DE102016007727A1

DE102016007727A1 - Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016007727A1
Application number: DE102016007727.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Scharf; Stefan Schmidt
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28
Also published as: RU2017121939A; CN107542593A; EP3260692A1; RU2017121939A3; US20170370322A1; RU2741523C2; BR102017013590A2; CN107542593B; BR102017013590B1; US10539092B2; EP3260692B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem, eine Zylinderlaufbahn aufweisenden Zylinder, wobei die Zylinderlaufbahn eine Führung für einen dem Zylinder zugeordneten Kolben (11) ausbildet. Erfindungsgemäß ist die Zylinderlaufbahn nur teilweise durch eine Zylinderwand (7) eines Kurbelgehäuses (3) oder einer an dem Kurbelgehäuse (3) festgelegten Zylinderlaufbuchse (5) gebildet, wobei die Zylinderlaufbahn an einem, in Zylinder-Axialrichtung (x) gesehen, zentralen Bereich (13) durch die Zylinderwand (7) gebildet ist, wobei die Zylinderwand (7) an einem nach oben an den zentralen Bereich (13) anschließenden oberen Bereich (15) und/oder an einem nach unten an den zentralen Bereich (13) anschließenden unteren Bereich (22) der Zylinderlaufbahn eine, insbesondere in Zylinder-Umfangsrichtung verlaufende, umlaufende Vertiefung (17, 23) aufweist, in die jeweils ein einteiliges oder mehrteiliges ringförmiges Gleitelement (19, 25) eingesetzt ist, dessen radial innere Gleitelementwand (21, 37) einen Teil der Zylinderlaufbahn ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Zylinderlaufbuchsen-Set nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14 sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit der Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 15.
Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschinen, weisen regelmäßig wenigstens einen Zylinder auf, der eine Zylinderlaufbahn als Führung für einen dem Zylinder zugeordneten Kolben aufweist. Zur Reduzierung der Reibung zwischen einer die Zylinderlaufbahn bildenden Zylinderwand und dem zugeordneten Kolben bzw. den Kolbenringen des Kolbens ist es bekannt, die Kolbenringe mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung kann dabei beispielsweise durch eine PVD-Schicht (PVD: Physical Vapour Deposition) oder PA-CVD-Schicht (Plasma-Assisted-Chemical Vapour Deposition), insbesondere durch DLC-Schichten (DLC: Diamond like Carbon Coating), gebildet sein. Durch die Reduzierung der Reibung zwischen der Zylinderwand und dem zugeordneten Kolben bzw. den Kolbenringen werden der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen der Brennkraftmaschine sowie auch der Verschleiß der aneinander reibenden Komponenten deutlich verringert.
Des Weiteren ist es auch bekannt, die die Zylinderlaufbahn ausbildende Zylinderwand, insbesondere an Mischreibungsbereichen der Zylinderlaufbahn, mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung zu versehen, um die Reibung zwischen der Zylinderwand und dem zugeordneten Kolben zu verringern. Eine derartige Beschichtung kann beispielsweise durch eine thermische Spritzschicht oder ebenfalls durch eine DLC-Schicht, insbesondere in Verbindung mit Lasertexturen, gebildet sein.
Die Beschichtung der Zylinderlaufbahn bzw. der die Zylinderlaufbahn ausbildenden Zylinderwand ist jedoch häufig schwierig, da die Zylinderwand, insbesondere aufgrund des Durchmesser/Höhen-Verhältnisses des Zylinders, regelmäßig nur schwer zugänglich ist. Die Beschichtung kann daher häufig auch nicht mit der gewünschten Beschichtungsqualität aufgebracht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, bereitzustellen, bei der die Reibung zwischen der Zylinderlaufbahn und dem zugeordneten Kolben bzw. den Kolbenringen des Kolbens auf fertigungstechnisch einfache Weise verringert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß Patentanspruch 1 wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, mit wenigstens einem, eine Zylinderlaufbahn aufweisenden Zylinder, wobei die Zylinderlaufbahn eine Führung für einen dem Zylinder zugeordneten Kolben ausbildet. Erfindungsgemäß ist die Zylinderlaufbahn nur teilweise durch eine Zylinderwand eines Kurbelgehäuses oder einer an dem Kurbelgehäuse festgelegten Zylinderlaufbuchse gebildet, wobei die Zylinderlaufbahn an einem, in Zylinder-Axialrichtung gesehen, zentralen Bereich durch die kurbelgehäuseseitige oder zylinderlaufbuchsenseitige Zylinderwand gebildet ist, wobei die kurbelgehäuseseitige oder zylinderlaufbuchsenseitige Zylinderwand an einem nach oben an den zentralen Bereich anschließenden oberen Bereich und/oder an einem nach unten an dem zentralen Bereich anschließenden unteren Bereich der Zylinderlaufbahn eine, insbesondere in Zylinder-Umfangsrichtung verlaufende, umlaufende Vertiefung aufweist, in die ein einteiliges oder mehrteiliges ringförmiges Gleitelement eingesetzt ist, dessen radial innere Gleitelementwand einen Teil der Zylinderlaufbahn bildet.
