DE102016113035A1

DE102016113035A1 - Verbrennungsmotor mit Fluidmantel

Info

Publication number: DE102016113035A1
Application number: DE102016113035.4A
Authority: DE
Inventors: Clifford E. Maki; Antony George Schepak
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-02-02
Also published as: CN106401782A; CN106401782B; US10711680B2; US9797293B2; US20170030249A1; MX2016009846A; US20180038264A1; RU2016129205A; RU2701820C1

Abstract

Ein Motor hat einen Zylinderblock mit einer Deckfläche und zumindest einer Zylinderlaufbuchse mit einer Zylinderachse. Der Block hat einen ersten Fluidmantel um die Laufbuchse, einen zweiten Fluidmantel um die Laufbuchse und einen dritten Fluidmantel um die Laufbuchse. Der erste, zweite und dritte Fluidmantel sind strömungstechnisch voneinander unabhängig und voneinander entlang der Zylinderachse beabstandet. Ein Verfahren zum Bilden des Motors enthält die Verwendung eines Einsatzes zum Bereitstellen jedes der Fluidmäntel. Der Einsatz hat einen verlorenen Kern, der von einer Metallschale umgeben ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Kühlmantel und ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren haben zugehörige Fluidsysteme für Kühlung und Schmierung. Häufig sind die Fluidmäntel oder -durchgänge im Zylinderblock (oder Kurbelgehäuse) und/oder Zylinderkopf des Motors integriert gebildet. Die Form des Mantels und der Durchgänge kann von dem Herstellungsverfahren, das zu deren Bildung verwendet wird, abhängig oder durch dieses begrenzt sein.
Mit einem herkömmlichen Druckgussverfahren und einem Zylinderblock mit offenem Deck kann der Zylinderblock zum Beispiel mit Hilfe freistehender Zylinderlaufbuchsen gebildet werden, wobei die Innenbohrungen in einer siamesischen Ausgestaltung verbunden sind und ein Kühlmantel die Laufbuchsen umgibt. Der Kühlmantel hat typischerweise eine glatte Kontur und ist in seiner Tiefe begrenzt, so dass er zwischen die Kopfschraubensäule und Bohrungswand passt. Die Entformungsschräge am Kühlmantel ist gleichförmig und gerade, so dass die Werkzeuge nach dem Guss geöffnet werden können. Diese Entformungsschräge und der Herstellungsprozess lassen nicht zu, dass eine komplexe Struktur im Mantel eine Strömungsdynamik für eine Kühlmittelmischung erzeugt, während Kühlmittel durch den Mantel strömt. Zusätzlich lässt der Gießprozess typischerweise die Bildung von Kühldurchgängen zwischen Bohrungen und dergleichen nicht zu und diese Durchgänge werden typischerweise nach dem Gießen mit Hilfe eines Bearbeitungsprozesses wie Bohren erzeugt.
In einem anderen Beispiel kann in einem herkömmlichen Sandgussverfahren der Zylinderblock mit einem offenen Deck oder einem geschlossenen Deck gebildet werden. Das Sandgussverfahren kann die Form von Fluidmänteln begrenzen, da notwendig sein kann, dass die Sandformen gewisse minimale Dicken aufweisen, um dem Gießverfahren standzuhalten. Sandguss kann auch die Anordnung der Deckfläche um die Zylinder und Kopfschraubensäulen begrenzen. Wenn zum Beispiel die Brücke zwischen Bohrungen weniger als zwölf Millimeter ist, kann kein sandgegossener Zwischenbohrungskühldurchlass in dem Raum untergebracht werden.
Die Herstellungsverfahren und resultierende Fluidmantelstruktur können die Steuerung der Strömungseigenschaften, eine Steuerung der Wärmeübertragung und eine Steuerung der Motortemperatur einschränken. Zum Beispiel kann der Kühlmantel die Steuerung der Temperatur und des Wärmegradienten in der Zylinderwand, Bohrungswand oder Laufbuchse einschränken.
Ein Fluidmantel, der mit einer Monoklinge in einer zusammenhängenden Form mit einem Druckguss gebildet wird, erzeugt einen Wassermantel, der verringerte Volumina und Merkmale nicht zulässt, sodass weder ein Fluidstrom in einem schichtenförmigen parallelen Pfad noch ein Erzielen einer gleichförmigen Bohrungswandtemperatur möglich sind. Dies trifft ebenso auf einen durch Sandguss erzeugten Wassermantel zu.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform ist ein Motor mit einem Zylinderblock bereitgestellt, der eine Deckfläche und eine Zylinderlaufbuchse mit einer Zylinderachse aufweist. Der Block definiert einen ersten Fluidmantel um die Laufbuchse, einen zweiten Fluidmantel um die Laufbuchse und einen dritten Fluidmantel um die Laufbuchse. Der erste, zweite und dritte Fluidmantel sind strömungstechnisch voneinander unabhängig und voneinander entlang der Zylinderachse beabstandet.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Motor mit einem Zylinderblock bereitgestellt, der eine Deckfläche, eine erste Zylinderlaufbuchse, die sich entlang einer Zylinderachse erstreckt, und eine zweite Zylinderlaufbuchse neben der ersten Laufbuchse aufweist. Der Block definiert einen ersten Fluidmantel in Verbindung mit der ersten und zweiten Laufbuchse und einen zweiten Fluidmantel in Verbindung mit der ersten und zweiten Laufbuchse. Der erste und zweite Fluidmantel sind strömungstechnisch voneinander unabhängig und voneinander entlang der Zylinderachse beabstandet.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Bildung eines Motorblocks bereitgestellt. Es ist ein Satz von Einsätzen gebildet, wobei jeder Einsatz einen verlorenen Kern aufweist, der von einer Metallschale überzogen ist. Der verlorene Kern ist zum Bereitstellen eines Fluidmantels gestaltet. Jeder Einsatz hat ein erstes Element, das zum Bereitstellen eines Einlassdurchgangs gestaltet ist, ein zweites Element, das zum Bereitstellen eines Auslassdurchgangs gestaltet ist, und mehrere zylindrische Elemente, die sich zwischen dem ersten und zweiten Element erstrecken und gestaltet sind, Laufbuchsenkühldurchgänge bereitzustellen. Mehrere Zylinderlaufbuchsen sind nebeneinander auf einem Gusswerkzeug positioniert. Der Satz von Einsätzen ist um die mehreren Laufbuchsen gestapelt, wobei jeder Einsatz von einem benachbarten Einsatz beabstandet ist. Jedes zylindrische Element jedes Einsatzes ist um eine entsprechende Zylinderlaufbuchse positioniert und die Laufbuchsen sind zwischen dem ersten und zweiten Element jedes Einsatzes positioniert. Der Motorblock wird um die mehreren Leitungen und den Satz von Einsätzen gegossen. Das Material des verlorenen Kerns wird von dem gegossenen Motorblock entfernt, um den Fluidmantel zu bilden.