. Die Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass die Zylinderbuchse (2) mit einer die Zylinderbuchse (2) umgebenden, sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernden Ummantelung (9) bereitgestellt wird, dass die Ummantelung (9) in einem ersten Temperaturbereich einen Spalt (10) zwischen der Ummantelung (9) und dem Bereich (7) ausbildet und dass die Ummantelung (9) in einem zweiten Temperaturbereich keinen Spalt (10) zwischen der Ummantelung (9) und dem Bereich (7) ausbildet.

Description

Zylinderanordnung und Verfahren zum Kühlen der Zylinderanordnung
Die Erfindung betrifft eine Zylinderanordnung, umfassend eine Zylinderbuchse zur Aufnahme eines Kolbens und einen die Zylinderbuchse umgebenden Zylinder block.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kühlen einer Zylinderanordnung, wobei eine Zylinderbuchse zur Aufnahme eines Kolbens und ein die Zylinder buchse umgebender Bereich bereitgestellt wird und wobei die in einem Brennraum der Zylinderbuchse entstehende Wärme in den die Zylinderbuchse umge benden Bereich übertragen wird.
Hierbei ist es vorgesehen, dass ein die Zylinderbuchse umgebender Bereich ein Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse ist, in welchen bzw. in welches die entstehende Wärme übertragen bzw. abgegeben wird.
In Brennkraftmaschinen, welche meist sich in Zylindern bewegende Kolben aufweisen, entstehen durch den Verbrennungsvorgang des Kraftstoffs hohe Tempe raturen in den Brennräumen der Zylinder, die eine Wärmeübertragung aus den Brennräumen bzw. den Zylindern, beispielsweise in einen die Zylinder umgebenden Bereich wie einen Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, notwendig machen. Zur Vermeidung von Überhitzungen in einer Brennkraftmaschine ist es üblich, ein Kühlsystem vorzusehen. Derartige Kühlsysteme können beispielsweise mit einer Kühlflüssigkeit arbeiten, welche durch spezielle, im Zylinderblock angeordnete Kanäle geleitet wird und derart für einen Wärmeentzug aus dem Zylin derblock bzw. dem Zylinderkurbelgehäuse sorgt. Somit wird beispielsweise eine Wärmeübertragung aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine bis hin zu einer Kühlflüssigkeit in einem Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeuges, welcher über einen entsprechenden Kühler bzw. Wärmetauscher zum Kühlen der Kühlflüssigkeit verfügt, erreicht.
Die hierbei eingesetzten aktiven oder passiven Kühlsysteme reduzieren die thermische Belastung, insbesondere der Zylinder bzw. der Zylinderbuchsen sowie der Kolben der Brennkraftmaschine. Außerdem wird durch Wärmeübertragung eine thermische Veränderung der eingesetzten Schmiermittel, wie beispielsweise eine Verkokung des Schmiermittels, verhindert. Nachteilig an einem derartigen Kühlsystem ist es, dass die Wärmeübertragung aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine auch in einer Betriebsphase unmit telbar nach dem Start der Brennkraftmaschine erfolgt. In diesem ersten Tempera turbereich bzw. Zustand, in welchem die Zylinder bzw. die Zylinderbuchsen eine niedrige Temperatur aufweisen, wäre es vorteilhaft, eine Wärmeabfuhr zu unterbinden, solange bis die Brennkraftmaschine im Gebiet der Zylinder bzw. der Zylinderbuchsen eine sogenannte Betriebstemperatur erreicht hat.
Ein schnelles Erreichen einer derartigen Betriebstemperatur, welche beispielswei se in einem Bereich von 100 °C bis etwa 150 °C liegen kann, würde die Effektivi tät der Brennkraftmaschine verbessern, zu einer Einsparung von Treibstoff führen und die Emissionen vermindern, da für eine optimale Betriebsweise eines Kataly sators eine Arbeitstemperatur erreicht werden muss. Diese Arbeitstemperatur wird aber üblicherweise erst nach einer Erwärmungsphase der Brennkraftmaschine erreicht.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen von in Zylinderbuchsen geführten Kolben in Brennkraftmaschinen bekannt, welche sich mit der Problematik der Wärmeübertragung bzw. einer ausreichenden Kühlung einer der artigen Brennkraftmaschine, teilweise auch mit Möglichkeiten, auf eine Kühlung zu verzichten, beschäftigen.
