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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Zylinderlaufbuchsenanordnung und insbesondere eine Zylinderlaufbuchsenanordnung mit Luftspaltisolierung.
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Hintergrund
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Ein Verbrennungsmotor umfasst einen Motorblock, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen definiert, und Kolben, die sich innerhalb der Zylinderbohrungen hin und her bewegen, um mechanische Leistung zu erzeugen. In der Regel umfasst jede Zylinderbohrung eine austauschbare Laufbuchse. Die Laufbuchse weist einen zylindrischen Körper auf, der in die Zylinderbohrung passt. In einigen Ausführungsformen ist ein Hohlraum innerhalb des Zylinderblocks um die Laufbuchse herum ausgebildet, und Kühlmittel wird durch den Hohlraum geleitet, um die Laufbuchse zu kühlen. Eine Dichtung ist um die Laufbuchse herum platziert, um Kühlmittel daran zu hindern, aus dem Hohlraum auszutreten.
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In manchen Anwendungen ist ein Anti-Polierring in ein oberes Ende der Laufbuchse an dem Flansch eingepasst. Der Anti-Polierring weist einen Innendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als ein Innendurchmesser der Laufbuchse, und dient dazu, Kohlenstoffablagerungen von einem oberen Steg des zugehörigen Kolbens abzustreifen. Die Kohlenstoffablagerungen könnten, wenn sie belassen werden, schließlich gegen die Laufbuchse reiben und Ölhaltenuten in der Laufbuchse wegpolieren.
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Obwohl ein Anti-Polierring effektiv sein kann, Kohlenstoffansammlungen von einem Kolben zu entfernen, kann es auch möglich sein, das zuviel Hitze durch den Ring zu der Dichtung gelangt. In diesen Situationen könnte sich die Dichtung überhitzen und in der Folge verspröden oder reißen. Wird die Unversehrtheit der Dichtung kompromittiert, kann Kühlmittel von dem Hohlraum unter der Dichtung aus dem Motorblock austreten. Dies könnte eine Überhitzung des Motors, Verunreinigung anderer Motorfluide (z. B. des Motoröls), Korrosion, und andere ähnliche Probleme verursachen.
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Das
US-Patent Nr. 7,726,267 (”das ‘267-er Patent”) offenbart eine Zylinderlaufbuchse mit einem Einsatzring mit zahlreichen Füßen, die eine Vielzahl von ringförmigen Luftspalten definieren. Die Luftspalte sind konstruiert, um die Wärmeübertragung von dem Ring auf die Laufbuchse zu verringern. Das ‘267-er Patent zielt jedoch insbesondere auf Oberflansch-Laufbuchsen ab, die keine Dichtung an dem Ring erfordern. Darüber hinaus kann die Anzahl von Füßen des ‘267-er Patents einen Kontaktbereich zwischen dem Einsatzring und der Laufbuchse erhöhen, was die Wärmeübertragung erhöht, und die Herstellung der mehreren Luftspalte kann die maschinellen Fertigungskosten des Rings erhöhen.
