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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor für ein Kraftfahrzeug, der einen Zylinderblock, zumindest eine in dem Zylinderblock angeordnete Brennkammer, eine die Brennkammer umwandende Laufbuchse aus einem ersten Material aufweist.
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Im Stand der Technik sind Hubkolbenmotoren bekannt, bei denen eine Zylinderbohrung in einem Zylinderblock mit einer Laufbuchse ausgekleidet ist. So zeigt beispielsweise die
WO 2014/006199 A2 eine Zylinderlaufbuchse aus Grauguss zum Eingießen in einen Motorblock einer Brennkraftmaschine, bei der an einer Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse zumindest bereichsweise ein Mittel zur Verstärkung der Anbindung der Zylinderlaufbuchse an das Gussmaterial des Motorblocks angeordnet ist, das bei einem Gießvorgang des Motorblocks als nicht aufschmelzendes Drahtgeflecht oder Drahtgitter ausgebildet ist, wobei das Mittel zumindest bereichsweise mit der Zylinderlaufbuchse verschweißt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Hubkolbenmotor und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Hubkolbenmotor weist einen Zylinderblock, zumindest eine in dem Zylinderblock angeordnete Brennkammer, und eine die Brennkammer umwandende Laufbuchse aus einem ersten Material auf. Erfindungsgemäß umfasst der Hubkolbenmotor ein Versteifungselement aus einem zweiten Material, welches zwischen dem Zylinderblock und der Laufbuchse angeordnet ist und die Laufbuchse zumindest teilweise umgibt. Das zweite Material besitzt dabei einen höheren Elastizitätsmodul als das erste Material. Der Hubkolbenmotor ist insbesondere in einer Open-Deck-Konstruktion ausgeführt.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung bereitgestellt, die der zumindest einen Laufbuchse eine höhere Steifigkeit verleiht. Die Laufbuchse ist damit besser vor einem Bohrlochverzug (bore distortion) geschützt, der am oberen Ende der Laufbuchse im Betrieb des Hubkolbenmotors durch Verbrennungsdrücke und hohe Temperaturen entstehen kann, insbesondere bei Open-Deck-Konstruktionen. Ein geringerer Bohrlochverzug ermöglicht die Verwendung von Kolbenringen mit einer geringeren Vorspannung, wodurch die Reibung zwischen dem Kolbenring und der Laufbuchse verringert ist. Damit ist eine höhere Effizienz des Hubkolbenmotors erreicht, was vorteilhaft zu einer Kraftstoffersparnis und einem verringerten CO2-Ausstoß führt.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors ist die Laufbuchse aus Grauguss oder Aluminium und das Versteifungselement ist aus Stahl. Aluminium schließt Aluminiumlegierungen mit ein.
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Stahl besitzt einen höheren Elastizitätskoeffizienten als Grauguss oder Aluminium und weist damit eine hohe stoffliche Steifigkeit auf. Die Laufbuchse kann dabei aus den üblichen Materialien bestehen, die hinsichtlich Montage- und Betriebseigenschaften bewährt sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist das Versteifungselement eine Versteifungselementhöhe auf, die kleiner ist als eine Laufbuchsenhöhe der Laufbuchse.
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Damit kann das Versteifungselement abschnittsweise Angeordnet werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors ist das Versteifungselement an einem oberen Ende der Laufbuchse angeordnet.
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Damit kann das Versteifungselement an der Stelle wirken, an der die Gefahr eines Bohrlochverzugs am größten ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist das Versteifungselement eine Versteifungselementwanddicke auf, die größer ist als eine Laufbuchsenwanddicke der Laufbuchse.
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Damit ist der Versteifungseffekt vergrößert. Je größer der Anteil des Versteifungselements an einer aus der Versteifungselementwanddicke und der Laufbuchsenwanddicke resultierende Gesamtwanddicke, desto größer ist eine Gesamtsteifigkeit, die beide Bauteile im Verbund aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist die Laufbuchse eine Aussparung auf und das Versteifungselement ist in der Aussparung angeordnet.
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Damit kann das Versteifungselement noch breiter ausgeführt und die Gesamtsteifigkeit weiter erhöht werden. Zudem ist die Positionierung des Versteifungselements bei einer Montage des Hubkolbenmotors erleichtert, da die Grenze der Aussparung als Positionierungshilfe dienen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors umgibt das Versteifungselement zumindest teilweise mehrere Laufbuchsen.
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Damit ist eine Platzsparende Konstruktion des Zylinderblocks ermöglicht. Zudem müssen bei der Fertigung weniger Einzelteile gehandhabt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist das Versteifungselement eine geschlossene Grundform auf.