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind mit nicht einschränkenden Vorteilen verbunden. Zum Beispiel kann eine Reihe gestapelter Fluidmäntel in einem Motorblock um Zylinderlaufbuchsen bereitgestellt sein, um Wärmeübertragungseigenschaften für den Motor zu verbessern. Die Fluidmäntel stellen Fluid- oder Kühlkreise bereit, die Wärme von der Bohrungs- oder Laufbuchsenwand abziehen, während eine Mischung mit dem umgebenden Kühlmittelvolumen im Mantel erfolgt. Die Mäntel stellen getrennte Kühlmittelkreise bereit, die entlang der Zylinderwandlänge geschichtet oder gestapelt sind, um die verbesserte Steuerung einer Wärmeübertragung und der Bohrungswandtemperatur bereitzustellen. Die Fluidgeschwindigkeiten und/oder Strömungsraten in jedem Mantel können so gesteuert werden, dass sie der Wärmeenergie und Abführgeschwindigkeit entsprechen, die durch Verbrennungsereignisse in den Zylindern verursacht werden. Das Kühlmittel, das durch den Block strömt, hat einen parallelen Strömungsaufbau mit einer Querströmungsstrategie, um eine gesteuerte, im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur über den Zylinderwandoberflächen bereitzustellen. Durch Bereitstellen einer gleichmäßigen Zylinderwand- oder Zylinderlaufbuchsentemperatur kann eine dynamische Bohrungsverformung durch ungleichmäßige Temperaturen, wie die Zwischenbohrungsbrücke zum Boden einer Bohrung, verringert werden. Zusätzlich kann die Strömungsgeschwindigkeit unabhängig durch jeden Mantel und Kühlkreis gesteuert werden. Durch Bilden der Mäntel vor Ort kann die Form der Mäntel gesteuert werden und ein verringertes Wassermantelvolumen bereitstellen, um die Wärmeenergiemassenströmungsraten des Systems zu erhöhen, während eine gleichförmigere Bohrungswandtemperatur ermöglicht wird. Die Leistung des Motors und seiner zugehörigen Systeme steigt mit gleichförmigen oder im Wesentlichen gleichförmigen Bohrungswandtemperaturen, wie sowohl aus einem verringerten Kraftstoffverbrauch wie auch verringerten Motoremissionen während eines normalen Antriebszyklus erkennbar ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht von Kerneinsätzen und Laufbuchsen zur Verwendung in der Bildung eines Motorblocks für den Motor von 1 gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt eine Schnittansicht eines Motorblocks, der für den Motor von 1 und unter Verwendung der Einsätze von 2 gebildet ist;
4 zeigt eine andere Schnittansicht der Kerneinsätze und Laufbuchsen von 2;
5 zeigt eine weitere Schnittansicht der Kerneinsätze und Laufbuchsen von 2; und
6 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bildung des Motors von 1 gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, sind hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt; es ist jedoch klar, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind spezielle strukturelle und funktionelle Einzelheiten, die hier offenbart sind, nicht als Einschränkung, sondern nur als repräsentative Basis auszulegen, um einen Fachmann auf dem Gebiet unterschiedliche Anwendungen der vorliegenden Offenbarung zu lehren.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 20. Der Motor 20 hat mehrere Zylinder 22 und ein Zylinder ist dargestellt. In einem Beispiel ist der Motor 20 ein Reihenvierzylindermotor und hat in anderen Beispielen andere Anordnungen und Anzahlen von Zylindern. In einem Beispiel können die Zylinder in einer siamesischen Ausgestaltung angeordnet sein. Der Zylinderblock kann eine Ausgestaltung mit offenem Deck, halboffenem Deck oder geschlossenem Deck haben. Der Motor- 20 Block und Zylinderkopf können aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall gegossen sein. In einem anderen Beispiel können der Motor- 20 Block und/oder Zylinderkopf aus einem Verbundmaterial gegossen oder geformt sein, einschließlich eines faserverstärkten Harzes und anderer geeigneter Materialien.
Der Motor 20 hat eine Brennkammer 24, die jedem Zylinder 22 zugeordnet ist. Der Zylinder 22 ist durch Zylinderwände 32 und einen Kolben 34 gebildet. Die Zylinderwände 32 können durch eine Zylinderlaufbuchse 33 gebildet sein, und die Zylinderlaufbuchse kann aus einem anderen Material als der Block oder aus demselben wie der Block sein. In einem Beispiel ist die Laufbuchse 33 ein eisenhaltiges Material, während der Rest des Motor- 20 Blocks und Kopfs allgemein durch Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein Verbundmaterial bereitgestellt ist.
Der Kolben 34 ist mit einer Kurbelwelle 36 verbunden. Die Brennkammer 24 steht mit dem Ansaugkrümmer 38 und dem Auspuffkrümmer 40 in strömungstechnischer Verbindung. Ein Einlassventil 42 steuert einen Strom vom Ansaugkrümmer 38 in die Brennkammer 30. Ein Auslassventil 44 steuert den Strom von der Brennkammer 30 zum Auspuffkrümmer 40. Das Einlass- und Auslassventil 42, 44 können auf unterschiedliche Weise betrieben werden, wie in der Technik zum Steuern des Motorbetriebs bekannt ist.
Ein Kraftstoffinjektor 46 gibt Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 30 ab, sodass der Motor ein Direkteinspritzmotor ist. Mit dem Motor 20 kann ein Niederdruck- oder Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem verwendet werden oder in anderen Beispielen kann ein Saugrohreinspritzsystem verwendet werden. Ein Zündsystem enthält eine Zündkerze 48, die zum Bereitstellen von Energie in der Form eines Funkens zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 30 gesteuert ist. In anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffabgabesysteme und Zündsysteme oder -techniken, einschließlich einer Kompressionszündung, verwendet werden.
Der Motor 20 enthält eine Steuerung und verschiedene Sensoren, die zum Bereitstellen von Signalen an die Steuerung zur Verwendung bei der Steuerung der Luft- und Kraftstoffabgabe an den Motor, der Zündeinstellung, des Leistungs- und Drehmomentausgangs vom Motor und dergleichen ausgestaltet sind. Motorsensoren können einen Sauerstoffsensor im Auspuffkrümmer 40, einen Motorkühlmitteltemperatursensor, einen Gaspedalpositionssensor, einen Motoransaugdrucksensor (MAP-Sensor), einen Motorpositionssensor für die Kurbelwellenposition, einen Luftmassensensor im Ansaugkrümmer 38, einen Drosselpositionssensor und dergleichen enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
In einigen Ausführungsformen wird der Motor 20 als die einzige Antriebsmaschine in einem Fahrzeug, wie einem herkömmlichen Fahrzeug, oder einem Stopp-Start-Fahrzeug verwendet. In anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, wo eine zusätzliche Antriebsmaschine, wie eine Elektromaschine verfügbar ist, um eine zusätzliche Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen.
Jeder Zylinder 22 kann in einem Viertaktzyklus arbeiten, der einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Zündungstakt und einen Ausstoßtakt enthält. In anderen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Zweitaktzyklus arbeiten. In anderen Beispielen kann der Motor 20 als Zweitaktzyklus arbeiten. Während des Ansaugtakts öffnet sich das Einlassventil 42 und das Auslassventil 44 schließt sich, während sich der Kolben 34 von der Oberseite des Zylinders 22 zum Boden des Zylinders 22 bewegt, um Luft vom Ansaugkrümmer in die Brennkammer zu leiten. Die Position des Kolbens 34 an der Oberseite des Zylinders 22 ist allgemein als oberer Totpunkt (OT) bekannt. Die Position des Kolbens 34 am Boden des Zylinders ist allgemein als unterer Totpunkt (UT) bekannt.
Während des Verdichtungstakts sind die Ansaug- und Auslassventile 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich vom Boden zur Oberseite des Zylinders 22, um die Luft in der Brennkammer 24 zu verdichten.
Dann wird Kraftstoff in die Brennkammer 24 geleitet und gezündet. In dem dargestellten Motor 20 wird Kraftstoff in die Kammer 24 eingespritzt und dann mit der Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff durch Kompressionszündung gezündet werden.
