WO2000040850A1 - Reciprocating piston engine - Google Patents

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WO2000040850A1
WO2000040850A1 PCT/EP1999/010267 EP9910267W WO0040850A1 WO 2000040850 A1 WO2000040850 A1 WO 2000040850A1 EP 9910267 W EP9910267 W EP 9910267W WO 0040850 A1 WO0040850 A1 WO 0040850A1
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WO
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groove
machine according
reciprocating piston
piston machine
filling
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/010267
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German (de)
French (fr)
Inventor
Lech Moczulski
Jesper Weis Fogh
Original Assignee
Man B & W Diesel A/S
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Publication date
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Priority to GB0115516A priority patent/GB2361982B/en
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Priority to KR10-2001-7008539A priority patent/KR100411867B1/en
Publication of WO2000040850A1 publication Critical patent/WO2000040850A1/en
Priority to NO20013177A priority patent/NO20013177L/en

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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 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04—Running faces; Liners
    • 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
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating piston machine, in particular a large two-stroke diesel engine, with at least one cylinder, the cylinder liner of which is provided with at least one groove in the region of its running surface facing the associated piston to form an oil pocket.
  • a reciprocating internal combustion engine of this type is known from GB 1773058.
  • the cross section of the oil pocket or oil pockets corresponds to the cross section of the respectively assigned groove cut into the cylinder liner.
  • the depth of the grooves decreases with increasing wear on the cylinder liner.
  • the depth of the oil pockets formed by the grooves themselves decreases in the known arrangement. Conditions therefore deteriorate with increasing service life.
  • Another, very particular disadvantage of the known arrangement is, however, that material particles that have broken out of the cylinder liner due to possible heat corrosion etc. cannot be fixed in the grooves of the known arrangement.
  • This object is achieved according to the invention in that a filling is associated with the groove, the depth of which corresponds at least to the maximum wear thickness of the cylinder liner, and in that the material forming the filling of the groove has a lower wear resistance than the base material of the cylinder liner.
  • the groove When new, the groove can be completely closed due to the assigned filling. The result is a smooth, non-profiled surface that can be easily processed.
  • the desired oil pocket is formed, the depth of which, however, is smaller than the depth of the groove and progresses to an extent dependent on the wear of the cylinder liner.
  • the depth of the oil pocket or pockets that form correlates with the degree of wear.
  • the measures according to the invention thus also effectively prevent damage and malfunctions which can be caused by material particles broken out of the cylinder liner, for example material welding or caking, which would lead to an acceleration of heat corrosion and seizure.
  • the measures according to the invention therefore advantageously ensure a long service life.
  • the material forming the filling of the groove can expediently have greater thermal expansion than that Have the basic material of the cylinder liner.
  • the result of this is that the filling expands faster than the base material in the event of overheating, as a result of which the piston is stabilized and so-called seizure can be prevented.
  • This advantage is further increased if the filling material also advantageously has dry lubrication properties.
  • the filling of the groove can at least partially consist of aluminum and / or aluminum bronze and / or graphite, wherein preferably an aluminum bronze with 9-11% Al, 0.5-2% Fe and the rest Cu can be used.
  • a material of this type has the desired properties mentioned above to an excellent degree. But it would also be conceivable, e.g. to use a graphite alloy with preferably 15-25% graphite and 75-85% aluminum bronze. This material also has the desired properties to a high degree.
  • At least one helical groove can advantageously be provided. This results in a particularly good distribution and a particularly good transport of the oil over a larger area of the cylinder liner and thus particularly high reliability.
  • the filling can be designed as a welding or spraying application, depending on the suitability of the materials used. This easily ensures a non-porous filling with reliable adhesion to the base material.
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of a region of the running surface of the cylinder liner provided with a groove according to the invention
  • Figure 3 shows a variant with respect to the groove cross section
  • Figure 4 shows another variant with respect to the groove cross section.
  • the present invention is used in reciprocating engines, in particular reciprocating internal combustion engines, preferably in the form of slow-running two-stroke large diesel engines.
  • reciprocating engines in particular reciprocating internal combustion engines, preferably in the form of slow-running two-stroke large diesel engines.
  • the structure and mode of operation of such arrangements are known per se and therefore require no further explanation in the present context.
  • the cylinder of a large two-stroke diesel engine shown in FIG. 1 contains a cylinder liner 2 provided with inlet slots 1, one of which is not shown here Exhaust arrangement containing cylinder head 3 is placed.
  • the inside of the cylinder liner 2 is designed as a running surface 4 with which a piston 6 provided with circumferential piston rings 5 cooperates.
  • the tread 4 is supplied with lubricating oil via lubricating oil supply lines 7.
  • At least one incised groove 9 is provided in the area of the tread 4, in which an associated oil pocket 8 is formed.
  • the groove 9 contains a filling 10, which consists of a material whose wear resistance is less than the wear resistance of the base material on which Z3dinderbucb.se is based.
  • the cylinder liner is usually made of cast steel.
  • An aluminum bronze can advantageously be used to form the filling 10. As experiments have shown, this should contain at least 2-20%, preferably 9-11% Al, 0.5-8%, preferably 0.5-2% Fe and a Cu residue.
  • the special composition depends on the circumstances of the individual case. The higher the proportion of Fe, the greater the hardness of the material. In the case of a cylinder liner of a two-stroke large diesel engine, good results were achieved with an aluminum bronze with the following components: 2-20%, preferably 9-11% AI, 0.5 - 8%, preferably 0.5 - 2% Fe,
  • a graphite alloy such as nickel graphite or silicon graphite or aluminum graphite or aluminum bronze graphite, each with 5-60%, preferably 15-25% graphite and a proportion of 40-95%, preferably 75 - Use 85% of the other component.
