WO2018091119A1 - Zylindergehäuse für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Zylindergehäuse für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2018091119A1
WO2018091119A1 PCT/EP2017/001179 EP2017001179W WO2018091119A1 WO 2018091119 A1 WO2018091119 A1 WO 2018091119A1 EP 2017001179 W EP2017001179 W EP 2017001179W WO 2018091119 A1 WO2018091119 A1 WO 2018091119A1
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WO
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cylinder
internal combustion
combustion engine
reciprocating internal
cylinder housing
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PCT/EP2017/001179
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English (en)
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Thomas Behr
Klaus Geiger
Udo Grimmer
Tobias Hanschke
Volker Lagemann
Martin Hartweg
Harald Scheib
Martin Ströer
Silvia Tomaschko
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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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

Definitions

  • Cylinder housing for a reciprocating internal combustion engine in particular one
  • the invention relates to a cylinder housing for a reciprocating internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1 or 2.
  • Such a cylinder housing for a reciprocating internal combustion engine, in particular a motor vehicle, for example, is already known from DE 10 2008 026 146 A1 as known.
  • the cylinder housing has at least one designed as a cylinder and at least partially limited by a cylinder bore
  • Combustion chamber in which occur during a fired operation of the reciprocating internal combustion engine combustion processes.
  • Object of the present invention is to develop a cylinder housing of the type mentioned in such a way that a particularly efficient operation of the reciprocating internal combustion engine can be realized.
  • the cylinder bore is widened over its entire axial extent.
  • the cylinder bore is widened in an off-center in the axial direction of the cylinder portion, which includes a transition zone in which takes place during operation of the reciprocating internal combustion engine piston system change includes. Due to the expansion of the cylinder bore according to the invention, the friction loss of the reciprocating internal combustion engine can be kept particularly low.
  • the combustion chamber is made specifically so that the cylinder liner at ambient temperature deviates from the cylindrical shape, over the entire axial extent of the cylinder against the cylindrical shape expanded inner contour, which the cylindrical shape to reduce or cancel the expansion due to a through fired operation
  • Heating of the combustion chamber at least approaches.
  • the cylinder bore is so selectively made, in particular so selectively machined that the inner contour of the cylinder bore and thus the combustion chamber in a first state in which the cylinder housing and thus the combustion chamber and the Cylinder runway ambient temperature, deviates from the cylindrical shape, that is, from the shape of a right circular cylinder. This deviation of the inner contour of the shape of a straight circular cylinder is thus not through
  • Inner contour in particular made so targeted that the inner contour approximates with increasing heating of the cylinder bore the shape of a straight circular cylinder, so that the inner contour during the fired operation of the reciprocating internal combustion engine and thus a second state in which the
  • Cylinder housing and thus the combustion chamber and the cylinder bore relative to the aforementioned first state have a substantially higher temperature, the shape of a straight circular cylinder is more similar than in the first state
  • the invention is based in particular on the following knowledge: By screwing the cylinder housing with other components such as a cylinder head, by prevailing in the combustion chamber pressures and thermal expansions of the cylinder housing, in particular the cylinder bore, it usually leads to distortion of the cylinder bore and thus of the combustion chamber.
  • the cylinder liner already exhibits an at least substantially ideal cylinder shape at ambient temperature, then the said distortions lead to the inner contour no longer corresponding to the ideal cylindrical shape during engine operation.
  • the inner contour during engine operation at least particularly closely resembles the ideal cylindrical shape or the ideal
  • Cylinder shape corresponds to thereby be able to keep the friction and thus the fuel consumption and C0 2 emissions of the reciprocating internal combustion engine low.
  • Cylinder runway is provided so that the combustion chamber or the
  • Inner contour in the finished state of the example, designed as a crankcase or cylinder crankcase cylinder housing has a cylindrical shape. Due to the construction of the cylinder housing, the suit of
  • Cooling medium at least a portion of the cylinder housing is cooled, in particular, at least a portion of the cylinder bore is cooled by means of the cooling medium. Furthermore, for example, in the production, in particular
  • the inner contour stiffness jumps in particular taken into account at the lower end of the cooling jacket wherein such Steifig keitssprung is also referred to as a cooling jump. It has been found that it can come to a constriction of the cylinder bore due to the influence of the cooling jacket and by stiffness jumps in particular at the lower end of the cooling jacket.