Auf diese Weise kann die Reibung zwischen dem Zylinder und dem Kolben/Kolbenringen fertigungstechnisch einfach verringert werden, da die kurbelgehäuseseitige oder zylinderlaufbuchsenseitige Zylinderwand an dem oberen und/oder unteren Bereich der Zylinderlaufbahn nun nicht mehr mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen werden muss, um die Reibung zwischen dem Zylinder und dem Kolben/Kolbenringen zu verringern. Anstelle dessen wird nun einfach an dem oberen und/oder an dem unteren Bereich, insbesondere am oberen und unteren Totpunkt, der Zylinderlaufbahn das Gleitelement mit optimierten Gleiteigenschaften in die Vertiefung der kurbelgehäuseseitigen oder zylinderlaufbuchsenseitigen Zylinderwand eingesetzt. Die Gleiteigenschaften des jeweiligen Gleitelements können dabei auf fertigungstechnisch besonders einfache und effiziente Weise vor dessen Einsetzen in die jeweilige Vertiefung wie gewünscht optimiert werden. Beispielsweise kann das Gleitelement vor dessen Einsetzen in die Vertiefung fertigungstechnisch einfach mit einer reibungsreduzierenden Oberflächenbeschichtung versehen werden. Dadurch werden die Prozesskomplexität und die Kosten im Vergleich zu einer Beschichtung der kurbelgehäuseseitigen oder zylinderlaufbuchsenseitigen Zylinderwand deutlich verringert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist der zentrale Bereich der Zylinderlaufbahn derart angeordnet, dass sich an diesem während des Betriebs der Brennkraftmaschine im Wesentlichen ein hydrodynamisches Gleitlager zwischen der Zylinderwand und dem zugeordneten Kolben ausbildet. Somit herrscht in dem zentralen Bereich der Zylinderlaufbahn verlustarme Flüssigkeitsreibung.
Weiter bevorzugt ist der obere und/oder der untere Bereich der Zylinderlaufbahn derart angeordnet, dass an diesem während des Betriebs der Brennkraftmaschine Mischreibung, insbesondere Mischreibung und Haftreibung, zwischen dem jeweiligen Gleitelement und dem zugeordneten Kolben vorherrscht. So kann mittels des jeweiligen Gleitelements die Reibung zwischen der Zylinderlaufbahn und dem zugeordneten Kolben besonders effektiv verringert werden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine an dem oberen und/oder unteren Bereich der Zylinderlaufbahn ein Reibungskoeffizient zwischen dem jeweiligen Gleitelement und dem zugeordneten Kolben in einem Bereich von 0,01 bis 0,06 liegt, um die Brennkraftmaschine auf besonders effizient betreiben zu können.
Vorzugsweise ist der obere Bereich der Zylinderlaufbahn durch einen oberen Endbereich der Zylinderlaufbahn gebildet. Ebenso bevorzugt ist der untere Bereich der Zylinderlaufbahn durch einen unteren Endbereich der Zylinderlaufbahn gebildet.
Weiter bevorzugt ist der obere Bereich der Zylinderlaufbahn derart angeordnet, dass eine äußere Gleitwand des zugeordneten Kolbens zumindest am oberen Totpunkt (OT) des Kolbens in Kontakt mit dem Gleitelement ist. Dadurch können die Reibung und der Verschleiß der Zylinderlaufbahn auf besonders effektive Weise verringert werden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die äußere Gleitwand des Kolbens zumindest in einem Kurbelwinkelbereich der Brennkraftmaschine von 10° Kurbelwinkel vor OT bis 15° Kurbelwinkel nach OT in Kontakt mit dem Gleitelement ist. Die Begrifflichkeit „Kolben” ist hier vorstehend und nachfolgend ausdrücklich in einem weiten Sinne zu verstehen und soll nicht nur den Kolben, sondern auch dem Kolben zugeordnete Kolbenringe umfassen.