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Die Zylinderlaufbuchsenanordnung der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme im Stand der Technik.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Zylinderlaufbuchsenanordnung. Die Zylinderlaufbuchsenanordnung kann eine Laufbuchse mit einem hohlen, allgemein zylindrischen Körper umfassen, der sich von einem oberen Ende zu einem unteren Ende entlang einer Längsachse erstreckt. Die Zylinderlaufbuchsenanordnung kann auch eine Dichtung umfassen, die um die Laufbuchse herum an dem oberen Ende angeordnet ist, sowie einen Anti-Polierring, der innerhalb des oberen Endes der Laufbuchse angeordnet ist. Der Anti-Polierring kann eine Ringnut aufweisen, die an einer Außenfläche ausgebildet ist, um eine Luftstrecke zwischen dem Anti-Polierring und der Laufbuchse bereitzustellen. Die Ringnut kann axial zumindest einen Abschnitt der Dichtung überlappen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Anti-Polierring. Der Anti-Polierring kann einen hohlen, allgemein zylindrischen Körper umfassen. Der Anti-Polierring kann eine einzelne Ringnut umfassen, die an einer Außenfläche des hohlen, allgemein zylindrischen Körpers ausgebildet ist, um eine Luftstrecke um den Anti-Polierring herum bereitzustellen. Der Anti-Polierring kann des Weiteren ein Paar von Füßen umfassen, die an gegenüberliegenden Enden der einzelnen Ringnut angeordnet sind.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Motor. Der Motor kann einen Zylinderblock umfassen, der zumindest zum Teil eine Vielzahl von Zylinderbohrungen definiert, eine Zylinderlaufbuchsenanordnung, die innerhalb jeder der Vielzahl von Zylinderbohrungen angeordnet ist, und einen Wassermantel, der zwischen einer ringförmigen Wand jeder Zylinderlaufbuchsenanordnung und einer entsprechenden der Vielzahl von Zylinderbohrungen ausgebildet ist. Jede Zylinderlaufbuchsenanordnung kann eine Laufbuchse mit einem hohlen, allgemein zylindrischen Körper umfassen, der sich von einem oberen Ende zu einem unteren Ende entlang einer Längsachse erstreckt. Die Laufbuchse kann einen Flansch mit einer mit dem Block in Eingriff stehenden Oberfläche umfassen, der um eine axiale Länge von einer oberen Oberfläche entfernt angeordnet ist, die 25–60 % einer Länge der Laufbuchse beträgt. Jede Zylinderlaufbuchsenanordnung kann auch eine Dichtung umfassen, die um die Laufbuchse herum an dem oberen Ende angeordnet ist, sowie einen Anti-Polierring, der innerhalb des oberen Endes der Laufbuchse angeordnet ist. Der Anti-Polierring kann eine einzelne Ringnut aufweisen, die an einer Außenfläche ausgebildet ist und axial mit der Dichtung zentriert ist. Die einzelne Ringnut kann einen Spalt zwischen dem Anti-Polierring und der Laufbuchse bereitstellen. Der Anti-Polierring kann des Weiteren einen ersten Fuß an einem ersten Ende der einzelnen Ringnut und einen zweiten Fuß an einem zweiten Ende der einzelnen Ringnut umfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsdarstellung eines beispielhaften offenbarten Motors;
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2 ist eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften offenbarten Zylinderlaufbuchsenanordnung, die in Verbindung mit dem Motor von 1 verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht einen Teil eines beispielhaften Verbrennungsmotors 10. Der Motor 10 kann einen Motorblock 12 umfassen, der zumindest eine Zylinderbohrung 14 definiert. Eine Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 kann innerhalb der Zylinderbohrung 14 angeordnet sein, und ein Zylinderkopf 18 kann mit dem Motorblock 12 verbunden sein, um ein Ende der Zylinderbohrung 14 abzuschließen (z. B. durch eine Kopfdichtung 19). Ein Kolben 20 kann gleitend innerhalb der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 angeordnet sein, und der Kolben 20 kann zusammen mit der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 und dem Zylinderkopf 18 eine Verbrennungskammer 22 definieren. Es wird in Betracht gezogen, dass das Motorsystem 10 eine beliebige Anzahl von Verbrennungskammern 22 umfassen kann, und dass die Verbrennungskammern 22 in einer ”Reihen”-Konfiguration, einer ”V”-Konfiguration, einer gegenüberliegenden Kolbenkonfiguration oder in einer beliebigen anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sind.