Während des Arbeitstakts dehnt sich das gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 24 aus, wodurch sich der Kolben 34 von der Oberseite des Zylinders 22 zum Boden des Zylinders 22 bewegt. Die Bewegung des Kolbens 34 bewirkt eine entsprechende Bewegung in der Kurbelwelle 36 und stellt ein mechanisches Drehmoment bereit, das vom Motor 20 ausgegeben wird.
Während des Ausstoßtakts bleibt das Ansaugventil 42 geschlossen und das Auslassventil 44 öffnet sich. Der Kolben 34 bewegt sich vom Boden des Zylinders zur Oberseite des Zylinders 22, um die Abgase und Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 24 durch Verringern des Volumens der Kammer 24 zu entfernen. Die Abgase strömen aus dem Verbrennungszylinder 22 zum Auspuffkrümmer 40 und zu einem Nachbehandlungssystem wie einem Katalysator.
Die Positionen und Zeitsteuerung von Ansaug- und Auslassventil 42, 44 wie auch die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung können für die verschiedenen Motortakte variiert werden.
Der Motor 20 hat einen Zylinderkopf 60, der mit einem Zylinderblock 62 oder einem Kurbelgehäuse verbunden ist, um die Zylinder 22 und Brennkammern 24 zu bilden. Eine Kopfdichtung 64 ist zwischen dem Zylinderblock 62 und dem Zylinderkopf 60 zum Abdichten der Zylinder 22 eingesetzt. Jeder Zylinder 22 ist entlang einer entsprechenden Zylinderachse 66 angeordnet. Für einen Motor mit in Reihe angeordneten Zylindern 22 sind die Zylinder 22 entlang der Längsachse 68 des Blocks angeordnet.
Der Motor 20 hat ein oder mehrere Fluidsysteme 70. In dem dargestellten Beispiel hat der Motor 20 drei Fluidsysteme 72, 82, 92 mit zugehörigen Mänteln im Block 62, wenn auch jede beliebige Anzahl von Systemen in Betracht gezogen wird. Die Systeme oder Mäntel 72, 82, 92 können identisch oder im Wesentlichen einander ähnlich sein oder können mit unterschiedlichen Formen und Durchgängen gebildet sein. Die Systeme 72, 82, 92 können voneinander getrennt sein, sodass sie eigenständige Systeme und strömungstechnisch voneinander unabhängig sind. In einem weiteren Beispiel können die Systeme 72, 82, 92 ein unterschiedliches Fluid enthalten. Es ist zu beachten, dass sich in der vorliegenden Offenbarung ein Fluid auf eine Flüssigkeit, einen Dampf oder eine Gasphase beziehen kann; und das Fluid kann Kühlmittel und/oder Schmiermittel enthalten, einschließlich Wasser, Öl und Luft. In anderen Beispielen können zwei oder mehr der Systeme 72, 82, 92 strömungstechnisch verbunden sein; es können jedoch verschiedene Merkmale, wie Ventile und dergleichen zum separaten Steuern eines Stroms durch jeden Mantel im Motorblock verwendet werden.
Der Motor 20 hat ein erstes Fluidsystem 72, das zumindest teilweise mit einem Zylinderblock 62 und/oder einem Zylinderkopf 60 integriert sein kann. Das Fluidsystem 72 hat einen Mantel im Block 62 und kann als Kühlsystem, Schmiersystem und dergleichen wirken. In dem dargestellten Beispiel ist das Fluidsystem 72 ein Kühlmantel und ist bereitgestellt, um Wärme vom Motor 20 abzuleiten. Die vom Motor 20 abgeleitete Wärmemenge kann durch eine Kühlsystemsteuerung oder die Motorsteuerung gesteuert werden. Das Fluidsystem 72 hat einen oder mehrere Fluidmäntel oder -kreise, die Wasser, ein anderes Kühlmittel oder ein Schmiermittel als Arbeitsfluid enthalten können. In dem vorliegenden Beispiel enthält das erste System 72 Wasser oder ein Kühlmittel auf Wasserbasis. Das Fluidsystem 72 hat eine oder mehrere Pumpen 74 und einen Wärmetauscher 76 wie einen Radiator. Die Pumpe 74 kann mechanisch angetrieben sein, z.B. durch eine Verbindung mit einer Drehwelle des Motors, oder kann elektrisch angetrieben sein. Das System 72 kann auch Ventile, Thermostate und dergleichen (nicht dargestellt) enthalten, um den Strom oder Druck von Fluid zu steuern oder Fluid im System 72 während des Motorbetriebs zu lenken.
Der Motor 20 hat ein zweites Fluidsystem 82, das zumindest teilweise mit einem Zylinderblock 62 und/oder einem Zylinderkopf 60 integriert sein kann. Das Fluidsystem 82 hat einen Mantel im Block 62 und kann als Kühlsystem, Schmiersystem und dergleichen wirken. In dem dargestellten Beispiel ist das Fluidsystem 82 ein Kühlmantel und ist zum Ableiten von Wärme vom Motor 20 bereitgestellt. Die vom Motor 20 abgeleitete Wärmemenge kann durch eine Kühlsystemsteuerung oder die Motorsteuerung gesteuert werden. Das Fluidsystem 82 hat einen oder mehrere Fluidkreise, die Wasser, ein anderes Kühlmittel oder ein Schmiermittel als Arbeitsfluid enthalten können. Im vorliegenden Beispiel enthält das zweite System 82 Luft oder ein anderes Kühlmittel. Das Fluidsystem 82 hat eine oder mehrere Pumpen 84 und einen Wärmetauscher 86 oder einen Außenlufteinlass. Die Pumpe 84 kann ein Kompressor oder ein Gebläse sein und kann mechanisch angetrieben sein, z.B. durch eine Verbindung mit einer Drehwelle des Motors, oder kann elektrisch angetrieben sein. Das System 82 kann auch Ventile (nicht dargestellt) enthalten, um den Strom oder Druck von Fluid zu steuern oder Fluid im System 82 während des Motorbetriebs zu lenken.
Der Motor 20 hat ein drittes Fluidsystem 92, das zumindest teilweise mit einem Zylinderblock 62 und/oder einem Zylinderkopf 60 integriert sein kann. Das Fluidsystem 92 hat einen Mantel im Block 62 und kann als Kühlsystem, Schmiersystem und dergleichen dienen. In dem dargestellten Beispiel ist das Fluidsystem 92 ein Schmiermantel und ist zum Ableiten von Wärme vom Motor 20 und/oder zum Erwärmen des Schmiermittels während eines Kaltstartbetriebs des Motors bereitgestellt. Das System 92 kann durch eine Systemsteuerung oder die Motorsteuerung gesteuert werden. Das Fluidsystem 92 hat einen oder mehrere Fluidkreise, die Wasser, ein anderes Kühlmittel oder ein Schmiermittel als Arbeitsfluid enthalten können. Im vorliegenden Beispiel enthält das dritte System 92 ein Schmiermittel wie Motoröl. Das Fluidsystem 92 hat eine oder mehrere Pumpen 94 und einen Wärmetauscher 96. Die Pumpe 94 kann mechanisch angetrieben sein, z.B. durch eine Verbindung mit einer Drehwelle des Motors, oder kann elektrisch angetrieben sein. Das System 92 kann auch Ventile (nicht dargestellt) enthalten, um den Strom oder Druck von Fluid zu steuern oder Fluid im System 92 während des Motorbetriebs zu lenken. Das System 92 kann auch verschiedene Durchgänge enthalten, um Schmiermittel beweglichen oder drehenden Motorkomponenten zum Schmieren bereitzustellen.