  • a graphite alloy such as nickel graphite or silicon graphite or aluminum graphite or aluminum bronze graphite, each with 5-60%, preferably 15-25% graphite and a proportion of 40-95%, preferably 75 - Use 85% of the other component.
  • an aluminum bronze graphite alloy particularly good properties against corrosion and seizure can be achieved.
  • the composition of the aluminum bronze can correspond to the composition mentioned above.
  • the filling 10 can advantageously be introduced into the previously produced groove 9 as a spray application applied by laser spraying or arc spraying, such as plasma spraying.
  • the filling 10 of the groove 9 can also be produced as a welding job.
  • An aluminum bronze with 9 - 11% Al, 1 - 3% Fe, 4 - 6% Ni, 1 - 2% Mu and the rest Cu is particularly suitable for this.
  • the filling of the groove 9 is advantageously carried out to the level of the tread 4. Then the tread 4 can be continuously machined, for example honed. Due to the lower wear resistance of the material forming the filling 10 compared to the base material of the cylinder liner 2, the wear of the filling 10 is already higher during the running-in phase than the wear of the cylinder liner 2. The removed material is washed away by the lubricating oil. This results in the desired oil pocket 8, which is retained throughout the life of the cylinder liner 2.
  • the depth of the groove 9 indicated at d in FIG. 2 therefore corresponds at least to the wear thickness of the cylinder liner 2 and is preferably somewhat larger.
  • this deep groove 9 is provided with the filling 10, which also wears as a function of the wear of the cylinder liner 2, with only a somewhat faster wear taking place, the cross section of the groove 9 is largely balanced over the entire service life of the cylinder liner 2 even different cross-sectional configurations of the oil pocket 8.
  • a material can advantageously be used which has the property that when heated it expands more than the base material on which the cylinder liner is based.
  • the material proposed above has this property. In the event of local overheating, the filling 10 therefore expands more than the base material on which the cylinder liner 2 is based, as a result of which the piston 6 can be stabilized, as indicated in FIG. 2 by an elongation line 11 shown in broken lines.
  • the material proposed above for the filling 10 also has good dry lubrication properties, which is particularly advantageous in the event of overheating. However, it would also be conceivable to integrate or embed an additional material with good dry lubrication properties in the filling material.
  • One or more grooves 9 can be provided.
  • the grooves 9 on which the oil pockets 8 are based can be designed as circumferential radial grooves. Additionally or alternatively, one or more helically extending grooves 9 with an associated oil pocket 8 can also be provided. These can extend over an area or over the entire length of the tread 4.
  • the figure 2 is based on a helical groove 9.
  • the pitch of this groove 9 indicated at P can be 1.5% to 20% of the diameter D of the tread 4.
  • the pitch P can be constant over the entire length of the groove.
  • a variable slope would also be conceivable in order to obtain a greater oil pocket density in particularly endangered areas than in less endangered areas.
  • the above-mentioned depth d of the groove 9 is expediently in the range between 0.1% - 0.4% of the diameter D.
  • the starting width w is expediently 1% - 2% of the diameter D.
  • the groove 9 has a cross section narrowing inwards from the starting width w. This takes into account the fact that the wear rate increases with increasing service life.
  • the groove 9 has an approximately U-shaped cross section with flanks inclined with respect to the groove bottom.
  • the angle of inclination of the flanks indicated at ⁇ can be in the range between 30 ° - 60 °.
  • the transitions between the groove bottom and the groove flanks are appropriately rounded, as indicated by a radius arrow.
  • FIG. 3 shows a V-shaped groove 9 with an associated filling 10 containing the oil pocket 8.
  • the groove 9 on which FIG. 4 is based has a cross-section in the form of a segment of a circle. This also results in an inwardly narrowing cross section and accordingly an inwardly decreasing width of the filling 10 and the oil pocket 8 formed therein.

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Abstract

The invention relates to a reciprocating piston engine comprising at least one cylinder whose cylinder liner (2) is provided with at least one groove (9) which forms an oil pocket (8) and which is situated in the area of the running surface (4) of said liner, whereby the running surface (4) faces the piston (6) assigned to the cylinder. The aim of the invention is to create a particularly protective operating mode and thus attain a particularly long service life of the cylinder liner (2). To this end, the groove (9) has a depth which corresponds to the maximum depth of the wear of the cylinder liner (2). A filling (10) is allocated to said groove (9). The material used for the filling (10) in the groove (9) has a lower capacity of resistance to wear than the basic material of the cylinder liner (2).

Description

Hubkolbenmaschine Reciprocating machine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere einen Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einem Zylinder, dessen Zylinderbüchse im Bereich ihrer dem zugeordneten Kolben zugewandten Lauffläche mit wenigstens einer Nut zur Bildung einer Öltasche versehen ist.The invention relates to a reciprocating piston machine, in particular a large two-stroke diesel engine, with at least one cylinder, the cylinder liner of which is provided with at least one groove in the region of its running surface facing the associated piston to form an oil pocket.
Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine dieser Art ist aus der GB 1773058 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung entspricht der Querschnitt der Öltasche bzw. Öltaschen dem Querschnitt der jeweils zugeordneten, in die Zylinderbüchse eingeschnittenen Nut. Die Tiefe der Nuten nimmt mit zunehmendem Verschleiß der Zylinderbüchse ab. Im selben Maße nimmt bei der bekannten Anordnung auch die Tiefe der durch die Nuten selbst gebildeten Öltaschen ab. Es ergeben sich daher mit zunehmender Lebensdauer sich verschlechternde Verhältnisse. Ein weiterer, ganz besonderer Nachteil der bekannten Anordnung ist aber darin zu sehen, dass durch eventuelle Wärmekorossion etc. aus der Zylinderbüchse ausgebrochene Materialpartikel in den Nuten der bekannten Anordnung nicht fixiert werden können. Es besteht daher die Gefahr, dass diese Materialpartikel zwischen Zylinderbüchse und Kolben gelangen und dort zermahlen bzw. zerquetscht werden, was zu Beschädigungen und zu einer starken lokalen Erwärmung und damit zu einer Beschleunigung von Wärmekorossion und/oder Fressen führen kann. Die bekannte Anordnung erweist sich daher als nicht betriebssicher genug.A reciprocating internal combustion engine of this type is known from GB 1773058. In this known arrangement, the cross section of the oil pocket or oil pockets corresponds to the cross section of the respectively assigned groove cut into the cylinder liner. The depth of the grooves decreases with increasing wear on the cylinder liner. To the same extent, the depth of the oil pockets formed by the grooves themselves decreases in the known arrangement. Conditions therefore deteriorate with increasing service life. Another, very particular disadvantage of the known arrangement is, however, that material particles that have broken out of the cylinder liner due to possible heat corrosion etc. cannot be fixed in the grooves of the known arrangement. There is therefore a risk that these material particles between Cylinder liner and piston arrive and are ground or crushed there, which can lead to damage and to strong local heating and thus to acceleration of heat corrosion and / or seizure. The known arrangement therefore proves to be insufficiently reliable.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Anordnung unter Vermeidung der geschilderten Nachteile mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass über eine lange Zeit eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird.Proceeding from this, it is therefore the object of the present invention to improve the generic arrangement while avoiding the disadvantages described with simple and inexpensive means in such a way that a high level of operational reliability is achieved over a long period of time.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Nut, deren Tiefe zumindest der maximalen Verschleißdicke der Zylinderbüchse entspricht, eine Füllung zugeordnet ist und dass das die Füllung der Nut bildende Material eine geringere Verschleißfestigkeit als das Grundmaterial der Zylinderbüchse aufweist.This object is achieved according to the invention in that a filling is associated with the groove, the depth of which corresponds at least to the maximum wear thickness of the cylinder liner, and in that the material forming the filling of the groove has a lower wear resistance than the base material of the cylinder liner.
Im Neuzustand kann die Nut durch die zugeordnete Füllung ganz geschlossen sein. Es ergibt sich daher eine glatte, unprofilierte Oberfläche, die einfach bearbeitet werden kann. Bereits während der Einlaufphase bildet sich aber in Folge des schnelleren Verschleißes des Füllmaterials gegenüber dem Grundmaterial die gewünschte Öltasche, deren Tiefe aber kleiner als die Tiefe der Nut ist und mit zunehmendem Verschleiß der Zylinderbüchse in einem davon abhängigen Umfang fortschreitet. Trotz abnehmender Tiefe der Nut ergeben sich daher über einen langen Zeitraum hinweg bezüglich des Querschnitts der Öltasche weitgehend ausgeglichene Verhältnisse, was über einen langen Zeitraum hinweg eine zuverlässige Schmierung im zugeordneten Bereich der Zylinderbüchse gewährleistet und damit Wärmekorossion und Fressen zuverlässig vermeidet. Die Tiefe der sich bildenden Öltasche bzw. -taschen korreliert mit der Stärke des Verschleißes. Je stärker der Verschleiß ist, desto tiefer sind die Öltaschen und dementsprechend desto intensiver ist die Schmierung und umgekehrt. Es ergibt daher praktisch eine Art Selbstregelung. Es ist daher auch möglich, den spezifischen Ölverbrauch zu reduzieren. Ein weiterer, ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist aber darin zu sehen, dass in Folge eines nicht vermeidbaren Verschleißes aus der Zylinderbüchse ausbrechende Materialpartikel in das vergleichsweise weiche Füllungsmaterial hineingedrückt und so fixiert werden können. Durch die mit einer Füllung versehene Nut wird daher die freie Bewegung dieser Materialpartikel gestoppt. Die erfindungsgemäße mit einer Füllung versehene Nut fungiert dementsprechend auch als höchst wirksame Stoppnut. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird somit auch solchen Beschädigungen und Störungen wirksam vorgebeugt, die durch aus der Zylinderbüchse ausgebrochene Materialpartikel verursacht werden können, beispielsweise Materialverschweißungen bzw. - anbackungen, die zu einer Beschleunigung von Wärmekorossion und Fressen führen würden. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird daher in vorteilhafter Weise eine lange Lebensdauer gewährleistet.When new, the groove can be completely closed due to the assigned filling. The result is a smooth, non-profiled surface that can be easily processed. Already during the running-in phase, as a result of the faster wear of the filling material compared to the base material, the desired oil pocket is formed, the depth of which, however, is smaller than the depth of the groove and progresses to an extent dependent on the wear of the cylinder liner. Despite the decreasing depth of the groove, there are therefore largely balanced conditions over a long period of time with respect to the cross section of the oil pocket, which is a long-term one Reliable lubrication is guaranteed in the assigned area of the cylinder liner and thus reliably prevents heat corrosion and seizing. The depth of the oil pocket or pockets that form correlates with the degree of wear. The greater the wear, the deeper the oil pockets and accordingly the more intensive the lubrication and vice versa. It practically results in a kind of self-regulation. It is therefore also possible to reduce the specific oil consumption. Another, very special advantage of the measures according to the invention can be seen in the fact that, as a result of unavoidable wear, material particles escaping from the cylinder liner can be pressed into the comparatively soft filling material and thus fixed. The free movement of these material particles is therefore stopped by the groove provided with a filling. The groove according to the invention provided with a filling accordingly also functions as a highly effective stop groove. The measures according to the invention thus also effectively prevent damage and malfunctions which can be caused by material particles broken out of the cylinder liner, for example material welding or caking, which would lead to an acceleration of heat corrosion and seizure. The measures according to the invention therefore advantageously ensure a long service life.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann das die Füllung der Nut bildende Material zweckmäßig eine stärkere Wärmeausdehung als das Grundmaterial der Zylinderbüchse aufweisen. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Füllung im Falle einer Überhitzung schneller ausdeht als das Grundmaterial, wodurch der Kolben stabilisiert und damit ein sogenanntes Fressen verhindert werden können. Dieser Vorteil wird noch verstärkt, wenn das Füllungsmaterial in vorteilhafter Weise auch Trockenschmiereigenschaften aufweist.Advantageous refinements and appropriate further training of the higher-level measures are specified in the subclaims. Thus, the material forming the filling of the groove can expediently have greater thermal expansion than that Have the basic material of the cylinder liner. The result of this is that the filling expands faster than the base material in the event of overheating, as a result of which the piston is stabilized and so-called seizure can be prevented. This advantage is further increased if the filling material also advantageously has dry lubrication properties.
In vorteilhafter Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen kann die Füllung der Nut zumindest teilweise aus Aluminium und/oder Aluminiumbronze und/oder Graphit bestehen, wobei vorzugsweise eine Aluminiumbronze mit 9 - 11 % AI, 0,5 - 2 % Fe und Rest Cu Verwendung finden kann. Ein Material dieser Art besitzt die oben erwähnten, erwünschten Eigenschaften in hervorragendem Maße. Es wäre aber auch denkbar, z.B. eine Graphit-Legierung mit vorzugsweise 15 - 25 % Graphit und 75 - 85 % Aluminiumbronze zu verwenden. Auch dieses Material besitzt die erwünschten Eigenschaften in hohem Maße.In an advantageous embodiment of the superordinate measures, the filling of the groove can at least partially consist of aluminum and / or aluminum bronze and / or graphite, wherein preferably an aluminum bronze with 9-11% Al, 0.5-2% Fe and the rest Cu can be used. A material of this type has the desired properties mentioned above to an excellent degree. But it would also be conceivable, e.g. to use a graphite alloy with preferably 15-25% graphite and 75-85% aluminum bronze. This material also has the desired properties to a high degree.
Vorteilhaft kann wenigstens eine schraubenförmige Nut vorgesehen sein. Hierbei ergeben sich eine besonders gute Verteilung sowie ein besonders guter Transport des Öls über einen größeren Bereich der Zylinderbüchse und damit eine besonders hohe Zuverlässigkeit.At least one helical groove can advantageously be provided. This results in a particularly good distribution and a particularly good transport of the oil over a larger area of the cylinder liner and thus particularly high reliability.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen kann die Füllung je nach Eignung der Verwendung findenden Materialien als Schweiß- oder Spritzauftrag ausgebildet sein. Dies gewährleistet auf einfache Weise eine porenfreie Füllung mit zuverlässiger Haftung am Grundmaterial . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung an Hand der Zeichnung näher entnehmbar.According to a further advantageous embodiment of the superordinate measures, the filling can be designed as a welding or spraying application, depending on the suitability of the materials used. This easily ensures a non-porous filling with reliable adhesion to the base material. Further advantageous refinements and expedient further developments of the superordinate measures are specified in the remaining subclaims and can be found in more detail in the following description of the examples with reference to the drawing.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:In the drawing described below:
Figur 1 einen Zylinder eines Zweitakt-Großdieselmotors, teilweise im Schnitt,1 shows a cylinder of a large two-stroke diesel engine, partly in section,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Nut versehenen Bereichs der Lauffläche der Zylinderbüchse,FIG. 2 shows an enlarged representation of a region of the running surface of the cylinder liner provided with a groove according to the invention,
Figur 3 eine Variante bezüglich des Nutquerschnitts undFigure 3 shows a variant with respect to the groove cross section and
Figur 4 eine weitere Variante bezüglich des Nutquerschnitts.Figure 4 shows another variant with respect to the groove cross section.
Die vorliegende Erfindung findet Anwendung bei Hubkolbenmaschinen, insbesondere Hubkolbenbrenn- kraftmaschinen, vorzugsweise in Form von langsam laufenden Zweitakt-Grossdieselmotoren. Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Anordnungen sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.The present invention is used in reciprocating engines, in particular reciprocating internal combustion engines, preferably in the form of slow-running two-stroke large diesel engines. The structure and mode of operation of such arrangements are known per se and therefore require no further explanation in the present context.