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Der Kolben 20 kann dazu ausgestaltet sein, sich innerhalb der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 zwischen einer oberen Totpunkt- oder OT-Stellung und einer unteren Totpunkt- oder UT-Stellung hin und her zu bewegen, um einen Verbrennungsprozess in der Verbrennungskammer 22 zu erlauben. Insbesondere kann der Kolben 20 durch eine Pleuelstange 26 schwenkbar mit einer Kurbelwelle 24 verbunden sein, so dass eine Gleitbewegung jedes Kolbens 20 innerhalb der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 zu einer Drehung der Kurbelwelle 24 führt. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 zu einer Verschiebebewegung des Kolbens 20 führen. In einem Zweitakt-Motor kann sich der Kolben 20 durch zwei volle Hübe bewegen, um einen Verbrennungszyklus abzuschließen, der einen Leistungs/Abgas/Einlasshub (OT bis UT) und einen Einlass/Verdichtungshub (UT bis OT) umfasst. In einem Viertakt-Motor kann sich der Kolben 20 durch vier volle Hübe bewegen, um einen Verbrennungszyklus abzuschließen, der einen Einlasshub (OT bis UT), einen Verdichtungshub (UT bis OT), einen Leistungshub (OT bis UT) und einen Auslasshub (UT bis OT) umfasst. Kraftstoff (z. B. Dieselkraftstoff, Benzin, gasförmiger Kraftstoff, etc.) kann in die Verbrennungskammer 22 während der Einlasshübe beider Verbrennungszyklen eingespritzt werden. Der Kraftstoff kann während der Verdichtungshübe mit Luft gemischt und gezündet werden. Wärme und Druck, die sich aus der Kraftstoff/Luft-Zündung ergeben, können dann in nützliche mechanische Leistung während der folgenden Leistungshübe umgewandelt werden. Restgase können von der Verbrennungskammer 22 während der Auslasshübe ausgestoßen.
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Wärme von dem oben beschriebenen Verbrennungsprozess die den Motor 10 beschädigen könnte, wenn sie nicht entsprechend behandelt wird, kann von der Zylinderbohrung 14 weg durch einen Wassermantel 28 abgeführt werden. Der Wassermantel 28 kann sich zwischen einer inneren Wand der Zylinderbohrung 14 und einer äußeren Wand der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 befinden. Zum Beispiel kann der Wassermantel 28 durch eine Ausnehmung innerhalb des Motorblocks 12 an der inneren Wand der Zylinderbohrung 14 und/oder innerhalb der äußeren Wand der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 ausgebildet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass der Wassermantel 28 vollständig innerhalb des Motorblocks 12 um die Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 ausgebildet, vollständig innerhalb der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 ausgebildet, und/oder durch eine hohle Hülse (nicht dargestellt) ausgebildet sein kann, die entweder an den Motorblock 12 oder die Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 angelötet sein kann, je nach Wunsch. Wasser, Glykol oder eine Mischung davon kann durch den Wassermantel 28 geleitet werden, um Wärme von dem Motorblock 12 und der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 zu absorbieren.
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Eine Dichtung 30 kann um die Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 herum angeordnet sein, um ein oberes Ende des Wassermantels 28 abzudichten. Die Dichtung 30 kann nach dem Zusammenbau zwischen einer äußeren Wand der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 und einer Innenwand der Zylinderbohrung 14 eingeklemmt sein, so dass Kühlmittel innerhalb des Wassermantels 28 daran gehindert wird, aus dem Motorblock 12 durch eine Oberseite der Zylinderbohrung 14 auszutreten. Die Dichtung 30 kann zum Beispiel eine Dichtung vom O-Ring-Typ sein, die aus einem Elastomermaterial hergestellt ist. Die Dichtung kann innerhalb einer äußeren Nut 46 der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 gesichert sein.