Verschiedene Abschnitte und Durchgänge in den Fluidsystemen und Mänteln 70 können mit dem Motorblock und/oder -kopf wie unten beschrieben integriert sein. Fluiddurchgänge in den Fluidsystemen 70 können im Zylinderblock 62 angeordnet sein und können neben den Zylinderlaufbuchsen 33, Zylindern 22 und Brennkammern 24 liegen und diese zumindest teilweise umgeben. Ein Strom durch jeden der Mäntel 72, 82, 92 kann separat und unabhängig gesteuert werden. In einem Beispiel kann der Strom bis zu einer festgelegten allgemeinen konstanten Strömungsrate gesteuert werden und die Strömungsrate kann basierend auf der Temperatur des Motors, Temperatur des Fluids und/oder dem Betriebszustand des Motors gewählt werden. In einem anderen Beispiel kann der Strom in einer “Fluten und Ableiten”-Strategie gesteuert werden, wobei das Fluid in die Mäntel im Block strömt, im Allgemeinen im Block eine festgelegte Zeitperiode stagniert und dann aus dem Block abgeleitet wird oder fließt. Dies kann während eines Motorkaltstarts erfolgen, um die Temperatur des Schmiermittels auf seine Betriebstemperatur zu erhöhen.
In einem Beispiel wird das dritte System 92 während eines Motorkaltstarts unter Verwendung einer "Fluten und Ableiten"-Strategie zum Erwärmen des Schmiermittels für den Motor gesteuert. Das erste System 72, neben der oberen heißesten Region der Brennkammer, kann auf eine festgelegte Strömungsrate gesteuert werden, um Hot Spots zu vermeiden. Das zweite System 82 kann auf eine festgelegte Strömungsrate gesteuert werden oder kann nicht betrieben werden, um den Motor 20 aufwärmen zu lassen.
Während der Motor aufwärmt, können die Strömungsraten des Fluids in jedem System 72, 82, 92 basierend auf der Fluidtemperatur, den Motorbetriebsbedingungen, Umgebungsbedingungen und dergleichen unabhängig gesteuert werden, um die Temperatur des Motors und die Systeme zu steuern.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Satzes von Laufbuchsen 100 und verlorenen Einsätzen 102, der zum Bilden eines Motorblocks, wie des in 1 dargestellten Motorblocks 62 verwendet wird. Wie in der Figur erkennbar ist, sind die Laufbuchsen 100 als eine Reihenvierzylinderform angeordnet, obwohl andere Gestaltungen ebenso in Betracht gezogen werden. Der Block kann gegossen, geformt oder auf andere Weise um die Laufbuchsen 100 und Einsätze 102 gebildet werden. Die Oberseite des Blocks ist durch den Pfeil 104 angegeben, der mit der Deckfläche des Blocks verbunden ist. Der Pfeil 106 zeigt die Seite des Blocks, die der Deckflächenseite 104 gegenüberliegt und die der Kurbelwelle zugeordnet sein kann. Die Deckfläche 104 kann eine geschlossene Deckfläche, eine halbgeschlossene Deckfläche oder eine offene Deckfläche sein. In dem dargestellten Beispiel ist der Block als eine geschlossene Deckfläche gestaltet.
Jeder Kerneinsatz 102 kann mit einem verlorenen Kern- oder Salzkernmaterial 108 gebildet sein, das von einer Schale 110 umgeben ist. Zusätzliche Einzelheiten des Einsatzes 102 und ein Verfahren zur Bildung des Blocks sind in der Folge unter Bezugnahme auf 6 angeführt.
Einer der Einsätze 102 bildet einen ersten Fluidmantel 112, der ein Fluid von einem zugehörigen Fluidsystem 72 um die Laufbuchsen 100 lenkt. Ein anderer der Einsätze 102 bildet einen zweiten Fluidmantel 114, der das Fluid von einem zugehörigen Fluidsystem 82 um die Laufbuchsen 100 lenkt. Ein weiterer der Einsätze 102 bildet einen dritten Fluidmantel 116, der ein Fluid von einem zugehörigen Fluidsystem 92 um die Laufbuchsen 100 lenkt.
Wie in 2 erkennbar ist, sind die Mäntel 112, 114, 116 entlang einer Zylinderachse 118 voneinander beabstandet. In einem Beispiel entspricht die Zylinderachse 118 der Achse 66 in 1. Die Einsätze 102 und entsprechenden Mäntel 112, 114, 116 sind um die Zylinderlaufbuchsen 100 gestapelt. Die Mäntel 112, 114, 116 können strömungstechnisch voneinander unabhängig sein. Die Einsätze 102 sind in 2–5 als im Wesentlichen gleich zueinander dargestellt; die Formen und Größen jedes Mantels 112, 114, 116 können jedoch voneinander abweichen, basierend auf den Wärmeübertragungsanforderungen und anderen Überlegungen.
Wie in der Figur erkennbar ist, ist der erste Mantel 112 neben der Deckfläche 104 des Blocks positioniert. Der erste Mantel 112 ist zwischen der Deckfläche und dem zweiten Mantel 114 positioniert. Der zweite Mantel 114 ist zwischen dem ersten Mantel 112 und dem dritten Mantel 116 positioniert. Ein Strom in einem Mantel kann zum Strom in den anderen Mänteln parallel sein.
3 zeigt eine Querschnittsansicht durch den ersten Fluidmantel 112. 3 ist als eine Querschnittsansicht eines fertigen Blocks 62 dargestellt. Der Block 62 hat eine Ausstoßseite 120 und eine Ansaugseite 122. Die Ausstoßseite 120 des Motors ist die dem Auspuffsystem 40 zugeordnete Seite. Die Ansaugseite 122 des Motors ist die der Ansaugseite 38 zugeordnete Seite. In anderen Ausführungsformen können die Ansaug- und Ausstoßseite 120, 122 in Bezug auf den Fluidmantel 112 anders orientiert sein. Fluidmäntel 114, 116 stellen eine ähnliche Querschnittsansicht wie 3 bereit, und die folgende Beschreibung in Bezug auf den Mantel 112 gilt auch für die Mäntel 114, 116.
Der Mantel 112 hat einen Einlassdurchgang 130, der sich in Längsrichtung entlang einer ersten Seite des Blocks erstreckt, wie der Ausstoßseite 120. Der Mantel 112 hat auch einen Auslassdurchgang 132, der sich in Längsrichtung entlang einer zweiten gegenüberliegenden Seite des Blocks, wie der Ansaugseite 122, erstreckt. Der Mantel 112 hat einen Laufbuchsenkühldurchgang 134 oder ein Netz von Durchgängen, welches die Laufbuchsen 100 umgibt. Der Laufbuchsenkühldurchgang 134 verbindet den Einlassdurchgang 130 und den Auslassdurchgang 132 strömungstechnisch. Der Mantel 112 ist für einen Querstrom über den Block gestaltet.
Der Fluidmantel 112 hat eine Einlassöffnung 136 für den Einlassdurchgang 130. Der Mantel 112 hat auch eine Auslassöffnung 138 für den Auslassdurchgang 132. In dem dargestellten Beispiel sind die Einlassöffnung 136 und die Auslassöffnung 138 auf einer gemeinsamen Stirnfläche 140 des Blocks bereitgestellt, obwohl auch andere Gestaltungen in Betracht gezogen werden.