  • the inner contour has this deviation in the finished state.
  • the deviation is realized, for example, by a widening, in particular by a radially symmetrical widening or by a widening of the second order.
  • the cylinder track is widened over the entire axial extent of the cylinder relative to the cylindrical shape, so that the cylinder track has the widening over its entire height, that is to say over the entire axial extent of the cylinder.
  • the cylinder bore has the widening only in one partial region or in several partial regions, wherein, for example, the widening occurs in a region between the top dead center and the bottom dead center of the piston and may preferably be arranged eccentrically relative to the axial extent of the cylinder.
  • the cylinder bore is machined by at least one machining method different from the honing and performed before honing. It is conceivable that the shape of the cylinder bore is produced by honing. In a further embodiment, however, the shape of the
  • the cylinder bore is honed, wherein a honing tool is tracked, for example, the shape previously prepared by the machining process.
  • FIG. 1 in fragmentary form a schematic sectional view of a
  • FIG. 2 shows a detail of a schematic cross-sectional view of the
  • FIG. 2 Cylinder housing according to FIG. 1 in the region of the combustion chamber, FIG. 2 serving to explain the background of the invention
  • Fig. 3 is a fragmentary sectional view of a
  • Cylinder housing for a reciprocating internal combustion engine at ambient temperature, wherein a cylinder bore of a cylinder trained combustion chamber of the reciprocating internal combustion engine having a shape correction;
  • Cylinder housing according to FIG. 5 in the region of the combustion chamber.
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a cylinder housing 10 for a reciprocating internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle such as a passenger car.
  • the motor vehicle can be driven by means of the reciprocating internal combustion engine.
  • the reciprocating internal combustion engine has a crankshaft designed as output shaft, which is rotatable about an axis of rotation relative to the cylinder housing 10.
  • the crankshaft is rotatably mounted, for example, on a crankcase of the reciprocating internal combustion engine.
  • the crankcase may be formed integrally with the cylinder housing 10, so that the cylinder housing 10 is formed, for example, as a cylinder crankcase.
  • the cylinder housing 10 has at least one cylinder 12 formed as
  • fired operation Combustion chamber in which occur during a fired operation of the reciprocating internal combustion engine combustion processes.
  • the fired operation of the reciprocating internal combustion engine is also referred to as fired operation.
  • a piston In fully manufactured state of the reciprocating internal combustion engine, a piston, not shown in the figures, is received translationally movable in the cylinder 12.
  • the piston is pivotally coupled via a connecting rod with the crankshaft, so that the translational movements of the piston in the cylinder 12 in a rotational motion of the crankshaft are converted around the axis of rotation.
  • the piston is driven in the cylinder 12, so that the crankshaft is driven via the connecting rod of the piston and thus rotated about the axis of rotation.
  • cylinder 12 is formed or limited by a cylinder housing 10 formed by the cylinder liner 14, wherein the
  • Cylinder runway 14 is also referred to as a cylinder wall or liner.
  • the piston in particular via its piston skirt, can be supported on the cylinder bore 14 in the radial direction of the piston and in particular move along the cylinder bore 14 in a translatory manner in the cylinder 12.
  • Fig. 2 shows a detail in a schematic cross-sectional view of the cylinder housing 10 in the region of the cylinder 12, wherein from Fig. 2, the pressure side DS and the counter-pressure side GDS of the cylinder 12 can be seen.
  • the cylinder housing 10 for example, at least one cooling jacket, which can not be seen in the figures, runs through which a cooling medium can flow.
  • the cooling medium is preferably a cooling fluid, in particular a cooling fluid, wherein the cooling fluid is also referred to as cooling water. Therefore, the cooling jacket is also referred to as a water jacket.
  • the cylinder housing 10 assumes a first state, in which the cylinder housing 10 and thus the cylinder 12 and the cylinder bore 14
  • the temperature of the cylinder housing 10 and thus of the cylinder 12 and the cylinder bore 14 corresponds to the ambient temperature, which prevails in the vicinity of the reciprocating internal combustion engine, in particular of the motor vehicle.
  • the cylinder housing 10 and thus the cylinder 12 and the cylinder bore 14 are replaced by the cylinder Heat combustion processes.
  • the cylinder housing 10, the cylinder 12 and the cylinder bore 14 have the higher temperature compared to the ambient temperature during the fired operation. 1 and 2 show the second state.