Alternativ und/oder zusätzlich kann auch der untere Bereich der Zylinderlaufbahn derart angeordnet sein, dass eine äußere Gleitbahn des zugeordneten Kolbens zumindest am unteren Totpunkt (UT) des Kolbens in Kontakt mit dem Gleitelement ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die äußere Gleitwand des Kolbens zumindest in einem Kurbelwinkelbereich der Brennkraftmaschine von 10° Kurbelwinkel vor UT bis 15° Kurbelwinkel nach UT in Kontakt mit dem Gleitelement ist.
In einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung ist die Länge bzw. Höhe der Zylinderlaufbahn um ein Vielfaches größer als die Höhe des ringförmigen Gleitelements. Bei einem derartigen Höhenunterschied ist das Vorsehen der erfindungsgemäßen Gleitelemente besonders effektiv. Besonders bevorzugt ist die Länge bzw. die Höhe der Zylinderlaufbahn dabei wenigstens viermal so groß als die Höhe des ringförmigen Gleitelements.
Weiter bevorzugt weist das Material des jeweiligen Gleitelements und das Material der Zylinderwand einen im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass sich zwischen der kurbelgehäuseseitigen oder zylinderlaufbuchsenseitigen Zylinderwand und dem jeweiligen Gleitelement temperaturbedingt Kanten bzw. Sprünge bildet, so dass stets ein im Wesentlichen glatter Übergang zwischen der Zylinderwand und dem jeweiligen Gleitelement vorherrscht. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Material des Gleitelements und das Material der Zylinderwand im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. In einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung sind das Material des Gleitelements und das Material der Zylinderwand dabei aus Stahl, aus Gusseisen oder aus Aluminium gefertigt.
Weiter bevorzugt ist das ringförmige Gleitelement innenseitig mit einer Gleitschicht beschichtet, um die Reibung und den Verschleiß der Brennkraftmaschine weiter zu verringern. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Gleitschicht DLC-Schicht und/oder durch APS-Schicht (APS: Atmosphärisches Plasma Spritzen) gebildet ist. Die APS-Schicht kann dabei beispielsweise metallisch, metall-keramisch oder vollkeramisch ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist zwischen der Gleitschicht und einem, insbesondere durch Aluminium gebildeten, Grundmaterial des ringförmigen Gleitelements eine Stützschicht bzw. Stabilisierungsschicht vorgesehen. Mittels einer derartigen Stützschicht wird dem sog. Eierschaleneffekt, das heißt Brechen der Schicht durch plastische Verformung des beispielsweise Aluminiumgrundmaterials, zuverlässig entgegengewirkt. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Stützschicht durch eine chemische Nickel-Schicht gebildet ist.
Weiter bevorzugt weist die radial innere Gleitelementwand des jeweiligen Gleitelements eine geringere Oberflächenrauheit auf, als ein die Zylinderlaufbahn bildender Wandbereich der kurbelgehäuseseitigen oder zylinderlaufbuchsenseitigen Zylinderwand. So wird die Reibung und der Verschleiß der Brennkraftmaschine effektiv reduziert und gleichzeitig auch die Fertigung der Brennkraftmaschine vereinfacht, da die üblicherweise nur schwer zugängliche Zylinderwand des Kurbelgehäuses oder der Zylinderlaufbuchse mit einer geringeren Oberflächenrauheit versehen wird als die einfach zu bearbeitenden Gleitelemente.
Vorzugsweise ist das jeweilige Gleitelement in einer flächigen Anlageverbindung mit dem Kurbelgehäuse oder der Zylinderlaufbuchse, um das Gleitelement einfach und zuverlässig befestigen zu können. Weiter bevorzugt ist das Gleitelement formschlüssig und/oder stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Klebeverbindung oder einer Schweißverbindung, mit dem Kurbelgehäuse oder der Zylinderlaufbuchse verbunden, um das Gleitelement zuverlässig an dem Kurbelgehäuse oder der Zylinderlaufbuchse zu befestigen. Vorzugsweise wird das jeweilige Gleitelement durch thermisches Fügen oder mechanisches Pressen an dem Kurbelgehäuse oder der Zylinderlaufbuchse festgelegt.
In einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung weist die Vertiefung der Zylinderwand im Querschnitt gesehen, eine im Wesentlichen U-förmige Kontur auf, um die Vertiefung einfach und funktionsoptimiert zu gestalten. Weiter bevorzugt ist das ringförmige Gleitelement im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet, um das ringförmige Gleitelement fertigungstechnisch einfach auszubilden. Weiter bevorzugt liegt das Gleitelement konturangepasst in der zugeordneten Vertiefung ein.
Zur Lösung der bereits genannten Aufgabe wird ferner ein Zylinderlaufbuchsen-Set beansprucht, mit einer, eine Zylinderlaufbahn ausbildenden Zylinderlaufbuchse. Erfindungsgemäße ist die Zylinderlaufbahn nur teilweise durch eine Zylinderwand der Zylinderlaufbuchse gebildet, wobei die Zylinderlaufbahn an einem, in Zylinder-Axialrichtung gesehen, zentralen Bereich durch die Zylinderwand der Zylinderlaufbuchse gebildet ist, wobei die Zylinderwand der Zylinderlaufbuchse an einem nach oben an dem zentralen Bereich anschließenden oberen Bereich und/oder an einem nach unten an den zentralen Bereich anschließenden unteren Bereich der Zylinderlaufbahn eine, insbesondere in Zylinder-Umfangsrichtung verlaufende, umlaufende Vertiefung aufweist, in die jeweils ein einteiliges oder mehrteiliges ringförmiges Gleitelement als Bestandteil des Sets eingesetzt werden kann, wobei eine radial innere Gleitelementwand des eingesetzten Gleitelements einen Teil der Zylinderlaufbahn ausbildet.
Die sich durch das erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchsen-Set ergebenden Vorteile sind identisch mit den bereits gewürdigten Vorteilen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, so dass diese an dieser Stelle nicht wiederholt werden.
Des Weiteren wird auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine beansprucht. Die sich durch das erfindungsgemäße Fahrzeug ergebende Vorteile sind ebenfalls identisch mit den bereits gewürdigten Vorteile der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, so dass diese hier ebenfalls nicht wiederholt werden.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln und/oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen lediglich beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung einen Teil einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
2 das Detail A aus 1 in vergrößerter Darstellung;
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B aus 1;
4 in einer Darstellung gemäß 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
5 in einer Darstellung gemäß 1 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; und
6 das Detail C aus 5 in vergrößerter Darstellung.
In 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die als Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgebildete Brennkraftmaschine 1 weist ein Kurbelgehäuse 3 und eine an dem Kurbelgehäuse 3 festgelegte Zylinderlaufbuchse 5 auf. Die Zylinderlaufbuchse 5 ist hier beispielhaft mittels einer Press-Verbindung an dem Kurbelgehäuse 3 festgelegt.
Die Zylinderlaufbuchse 5 weist radial innen eine Zylinderwand 7 auf, die einen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ausbildet, in dessen Zylinderraum 9 ein mit gestrichelten Linien angedeuteter Kolben 11 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Die Zylinderwand 7 bildet hier dabei einen, in Zylinder-Axialrichtung x gesehen, zentralen Bereich 13 einer Zylinderlaufbahn aus, mittels der der Kolben 11 geführt wird.
An einem, in Zylinder-Axialrichtung x gesehen, nach oben an den zentralen Bereich 13 der Zylinderlaufbahn anschließenden oberen Bereich 15 der Zylinderlaufbahn weist die Zylinderwand 7 hier eine umlaufende Vertiefung 17 auf, in die ein hier beispielhaft einteiliges ringförmiges Gleitelement 19 eingesetzt ist. Eine radial innere Gleitelementwand 21 des ringförmigen Gleitelements 19 bildet hier dabei ebenfalls einen Teil der Zylinderlaufbahn aus.
Gemäß 1 weist die Zylinderwand 7 hier zudem auch an einem, in Zylinder-Axialrichtung x gesehen, nach unten an den zentralen Bereich 13 anschließenden unteren Bereich 22 eine umlaufende Vertiefung 23 auf, in die ebenfalls ein hier beispielhaft einteiliges ringförmiges Gleitelement 25 eingesetzt ist. Eine radial innere Gleitelementwand 27 des Gleitelements 25 bildet hier dabei ebenfalls einen Teil der Zylinderlaufbahn aus. Die Gleitelemente 19, 25 können dabei beispielsweise durch thermisches Fügen oder mechanisches Pressen an der Zylinderlaufbuchse 5 festgelegt werden. Zudem sind die Gleitelemente 19, 25 hier beispielhaft im Wesentlichen identisch bzw. baugleich ausgebildet.