Der Laufbuchsenkühldurchgang 134 ist strömungstechnisch mit dem Einlassdurchgang 130 über eine Reihe von Durchgängen 150 verbunden. Jeder Durchgang 150 kann neben einer entsprechenden Laufbuchse 100 positioniert sein. Jeder Durchgang 150 kann entlang einer Mittellinie der benachbarten Laufbuchse 100 wie dargestellt positioniert sein. In anderen Ausführungsformen können die Durchgänge 150 versetzt, im Winkel oder andersartig relativ zur Laufbuchse 100 und dem Laufbuchsenkühldurchgang 134 positioniert sein, um die Strömungseigenschaften des Fluids im Mantel zu steuern.
Jeder Durchgang 150 in der Reihe von Durchgängen kann dieselbe Querschnittsfläche oder eine andere Querschnittsfläche haben. Im vorliegenden Beispiel nehmen die Querschnittsflächen der Durchgänge 150 zu, je weiter sie stromabwärts im Einlassdurchgang 130 liegen. Zum Beispiel kann die Querschnittsfläche des Durchgangs 150 neben der Stirnfläche 140 des Blocks die kleinste sein, wobei die Fläche der Durchgänge entlang der Achse 68 oder nach rechts in 3 zunimmt. Dies ermöglicht eine Steuerung der Fluidverteilung und des Stroms zu verschiedenen Regionen des Laufbuchsenkühldurchgangs 134. In einem Beispiel können die Flächen jedes Durchgangs 150 in der Reihe gewählt werden, um im Wesentlichen gleiche Strömungsraten durch die Durchgänge 150 und zu den Laufbuchsen 100 bereitzustellen, oder können so gewählt sein, dass sie zugehörigen Zylindern mit typischerweise höheren Betriebstemperaturen, wie den mittleren Zylindern, höhere Strömungsraten bereitstellen, während den Endzylindern geringere Strömungsraten bereitgestellt werden.
Der Laufbuchsenkühldurchgang 134 ist mit dem Auslassdurchgang 132 durch eine Reihe von Durchgängen 152 strömungstechnisch verbunden. Jeder Durchgang 152 kann neben einer entsprechenden Laufbuchse 100 positioniert sein. Jeder Durchgang 152 kann wie dargestellt entlang einer Mittellinie der benachbarten Laufbuchse 100 positioniert sein. Die Durchgänge 152 können in einem Beispiel mit den Durchgängen 150 ausgerichtet sein. In anderen Ausführungsformen können die Durchgänge 152 versetzt, im Winkel oder auf andere Weise relativ zur Laufbuchse 100, dem Laufbuchsenkühldurchgang 134 und zu den Durchgängen 150 positioniert sein, um die Strömungseigenschaften des Fluids im Mantel zu steuern.
Jeder Durchgang 152 in der Reihe von Durchgängen kann dieselbe Querschnittsfläche haben oder kann eine andere Querschnittsfläche haben. Im vorliegenden Beispiel nehmen die Querschnittsflächen der Durchgänge 152 ab, je weiter sie stromabwärts im Auslassdurchgang 132 liegen. Zum Beispiel kann die Querschnittsfläche des Durchgangs 152 neben der Stirnfläche 140 des Blocks die kleinste sein, wobei die Fläche der Durchgänge entlang der Achse 68 oder nach rechts in 3 zunimmt. Dies ermöglicht eine Steuerung der Fluidverteilung und des Stroms vom Laufbuchsenkühldurchgang 134. In einem Beispiel können die Flächen jedes Durchgangs 152 in der Reihe so gewählt werden, dass im Wesentlichen gleiche Strömungsraten durch die Durchgänge bereitgestellt werden, oder können so gewählt werden, dass höhere Strömungsraten von zugehörigen Zylindern mit typischerweise höheren Betriebstemperaturen bereitgestellt werden, wie den mittleren Zylindern, während von den Endzylindern geringere Strömungsraten bereitgestellt werden.
Das Fluid tritt durch die Einlassöffnung 136 in den Mantel und strömt entlang des Einlassdurchgangs 130, wie durch den Pfeil dargestellt. Das Fluid strömt dann durch die Durchgänge 150 und in den Laufbuchsenkühldurchgang 134. Vom Laufbuchsenkühldurchgang 134 strömt das Fluid durch die Durchgänge 152 zum Auslassdurchgang 132 und zur Auslassöffnung 138, wie durch den Pfeil dargestellt.
In einem Beispiel, wie in 3 dargestellt, ist der Laufbuchsenkühldurchgang 134 als ein einzelner integrierter Kühldurchgang dargestellt, der ein Netz um die Reihe von Laufbuchsen 100 bildet und so geformt ist, dass er für ein Mischen von Fluid sorgt, um eine Wärmeübertragung mit den Laufbuchsen 100 und dem Block zu verstärken. Der Laufbuchsenkühldurchgang 134 hat einen ersten gekrümmten Abschnitt 156, der den Außenflächen 158 oder den Umfängen der Laufbuchsen 100 an einer Seite des Motorblocks folgt, wobei der Motorblock an einer Ebene, die sich durch die Achse 68 erstreckt, in zwei Seiten geteilt ist. Der erste gekrümmte Abschnitt ist im vorliegenden Beispiel an der Ansaugseite 120 des Blocks bereitgestellt. Der gekrümmte Abschnitt 156 hat eine Bogenregion 160, die mit jeder Laufbuchse 100 verbunden ist. Die Bogenregionen 160 von benachbarten Laufbuchsen treffen aufeinander oder schneiden einander neben einer Zwischenbohrungsregion 162 der Laufbuchsen 100.
Der Laufbuchsenkühldurchgang 134 hat einen zweiten gekrümmten Abschnitt 164, der den Außenflächen 158 oder Umfängen der Laufbuchsen 100 an der gegenüberliegenden Seite des Motorblocks basierend auf einer Ebene folgt, die sich durch die Achse 68 erstreckt. Der zweite gekrümmte Abschnitt 164 ist im vorliegenden Beispiel an der Ausstoßseite 122 des Blocks bereitgestellt. Der gekrümmte Abschnitt 164 hat eine Bogenregion 166, die mit jeder Laufbuchse 100 verbunden ist. Die Bogenregionen 166 von benachbarten Laufbuchsen treffen aufeinander oder schneiden einander neben einer Zwischenbohrungsregion 162 der Laufbuchsen 100.
Der Laufbuchsenkühldurchgang 134 hat eine Reihe von Zwischenbohrungsdurchgängen 168, die sich durch die Zwischenbohrungsregion 162 zwischen benachbarten Laufbuchsen 100 erstrecken. Die Zwischenbohrungsdurchgänge 168 verbinden die ersten und zweiten gekrümmten Abschnitte 156, 164 strömungstechnisch. Ein Durchgang 170 kann an jedem Ende des Laufbuchsenkühldurchgangs bereitgestellt sein, um die ersten und zweiten gekrümmten Abschnitte 156, 164 zu verbinden, und hat in dem dargestellten Beispiel Abmessungen, die im Wesentlichen die gleichen oder dieselben wie die Zwischenbohrungsdurchgänge 168 sind.
In einem anderen Beispiel ist der Laufbuchsenkühldurchgang 134 durch mehrere zylindrische Profile oder Durchgänge bereitgestellt und diese zylindrischen Profile können überlappen oder schneiden, um die Zwischenbohrungsdurchgänge 168 wie beschrieben zu bilden.