  • the cylinder bore has an inner contour 18 which is constricted in the second state, at least in a partial region 16 relative to the cylindrical shape and thus in the second state has a different shape from the cylindrical shape. This leads to a high friction loss in the fired operation, to a high fuel consumption and to an unfavorable one
  • the cylindrical shape is also referred to as an ideal shape or as an ideal cylindrical shape.
  • Cylinder run 14 at least one in the cylinder 12 in the radial direction
  • the inner contour 18 deviates very much from the ideal cylindrical shape at ambient temperature.
  • Fig. 3 to 6 show a cylinder housing 10 of a reciprocating internal combustion engine. 3 and 4 show the first state described above, so that the
  • FIGS. 5 and 6 show the cylinder housing 10 according to FIGS. 3 and 4 in the second state, that is to say in the fired operation.
  • the cylinder housing 10 In order to be able to realize a particularly efficient and thus fuel-efficient operation and advantageous noise behavior of the reciprocating internal combustion engine, it is provided in the cylinder housing 10 according to FIGS. 3 and 4 that the cylinder bore 14 only in an eccentric in the axial direction of the cylinder 12 portion 16 is expanded, which comprises a transition zone in which takes place during operation of the reciprocating internal combustion engine, a piston system change includes. In order to be able to realize a particularly efficient and thus fuel-efficient operation and advantageous noise behavior of the reciprocating internal combustion engine, it is provided in the cylinder housing 10 according to FIGS. 5 and 6, that the cylinder bore 14 is widened over its entire axial extent.
  • the combustion chamber (cylinder 12) is specifically manufactured, that is made so targeted that the cylinder liner 14 at ambient temperature (Fig. 3 and 4) deviates from the cylindrical shape, over the entire axial extent of the cylinder 12 with respect to the cylindrical shape has flared inner contour 18 which at least approximates the cylindrical shape to reduce or cancel the expansion due to a caused by the fired operation heating of the combustion chamber.
  • the inner contour 18 differs selectively in the first state and thus at ambient temperature from the ideal cylindrical shape and thus from the shape of a straight circular cylinder abt.
  • the inner contour 18 is expanded at ambient temperature compared to the ideal cylindrical shape in the partial region 16, so that the cylinder bore 14 has a recess in the partial region 16. It can be seen from FIG. 3 that the inner contour 18 can be widened, for example, only in the partial region 16 or in several partial regions relative to the ideal cylindrical shape. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 5 and 6, it is provided that the inner contour 18 can be widened over the entire axial extension of the cylinder bore 14 with respect to the ideal cylindrical shape at ambient temperature.
  • the inner contour 18 approaches the ideal cylindrical shape, wherein the inner contour 18 can approach in particular so far to the ideal cylindrical shape, the inner contour 18 at least substantially corresponds to the ideal cylindrical shape during the fired operation of the reciprocating internal combustion engine.
  • the expansion of the inner contour 18 at ambient temperature is thus one
  • Shape correction by means of which minimizes distortion of the cylinder housing 10
  • the inner contour 18 is during the fired operation of the reciprocating internal combustion engine also referred to as a warm contour, since the cylinder bore 14 is substantially warmer in the second state than in the first state.
  • Figs. 5 and 6 the inner contour 18 in the fired operation.
  • the inner contour 18 in particular in the first state for example, jumps in stiffness, which are caused for example by the cooling jacket, and / or connections, in particular screw connections, of the
  • Cylinder housing 10 with at least one other component of the reciprocating internal combustion engine and / or occurring in the cylinder 12
  • the component is, for example, a cylinder head which is connected to the cylinder housing 10.
  • Emergence of unwanted noise are kept particularly low, so that the fuel consumption and the CO 2 emissions of the reciprocating internal combustion engine can be kept low and a particularly advantageous noise behavior of the reciprocating internal combustion engine can be realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zylindergehäuse (10) für eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem als Zylinder (12) ausgebildeten und zumindest teilweise durch eine Zylinderlaufbahn (14) begrenzten Brennraum, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen, wobei die Zylinderlaufbahn (14) über ihre gesamte axiale Erstreckung oder in einem in axialer Richtung des Zylinders (12) außermittigen Teilbereich (16) aufgeweitet ist, welcher eine Wechselzone, in der bei einem Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein Kolbenanlagewechsel stattfindet, umfasst.