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Eine geschlossene Grundform verleiht dem Versteifungselement eine höhere konstruktive Steifigkeit als eine offene Grundform.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist das Versteifungselement an seiner Versteifungselementaußenseite Ausformungen auf.
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Mittels der Ausformungen ist die Oberfläche der Versteifungselementaußenseite vergrößert und damit die Kühlwirkung vergrößert.
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Der erfindungsgemäße Hubkolbenmotor ist in allen seinen Ausgestaltungen bevorzugt in einem Kraftfahrzeug integriert. Der Hubkolbenmotor dient hierbei insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs.
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Die Vorteile des Hubkolbenmotors kommen somit dem Kraftfahrzeug zugute.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
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2 einen erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung in einer Draufsicht;
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3 den erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung in einer Draufsicht; und
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4 die zweite Ausgestaltung in einer Seitenansicht.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist zum Antrieb einen Hubkolbenmotor 11 auf.
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Der erfindungsgemäße Hubkolbenmotor 11 ist in den 2 bis 4 beispielhaft dargestellt. Der Hubkolbenmotor 11 umfasst ein Gehäuse 12, das als Zylinderblock 12 bezeichnet ist. Zusätzlich zum Zylinderblock 12 weist der Hubkolbenmotor 11 insbesondere einen hier nicht dargestellten Zylinderkopf auf, der in üblicher Manier auf einer Oberseite 26 des Zylinderblocks 12 positioniert ist. In dem Zylinderblock 12 ist zumindest eine Brennkammer 13 angeordnet. In der 2 ist ein Ausgestaltungsbeispiel mit einer einzigen Brennkammer 13 und in den 3 und 4 ist ein Ausgestaltungsbeispiel mit drei Brennkammern 13 dargestellt.
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Die zumindest eine Brennkammer 13 ist mit einer Laufbuchse 14 umwandet. Bevorzugt ist jeder der Brennkammern 13 des Hubkolbenmotors 11 eine Laufbuchse 14 zugeordnet. Die Laufbuchse 14 weist insbesondere eine hohlzylindrische Grundform auf. Eine Laufbuchseninnenseite 21 der Laufbuchse 14 ist zur Brennkammer 13 gerichtet und eine Laufbuchsenaußenseite 22 der Laufbuchse 14 ist zum Zylinderblock 12 gerichtet. Die Laufbuchseninnenseite 21 bildet eine Begrenzung der Brennkammer 13. Die Laufbuchse 14 ist zwischen dem Zylinderblock 12 und der Brennkammer 13 angeordnet. An der Laufbuchsenaußenseite 22 der Laufbuchse 14 kann ein Kühlkanal 20 für eine Flüssigkeitskühlung des Hubkolbenmotors 11 vorgesehen sein. Der Kühlkanal 20 ist insbesondere als Kühlmantel 20 ausgebildet, der die Laufbuchse 14 großflächig umschließt. In der Weise ist es in den 2 und 3 gezeigt.
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Der Zylinderblock 12 des Hubkolbenmotors 11 ist bevorzugt in einer sogenannten Open-Deck-Konstruktion ausgebildet, bei der der Kühlkanal 20 an der Oberseite 26 offen ausgeführt ist. Zum Abdichten des Kühlkanals 20 weist der Zylinderkopf eine entsprechend ausgestaltete Kopfdichtung auf.
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In der 3 ist eine Draufsicht auf eine Ausführung des Zylinderblocks 12 mit drei Zylindern gargestellt. Die 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Zylinderblock 12 in einer Seitenansicht. Die Laufbuchse 14 befindet sich, wie es üblich ist, in dem Bereich des Zylinders, in dem ein hier nicht dargestellter Kolben seine Hubbewegungen vollführt. Die Laufbuchse 14 weist eine Laufbuchsenhöhe 15 auf. Die Laufbuchsenhöhe 15 erstreckt sich von einem oberen Ende 18 bis zu einem unteren Ende 19 der Laufbuchse 14. Dabei ist das obere Ende 18 zur Oberseite 26 des Zylinderblocks 12 gerichtet. Eine Wanddicke der Laufbuchse 14 ist hier als Laufbuchsenwanddicke 16 bezeichnet. Die Laufbuchse 14 ist aus einem ersten Material gefertigt, insbesondere aus Grauguss oder aus Aluminium, wobei Aluminium auch Aluminiumlegierungen einschließt.