Die Zwischenbohrungsdurchgänge 168, 170 können eine kleinere Querschnittsfläche als die ersten und zweiten gekrümmten Abschnitte 156, 164 haben, um in den verfügbaren Anordnungsraum zu passen und auch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch die Durchgänge 168, 170 zur Erhöhung der Wärmeübertragung bereitzustellen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2, sind die Einlassdurchgänge jedes Fluidmantels parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander. Ebenso sind die Auslassdurchgänge jedes Fluidmantels parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander. Anordnungsüberlegungen und dergleichen können zu Durchgängen führen, die sich voneinander unterscheiden.
Die Laufbuchsenkühldurchgänge 134 jedes Mantels 112, 114, 116 können dasselbe Volumen oder im Wesentlichen dasselbe Volumen haben, wie in den Figuren dargestellt ist. In anderen Beispielen können sich die Volumina der Laufbuchsenkühldurchgänge 134 jedes der Mäntel 112, 114, 116 voneinander unterscheiden, zum Beispiel basierend auf der gewünschten Wärmeübertragungseigenschaft.
Wie in den Figuren erkennbar ist, stehen die Mäntel 112, 114, 116 mit den Laufbuchsen 100 in Verbindung und sind voneinander entlang der Zylinderachse 66 beabstandet. Die Mäntel 112, 114, 116 können strömungstechnisch voneinander unabhängig sein, sodass sich Fluid von einem Mantel nicht mit Fluid von einem anderen Mantel mischt oder Fluid von einem Mantel sich nicht zu einem anderen Mantel bewegt. Wie in den Figuren erkennbar ist, können die Mäntel 112, 114, 116 keine Verbindungsdurchgänge im Block haben, sodass sie unabhängig bleiben.
6 zeigt einen Prozess oder ein Verfahren 200 zum Bilden eines Motorblocks gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 200 kann mehr oder weniger Schritte als dargestellt enthalten, die Schritte können in einer anderen Reihenfolge neu geordnet sein und verschiedene Schritte können gemäß verschiedenen Beispielen der Offenbarung der Reihe nach oder gleichzeitig ausgeführt werden.
Der Prozess 200 beginnt in Schritt 202, wo ein Einsatz 204 gebildet oder bereitgestellt wird. Ein Beispiel eines Einsatzes ist in 2 unter Bezugnahme auf die Einsätze 102 dargestellt, die mit jedem Mantel 112, 114, 116 verbunden sind. Der Einsatz 108 wird vor Verwendung mit dem Werkzeug zum Druckgießen oder Formen des Blocks gebildet. Der Einsatz 102 enthält eine Region 108 aus verlorenem Kern. Eine Schale 110 umgibt den verlorenen Kern 108 oder kapselt ihn ein, sodass sie zumindest einen Abschnitt der Außenfläche des verlorenen Kerns 108 bedeckt. Die Schale 110 kann den Kern 108 vollständig einkapseln oder kann einen Abschnitt des Kerns 108 einkapseln. Wenn eine Region des Kerns 108 unbedeckt bleibt, interagiert sie nicht mit dem eingespritzten Material während der Bildung des Motorblocks, um eine Zerstörung des Kerns zu verhindern. Der verlorene Kern 108 kann, wie angemessen, ein Salzkern, ein Sandkern, ein Glaskern, ein Schaumkern oder ein anderes verlorenes Kernmaterial sein. Der Kern 108 ist im Allgemeinen in der gewünschten Form und Größe des entsprechenden Fluidmantels 112, 114, 116 bereitgestellt.
Zur Bildung des Einsatzes 102 wird der verlorene Kern 108 in einer vorbestimmten Form und Größe gebildet. Die Schale 110 wird dann um den Kern 108 bereitgestellt. In einem Beispiel wird ein Druckguss- oder Gussprozess zur Bildung der Schale 110 verwendet, während die Integrität des Kerns 108 beibehalten wird. Ein Umformwerkzeug, eine Form oder ein Werkzeug kann mit der Gestalt des Einsatzes 102 bereitgestellt sein. Der Kern 108 wird im Umformwerkzeug bereitgestellt und die Schale 110 wird gegossen oder auf andere Weise um den Kern 108 gebildet werden. Die Schale 110 kann durch einen Niederdruckgussprozess durch Einspritzen von geschmolzenem Metall oder einem anderen Material in die Form gebildet werden. Das geschmolzene Metall kann bei einem niederen Druck zwischen 2–10 psi, 2–5 psi, oder einem anderen ähnlichen Niederdruckbereich unter Verwendung einer Schwerkraftzufuhr eingespritzt werden. Das Material, das zur Bildung der Schale 110 verwendet wird, kann dasselbe Metall oder eine Metalllegierung sein, wie zur Bildung des Blocks verwendet wird, oder kann ein anderes Material als für den Motorblock sein. In einem Beispiel wird die Schale 110 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und der Block wird aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einem Verbundmaterial, einem Polymer und dergleichen gebildet. Durch Bereitstellen des geschmolzenen Metalls bei niederem Druck behält der verlorene Kern 108 seine gewünschte Form bei und wird in der Schale 110 gehalten. Sobald die Schale 110 abgekühlt ist, wird der Einsatz 102 aus dem Werkzeug ausgestoßen und kann gebrauchsfertig sein.
Nachdem der Einsatz in Schritt 202 gebildet wurde, werden die Einsätze 102 für die jeweiligen Mäntel 112, 114, 116 in einem Werkzeug in Schritt 204 eingesetzt und positioniert, und verschiedene Umformwerkzeuge, Schieber oder andere Komponenten des Werkzeugs werden bewegt, um das Werkzeug in Vorbereitung für einen Einspritz- oder Gussprozess zu schließen. In einem Beispiel werden Zylinderlaufbuchsen 100 nebeneinander auf einem Werkzeug positioniert. Ein Satz von Einsätzen 102 wird um die Laufbuchsen gestapelt, wobei jeder Einsatz von einem benachbarten Einsatz beabstandet ist. In einem Beispiel, ist das Werkzeug als Werkzeug für einen Hochdruck-Druckgussprozess eines Metalls, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bereitgestellt. In einem anderen Beispiel ist das Werkzeug als Werkzeug für einen Spritzgussprozess bereitgestellt, zum Beispiel eines Verbundmaterials, eines Polymermaterials, eines wärmehärtenden Materials, eines thermoplastischen Materials und dergleichen.
Sobald das Werkzeug geschlossen ist, während die Einsätze 102 und Laufbuchsen 100 positioniert sind und im Werkzeug eingegrenzt sind, wird Material eingespritzt oder auf andere Weise dem Werkzeug in Schritt 206 bereitgestellt, um im Allgemeinen den Motorblock zu bilden.
In einem Beispiel ist das Material ein Metall wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes Metall, das in das Werkzeug als geschmolzenes Metall in einem Hochdruck-Druckgussprozess eingespritzt wird. In einem Hochdruck-Druckgussprozess kann das geschmolzene Metall in das Werkzeug bei einem Druck von zumindest 20 000 Pfund pro Quadratinch (psi) eingespritzt werden. Das geschmolzene Metall kann bei einem Druck größer oder kleiner als 20 000 psi eingespritzt werden, zum Beispiel im Bereich von 15 000–30 000 psi, und kann auf dem Metall oder der Metalllegierung in Verwendung, der Form des Formenhohlraums und anderen Überlegungen beruhen.