Des Weiteren sind das Kurbelgehäuse 3, die Zylinderlaufbuchse 5 aus Gusseisen (GJL) und die Gleitelemente 19, 25 hier aus Stahl gefertigt. Zudem bilden die Zylinderlaufbuchse 5 und die Gleitelemente 19, 25 hier ein Zylinderlaufbuchsen-Set aus.
Weiter bildet der obere Bereich 15 der Zylinderlaufbahn bzw. das obere Gleitelement 19 hier beispielhaft einen oberen Endbereich der Zylinderlaufbahn aus. Zudem bildet hier beispielhaft auch der untere Bereich 22 bzw. das untere Gleitelement 25 der Zylinderlaufbahn einen unteren Endbereich der Zylinderlaufbahn aus. Somit erstreckt sich die Zylinderlaufbahn hier im Wesentlichen ausgehend von einer Oberseite 29 des oberen Gleitelements 19 über eine Zylinderlaufbahn-Länge I_ZLB bis zu einer Unterseite 31 des unteren Gleitelements 25. Eine Höhe h_G des jeweiligen Gleitelements 19, 25 ist hier beispielhaft ein Vielfaches größer als die Länge bzw. die Höhe der Zylinderlaufbahn I_ZLB.
Des Weiteren ist der obere Bereich 15 der Zylinderlaufbahn bzw. das Gleitelement 19 hier auch derart angeordnet, dass eine äußere Gleitwand des Kolbens 11 zumindest im oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 11 in Kontakt bzw. in Anlage mit dem Gleitelement 19 ist. Zudem ist hier auch der untere Bereich 22 der Zylinderlaufbahn bzw. das Gleitelement 25 derart angeordnet, dass die äußere Gleitwand des Kolbens 11 am unteren Totpunkt (UT) des Kolbens 11 in Kontakt bzw. in Anlage mit dem Gleitelement 25 ist.
Wie aus 1 weiter hervorgeht, setzt sich die Zylinderwand 7 der Zylinderlaufbuchse 5 hier oberhalb der Vertiefung 17 mit einem Wandbereich 33 nach oben fort. Zudem setzt sich die Zylinderwand 7 hier unterhalb der Vertiefung 23 mit einem Wandbereich 35 nach unten fort. Die Wandbereiche 33, 35 sowie ein zwischen den Vertiefungen 17, 23 befindlicher Wandbereich 37 der Zylinderwand 7 weisen hier beispielhaft einen identischen Durchmesser auf. Bei den Vertiefungen 17, 23 der Zylinderwand 7 bzw. bei die Vertiefungen 17, 23 bildenden Wandbereichen 39, 41 der Zylinderwand 7 ist der Durchmesser der Zylinderwand 7 im Vergleich zu den Wandbereichen 33, 35, 37 vergrößert.
Weiter ist der zentrale Bereich 13 der Zylinderlaufbahn bzw. der Wandbereich 37 der Zylinderwand 7 hier derart angeordnet, dass sich zwischen dem Wandbereich 37 der Zylinderwand 7 und dem Kolben 11 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 im Wesentlichen ein hydrodynamischen Gleitlager ausbildet. Zudem sind der obere Bereich 15 und der untere Bereich 22 der Zylinderlaufbahn bzw. die Vertiefungen 17, 23 der Zylinderwand 7 derart angeordnet, dass an diesen während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 Mischreibung zwischen den Gleitelementen 19, 25 und dem Kolben 11 vorherrscht. Somit sind die Gleitelemente 29, 25 hier an denjenigen Bereichen der Zylinderlaufbahn angeordnet, an denen während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 Reibung und daher auch ein relativ hoher Energieverlust auftritt.