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Erfindungsgemäß umfasst der Hubkolbenmotor 11 ein Versteifungselement 17. Das Versteifungselement 17 ist ausgebildet, die Laufbuchse 14 in der Weise zu unterstützen, dass eine radiale Aufweitung der Laufbuchse 14 erschwert wird. Mittels des Versteifungselements 17 ist der Widerstand gegen eine Verformung der Laufbuchse 14 vergrößert. Die Laufbuchse 14 weist zusammen mit dem Versteifungselement 17 eine höhere Steifigkeit auf als ohne das Versteifungselement 17. Das Versteifungselement 17 ist aus einem zweiten Material gefertigt, insbesondere aus Stahl. Erfindungsgemäß besitzt das zweite Material einen höheren Elastizitätskoeffizienten als das erste Material, aus dem die Laufbuchse 14 gefertigt ist.
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Das Versteifungselement 17 ist zwischen der Laufbuchse 14 und dem Motorblock 12 angeordnet. Das Versteifungselement 17 ist insbesondere aufgepresst, aufgeschrumpft oder eingegossen. Das Versteifungselement 17 ist an der Laufbuchsenaußenseite 22 der Laufbuchse 14 anliegend angeordnet und umschließt die Laufbuchse 14 zumindest bereichsweise. Das Versteifungselement 17 ist am oberen Ende 18 der Laufbuchse 14 angeordnet. Es schließt insbesondere bündig mit der Laufbuchse 14 ab.
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Das Versteifungselement 17 weist eine Versteifungselementhöhe 23 auf, die kleiner ist als die Laufbuchsenhöhe 15. Insbesondere beträgt die Versteifungselementhöhe 17 ein Zehntel bis ein Drittel der Laufbuchsenhöhe 15. Es ist somit möglich, das entlang der Laufbuchsenhöhe 15 mehrere Versteifungselemente 17 angeordnet sind. Das Versteifungselement 17 weist ferner eine Versteifungselementwanddicke 24 auf, die insbesondere größer ist als die Laufbuchsenwanddicke 16.
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Die Laufbuchse 14 kann an ihrem oberen Ende 18 eine Aussparung 25 zur Aufnahme des Versteifungselements 17 aufweisen. In der Weise ist es in der 4 gezeigt. An der Stelle der Aussparung 25 ist die Laufbuchsenwanddicke 16 verringert.
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Das Versteifungselement 17 ragt mit seiner Versteifungselementaußenseite 27 zumindest teilweise in den Kühlkanal 20. An der Versteifungselementaußenseite 27 können Ausformungen 28 zur Vergrößerung der Oberfläche der Versteifungselementaußenseite 27 angeordnet sein. In der Weise ist es in der 2 dargestellt. Die Ausformungen 28 können beispielsweise als Kühlrippen ausgebildet sein.
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Das Versteifungselement 17 weist insbesondere einen rechteckigen, massiv ausgestalteten Grundquerschnitt auf, siehe 4. Die Gestalt des Versteifungselements 17 in der Ebene der Oberfläche 26 ist angepasst an die Anzahl der Zylinder beziehungsweise der Brennkammern 13 und Laufbuchsen 14 des Hubkolbenmotors 11. In der 2 ist zur Veranschaulichung eine Ausgestaltung mit einer einzigen Brennkammer 13 und entsprechend einer einzigen Laufbuchse 14 dargestellt. Hierbei weist das Versteifungselement 17 die Gestalt eines geschlossenen Kreisrings auf. Es ist auch möglich, dass das Versteifungselement 17 als nichtkreisrunder und/oder offener Ring ausgebildet ist. Das Versteifungselement 17 kann, wenn der Hubkolbenmotor 11 mehrere Laufbuchsen 14 aufweist, mehrere Laufbuchsen 14 umgreifen. In der 3 ist eine beispielhafte Ausgestaltung mit drei Brennkammern 13 und drei Laufbuchsen 14 dargestellt. Das Versteifungselement 17 weist hierbei in der Ebene der Oberseite 26 eine aus vier Kreisringsegmenten zusammengesetzte, geschlossene Gestalt auf, die drei Kreise umschließt. Es ist auch möglich, dass der Hubkolbenmotor 11 mehrere Versteifungselemente 17 umfasst, von denen jedes zumindest eine Laufbuchse 14 versteift. Mit der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann in Abhängigkeit der Zylinderanzahl, der Zylinderanordnung und des Zylinderabstands mehrere Ausgestaltungsmöglichkeiten bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Hubkolbenmotor
- 12
- Zylinderblock
- 13
- Brennkammer
- 14
- Laufbuchse
- 15
- Laufbuchsenhöhe
- 16
- Laufbuchsenwanddicke
- 17
- Versteifungselement
- 18
- Oberes Ende
- 19
- Unteres Ende
- 20
- Kühlkanal
- 21
- Laufbuchseninnenseite
- 22
- Laufbuchsenaußenseite
- 23
- Versteifungselementhöhe
- 24
- Versteifungselementwanddicke
- 25
- Aussparung
- 26
- Oberseite
- 27
- Versteifungselementaußenseite
- 28
- Ausformung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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