Description

Zylindergehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Zylindergehäuse für eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 beziehungsweise 2.
Ein solches Zylindergehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der DE 10 2008 026 146 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Zylindergehäuse weist wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten und zumindest teilweise durch eine Zylinderlaufbahn begrenzten
Brennraum auf, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zylindergehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Zylindergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Zylindergehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zylinderlaufbahn über ihre gesamte axiale Erstreckung aufgeweitet ist. Um ein Zylindergehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zylinderlaufbahn in einem in axialer Richtung des Zylinders außermittigen Teilbereich aufgeweitet ist, welcher eine Wechselzone, in der ein bei einem Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein Kolbenanlagewechsel stattfindet, umfasst. Durch die erfindungsgemäße Aufweitung der Zylinderlaufbahn kann die Reibleistung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden.
Beispielsweise ist der Brennraum derart gezielt gefertigt, dass die Zylinderlaufbahn bei Umgebungstemperatur eine von der zylindrischen Form abweichende, über die gesamte axiale Erstreckung des Zylinders gegenüber der zylindrischen Form aufgeweitete Innenkontur aufweist, welche sich der zylindrischen Form unter Verringerung oder Aufhebung der Aufweitung infolge einer durch den gefeuerten Betrieb bewirkten
Erwärmung des Brennraums zumindest annähert.
Unter der gezielten Fertigung des als Zylinder ausgebildeten Brennraums ist zu verstehen, dass die Zylinderlaufbahn derart gezielt gefertigt, insbesondere derart gezielt bearbeitet ist, dass die Innenkontur der Zylinderlaufbahn und somit des Brennraums in einem ersten Zustand, in welchem das Zylindergehäuse und somit der Brennraum und die Zylinderlaufbahn Umgebungstemperatur aufweisen, von der zylindrischen Form, das heißt von der Form eines geraden Kreiszylinders abweicht. Diese Abweichung der Innenkontur von der Form eines geraden Kreiszylinders ist somit nicht durch
fertigungsbedingte Toleranzen bedingt, sondern gezielt hergestellt. Dabei ist die
Innenkontur insbesondere derart gezielt hergestellt, dass sich die Innenkontur bei zunehmender Erwärmung der Zylinderlaufbahn der Form eines geraden Kreiszylinders annähert, sodass die Innenkontur während des gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine und somit einem zweiten Zustand, in welchem das
Zylindergehäuse und somit der Brennraum und die Zylinderlaufbahn gegenüber dem zuvor genannten ersten Zustand eine wesentliche höhere Temperatur aufweisen, der Form eines geraden Kreiszylinders stärker als in dem ersten Zustand ähnelt
beziehungsweise der Form eines geraden Kreiszylinders zumindest im Wesentlichen entspricht. Die von der zylindrischen Form bei Umgebungstemperatur abweichende Innenkontur beziehungsweise ihre jeweilige Aufweitung ist somit eine Formkorrektur der
Zylinderlaufbahn mit dem Ziel einer möglichst idealen Zylinderform im Motorbetrieb, das heißt während des gefeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Die bei Umgebungstemperatur beziehungsweise Raumtemperatur von der idealen
Zylinderform abweichende Innenkontur wird somit bewusst und gezielt hingenommen, da sich die Innenkontur mit zunehmender, durch den gefeuerten Betrieb bewirkte
Erwärmung an die ideale Zylinderform annähern beziehungsweise einer Zylinderform zumindest im Wesentlichen entsprechen kann.
Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Durch Verschraubungen des Zylindergehäuses mit weiteren Komponenten wie beispielsweise einem Zylinderkopf, durch im Brennraum herrschende Drücke sowie durch Wärmeausdehnungen des Zylindergehäuses, insbesondere der Zylinderlaufbahn, kommt es üblicherweise zu Verzügen der Zylinderlaufbahn und somit des Brennraums. Weist somit beispielsweise die Zylinderlaufbahn bereits bei Umgebungstemperatur eine zumindest im Wesentlichen ideale Zylinderform auf, so führen die genannten Verzüge dazu, dass die Innenkontur während des Motorbetriebs gerade nicht mehr der idealen Zylinderform entspricht. Dabei ist es jedoch wünschenswert, dass die Innenkontur während des Motorbetriebs zumindest besonders stark der idealen Zylinderform ähnelt beziehungsweise der idealen
Zylinderform entspricht, um dadurch die Reibleistung und somit den Kraftstoffverbrauch und die C02-Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gering halten zu können.