Wie weiter aus 2 hervorgeht, weist die jeweilige Vertiefung 17, 23 bzw. der jeweilige Wandbereich 39, 41 der Zylinderwand 7 hier, im Querschnitt gesehen, eine im Wesentlichen U-förmige Kontur auf. Zudem ist das jeweilige Gleitelement 19, 25 hier gemäß 2 im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet. Weiter liegt das jeweilige Gleitelement 19, 25 hier beispielhaft konturangepasst in der jeweils zugeordneten Vertiefung 17, 23 ein, so dass das jeweilige Gleitelement 19, 25 mit Ausnahme der jeweiligen radial inneren Gleitelementwand 21, 27 in Anlage mit dem jeweiligen Wandbereich 39, 41 der Zylinderwand 7 ist. Somit sind die Gleitelemente 19, 25 hier auch in einer flächigen Anlageverbindung mit der Zylinderlaufbuchse 5 und formschlüssig mit der Zylinderlaufbuchse verbunden.
Wie aus 2 weiter hervorgeht, ist das jeweilige Gleitelement 19, 25 hier auch innenseitig bzw. radial innen mit einer Gleitschicht 43 beschichtet, mittels der die Reibung zwischen den Gleitelementen 19, 25 und dem Kolben 11 verringert wird. Diese Gleitschicht 43 ist vorzugsweise durch eine DLC-Schicht oder durch eine APS-Schicht gebildet. Die Gleitschicht 43 ist hier dabei unmittelbar auf den hier beispielhaft durch Stahl gebildeten Grundkörper 45 des jeweiligen Gleitelements 19, 25 aufgebracht. Des Weiteren weist die radial innere Gleitelementwand 21, 27 des jeweiligen Gleitelements 19, 25 hier beispielhaft auch eine geringere Oberflächenrauheit auf als der Wandbereich 37 der Zylinderwand 7.
Wie weiter in 3 gezeigt ist, ist das jeweilige Gleitelement 19, 25 hier zudem einteilig bzw. durch einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring gebildet.
In 4 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 gezeigt. Im Vergleich zu der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 ist das jeweilige Gleitelement 19, 25 hier nicht einteilig, sondern mehrteilig ausgebildet. Das jeweilige Gleitelement 19, 25 setzt sich hier dabei aus mehreren, hier beispielhaft drei, Ringsegmenten 49 zusammen. Die Ringsegmente 49 sind hier dabei im Wesentlichen baugleich bzw. identisch ausgebildet.
In 5 ist eine dritte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 gezeigt. Im Vergleich zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschine 1 hier keine Zylinderlaufbuchse 5 auf. Anstelle dessen ist die den Zylinder bildende Zylinderwand 7 hier durch das Kurbelgehäuse 3 selbst gebildet. Des Weiteren sind das Kurbelgehäuse 3 und die Gleitelemente 19, 25 hier nicht aus Stahl, sondern aus Aluminium gefertigt.
Wie weiter aus 6 hervorgeht, ist hier zudem zwischen der Gleitschicht 43 und dem hier durch Aluminium gebildeten Grundkörper 45 des jeweiligen Gleitelements 19, 25 eine Stützschicht 51 vorgesehen, mittels der die Stabilität der Gleitschicht 43 erhöht bzw. dem Eierschaleneffekt der Gleitschicht 43 entgegengewirkt wird.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
3: Kurbelgehäuse
5: Zylinderlaufbuchse
7: Zylinderwand
9: Zylinderraum
11: Kolben
13: zentraler Bereich
15: oberer Bereich
17: Vertiefung
19: Gleitelement
21: Gleitelementwand
22: unterer Bereich
23: Vertiefung
25: Gleitelement
27: Gleitelementwand
29: Oberseite
31: Unterseite
33: Bereich
35: Bereich
37: Bereich
39: Wandbereich
41: Wandbereich
43: Gleitschicht
45: Grundkörper
49: Ringsegment
51: Stützschicht
I_ZLB: Zylinderlaufbahn-Länge

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem, eine Zylinderlaufbahn aufweisenden Zylinder, wobei die Zylinderlaufbahn eine Führung für einen dem Zylinder zugeordneten Kolben (11) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahn nur teilweise durch eine Zylinderwand (7) eines Kurbelgehäuses (3) oder einer an dem Kurbelgehäuse (3) festgelegten Zylinderlaufbuchse (5) gebildet ist, wobei die Zylinderlaufbahn an einem, in Zylinder-Axialrichtung (x) gesehen, zentralen Bereich (13) durch die Zylinderwand (7) gebildet ist, wobei die Zylinderwand (7) an einem nach oben an den zentralen Bereich (13) anschließenden oberen Bereich (15) und/oder an einem nach unten an den zentralen Bereich (13) anschließenden unteren Bereich (22) der Zylinderlaufbahn eine, insbesondere in Zylinder-Umfangsrichtung verlaufende, umlaufende Vertiefung (17, 23) aufweist, in die jeweils ein einteiliges oder mehrteiliges