Aus der WO 2005/024214 A2 ist ein Zylinderblock für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit zumindest einem von einem Kühlmantel umgebenen Zylinder mit einer Anschlussfläche für einen Zylinderkopf bekannt, welcher zumindest eine Übertrittsöffnung für Kühlmittel aus dem Kühlmantel in den Zylinderkopf aufweist. Die zu lösende Aufgabe der Druckschrift besteht darin, auf möglichst einfache Weise sowohl den Durchfluss des Kühlmittels zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf als auch die Strömung innerhalb des Zylinderblockes zu beein flussen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in die Übertrittsöffnung ein Durchflussbegrenzer eingesetzt ist, wobei der Durchflussbegrenzer zumindest teilweise innerhalb des Kühlmantels angeordnet ist. Offenbart ist es auch, dass der Durchflussbegrenzer durch ein Rohr gebildet wird, wobei der Außendurch- messer des Durchflussbegrenzers im Wesentlichen dem Durchmesser der Über trittsöffnung entspricht und der Durchflussbegrenzer aus einem Metall oder aus Kunststoff besteht.
Aus der DE 31 34 768 A1 ist ein Kolbenzylinderaggregat für eine Brennkraftkol benmaschine, insbesondere für Otto- und Dieselmotoren, bekannt. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Kolbenzylinderaggregat vorzuschlagen, bei dem zur Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderbuchse keine Kolbenringe notwendig sind, so dass insgesamt eine thermisch hochbelastbare Einheit entsteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist es vorgesehen, dass die Zylinderbuchse von einer aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bandage umgeben ist, deren thermische Ausdehnung in radialer Richtung geringer ist als die der Zylinderbuch se, wobei die von der Bandage hervorgerufene Ausdehnungsbehinderung über die Länge der Zylinderbuchse verschieden ist.
Außerdem ist es vorgesehen, dass der Kolben eine Kappe mit einem dem
Verbrennungsraum zugewandten Kolbenboden und einem im Wesentlichen zylin drischen, der Zylinderlauffläche benachbarten Kolbenhemd sowie einen Kraftein leitungskern umfasst, welcher die Lagerung für den Kolbenbolzen und die kugelige Druckfläche aufweist. Weiter offenbart ist es, dass oberhalb der kugeligen Fläche ein bezüglich der Kolbenlängsachse rotationssymmetrischer Krafteinleitungs schluss zwischen Kolbenboden und Krafteinleitungskern vorgesehen ist, dass die Kappe am unteren Rand des Kolbenhemds mit dem Krafteinleitungskern verbunden ist, während sonst außer im Gebiet des Krafteinleitungsschlusses kein Kon takt zwischen Kappe und Krafteinleitungskern besteht, und dass sowohl die Zylin derbuchse als auch die Kappe aus einem keramischen Werkstoff bestehen.
Die DE 36 43 828 A1 offenbart einen Motorzylinder und Motorkolben für eine un gekühlte Brennkraftkolbenmaschine, insbesondere für einen Viertakt-Dieselmotor mit Abgasturbolader. Es ist vorgesehen, eine sicher funktionierende Kolbenab dichtung zum Brennraum hin mit geringen Leckverlusten an Verbrennungsgasen und gleichzeitig eine exakt arbeitende, zentrische Kolbenführung gegenüber dem Motorzylinder zu schaffen. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass der Kolbenschaft mit einer Labyrinthdichtung versehen ist, die berührungsfrei mit geringst möglichem Spiel innerhalb der Zylinderlaufbüchse läuft, und dass zur ausschließlichen Führung des Motor kolbens gegenüber dem Motorzylinder an der Unterseite des Kolbenbodens ein Kolbenführungsrohr fest eingesetzt ist, das innerhalb einer feststehenden, in ei nem Gebiet mit relativ niedrigen Temperaturen angeordneten Führungsbüchse gleitet und mit seinem unteren Ende zur Anlenkung einer Pleuelstange dient. Derart können die auftretende Reibung sowie der Verschleiß der mechanischen Bauteile reduziert und auf eine aktive Kühlung verzichtet werden.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind auch sogenannte Fahrzeugkatalysato ren, auch kurz als Katalysator oder Kat bezeichnet. Fahrzeugkatalysatoren dienen der Abgasnachbehandlung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Die Aufga be des Katalysators besteht darin, die Schadstoffemissionen im Abgas derart zu verringern, dass vorgegebene Grenzwerte für den Ausstoß von Luftschadstoffen erreicht oder unterschritten werden. Diese Grenzwerte werden beispielsweise in verschiedenen Euro-Normen geregelt. Für eine ordnungsgemäße Abgasnachbe handlung durch den Katalysator muss eine vorgegebene Arbeitstemperatur erreicht werden, bei welcher die zur Reinigung notwendigen chemischen Reaktionen ablaufen können. Diese Temperatur wird als„Light-Off-Temperatur“ bezeich net. Bis zum Erreichen dieser Temperatur arbeitet der Katalysator nicht ord nungsgemäß bzw. in einer Betriebsart, in welcher eine Reinigung der Abgase nur in einem eingeschränkten Umfang erfolgt. Es wird somit angestrebt die„Light-Off- Temperatur“ schnellstmöglich nach dem Start einer Brennkraftmaschine aus ei nem kalten Betriebszustand heraus zu erreichen.
Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, einen Brennraum in einer Brennkraftmaschine dauerhaft zum Zylinderblock zu isolieren und somit eine Wärmeübertragung zu unterbinden. Diese Methode, welche aus Woschni, G. : Einfluss von Brennraumisolierung auf den Kraftstoffverbrauch und die Wärmeströme bei Dieselmotoren. MTZ 49, S. 281-285 (1988) bekannt ist, hat einen ne gativen Effekt auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, insbesondere durch die Ladungserwärmung und den überproportional steigenden Wärmeübergangskoeffizienten an der heißen Zylinderwand, zumindest in einem zweiten Tempera- turbereich der Brennkraftmaschine, in welchem eine Betriebstemperatur erreicht worden ist.
Aus der AT 228 013 B ist eine wassergekühlte Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlwasserleitmantels bekannt. Es liegt die Aufgabe zugrunde, den zur Verhinderung der Kavitation vorgesehenen geschlos senen Kühlwasserleitmantel aus einem Material herzustellen, das die Möglichkeit gibt, ihn unmittelbar im Zylinderblock zu bilden. Zu diesem Zweck ist es vorgese hen, dass der geschlossene, den ganzen Zylinderumfang der Zylinderlaufbüchse mit Spiel umgebende Kühlwasserleitmantel aus einem unmittelbar im Kühlwasser raum des Zylinderblockes gebildeten Kunststoffkörper aus einem heißwasser- bzw. korrosionsschutzölbeständigen Kunststoff, wie z.B. Polyester allein, oder mit einem Füllstoff aus Asbest, Glaswolle, Sägespäne und dergleichen gebildet ist.
Die DE 969 880 B offenbart eine Einsatzlaufbuechse mit dieselbe umgebender Hülse für Kolbenmotoren. Die Beschreibung bezieht sich insbesondere auf eine für Kolbenmotoren, speziell Verbrennungsmotoren, bestimmte Einsatzlaufbüchse, deren oberer Bund einerseits zwischen dem Zylinderkopf und andererseits zwischen einer die Büchse umgebenden und sich federnd am Zylinderblock abstützenden Hülse eingespannt ist, wobei die Erfindung darin besteht, dass die Hülse sich mit ihrer unteren Anlagefläche gegen den zur Führung des unteren Endes der Laufbüchse dienenden Führungsbund abstützt.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist es somit, dass die Wärmeübertragung vom Brennraum einer Brennkraftmaschine in einen Zylinderblock und somit in das Kühlwasser nur über die vorhandene Temperatur differenz bestimmt wird.
Nachteilig ist es auch, dass teilweise spezielle und somit aufwendige mechanische Lösungen benötigt werden, beispielsweise für den Fall, dass auf eine aktive Kühlung verzichtet werden soll.
Somit besteht ein Bedarf an einer Lösung zur Beeinflussung der Wärmeübertra gung in einer Brennkraftmaschine. Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Zylinderanordnung und Verfahren zum Kühlen der Zylinderanordnung anzugeben, womit eine tempera turabhängige Steuerung der Wärmeübertragung von einem in einer Zylinderbuchse der Zylinderanordnung befindlichen Brennraum einer Brennkraftmaschine in einen die Zylinderbuchse umgebenden Bereich, wie einen Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, erfolgt.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentan spruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 7 bis 11 angegeben.