Durch die beschriebene Formkorrektur der Zylinderlaufbahn können die genannten Verzüge minimiert beziehungsweise derart kompensiert werden, dass die Innenkontur während des Motorbetriebs zumindest besonders stark der idealen Zylinderform ähnelt beziehungsweise der idealen Zylinderform entspricht, sodass die Reibleistung zwischen der Zylinderlaufbahn, welche auch als Liner bezeichnet wird, und einem beispielsweise translatorisch bewegbar in dem Brennraum aufgenommenen Kolben besonders gering gehalten werden kann. Ferner kann ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, wobei das Geräuschverhalten auch als NVH-Verhalten bezeichnet wird (NVH - Noise Vibration Harshness). Durch die Kompensierung beziehungsweise Minimierung der Verzüge kann nämlich ein Spiel zwischen dem Kolben und der Zylinderlaufbahn vorteilhaft eingestellt werden, sodass die Entstehung von unerwünschten Geräuschen zumindest gering gehalten werden kann. Die Erfindung geht dabei davon aus, dass üblicherweise eine Honung der
Zylinderlaufbahn vorgesehen ist, sodass der Brennraum beziehungsweise die
Innenkontur im Fertigteilzustand des beispielsweise als Kurbelgehäuse beziehungsweise Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Zylindergehäuses eine zylindrische Form aufweist. Bedingt durch die Konstruktion des Zylindergehäuses, den Anzug von
Zylinderkopfschrauben, unterschiedliche Wärmeausdehnungen im gefeuerten Betrieb sowie durch Zylinderdrücke während der Verbrennungsvorgänge kommt es dann zum Teil zu deutlichen Abweichungen der Innenkontur vom idealen Zylinder, was mit
Reibleistungs- und Verbrauchsnachteilen verbunden ist. Derartige übermäßige
Abweichungen der Innenkontur von der idealen Zylinderform können bei dem
erfindungsgemäßen Zylindergehäuse vermieden werden, sodass ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist.
Bei der gezielten Herstellung der Zyiinderlaufbahn und somit der Innenkontur wird insbesondere auch ein Einfluss eines beispielsweise als Wassermantel ausgebildeten Kühlmantels berücksichtigt, welcher von einem beispielsweise als Kühlfluid, insbesondere als Kühlflüssigkeit, ausgebildeten Kühlmedium durchströmbar ist. Mittels des
Kühlmediums wird zumindest ein Teilbereich des Zylindergehäuses gekühlt, wobei insbesondere zumindest ein Teilbereich der Zylinderlaufbahn mittels des Kühlmediums gekühlt wird. Ferner werden beispielsweise bei der Herstellung, insbesondere
Formgebung, der Innenkontur Steifigkeitssprünge insbesondere am unteren Ende des Kühlmantels berücksichtigt, wobei ein solcher Steifig keitssprung auch als Kühlsprung bezeichnet wird. Es wurde gefunden, dass es durch den Einfluss des Kühlmantels und durch Steifigkeitssprünge insbesondere am unteren Ende des Kühlmantels zu einer Einschnürung der Zylinderlaufbahn kommen kann.
Unter der zuvor beschriebenen Formkorrektur der Zylinderlaufbahn ist eine Abweichung der Innenkontur von der idealen Zylinderform zu verstehen, wobei die Innenkontur diese Abweichung im Fertigteilzustand aufweist. Die Abweichung wird beispielsweise durch eine Aufweitung, insbesondere durch eine radialsymmetrische Aufweitung oder durch eine Aufweitung zweiter Ordnung, realisiert. Die Zylinderlaufbahn ist erfindungsgemäß über die gesamte axiale Erstreckung des Zylinders gegenüber der zylindrischen Form aufgeweitet, sodass die Zylinderlaufbahn die Aufweitung über ihre gesamte Höhe, das heißt über die gesamte axiale Erstreckung des Zylinders aufweist. Alternativ ist es denkbar, dass die Zylinderlaufbahn die Aufweitung nur in einem Teilbereich oder in mehreren Teilbereichen aufweist, wobei beispielsweise die Aufweitung zum Beispiel in einem Bereich zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt des Kolbens und dabei vorzugsweise bezogen auf die axialer Erstreckung des Zylinders außermittig angeordnet sein kann.
Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zylinderlaufbahn durch wenigstens ein von dem Honen unterschiedliches, vor dem Honen durchgeführtes Bearbeitungsverfahren bearbeitet ist. Es ist denkbar, dass die Form der Zylinderlaufbahn durch das Honen hergestellt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform jedoch wird die Form der
Zylinderlaufban durch das genannte, von dem Honen unterschiedliche
Bearbeitungsverfahren hergestellt. Daran anschließend wird die Zylinderlaufbahn gehont, wobei ein Honwerkzeug beispielsweise der zuvor mittels des Bearbeitungsverfahrens hergestellten Form nachgeführt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines
Zylindergehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bei einem gefeuerten Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wobei Fig. 1 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht des
Zylindergehäuses gemäß Fig. 1 im Bereich des Brennraums, wobei Fig. 2 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines
Zylindergehäuses für eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine bei Umgebungstemperatur, wobei eine Zylinderlaufbahn eines als Zylinder ausgebildeten Brennraums der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eine Formkorrektur aufweist;
Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht des
Zylindergehäuses gemäß Fig. 3 im Bereich des Brennraums;
Fig. 5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Hubkolben-
Verbrennungskraftmaschine gemäß Fig. 3 und 4 bei einem gefeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine; und
Fig. 6 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht des
Zylindergehäuses gemäß Fig. 5 im Bereich des Brennraums.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht ein Zylindergehäuse 10 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Das Kraftfahrzeug ist mittels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Die Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine weist eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, welche um eine Drehachse relativ zu dem Zylindergehäuse 10 drehbar ist. Dabei ist die Kurbelwelle beispielsweise drehbar an einem Kurbelgehäuse der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine gelagert. Das Kurbelgehäuse kann einstückig mit dem Zylindergehäuse 10 ausgebildet sein, sodass das Zylindergehäuse 10 beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet ist.
Das Zylindergehäuse 10 weist wenigstens einen als Zylinder 12 ausgebildeten
Brennraum auf, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Der gefeuerte Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine wird auch als befeuerter Betrieb bezeichnet.
In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist in dem Zylinder 12 ein in den Fig. nicht dargestellter Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der Kolben ist über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder 12 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um die Drehachse umgewandelt werden. Durch die in dem Zylinder 12 während des gefeuerten Betriebs ablaufenden
Verbrennungsvorgänge wird der Kolben in dem Zylinder 12 angetrieben, sodass die Kurbelwelle über das Pleuel von dem Kolben angetrieben und somit um die Drehachse gedreht wird.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass der Zylinder 12 durch eine durch das Zylindergehäuse 10 gebildete Zylinderlaufbahn 14 gebildet beziehungsweise begrenzt ist, wobei die
Zylinderlaufbahn 14 auch als Zylinderwand oder Liner bezeichnet wird. Während des gefeuerten Betriebs kann sich der Kolben, insbesondere über sein Kolbenhemd, in radialer Richtung des Kolbens an der Zylinderlaufbahn 14 abstützen und insbesondere entlang der Zylinderlaufbahn 14 sich translatorisch im Zylinder 12 bewegen. Fig. 2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Querschnittsansicht das Zylindergehäuse 10 im Bereich des Zylinders 12, wobei aus Fig. 2 die Druckseite DS und die Gegendruckseite GDS des Zylinders 12 erkennbar sind.
In dem Zylindergehäuse 10 verläuft beispielsweise wenigstens ein in den Fig. nicht erkennbarer Kühlmantel, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Kühlfluid, insbesondere um eine Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit auch als Kühlwasser bezeichnet wird. Daher wird der Kühlmantel auch als Wassermantel bezeichnet. Mittels des Kühlmantels und mittels des den Kühlmantel durchströmenden Kühlmediums kann das Zylindergehäuse 10, insbesondere die Zylinderlaufbahn 14, gekühlt werden, indem ein Wärmeübergang von dem Zylindergehäuse 10 an das den Kühlmantel durchströmende Kühlmedium erfolgen.