Der in Figur 1 dargestellte Zylinder eines Zweitakt- Großdieselmotors enthält eine mit Einlaßschlitzen 1 versehene Zylinderbüchse 2, auf die ein hier eine nicht näher dargestellte Auslaßanordnung enthaltender Zylinderkopf 3 aufgesetzt ist. Die Innenseite der Zylinderbüchse 2 ist als Lauffläche 4 ausgebildet, mit der ein mit umfangsseitigen Kolbenringen 5 versehener, auf- und abgehender Kolben 6 zusammenwirkt. Die Lauffläche 4 wird über Schmierölzuleitungen 7 mit Schmieröl versorgt.The cylinder of a large two-stroke diesel engine shown in FIG. 1 contains a cylinder liner 2 provided with inlet slots 1, one of which is not shown here Exhaust arrangement containing cylinder head 3 is placed. The inside of the cylinder liner 2 is designed as a running surface 4 with which a piston 6 provided with circumferential piston rings 5 cooperates. The tread 4 is supplied with lubricating oil via lubricating oil supply lines 7.
Zur Erzielung einer guten Verteilung des Schmieröls und insbesondere einer guten Schmierölversorgung von Bereichen, in denen erfahrungsgemäß die Schmierölversorgung mangelhaft ist, beispielsweise des oberen Bereichs der Lauffläche 4, ist diese mit geeigneten, in Figur 1 lediglich angedeuteten Öltaschen 8 versehen.In order to achieve a good distribution of the lubricating oil and in particular a good supply of lubricating oil from areas in which experience has shown that the supply of lubricating oil is inadequate, for example the upper area of the running surface 4, this is provided with suitable oil pockets 8, which are only indicated in FIG.
Hierzu ist, wie am besten aus Figur 2 erkennbar ist, im Bereich der Lauffläche 4 wenigstens eine eingeschnittene Nut 9 vorgesehen, in der eine zugeordnete Öltasche 8 ausgebildet ist. Die Nut 9 enthält eine Füllung 10, die aus einem Material besteht, dessen Verschleißfestigkeit geringer als die Verschleißfestigkeit des der Z3dinderbucb.se zugrunde liegenden Grundmaterials ist. Die Zylinderbüchse besteht normalerweise aus Gußstahl. Zur Bildung der Füllung 10 kann vorteilhaft eine Aluminiumbronze Verwendung finden. Diese soll, wie Versuche gezeigt haben, zumindest 2 - 20 %, vorzugsweise 9 - 11 % AI, 0,5 - 8 %, vorzugsweise 0,5 - 2 % Fe und einen Cu-Rest enthalten. Die spezielle Zusammensetzung richtet sich nach den Gegebenheiten des Einzelfalls. Dabei gilt, je höher der Fe-Anteil ist, desto größer ist die Härte des Materials. Bei einer Zylinderbüchse eines Zweitakt- Großdieselmotors wurden mit einer Aluminiumbronze mit folgenden Bestandteilen gute Ergebnisse erzielt: 2 - 20 %, vorzugsweise 9 - 11 % AI, 0,5 - 8 %, vorzugsweise 0,5 - 2 % Fe,For this purpose, as can best be seen from FIG. 2, at least one incised groove 9 is provided in the area of the tread 4, in which an associated oil pocket 8 is formed. The groove 9 contains a filling 10, which consists of a material whose wear resistance is less than the wear resistance of the base material on which Z3dinderbucb.se is based. The cylinder liner is usually made of cast steel. An aluminum bronze can advantageously be used to form the filling 10. As experiments have shown, this should contain at least 2-20%, preferably 9-11% Al, 0.5-8%, preferably 0.5-2% Fe and a Cu residue. The special composition depends on the circumstances of the individual case. The higher the proportion of Fe, the greater the hardness of the material. In the case of a cylinder liner of a two-stroke large diesel engine, good results were achieved with an aluminum bronze with the following components: 2-20%, preferably 9-11% AI, 0.5 - 8%, preferably 0.5 - 2% Fe,
0, 1 - 8 % Mu, 0, 1 - 2 % Si, 0, 1 - 1 % Ni,0.1-8% Mu, 0.1-2% Si, 0.1-1% Ni,
0, 1 - 2 % C, zumindest eine der Komponenten Sb, Co, Be, Cr, Sn,0.1-2% C, at least one of the components Sb, Co, Be, Cr, Sn,
Cd, Zn, Pb mit jeweils höchstens 5 - 20 % und Rest Cu.Cd, Zn, Pb each with at most 5 - 20% and the rest Cu.
Es wäre aber auch denkbar, eine Graphit-Legierung wie Nickel- Graphit oder Silizium- Graphit oder Aluminium- Graphit oder Aluminiumbronze-Graphit mit jeweils 5 - 60 %, vorzugsweise 15 - 25 % Graphit und einem Anteil von 40 - 95 %, vorzugsweise 75 - 85 % der jeweils anderen Komponente zu verwenden. Mit einer Aluminiumbronze-Graphit-Legierung können besonders gute Eigenschaften gegen Korrosion und Fressen erreicht werden. Die Zusammensetzung der Aluminiumbronze kann dabei der oben erwähnten Zusammensetzung entsprechen.However, it would also be conceivable to use a graphite alloy such as nickel graphite or silicon graphite or aluminum graphite or aluminum bronze graphite, each with 5-60%, preferably 15-25% graphite and a proportion of 40-95%, preferably 75 - Use 85% of the other component. With an aluminum bronze graphite alloy, particularly good properties against corrosion and seizure can be achieved. The composition of the aluminum bronze can correspond to the composition mentioned above.