Das geschmolzene Metall fließt in das Werkzeug und in den Kontakt mit der äußeren Schale 110 des Einsatzes 102 und bildet eine Gusshaut um den Einsatz 102. Die Schale 110 des Einsatzes kann teilweise geschmolzen sein, um mit dem eingespritzten Metall zu verschmelzen. Ohne die Schale 110 kann das eingespritzte geschmolzene Metall den verlorenen Kern 108 zersetzen oder verformen. Durch Bereitstellen der Schale 110 bleibt der Kern 108 für eine spätere Bearbeitung zur Bildung der Durchgänge und Mäntel intakt und ermöglicht, dass Durchgänge kleinerer Dimensionen, wie die Zwischenbohrungsdurchgänge, gebildet werden.
Das geschmolzene Metall kühlt im Werkzeug ab, um den Motorblock zu bilden, der dann aus dem Werkzeug als unfertige Komponente entnommen wird.
In einem anderen Beispiel ist das Material ein Verbund- oder Polymermaterial, das in das Werkzeug in einem Spritzguss oder einem anderen Spritzguss- oder Formgebungsprozess eingespritzt wird. Der Einspritzprozess kann bei einem hohen Druck erfolgen und das Werkzeug kann als Teil des Prozesses erwärmt und/oder gekühlt werden, um das eingespritzte Material zu härten. Das Material wird eingespritzt und fließt in das Werkzeug und in den Kontakt mit der Außenschale 110 des Einsatzes 102. Die Außenschale 110 schützt das Material des verlorenen Kerns vor einer Zerstörung, Verformung oder Änderung durch das eingespritzte Material. Die Außenschale 110 kann während des Formgebungsprozess eine Haut neben dem eingespritzten Material bereitstellen. Die Außenschale 110 kann zusätzlich mit einem Überzug oder einer Oberflächenrauheit bereitgestellt sein, um eine Bindung mit dem eingespritzten Material zu bilden, während es sich verfestigt. Die Außenschale 110 kann eine Wärmeübertragung mit einem Verbundblock verstärken, da sie eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat. Die Außenschale 110 kann auch zur Fluideindämmung beitragen, wenn sie mit einem Verbundblock verwendet wird, da das Verbundmaterial eine poröse Struktur oder Fasern haben kann, die Fluide auf andere Weise hochsaugen können.
Der Motorblock wird vom Werkzeug in Schritt 208 entfernt und dann wird jegliche Nachbearbeitung durchgeführt. Der Prozess in Schritt 206 kann ein Guss- oder Formgebungsprozess einer nahezu fertigen Form sein, so dass wenig Nachbearbeitung durchgeführt werden muss.
Im vorliegenden Beispiel verbleibt der Einsatz 102 nach Entfernung vom Werkzeug in der unfertigen Komponente. Die Gusshaut umgibt den verlorenen Kern. Die Gusshaut kann zumindest einen Abschnitt der Schale 110 enthalten. Eine Oberfläche der Komponente kann zum Beispiel durch Fräsen maschinell bearbeitet werden, um die Deckfläche des Blocks zu bilden.
Der verlorene Kern kann unter Verwendung von Druckfluid, wie einem Hochdruckwasserstrahl oder einem anderen Lösemittel entfernt werden. In anderen Beispielen kann der verlorene Kern 108 unter Verwendung anderer Techniken entfernt werden, wie nach dem Stand der Technik bekannt. Der verlorene Kern 108 wird aufgrund der Möglichkeit, den Kern in einem Nachbearbeitungsprozess nach dem Druckguss oder der Formgebung zu entfernen, in der vorliegenden Offenbarung als verlorener Kern bezeichnet. Der verlorene Kern in der vorliegenden Offenbarung bleibt während des Druckguss- oder Formgebungsprozesses aufgrund der Schale, die ihn umgibt, intakt. Sobald der Kern 108 entfernt wurde, stellt die Haut oder Außenschale 110 die Wand und Form der Fluidmäntel bereit, wie für den gebildeten Motorblock beschrieben.
Durch Verwendung der Einsatzstruktur 102 wie beschrieben, können die Merkmale im fertigen Motorblock mit Präzision, Genauigkeit und Kontrolle einer komplexen Geometrie und kleiner Abmessungen, d.h., in der Größenordnung von Millimetern, bereitgestellt werden. Dies ermöglicht die Bildung von Durchgängen mit kleinen Abmessungen an Stellen, die schwierig zu positionieren sind, wie den Zwischenbohrungsdurchgängen. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung der Einsätze 102 eine gestapelte Fluidmantelstruktur für den Motorblock, wodurch eine bessere Steuerung der Motortemperatur und Motorsysteme bereitgestellt wird. Die gestapelte Mantelstruktur ermöglicht auch, dass die Mäntel durch den Block in einem Motor mit geschlossenem Deck eingeschlossen und voneinander im Block getrennt bleiben, wodurch Fluidkreuzkontaminations- und Leckprobleme behoben werden.
Mit den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nicht eingeschränkte Vorteile verbunden. Zum Beispiel kann eine Reihe gestapelter Fluidmäntel in einem Motorblock um Zylinderlaufbuchsen bereitgestellt sein, um Wärmeübertragungseigenschaften für den Motor zu verbessern. Die Fluidmäntel stellen Fluid -oder Kühlkreise bereit, die Wärme von der Bohrung oder Laufbuchsenwand abziehen, während ein Mischen mit dem umgebenden Kühlmittelvolumen im Mantel erfolgt. Die Mäntel stellen separate Kühlmittelkreise bereit, die entlang der Zylinderwandlänge geschichtet oder gestapelt sind, um die bessere Steuerung der Wärmeübertragung und der Bohrungswandtemperatur bereitzustellen. Die Fluidgeschwindigkeiten und/oder Strömungsraten in jedem Mantel können so gesteuert werden, dass sie der Wärmeenergie und Abführgeschwindigkeit entsprechen, die durch Verbrennungsereignisse in den Zylindern verursacht werden. Das Kühlmittel, das durch den Block strömt, hat einen parallelen Strömungsaufbau mit einer Querströmungsstrategie, um eine gesteuerte, im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur über den Zylinderwandflächen bereitzustellen. Durch Bereitstellen einer gleichmäßigen Zylinderwand- oder Zylinderlaufbuchsentemperatur kann eine dynamische Bohrungsverformung durch ungleichförmige Temperaturen, wie die Zwischenbohrungsbrücke zum Boden der Bohrung, verringert werden. Zusätzlich kann die Strömungsgeschwindigkeit unabhängig durch jeden Mantel und Kühlkreis gesteuert werden. Durch Bilden der Mäntel vor Ort kann die Form der Mäntel gesteuert werden und ein verringertes Wassermantelvolumen bereitgestellt werden, um die Wärmeenergiemassenströmungsraten des Systems zu erhöhen, während eine gleichförmige Bohrungswandtemperatur möglich ist. Die Leistung des Motors und seiner zugehörigen Systeme steigt mit gleichförmigen oder im Wesentlichen gleichförmigen Bohrungswandtemperaturen, wie sowohl im verringerten Kraftstoffverbrauch wie auch in verringerten Motoremissionen während eines normalen Antriebszyklus erkennbar ist.
Während zuvor beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die Worte, die in der Beschreibung verwendet werden, beschreibende und nicht einschränkende Worte und es ist klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale der verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.

Claims

Motor, aufweisend: einen Zylinderblock, der eine Deckfläche und eine Zylinderlaufbuchse mit einer Zylinderachse aufweist, wobei der Block einen ersten Fluidmantel um die Laufbuchse, einen zweiten Fluidmantel um die Laufbuchse und einen dritten Fluidmantel um die Laufbuchse definiert, wobei der erste, zweite und dritte Fluidmantel strömungstechnisch voneinander unabhängig und voneinander entlang der Zylinderachse beabstandet sind.