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Wie in 2 dargestellt, kann die Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 eine Anordnung aus zumindest zwei Hauptkomponenten sein, darunter eine Zylinderlaufbuchse (”Laufbuchse”) 32 und ein Anti-Polierring oder eine Manschette (”ein Manschettenring”) 34. Die Laufbuchse 32 und der Ring 34 können aus demselben allgemeinen Material hergestellt sein, zum Beispiel einem legierten Grauguss. Der Ring 34 kann vor dem Einbau der Zylinderlaufbuchsenanordnung 16 in die Zylinderbohrung 14 des Motorblocks 12 in ein oberes oder externes Ende der Laufbuchse 32 eingepasst werden. In dieser Stellung kann der Ring 34 dazu ausgestaltet sein, einen oberen Steg des Kolbens 20 (unter Bezugnahme auf 1) aufzunehmen. Insbesondere kann das obere Ende des Kolbens 20 bei jedem Aufwärtshub einen gewissen Abstand in den Ring 34 gleiten, was dem Ring 34 erlaubt, jegliche Kohlenstoffanlagerungen, die sich an der äußeren ringförmigen Oberfläche des Kolbens 20 bilden, an einer Position über eventuellen zugehörigen Kolbenringen abzustreifen. Durch Abstreifen der Kohlenstoffanlagerungen kann die Lebensdauer des Motors 10 verlängert werden.
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Die Laufbuchse 32 kann einen hohlen, allgemein zylindrischen Körper 36 aufweisen, der sich entlang einer Längsachse erstreckt. Die Laufbuchse 32 kann in der Form einer Laufbuchse mit Mittelflansch vorliegen, die zumindest zum Teil durch einen Flansch 38 definiert wird, der sich entlang eines mittleren Abschnitts des Körpers 36 erstreckt. Der Flansch 38 kann eine Vielzahl von umlaufenden Nuten und Verjüngungen aufweisen, und kann eine Endfläche des Wassermantels 28 definieren. Die Laufbuchse 32 kann eine axiale Länge LL von etwa 300–400 mm (z. B. etwa 70 mm) aufweisen, und der Flansch 38 kann eine mit dem Block in Eingriff stehende Oberfläche 39 aufweisen, die sich an einer axialen Länge LFL von etwa 100–200 mm (z. B. etwa 70 mm) von einer oberen Oberfläche 41 befindet. Die axiale Länge LFL des Flanschs 38 kann etwa 25–60% der axialen Länge LL der Auskleidung 32 betragen.
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Die Dichtung 30 kann an einer gewünschten axialen Position an der Laufbuchse 32 (z. B. zumindest zum Teil den Ring 34) durch eine äußere Nut 46 gehalten werden, die sich an der äußeren Wand der Laufbuchse 32 an einer Position über dem Flansch 38 befindet.
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Der Ring 34 kann in eine ringförmige Ausnehmung 48 eingepasst sein, die an dem oberen Ende des Körpers 36 ausgebildet ist, und einen Innendurchmesser aufweisen, der geringer ist als ein Innendurchmesser des Körpers 36. Mit dieser Konfiguration kann eine Abstufung 50 erzeugt werden, die mit dem Kolben 20 zusammenwirkt, um die Kohlenstoffanlagerung wie oben beschrieben abzustreifen.
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Der Ring 34 kann eine Ringnut 44 aufweisen, die in einer Außenfläche ausgebildet ist, um einen Spalt bereitzustellen, der als ein Isolator dient. Dieser Isolator kann Wärme von der Verbrennungskammer 22 auf die Dichtung 30 übertragen. Insbesondere kann die Luftstrecke durch einen ersten Fuß 40 und einen zweiten Fuß 42 definiert werden, die in einem axialen Abstand an gegenüberliegenden Enden der Ringnut 44 beabstandet angeordnet sind. Der Ring 34 kann zwei Füße 40, 42 und einen einzelnen Luftspalt aufweisen, so dass der Ring 34 um seine Ringform an nur zwei Stellen mit der Laufbuchse in Kontakt steht. Diese Konfiguration kann helfen, die Menge an Wärmeübertragung durch Kontakt zu verringern. In anderen Ausführungsformen kann der Ring 34 jedoch mehr als zwei Füße 40, 42 aufweisen, die eine Vielzahl von ringförmigen Nuten 44 definieren.