Die Füllung 10 kann vorteilhaft als im Laser- Spritzverfahren oder Lichtbogen-Spritzverfahren, wie Plasma- Spritzverfahren, aufgebrachter Spritzauftrag in die vorher hergestellte Nut 9 eingebracht werden. Selbstverständlich kann die Füllung 10 der Nut 9 auch als Schweißauftrag hergestellt werden. Hierfür eignet sich besonders eine Aluminiumbronze mit 9 - 11 % AI, 1 - 3 % Fe, 4 - 6 % Ni, 1 - 2 % Mu und Rest Cu.The filling 10 can advantageously be introduced into the previously produced groove 9 as a spray application applied by laser spraying or arc spraying, such as plasma spraying. Of course, the filling 10 of the groove 9 can also be produced as a welding job. An aluminum bronze with 9 - 11% Al, 1 - 3% Fe, 4 - 6% Ni, 1 - 2% Mu and the rest Cu is particularly suitable for this.
Die Füllung der Nut 9 erfolgt dabei zweckmäßig bis auf das Niveau der Lauffläche 4. Anschließend kann die Lauffläche 4 durchgehend bearbeitet, beispielsweise gehont werden. Auf Grund der gegenüber dem Grundmaterial der Zylinderbüchse 2 geringeren Verschleißfestigkeit des die Füllung 10 bildenden Materials ist der Verschleiß der Füllung 10 bereits während der Einlaufphase höher als der Verschleiß der Zylinderbüchse 2. Das abgetragene Material wird durch das Schmieröl weggeschwemmt. Es ergibt sich daher die gewünschte Öltasche 8, die während der gesamten Lebensdauer der Zylinderbüchse 2 erhalten bleibt.The filling of the groove 9 is advantageously carried out to the level of the tread 4. Then the tread 4 can be continuously machined, for example honed. Due to the lower wear resistance of the material forming the filling 10 compared to the base material of the cylinder liner 2, the wear of the filling 10 is already higher during the running-in phase than the wear of the cylinder liner 2. The removed material is washed away by the lubricating oil. This results in the desired oil pocket 8, which is retained throughout the life of the cylinder liner 2.
Die in Figur 2 bei d angedeutete Tiefe der Nut 9 entspricht daher zumindest der Verschleißdicke der Zylinderbüchse 2 und ist vorzugsweise etwas größer. Da diese tiefe Nut 9 jedoch mit der Füllung 10 versehen ist, die in Abhängigkeit vom Verschleiß der Zylinderbüchse 2 ebenfalls verschleißt, wobei lediglich ein etwas schnellerer Verschleiß erfolgt, ergeben sich über die ganze Lebensdauer der Zylinderbüchse 2 hinweg weitgehend ausgeglichene, vom Querschnitt der Nut 9 selbst abweichende Querschnittskonfigurationen der Öltasche 8.The depth of the groove 9 indicated at d in FIG. 2 therefore corresponds at least to the wear thickness of the cylinder liner 2 and is preferably somewhat larger. However, since this deep groove 9 is provided with the filling 10, which also wears as a function of the wear of the cylinder liner 2, with only a somewhat faster wear taking place, the cross section of the groove 9 is largely balanced over the entire service life of the cylinder liner 2 even different cross-sectional configurations of the oil pocket 8.
Zur Bildung der Füllung 10 kann vorteilhaft ein Material Verwendung finden, das die Eigenschaft besitzt, dass es sich bei Erwärmung stärker ausdehnt als das der Zylinderbüchse zugrunde liegende Grundmaterial. Das oben vorgeschlagene Material besitzt diese Eigenschaft. Im Falle einer lokalen Überhitzung dehnt sich daher die Füllung 10 stärker aus, als das der Zylinderbüchse 2 zugrunde liegende Grundmaterial, wodurch der Kolben 6 stabilisiert werden kann, wie in Figur 2 durch eine unterbrochen gezeichnete Dehnungslinie 11 angedeutet ist. Das oben für die Füllung 10 vorgeschlagene Material besitzt auch gute Trockenschmiereigenschaften, was insbesondere im Falle einer Überhitzung vorteilhaft zum Tragen kommt. Es wäre aber auch denkbar, in das Füllungsmaterial ein zusätzliches Material mit guten Trockenschmiereigenschaften zu integrieren bzw. einzubetten. Es können eine oder mehrere Nuten 9 vorgesehen sein. Diese sind zweckmäßig dort angeordnet, wo nach der bisherigen Erfahrung die Gefahr einer ungenügenden Schmierung und dementsprechend die Gefahr von Wärmekorossion etc. groß ist. Dies ist vor allem im oberen Bereich der Lauffläche 4 der Fall. In Figur 1 ist in dem vom ersten und zweiten Kolbenring 5 in der oberen Totpunktstellung des Kolbens 6 begrenzten Bereich der Lauffläche 4 eine umlaufende Nut mit entsprechender Öltasche 8 vorgesehen. Eine weitere Nut mit zugeordneter Öltasche 8 ist im Bereich unterhalb des untersten Kolbenrings 5 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel sind noch weitere, noch tiefer angeordnete Öltaschen 8 angedeutet.To form the filling 10, a material can advantageously be used which has the property that when heated it expands more than the base material on which the cylinder liner is based. The material proposed above has this property. In the event of local overheating, the filling 10 therefore expands more than the base material on which the cylinder liner 2 is based, as a result of which the piston 6 can be stabilized, as indicated in FIG. 2 by an elongation line 11 shown in broken lines. The material proposed above for the filling 10 also has good dry lubrication properties, which is particularly advantageous in the event of overheating. However, it would also be conceivable to integrate or embed an additional material with good dry lubrication properties in the filling material. One or more grooves 9 can be provided. These are expediently arranged where, according to previous experience, the risk of insufficient lubrication and, accordingly, the risk of heat corrosion etc. is great. This is especially the case in the upper area of the tread 4. In FIG. 1, a circumferential groove with a corresponding oil pocket 8 is provided in the region of the running surface 4 delimited by the first and second piston rings 5 in the top dead center position of the piston 6. Another groove with an associated oil pocket 8 is provided in the area below the lowest piston ring 5. In the example shown, further oil pockets 8, which are arranged even deeper, are indicated.