Vorgesehen ist es, eine Zylinderbuchse bzw. eine innere Hülse in der Zylinderanordnung einer Brennkraftmaschine, welche in der im Stand der Technik üblichen Weise im Kontakt zum Kolben steht, anzuordnen. Hierbei kann eine Abdichtung zum Brennraum hin auch in bekannter Weise unter Nutzung von Kolbenringen erfolgen.
Vorgesehen ist es ebenso, dass die Zylinderbuchse eine verschleißresistente Oberfläche, welche auch als Lauffläche bezeichnet wird, nach innen zum Kolben hin aufweist.
Hierbei kann es ebenso vorgesehen sein, dass die Zylinderbuchse einen ähnli chen Ausdehnungskoeffizienten wie der Kolben bzw. auch der Kolbenringe aufweist, um das Spiel zwischen Kolben und Zylinderbuchse während einer im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Erwärmung nicht negativ zu beeinflussen.
Die Erfindung sieht vor, die Wärmeübertragung zwischen einer Zylinderbuchse in einer Zylinderanordnung einer Brennkraftmaschine und einem die Zylinderbuchse bzw. die Zylinderanordnung umgebenden Bereich, wie ein Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, in Abhängigkeit der Temperatur der Zylinderbuchse bzw. der Temperatur in der Zylinderanordnung, wie beispielsweise in einem Brennraum zu beeinflussen.
So ist es vorgesehen, in einem ersten Temperaturbereich, in welchem die Tempe ratur der Brennkraftmaschine, beispielsweise nach einem Start der Brennkraftmaschine, niedrig ist, die Wärmeübertragung aus dem Gebiet der Zylinderbuchse in den die Zylinderbuchse umgebenden Bereich, wie beispielsweise einen Zylinder block bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, zu unterbrechen bzw. stark zu reduzieren. Ein derartiger erster Temperaturbereich kann beispielsweise zwischen -20 °C und 100 °C liegen.
In einem zweiten Temperaturbereich bzw. Zustand, in welchem die Temperatur der Brennkraftmaschine, beispielsweise nach einer Warmlaufphase der Brenn kraftmaschine, höher bzw. hoch ist, ist es vorgesehen, die Wärmeübertragung zwischen der Zylinderbuchse der Zylinderanordnung und dem die Zylinderbuchse umgebenden Bereich, wie beispielsweise einen Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, zu verbessern, um derart die zum Betrieb der Brennkraftmaschine notwendige Wärmeübertragung bzw. Kühlung sicherzustellen. Der zweite Tempe raturbereich ist auch von der Art und dem Aufbau der Brennkraftmaschine abhän gig und kann beispielsweise zwischen 100 °C und etwa 150 °C, insbesondere zwischen 100 °C und 140 °C, liegen.
Vorgesehen ist es, dass für die Beeinflussung bzw. Steuerung der Wärmeüber tragung zwischen der Zylinderbuchse und einem die Zylinderbuchse umgebenden Gebiet eine sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernde Umman telung vorgesehen wird. Diese Ummantelung wird zwischen der Zylinderbuchse und dem die Zylinderbuchse umgebenden Bereich, also beispielsweise einem Zylinderblock, angeordnet.
Die sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernde Ummantelung bewirkt innerhalb eines ersten Temperaturbereichs ein Ausbilden eines Spalts zwischen der Ummantelung selbst und dem die Zylinderbuchse umgebenden Bereich bzw. dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine. Der ausgebildete Spalt, welcher beispielsweise mit Luft gefüllt sein kann, bewirkt eine Reduzierung der Wärmeübertragung von der Zylinderbuchse zum Zylinderblock bzw. zum Zylin- derkurbelgehäuse. Diese verminderte Wärmeübertragung führt zu einer schnelle ren Erwärmung der Zylinderbuchse und des Kolbens der Brennkraftmaschine und somit zu einem schnelleren Erreichen der Betriebstemperatur.
Die sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernde Ummantelung bewirkt innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs, welcher vom ersten Tempe raturbereich verschieden ist, kein Ausbilden eines Spalts zwischen der Ummante lung und dem die Zylinderbuchse umgebenden Bereich bzw. dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine.