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Der Ring 34 kann eine axiale Länge LR von etwa 15–25 mm (z. B. 17,1 mm) aufweisen. Der Ring 34 kann an dem ersten Fuß 40 und einem zweiten Fuß 42 eine umlaufende Dicke TF von etwa 3–5 mm (z. B. etwa 3,7 mm) und eine axiale Länge LF von etwa 2–5 mm (z. B. etwa 3,2 mm) aufweisen. Die Längsende-Oberflächen des ersten Fußes 40 und zweiten Fußes 42 kann einen scharfen Rand, eine Verjüngung oder eine Abfasung umfassen. Der Ring 34 kann an der Ringnut 44 eine umlaufende Dicke TG von etwa 1,5–2,5 mm (z. B. etwa 2,2 mm) und eine axiale Länge LG von etwa 8–12 mm (z. B. etwa 9,0 mm) aufweisen, so dass eine Tiefe D der Ringnut 44 etwa 0,5–2,5 mm (z. B. etwa 1,5 mm) beträgt.
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Die axiale Länge LR des Rings 34 kann etwa 65 % der axialen Länge LFL des Flanschs 38 betragen. In einer Ausführungsform kann die axiale Länge LR des Rings 34 etwa 30 % der axialen Länge LFL des Flanschs 38 betragen. Die axiale Länge LR des Rings 44 kann etwa 75 % der axialen Länge LR des Rings 34 betragen. Die axiale Länge LG des Rings 44 kann etwa das Dreifache der axialen Länge LF des ersten Fußes 40 und des zweiten Fußes 42 betragen. Die axiale Länge LG der ringförmigen Nut 44 kann etwa das Sechsfache der Tiefe D der ringförmigen Nut 44 betragen. Die Dimensionen des Rings 34 können ausgewählt werden, um eine gewünschte Menge an Wärmeübertragung zu verringern.
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Die Ringnut 44 kann konstruiert sein, um in Kombination mit den Dicken der Laufbuchse 32 und des Rings 34 eine gewünschte Temperatur an der Dichtung 30 während des Betriebs des Motors 10 bereitzustellen. Insbesondere kann die Ringnut 44 an dem Ring 34 so positioniert sein, dass sie zumindest zum Teil die Dichtung 30 axial überlappt. Die Dichtung 30 kann axial zwischen dem ersten Fuß 40 und dem zweiten Fuß 42 positioniert sein. Vorzugsweise kann die Dichtung 30 innerhalb der unteren zwei Drittel der axialen Länge LG der Ringnut 44 positioniert sein. In der offenbarten Ausführungsform kann die Dichtung 30 im Wesentlichen relativ zu der axialen Länge LG der Ringnut 44 zentriert sein. Dadurch kann die Isolierung, die durch den Luftspalt der Ringnut 44 bereitgestellt wird, die Menge an Wärme verringern, die auf die Dichtung 30 übertragen wird, und dadurch die Lebensdauer der Dichtung 30 verlängern.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die offenbarte Zylinderlaufbuchsenanordnung kann in einer beliebigen Anwendung verwendet werden, bei der es erwünscht ist, die Zuverlässigkeit und Betriebslebensdauer des zugehörigen Motors zu erhöhen. Die offenbarte Zylinderlaufbuchsenanordnung kann die Zuverlässigkeit und Betriebslebensdauer erhöhen, indem sie eine Temperatur senkt, die eine Dichtung erfährt, die an einer Zylinderlaufbuchse der Anordnung installiert ist. Diese Temperatur kann durch die Verwendung einer auf einzigartige Weise konstruierten Luftspaltisolierung gesenkt werden, die sich an einer ringförmigen Schnittstelle zwischen der Zylinderlaufbuchse und einem zugehörigen Anti-Polierring befindet. Diese auf einzigartige Weise konstruierte Luftspaltisolierung kann auch die maschinellen Bearbeitungskosten bei der Ausbildung der Zylinderlaufbuchsenanordnung verringern.
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Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene Modifikationen und Abwandlungen an der offenbarten Zylinderlaufbuchsenanordnung vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der offenbarten Zylinderlaufbuchsenanordnung klar werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen als rein beispielhaft betrachtet werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angegeben wird.