Die den Öltaschen 8 zugrunde liegenden Nuten 9 können als umlaufende Radialnuten ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu können aber auch eine oder mehrere, schraubenförmig verlaufende Nuten 9 mit zugeordneter Öltasche 8 vorgesehen sein. Diese können sich über einen Bereich oder über die ganze Länge der Lauffläche 4 erstrecken.The grooves 9 on which the oil pockets 8 are based can be designed as circumferential radial grooves. Additionally or alternatively, one or more helically extending grooves 9 with an associated oil pocket 8 can also be provided. These can extend over an area or over the entire length of the tread 4.
Der Figur 2 liegt eine schraubenförmig verlaufende Nut 9 zugrunde. Die bei P angedeutete Steigung dieser Nut 9 kann 1,5% - 20% des Durchmessers D der Lauffläche 4 betragen. Die Steigung P kann über der ganzen Nutlänge konstant sein. Es wäre aber auch eine variable Steigung denkbar, um in besonders gefährdeten Bereichen eine größere Öltaschendichte zu bekommen als in weniger gefährdeten Bereichen. Die oben schon erwähnte Tiefe d der Nut 9 liegt zweckmäßig im Bereich zwischen 0, 1% - 0,4% des Durchmessers D. Die Ausgangsbreite w beträgt zweckmäßig 1% - 2% des Durchmessers D. In den dargestellten Beispielen besitzt die Nut 9 einen ausgehend von der Ausgangsbreite w nach innen sich verengenden Querschnitt. Damit wird dem Rechnung getragen, dass die Verschleißgeschwindigkeit mit zunehmender Lebensdauer zunimmt. In Figur 2 besitzt die Nut 9 einen etwa u-förmigen Querschnitt mit gegenüber dem Nutboden geneigten Flanken. Der bei α angedeutete Neigungswinkel der Flanken kann im Bereich zwischen 30° - 60° liegen. Die Übergänge zwischen dem Nutboden und den Nutflanken sind zweckmäßig abgerundet, wie durch einen Radiuspfeil angedeutet ist.The figure 2 is based on a helical groove 9. The pitch of this groove 9 indicated at P can be 1.5% to 20% of the diameter D of the tread 4. The pitch P can be constant over the entire length of the groove. However, a variable slope would also be conceivable in order to obtain a greater oil pocket density in particularly endangered areas than in less endangered areas. The above-mentioned depth d of the groove 9 is expediently in the range between 0.1% - 0.4% of the diameter D. The starting width w is expediently 1% - 2% of the diameter D. In the examples shown, the groove 9 has a cross section narrowing inwards from the starting width w. This takes into account the fact that the wear rate increases with increasing service life. In Figure 2, the groove 9 has an approximately U-shaped cross section with flanks inclined with respect to the groove bottom. The angle of inclination of the flanks indicated at α can be in the range between 30 ° - 60 °. The transitions between the groove bottom and the groove flanks are appropriately rounded, as indicated by a radius arrow.
Die obigen Bemessungsangaben gelten auch für die weiteren, den Figuren 3 und 4 zugrunde liegenden Varianten. Die Figur 3 zeigt eine v-Förmige Nut 9 mit zugeordneter, die Öltasche 8 enthaltender Füllung 10. Die der Figur 4 zugrunde liegende Nut 9 besitzt einen kreissegmentförmigen Querschnitt. Auch hierbei ergeben sich ein nach innen sich verengender Querschnitt und dementsprechend eine nach innen abnehmende Breite der Füllung 10 und der hierin ausgebildeten Öltasche 8. The above design information also applies to the other variants on which FIGS. 3 and 4 are based. FIG. 3 shows a V-shaped groove 9 with an associated filling 10 containing the oil pocket 8. The groove 9 on which FIG. 4 is based has a cross-section in the form of a segment of a circle. This also results in an inwardly narrowing cross section and accordingly an inwardly decreasing width of the filling 10 and the oil pocket 8 formed therein.

Claims

Patentansprüche claims
1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einem Zylinder, dessen Zylinderbüchse (2) im Bereich ihrer dem zugeordneten Kolben (6) zugewandten Lauffläche (4) mit wenigstens einer Nut (9) zur Bildung einer Öltasche (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nut (9), deren Tiefe zumindest der maximalen Verschleißdicke der Zylinderbüchse (2) entspricht, eine Füllung ( 10) zugeordnet ist und dass das die Füllung ( 10) der Nut (9) bildende Material eine geringere Verschleißfestigkeit als das Grundmaterial der Zylinderbüchse (2) aufweist1. reciprocating piston machine, in particular a two-stroke large diesel engine, with at least one cylinder, the cylinder liner (2) of which in the area of its running surface (4) facing the associated piston (6) is provided with at least one groove (9) to form an oil pocket (8), characterized in that the groove (9), the depth of which corresponds at least to the maximum wear thickness of the cylinder liner (2), is assigned a filling (10) and in that the material forming the filling (10) of the groove (9) has a lower wear resistance than that Has basic material of the cylinder liner (2)
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Füllung (10) der Nut (9) bildende Material eine stärkere Wärmedehnung als das der Zylinderbüchse (2) zugrunde liegende Material aufweist.2. Reciprocating piston machine according to claim 1, characterized in that the material (10) of the groove (9) forming material has a greater thermal expansion than that of the cylinder liner (2) underlying material.
3. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Füllung (10) der Nut (9) bildende Material Trockenschmiereigenschaften aufweist.3. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the material (10) of the groove (9) forming material has dry lubrication properties.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Füllung (10) der Nut(9) bildende Material zumindest teilweise aus Aluminium und/ oder Aluminiumbronze und oder Graphit besteht.4. reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the filling (10) the groove (9) forming material consists at least partially of aluminum and / or aluminum bronze and or graphite.
5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der Füllung ( 10) der Nut (9) verwendete Aluminiumbronze zumindest Aluminium, Eisen und Kupfer enthält.5. Reciprocating piston machine according to claim 4, characterized in that the aluminum bronze used to form the filling (10) of the groove (9) contains at least aluminum, iron and copper.
6. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der Füllung (10) der Nut (9) verwendete Aluminiumbronze zumindest folgende Legierungsbestandteile enthält:6. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum bronze used to form the filling (10) of the groove (9) contains at least the following alloy components:
2 - 20 %, vorzugsweise 9 - 11 % AI 0,5 - 8 %, vorzugsweise 0,5 - 2 % Fe und einen Rest Cu.2 - 20%, preferably 9 - 11% Al 0.5 - 8%, preferably 0.5 - 2% Fe and a balance Cu.
7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der Füllung (10) der Nut (9) verwendete Aluminiumbronze folgende Legierungsbestandteile aufweist:7. Reciprocating piston machine according to claim 5 or 6, characterized in that the aluminum bronze used to form the filling (10) of the groove (9) has the following alloy components:
2 - 20 %, vorzugsweise 9 - 11 % AI,2 - 20%, preferably 9 - 11% AI,
0,5 - 8 %, vorzugsweise 0,5 - 2 % Fe,0.5 - 8%, preferably 0.5 - 2% Fe,
0, 1 - 8 % Mu, 0, 1 - 2 % Si, 0, 1 - 1% Ni0.1-8% Mu, 0.1-2% Si, 0.1-1% Ni
0, 1 - 2 % C, zumindest eine der Komponenten Sb, Co, Be,0.1-2% C, at least one of the components Sb, Co, Be,
Cr, Sn, Cd, Zn, Pb mit jeweils höchstens 5 - 20 % und RestCr, Sn, Cd, Zn, Pb each with a maximum of 5 - 20% and the rest
Cu. Cu.
8. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Füllung ( 10) der Nut (9) bildende Material 5 - 60 %, vorzugsweise 15 -25 % Graphit und 40 - 95 %, vorzugsweise 75 - 85 % Aluminium und/oder Aluminiumbronze und/oder Nickel und/oder Silizium enthält.8. Reciprocating piston machine according to one of claims 4-7, characterized in that the filling (10) of the groove (9) forming material 5-60%, preferably 15-25% graphite and 40-95%, preferably 75-85% Contains aluminum and / or aluminum bronze and / or nickel and / or silicon.
9. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine schraubenförmige Nut (9) vorgesehen ist.9. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one helical groove (9) is provided.
10. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im oberen Bereich der Zylinderbüchse (4) wenigstens eine Nut (9) vorgesehen ist.10. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one groove (9) is provided at least in the upper region of the cylinder liner (4).
11. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem vom ersten und zweiten Kolbenring (5) in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (6) begrenzten Bereich der Lauffläche (4) wenigstens eine Nut (9) vorgesehen ist.11. Reciprocating piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one groove (9) is provided at least in the region of the running surface (4) delimited by the first and second piston rings (5) in the top dead center position of the piston (6).
12. Hubekolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich unterhalb des untersten Kolbenrings (5) in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (6) wenigstens eine Nut (9) vorgesehen ist. 12. Lifting piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one groove (9) is provided at least in the region below the lowermost piston ring (5) in the top dead center position of the piston (6).
13. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Nut (9) über die Führungslänge der Lauffläche (4) durchgeht.13. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one groove (9) passes over the guide length of the tread (4).
14. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung einer schraubenförmigen Nut (9) 1,5 % - 20 % des Durchmessers der Lauffläche (4) beträgt.14. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch of a helical groove (9) is 1.5% - 20% of the diameter of the tread (4).
15. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nut (9) 0, 1 % - 0,4 % des Durchmessers der Lauffläche (4) beträgt.15. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the depth of the groove (9) is 0.1% - 0.4% of the diameter of the tread (4).
16. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die16. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the
Ausgangsbreite der Nut (9) 1% - 2% des Durchmessers der Lauffläche (4) beträgt.Initial width of the groove (9) is 1% - 2% of the diameter of the tread (4).
17. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (9) einen nach innen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.17. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the groove (9) has an inwardly tapering cross section.
18. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung ( 10) der Nut (9) als Schweiß- oder Spritzauftrag ausgebildet ist. 18. Reciprocating piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the filling (10) of the groove (9) is designed as a welding or spray application.
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