Ist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine beispielsweise eine längere Zeit deaktiviert, so nimmt Zylindergehäuse 10 einen ersten Zustand ein, in welchem das Zylindergehäuse 10 und somit der Zylinder 12 und die Zylinderlaufbahn 14
Umgebungstemperatur aufweisen. Mit anderen Worten entspricht die Temperatur des Zylindergehäuses 10 und somit des Zylinders 12 und der Zylinderlaufbahn 14 der Umgebungstemperatur, welche in der Umgebung der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Kraftfahrzeugs, herrscht.
Wird die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgehend von dem ersten Zustand aktiviert, sodass in dem Zylinder 12 Verbrennungsvorgänge ablaufen, so werden das Zylindergehäuse 10 und somit der Zylinder 12 und die Zylinderlaufbahn 14 durch die Verbrennungsvorgänge erwärmt. Dadurch kommen das Zylindergehäuse 10 und somit der Zylinder 12 und die Zylinderlaufbahn 14 in einen zweiten Zustand beziehungsweise nehmen einen zweiten Zustand ein, in welchem das Zylindergehäuse 10 und somit der Zylinder 12 und die Zylinderlaufbahn 14 eine Temperatur aufweisen, welche wesentlich höher als die Umgebungstemperatur ist. Insbesondere weisen das Zylindergehäuse 10, der Zylinder 12 und die Zylinderlaufbahn 14 die gegenüber der Umgebungstemperatur höhere Temperatur während des gefeuerten Betriebs auf. Dabei zeigen Fig. 1 und 2 den zweiten Zustand.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass die Zylinderlaufbahn eine Innenkontur 18 aufweist, welche in dem zweiten Zustand zumindest in einem Teilbereich 16 gegenüber der zylindrischen Form eingeschnürt ist und somit in dem zweiten Zustand eine von der zylindrischen Form abweichende Form aufweist. Hierdurch kommt es im gefeuerten Betrieb zu einer hohen Reibleistung, zu einem hohen Kraftstoffverbrauch und zu einem ungünstigen
Geräuschverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine kommen kann. Die zylindrische Form wird auch als ideale Form oder als ideale Zylinderform bezeichnet.
Mit anderen Worten ist aus Fig. 1 und 2 erkennbar, dass die Innenkontur 18 bei dem gefeuerten Betrieb in dem Teilbereich 16 eingeschnürt ist, was in Fig. 1 durch Pfeile 20 veranschaulicht ist. Infolge dieser Einschnürung der Innenkontur 18 weist die
Zylinderlaufbahn 14 wenigstens eine in dem Zylinder 12 in radialer Richtung
hineinragende Ausbuchtung auf, welche beispielsweise auch als Buckel bezeichnet wird. Somit weicht die Innenkontur 18 bei Umgebungstemperatur sehr stark von der idealen Zylinderform ab.
Fig. 3 bis 6 zeigen ein Zylindergehäuse 10 einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine. Dabei zeigen Fig. 3 und 4 den zuvor beschriebenen ersten Zustand, sodass das
Zylindergehäuse 10 in Fig. 3 und 4 Umgebungstemperatur aufweist. Fig. 5 und 6 zeigen das Zylindergehäuse 10 gemäß Fig. 3 und 4 im zweiten Zustand, das heißt bei dem gefeuerten Betrieb.
Um nun einen besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb und ein vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es bei dem Zylindergehäuse 10 gemäß Fig. 3 und 4 vorgesehen, dass die Zylinderlaufbahn 14 lediglich in einem in axialer Richtung des Zylinders 12 außermittigen Teilbereich 16 aufgeweitet ist, welcher eine Wechselzone, in der bei einem Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein Kolbenanlagewechsel stattfindet, umfasst. Um nun einen besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb und ein vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es bei dem Zylindergehäuse 10 gemäß Fig. 5 und 6 vorgesehen, dass die Zylinderlaufbahn 14 über ihre gesamte axiale Erstreckung aufgeweitet ist.
Beispielsweise ist der Brennraum (Zylinder 12) derart gezielt gefertigt, das heißt derart gezielt hergestellt, dass die Zylinderlaufbahn 14 bei Umgebungstemperatur (Fig. 3 und 4) eine von der zylindrischen Form abweichende, über die gesamte axiale Erstreckung des Zylinders 12 gegenüber der zylindrischen Form aufgeweitete Innenkontur 18 aufweist, welche sich der zylindrischen Form unter Verringerung oder Aufhebung der Aufweitung infolge einer durch den gefeuerten Betrieb bewirkten Erwärmung des Brennraums zumindest annähert. Mit anderen Worten weicht die Innenkontur 18 im ersten Zustand und somit bei Umgebungstemperatur gezielt von der idealen Zylinderform und somit von der Form eines geraden Kreiszylinders abt.