Somit stellt die Ummantelung eine Wärmeübertragung im zweiten Temperaturbe reich sicher, in welchem die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur bereits erreicht hat. Da kein Spalt mehr zwischen der Ummantelung und dem die Zylinderbuchse umgebenden Bereich bzw. dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine vorhanden ist, kann die Wärmeübertragung in den Bereich des Zylinderblocks bzw. in den Bereich des Zylinderkurbelgehäuses, welche von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden können, ungestört erfolgen.
Vorgesehen ist es, die temperaturabhängige Ausbildung des Spalts dadurch zu erreichen, dass die Ummantelung einen zur Zylinderbuchse verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Somit verändert die Ummantelung ihre radiale Ausdehnung bzw. ihren Umfang mit zunehmender Temperatur und schließt den ausgebildeten Spalt.
Alternativ ist es vorgesehen, die Ummantelung aus Materialien wie einem Bi- Metall oder einer Formgedächtnislegierung herzustellen. Auch in dieser Ausfüh rung verändert die Ummantelung ihre radiale Ausdehnung bzw. ihren Umfang mit zunehmender Temperatur und schließt den ausgebildeten Spalt.
Eine weitere Alternative besteht darin, die Ummantelung mit einer Anordnung zum temperaturabhängigen, aktiven Verändern ihrer radialen Ausdehnung bzw. ihres Umfangs zu versehen. In diesem Fall ist es vorgesehen, diese Veränderung der Ummantelung mittels eines Aktors zu steuern bzw. zu bewirken. Ein derartiger Aktor kann beispielsweise elektrisch betrieben werden. Alternativ kann ein derartiger Aktor auch piezoelektrisch oder magnetisch bzw. elektromagnetisch betrieben werden. Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzug ten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zuge hörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Zylinderanordnung in einem ersten Tempera turbereich und
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Zylinderanordnung in einem zweiten Tempera turbereich.
Die Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Zylinderanordnung 1 , welche in einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, in einem ersten Temperaturbereich. Dieser erste Temperaturbereich tritt beispielsweise in einer Phase auf, in welcher die Zylinderanordnung 1 kalt ist und die Brennkraftmaschine noch keine sogenannte Betriebstemperatur erreicht hat. Ein derartiger Zustand tritt beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine auf.
Die Zylinderanordnung 1 umfasst eine Zylinderbuchse 2, in welcher sich ein Kolben 3 entlang der Lauffläche 4 bewegt. Der Kolben 3 ist über die Pleuelstange 5 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle in üblicher Weise verbunden. Oberhalb des Kolbens 3 befindet sich der Brennraum 6, welcher durch einen nicht dargestellten, oberhalb der Zylinderbuchse 2 angeordneten Zylinderkopf ausgebildet wird.
Die Lauffläche 4 weist eine verschleißresistente Oberfläche auf. Über diese Lauf fläche 4 bewegt sich der Kolben 3, welcher vorteilhaft mit Kolbenringen versehen sein kann, welche in der Figur 1 nicht dargestellt sind.
Um das Spiel zwischen Kolben 3 und Zylinderbuchse 2 während einer Erwär mungsphase der Brennraftmaschine nicht negativ zu beeinflussen, ist es vorge sehen, dass die Baugruppen einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Die Zylinderbuchse 2 ist von einer Ummantelung 9 umgeben, welche beispielsweise die gesamte Zylinderbuchse 2 umgibt. Die Zylinderbuchse 2 mit ihrer Um- mantelung 9 ist von einem Bereich 7 umgeben, welcher nachfolgend beispiels weise ein Zylinderblock 7 bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse sein soll.
Vorgesehen ist es auch, dass ein derartiger Bereich bzw. Zylinderblock 7 Kanä le 8 aufweist, welche von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Mittels einer derartigen Kühlflüssigkeit wird eine verbesserte Wärmeübertragung während des Betriebs der Brennkraftmaschine erreicht, da mittels dieser Kühlflüssigkeit ein Entziehen von Wärme aus dem Zylinderblock 7 erfolgt.