Motor nach Anspruch 1, wobei jeder der Fluidmäntel einen Einlassdurchgang hat, der sich in Längsrichtung entlang einer ersten Seite des Blocks erstreckt, einen Auslassdurchgang, der sich in Längsrichtung entlang einer zweiten gegenüberliegenden Seite des Blocks erstreckt, und einen Laufbuchsenkühldurchgang, welcher die Laufbuchse umgibt und den Einlassdurchgang und den Auslassdurchgang strömungstechnisch verbindet.
Motor nach Anspruch 2, wobei jeder der Fluidmäntel eine Einlassöffnung für den Einlassdurchgang und eine Auslassöffnung für den Auslassdurchgang hat, wobei der Einlass- und Auslassdurchgang an einer Stirnfläche des Blocks bereitgestellt sind.
Motor nach Anspruch 2, wobei die Einlassdurchgänge jedes Fluidmantels parallel zueinander sind; und wobei die Auslassdurchgänge jedes Fluidmantels parallel zueinander sind.
Motor nach Anspruch 2, wobei der erste Fluidmantel zwischen dem zweiten Fluidmantel und der Deckfläche des Blocks positioniert ist; und wobei der zweite Fluidmantel zwischen dem ersten Fluidmantel und dem dritten Fluidmantel positioniert ist.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Deckfläche des Blocks eine geschlossene Deckfläche ist.
Motor, aufweisend: einen Zylinderblock, der eine Deckfläche, eine erste Zylinderlaufbuchse, die sich entlang einer Zylinderachse erstreckt, und eine zweite Zylinderlaufbuchse neben der ersten Laufbuchse aufweist, wobei der Block einen ersten Fluidmantel in Verbindung mit der ersten und zweiten Laufbuchse, und einen zweiten Fluidmantel in Verbindung mit der ersten und zweiten Laufbuchse definiert, wobei der erste und zweite Fluidmantel strömungstechnisch voneinander unabhängig und entlang der Zylinderachse voneinander beabstandet sind.
Motor nach Anspruch 7, wobei jeder der Fluidmäntel einen Einlassdurchgang hat, der sich in Längsrichtung entlang einer ersten Seite des Blocks erstreckt, einen Auslassdurchgang, der sich in Längsrichtung entlang einer zweiten gegenüberliegenden Seite des Blocks erstreckt, und einen Laufbuchsenkühldurchgang, welcher die erste und zweite Laufbuchse umgibt und den Einlassdurchgang und den Auslassdurchgang strömungstechnisch verbindet.
Motor nach Anspruch 8, wobei der Laufbuchsenkühldurchgang jedes der Fluidmäntel strömungstechnisch mit dem Einlassdurchgang durch einen ersten Durchgang neben der ersten Laufbuchse und einen zweiten Durchgang neben der zweiten Laufbuchse verbunden ist.
Motor nach Anspruch 9, wobei der zweite Durchgang eine größere Querschnittsfläche als der erste Durchgang hat.
Motor nach Anspruch 9, wobei der zweite Durchgang stromabwärts des ersten Durchgangs positioniert ist.
Motor nach Anspruch 9, wobei der Laufbuchsenkühldurchgang jedes der Fluidmäntel strömungstechnisch mit dem Auslassdurchgang durch einen dritten Durchgang neben der ersten Laufbuchse und einen vierten Durchgang neben der zweiten Laufbuchse verbunden ist.
Motor nach Anspruch 12, wobei der vierte Durchgang eine größere Querschnittsfläche als der dritte Durchgang hat; und wobei der dritte Durchgang stromabwärts des vierten Durchgangs positioniert ist.
Motor nach Anspruch 8, wobei der Laufbuchsenkühldurchgang des ersten Fluidmantels ein erstes Volumen hat und der Laufbuchsenkühldurchgang des zweiten Fluidmantels ein zweites Volumen hat, wobei das erste Volumen größer als das zweite Volumen ist.
Motor nach Anspruch 8, wobei der Laufbuchsenkühldurchgang jedes der Fluidmäntel einen ersten gekrümmten Abschnitt hat, der einer Außenfläche der ersten und zweiten Laufbuchse an der ersten Seite des Blocks folgt, und einen zweiten gekrümmten Abschnitt, der einer Außenfläche der ersten und zweiten Laufbuchse an der zweiten Seite des Blocks folgt.
Motor nach Anspruch 15, wobei der Laufbuchsenkühldurchgang jedes der Fluidmäntel einen Zwischenbohrungsdurchgang hat, der den ersten und zweiten gekrümmten Abschnitt strömungstechnisch verbindet, wobei der Zwischenbohrungsdurchgang zwischen der ersten und zweiten Laufbuchse positioniert ist.
Motor nach Anspruch 16, des Weiteren aufweisend einen dritten Fluidmantel in Verbindung mit der ersten und zweiten Laufbuchse, wobei der dritte Fluidmantel strömungstechnisch vom ersten und zweiten Fluidmantel unabhängig ist und vom ersten und zweiten Fluidmantel entlang der Zylinderachse beabstandet ist.
Motor nach Anspruch 17, des Weiteren aufweisend ein erstes Fluidsystem, das ein erstes Fluid enthält und in strömungstechnischer Verbindung mit dem ersten Fluidmantel steht, ein zweites Fluidsystem, das ein zweites Fluid enthält und in strömungstechnischer Verbindung mit dem zweiten Fluidmantel steht; und ein drittes Fluidsystem, das ein drittes Fluid enthält und in strömungstechnischer Verbindung mit dem dritten Fluidmantel steht.
Motor nach Anspruch 8, des Weiteren aufweisend ein erstes Fluidsystem, das ein erstes Fluid enthält und in strömungstechnischer Verbindung mit dem ersten Fluidmantel steht, und ein zweites Fluidsystem, das ein zweites Fluid enthält und in strömungstechnischer Verbindung mit dem zweiten Fluidmantel steht.
Verfahren zur Bildung eines Motorblocks, aufweisend: Bilden eines Satzes von Einsätzen, wobei jeder Einsatz ein verlorenes Kernmaterial hat, das von einer Metallschale überzogen ist, wobei das verlorene Kernmaterial gestaltet ist, einen Fluidmantel bereitzustellen, wobei jeder Einsatz ein erstes Element hat, das zum Bereitstellen eines Einlassdurchgangs gestaltet ist, ein zweites Element, das zum Bereitstellen eines Auslassdurchgangs gestaltet ist, und mehrere zylindrische Elemente, die sich zwischen dem ersten und zweiten Element erstrecken und gestaltet sind, Laufbuchsenkühldurchgänge bereitzustellen; nebeneinander Positionieren mehrerer Zylinderlaufbuchsen auf einem Gusswerkzeug; Stapeln des Satzes von Einsätzen um die mehreren Laufbuchsen, wobei jeder Einsatz von einem benachbarten Einsatz beabstandet ist, jedes zylindrische Element jedes Einsatzes um eine entsprechende Zylinderlaufbuchse positioniert ist und die Laufbuchsen zwischen dem ersten und zweiten Element jedes Kerns positioniert sind; Gießen des Motorblocks um die mehreren Leitungen und den Satz von Kernen; und Entfernen des Materials des verlorenen Kerns aus dem gegossenen Motorblock zur Bildung des Fluidmantels.