Aus Fig. 3 und 4 ist erkennbar, dass die Innenkontur 18 bei Umgebungstemperatur in dem Teilbereich 16 eine Aufweitung aufweist, welche in Fig. 3 durch Pfeile 22
veranschaulicht ist. Dies bedeutet, dass die Innenkontur 18 bei Umgebungstemperatur gegenüber der idealen Zylinderform in dem Teilbereich 16 aufgeweitet ist, sodass die Zylinderlaufbahn 14 im Teilbereich 16 eine Einbuchtung aufweist. Aus Fig. 3 ist erkennbar, dass die Innenkontur 18 beispielsweise lediglich in dem Teilbereich 16 oder in mehreren Teilbereichen gegenüber der idealen Zylinderform aufgeweitet werden kann. Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Innenkontur 18 bei Umgebungstemperatur über die gesamte axiale Erstreckung der Zylinderlaufbahn 14 gegenüber der idealen Zylinderform aufgeweitet sein kann.
Infolge einer durch die Verbrennungsvorgänge und somit durch den gefeuerten Betrieb bewirkten Erwärmung des Zylindergehäuses 10 und somit des Zylinders 12 und der Zylinderlaufbahn 14 nähert sich die Innenkontur 18 der idealen Zylinderform an, wobei sich die Innenkontur 18 insbesondere so weit an die ideale Zylinderform annähern kann, dass die Innenkontur 18 während des gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine der idealen Zylinderform zumindest im Wesentlichen entspricht.
Die Aufweitung der Innenkontur 18 bei Umgebungstemperatur ist somit eine
Formkorrektur, mittels welcher Verzüge des Zylindergehäuses 10 minimiert
beziehungsweise kompensiert werden können. Die Innenkontur 18 wird während des gefeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch als Warmkontur bezeichnet, da die Zylinderlaufbahn 14 in dem zweiten Zustand wesentlich wärmer als in dem ersten Zustand ist. Somit zeigen Fig. 5 und 6 die Innenkontur 18 bei dem gefeuerten Betrieb. Bei der Ausgestaltung der Innenkontur 18 insbesondere im ersten Zustand werden beispielsweise Steifigkeitssprünge, die beispielsweise durch den Kühlmantel bewirkt sind, und/oder Verbindungen, insbesondere Verschraubungen, des
Zylindergehäuses 10 mit wenigstens einer weiteren Komponente der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine und/oder in dem Zylinder 12 auftretende
Verbrennungsdrücke berücksichtigt. Bei der Komponente handelt es sich beispielsweise um einen Zylinderkopf, der mit dem Zylindergehäuse 10 verbunden ist.
Dadurch, dass die Innenkontur 18 in ihrem zweiten Zustand der idealen Zylinderform stärker ähnelt als in dem ersten Zustand oder der idealen Zylinderform sogar entspricht, können die Reibleistung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sowie die
Entstehung von unerwünschten Geräuschen besonders gering gehalten werden, sodass der Kraftstoffverbrauch und die C02-Emissionen der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden können und ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Zylindergehäuse (10) für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem als Zylinder (12) ausgebildeten und zumindest teilweise durch eine Zylinderlaufbahn (14) begrenzten Brennraum, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zylinderlaufbahn (14) über ihre gesamte axiale Erstreckung aufgeweitet ist.
2. Zylindergehäuse (10) für eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem als Zylinder (12) ausgebildeten und zumindest teilweise durch eine Zylinderlaufbahn (14) begrenzten Brennraum, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zylinderlaufbahn (14) in einem in axialer Richtung des Zylinders (12)
außermittigen Teilbereich (16) aufgeweitet ist, welcher eine Wechselzone, in der bei einem Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein
Kolbenanlagewechsel stattfindet, umfasst.
3. Zylindergehäuse (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zylinderlaufbahn (14) durch Honen bearbeitet ist.
4. Zylindergehäuse (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahn (14) durch wenigstens ein von dem Honen unterschiedliches, vor dem Honen durchgeführtes Bearbeitungsverfahren bearbeitet ist.
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Citations (5)

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