Im ersten Temperaturbereich bzw. Zustand der Brennkraftmaschine, während einer Startphase, ist die Temperatur der Brennkraftmaschine wie auch der Zylin deranordnung 1 niedrig. In dieser auch als kalter Zustand der Brennkraftmaschine bezeichneten Phase weist die Brennkraftmaschine beispielsweise eine ähnliche Temperatur wie ihre Umgebung auf. Witterungsabhängig kann diese Temperatur beispielsweise im Bereich von -20 °C bis 100 °C, insbesondere in einem Bereich von -15 °C bis 30 °C, liegen.
In diesem ersten Temperaturbereich bildet sich zwischen der Ummantelung 9, der Zylinderbuchse 2 und dem Zylinderblock 7 ein mit einem Gas gefüllter Spalt 10 aus. Ein derartiges Gas kann beispielsweise Luft sein. Dieser mit einem Gas ge füllte Spalt 10 hat eine isolierende Wirkung, das heißt, die Wärmeübertragung zwischen der Zylinderbuchse 2 und dem Zylinderblock 7 wird stark eingeschränkt bzw. vermindert. In diesem Fall ist die Wärmeübertragung zwischen Ummante lung 9, der Zylinderbuchse 2 und dem Zylinderblock 7 auf Konvektion und Wär- meabstrahlung im Spalt 10 beschränkt und somit stark vermindert.
Durch die Verminderung der Wärmeübertragung kommt es zu einer schnelleren Erwärmung der Zylinderbuchse 2 mit dem Kolben 3, womit eine Betriebstempera tur der Zylinderanordnung 1 schneller erreicht werden kann als mit einer Anord nung ohne einen Luftspalt 10.
Mit dem Erreichen der Betriebstemperatur verbessern sich die Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine und ihre Effektivität. Außerdem wird die für eine effiziente Funktion eines Katalysators notwendige Arbeitstemperatur, die sogenannte „Light-Off-Temperatur“, früher erreicht. Derart kann beispielsweise auf zusätzlich notwendige Einrichtungen in Katalysatoren zum schnellen Erreichen ihrer Arbeits- temperatur verzichtet werden oder deren Betriebszeit kann stark verringert wer den. Somit sind Kosten- und/oder Energieeinsparungen zu erwarten. Eine derarti ge zusätzlich notwendige Einrichtung in einem Katalysator kann beispielsweise eine elektrische Heizung sein.
Ein weiterer Vorteil eines schnellen Erreichens der Betriebstemperatur der Brenn kraftmaschine bzw. der Arbeitstemperatur des Katalysators liegt in einer Einspa rung von Kraftstoff.
Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Zylinderanordnung 1 in einem zweiten Temperaturbereich bzw. Zustand.
Dieser zweite Zustand ist beispielsweise eine Phase, in welcher die Brennkraftmaschine mit der Zylinderanordnung 1 warm ist und die Betriebstemperatur erreicht hat. Ein derartiger Zustand tritt beispielsweise beim Betrieb der Brennkraftmaschine nach einer Warmlaufzeit von beispielsweise wenigen Minuten auf. Be kannt ist es, dass diese Zeit auch von der Last bzw. Belastung der Brennkraftma schine abhängig ist.
Die Figur 2 zeigt die Zylinderanordnung 1 der Zylinderbuchse 2, in welcher sich der Kolben 3 entlang der Lauffläche 4 bewegt. Der Kolben 3 ist über die Pleuel stange 5 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle in üblicher Weise verbunden. Oberhalb des Kolbens 3 befindet sich der Brennraum 6, welcher durch einen nicht dargestellten, oberhalb der Zylinderbuchse 2 angeordneten Zylinderkopf ausgebildet wird.
Die Zylinderbuchse 2 ist von der Ummantelung 9 umgeben, wobei die Ummante lung 9 vom Zylinderblock 7 umschlossen wird. Ach in der Darstellung der Figur 2 sind Kanäle 8 im Zylinderblock 7 schematisch dargestellt, welche während des Betriebs der Brennkraftmaschine von einem Kühlmittel durchströmt werden können.
Im Unterschied zur Figur 1 hat sich die Ummantelung 9 derart verändert, dass sich kein Spalt 10 mehr zwischen der Ummantelung 9 und dem Zylinderblock 7 ausbildet. In diesem Fall kann die bei der Verbrennung im Brennraum 6 entste hende Wärme auch über die Zylinderbuchse 2 und die Ummantelung 9 in den Zylinderblock 7 abgeleitet werden. In diesem zweiten Temperaturbereich bzw. Zustand ist die Wärmeübertragung zwischen Ummantelung 9 der Zylinderbuch se 2 und dem Zylinderblock 7 durch Wärmeleitung möglich und somit wesentlich größer als im ersten Temperaturbereich der Brennkraftmaschine.
Zur Ableitung der Wärme aus dem Zylinderblock 7 ist das die Kanäle 8 durchströmende Kühlmittel vorgesehen, welches in einem bekannten Kühlmittelkreis lauf einer Brennkraftmaschine zirkuliert und derart zur Wärmeübertragung aus dem Zylinderblock 7 beiträgt.
In einer ersten Variante ist es vorgesehen, dass die Ummantelung 9 aus einem Material besteht, welches einen zur Zylinderbuchse 2 verschiedenen Wärmeaus dehnungskoeffizienten aufweist. Somit kann, bei einer geeigneten Wahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten, die Ummantelung 9 aufgrund ihrer Wärmeaus dehnung und somit temperaturabhängig in einem ersten kalten Zustand des er sten Temperaturbereichs einen Spalt 10 zum Zylinderblock 7 hin ausbilden. In einem zweiten Temperaturbereich, in welchem eine höhere Temperatur wie eine Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine vorliegt, schließt die Ummantelung 9 aufgrund ihrer Wärmeausdehnung den Spalt 10.
In einer zweiten Variante ist es vorgesehen, dass die Ummantelung 9 über eine thermisch aktive Konstruktion verfügt, welche die Ausdehnung der Ummantelung 9 temperaturabhängig verändert. Hierfür werden beispielsweise Bi-Metalle oder eine Formgedächtnislegierung in der Ummantelung 9 bzw. im Gebiet der Ummantelung 9 eingesetzt. Eine derartige Ummantelung 9 bildet in einem ersten Temperaturbereich bzw. Zustand niedriger Temperatur einen entsprechenden Spalt 10 aus. In einem zweiten Temperaturbereich bzw. Zustand erhöhter Tempe ratur dehnen sich die Bi-Metalle oder die Formgedächtnislegierung der Ummantelung 9 aus, wobei der Spalt 10, beispielsweise bei einer definierten Temperatur, geschlossen wird.
In einer weiteren Variante ist es vorgesehen, dass die Ummantelung 9 über eine aktive Verstellung verfügt, mittels welcher die Ausdehnung der Ummantelung 9, beispielsweise in ihrer radialen Richtung bzw. ihrem Umfang, gesteuert werden kann. Zu diesem Zweck können Aktuatoren mit einer entsprechenden Verstellein- richtung für die Ummantelung 9 zum Einsatz kommen. Derartige Aktuatoren können beispielsweise elektrisch, piezoelektrisch oder magnetisch arbeiten und somit den Spalt 10 temperaturabhängig verändern.
Das für die Ummantelung 9 beschriebene Prinzip bzw. der Aufbau sind auch auf die Gebiete des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine oder der Kolben 3 anwendbar.
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, die Erwärmung einer Brennkraftmaschine durch eine gezielte Beeinflussung der möglichen Wärmeübertragung aus dem Brennraum 6 über die Zylinderbuchse 2 an den Zylinderblock 7 zu steuern. Durch ein Reduzieren der Wärmeübertragung in einem ersten Temperaturbereich bzw. Zustand niedriger Temperatur wird das schnelle Erreichen der Arbeitstemperatur eines Katalysators der Brennkraftmaschine sichergestellt.
Nachfolgend werden besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung benannt:
• Mittels der erfindungsgemäßen Zylinderanordnung wird ein verbesserter Warmlauf einer Brennkraftmaschine erreicht, da in einem ersten Tempera turbereich einer Warmlaufphase die Wärmeverluste, also eine Abgabe von im Brennraum der Zylinderanordnung entstehender Wärme beispielsweise an den Zylinderblock bzw. ein Zylinderkurbelgehäuse, reduziert werden.
• Es wird eine schnellere Erwärmung der brennraumnahen Komponenten ermöglicht.
• Verschiebung der Energieverteilung hin zum Abgas und damit verbundene höhere Abgastemperaturen zum schnelleren Erreichen der Light-Off- Temperatur.
• Einsparung von Kraftstoff.
• Zusätzlich ergeben sich Vorteile für den Betrieb bei niedrigen Umgebungs temperaturen und im Niedriglastbereich.
• Durch kürzere Warmlaufphase schneller bessere Gemischbildung.
• Emissionen sinken durch das schnellere Erreichen der Light-Off- Temperatur. Liste der Bezugszeichen
1 Zylinderanordnung
2 Zylinderbuchse
3 Kolben
4 Lauffläche
5 Pleuelstange
6 Brennraum
7 Bereich um die Zylinderbuchse (Zylinderblock/Zylinderkurbelgehäuse)
8 Kanäle
9 Ummantelung
10 Spalt

Claims

Patentansprüche
1. Zylinderanordnung (1 ), umfassend eine Zylinderbuchse (2) zur Aufnahme eines Kolbens (3) und einen die Zylinderbuchse (2) umgebenden Bereich (7), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zylinderbuchse (2) und dem die Zylinderbuchse (2) umgebenden Bereich (7) eine sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernde Ummantelung (9) angeordnet ist und dass als Ummantelung (9) eine in einem ersten Temperaturbereich einen Spalt (10) ausbildende und in einem zweiten Temperaturbereich keinen Spalt (10) ausbildende Ummantelung (9) angeordnet ist, wobei der Spalt im ersten Temperaturbereich zwischen der Ummantelung (9) und dem umgebenden Bereich (7) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Umman telung (9) eine einen zur Zylinderbuchse (2) unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisende Ummantelung (9) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ummantelung (9) eine eine thermisch aktive Konstruktion aufweisende Ummantelung (9), insbesondere eine aus einem Bi-Metall oder einer Formge dächtnislegierung bestehende Ummantelung (9), angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ummantelung (9) eine Anordnung zum temperaturabhängigen, aktiven Verändern der radialen Ausdehnung bzw. des Umfangs der Umman telung (9) angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum temperaturabhängigen, aktiven Verändern der radialen Ausdeh nung bzw. des Umfangs der Ummantelung (9) einen elektrisch, piezoelek trisch oder magnetisch betriebenen Aktuator aufweist.
6. Verfahren zum Kühlen einer Zylinderanordnung (1), wobei eine Zylinder buchse (2) zur Aufnahme eines Kolbens (3) und ein die Zylinderbuchse (2) umgebender Bereich (7) bereitgestellt wird und wobei die in einem Brenn- raum (6) der Zylinderbuchse (2) entstehende Wärme in den die Zylinderbuchse (2) umgebenden Bereich (7) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbuchse (2) mit einer die Zylinderbuchse (2) um gebenden, sich temperaturabhängig in ihrer Ausdehnung verändernden Ummantelung (9) bereitgestellt wird, dass die Ummantelung (9) in einem er sten Temperaturbereich einen Spalt (10) zwischen der Ummantelung (9) und dem Bereich (7) ausbildet und dass die Ummantelung (9) in einem zwei ten Temperaturbereich keinen Spalt (10) zwischen der Ummantelung (9) und dem Bereich (7) ausbildet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (9) einen zur Zylinderbuchse (2) unterschiedlichen Wärmeausdeh nungskoeffizienten aufweist, welcher eine Veränderung der radialen Aus dehnung bzw. des Umfangs der Ummantelung (9) bewirkt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (9) mit einer thermisch aktiven Konstruktion, welche eine Ver änderung der radialen Ausdehnung bzw. des Umfangs der Ummantelung (9) bewirkt, bereitgestellt wird, wobei die thermisch aktive Konstruktion mit ei nem Bi-Metall oder einer Formgedächtnislegierung bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (9) mit einer Anordnung zum temperaturabhängigen, aktiven Verändern der radialen Ausdehnung bzw. des Umfangs der Umman telung (9) bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die tempera turabhängige, aktive Veränderung der radialen Ausdehnung bzw. des Um fangs der Ummantelung (9) durch einen elektrisch, piezoelektrisch oder magnetisch betriebenen Aktuator erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturbereich zwischen -20 °C und 100 °C und der zweite Temperaturbereich zwischen 100 °C und 140 °C liegt.
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