ringförmiges Gleitelement (19, 25) eingesetzt ist, dessen radial innere Gleitelementwand (21, 37) einen Teil der Zylinderlaufbahn ausbildet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Bereich (13) der Zylinderlaufbahn derart angeordnet ist, dass sich an diesem während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) im Wesentlichen ein hydrodynamisches Gleitlager zwischen der Zylinderwand (7) und dem zugeordneten Kolben (11) ausbildet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und/oder untere Bereich (15, 22) der Zylinderlaufbahn derart angeordnet ist, dass an diesem während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) Mischreibung zwischen dem jeweiligen Gleitelement (19, 25) und dem zugeordneten Kolben (11) vorherrscht, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) an dem oberen und/oder unteren Bereich (15, 22) der Zylinderlaufbahn ein Reibungskoeffizient zwischen dem jeweiligen Gleitelement (19, 25) und dem zugeordneten Kolben (11) in einem Bereich von 0,01 bis 0,06 liegt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich (15) der Zylinderlaufbahn einen oberen Endbereich der Zylinderlaufbahn ausbildet, und/oder dass der untere Bereich (22) der Zylinderlaufbahn einen unteren Endbereich der Zylinderlaufbahn ausbildet.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich (15) der Zylinderlaufbahn derart angeordnet ist, dass eine äußere Gleitwand des zugeordneten Kolbens (11) zumindest am oberen Totpunkt (OT) des Kolbens (11) in Kontakt mit dem Gleitelement (19) ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die äußere Gleitwand des Kolbens (11) zumindest in einem Kurbelwinkelbereich der Brennkraftmaschine von 10° Kurbelwinkel vor OT bis 15° Kurbelwinkel nach OT in Kontakt mit dem Gleitelement (19) ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich (22) der Zylinderlaufbahn derart angeordnet ist, dass eine äußere Gleitwand des zugeordneten Kolbens (11) zumindest am unteren Totpunkt (UT) des Kolbens (11) in Kontakt mit dem Gleitelement (25) ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die äußere Gleitwand des Kolbens (11) zumindest in einem Kurbelwinkelbereich der Brennkraftmaschine (1) von 10° Kurbelwinkel vor UT bis 15° Kurbelwinkel nach UT in Kontakt mit dem Gleitelement (25) ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (I_ZLB) der Zylinderlaufbahn um ein Vielfaches größer ist, bevorzugt wenigstens viermal so groß ist, als die Höhe des ringförmigen Gleitelements (19, 25).
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gleitelements (19, 25) und das Material der Zylinderwand (7) einen im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Material des Gleitelements (19, 25) und das Material der Zylinderwand (7) im Wesentlichen identisch ausgebildet sind und/oder aus Stahl, aus Gusseisen oder aus Aluminium gefertigt sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Gleitelement (19, 25) innenseitig mit einer Gleitschicht (43) beschichtet ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Gleitschicht (43) durch eine DLC-Schicht und/oder durch eine APS-Schicht gebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gleitschicht (43) und einem, insbesondere durch Aluminium gebildeten, Grundmaterial des ringförmigen Gleitelements (19, 25) eine Stützschicht (51) vorgesehen ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Stützschicht (51) durch eine chemische Nickel-Schicht gebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Gleitelementwand (21, 27) des jeweiligen Gleitelements (19, 25) eine geringere Oberflächenrauheit aufweist als ein die Zylinderlaufbahn bildender Wandbereich (37) der kurbelgehäuseseitigen oder zylinderlaufbuchsenseitigen Zylinderwand (7).
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (19, 25) in einer flächigen Anlageverbindung mit dem Kurbelgehäuse (3) oder der Zylinderlaufbuchse (5) ist, und/oder dass das Gleitelement (19, 25) stoffschlüssig mit dem Kurbelgehäuse (3) oder der Zylinderlaufbuchse (5) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (17, 23) der Zylinderwand (7), im Querschnitt gesehen, eine im Wesentlichen U-förmige Kontur aufweist, und/oder dass das ringförmige Gleitelement (19, 25) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist, und/oder dass das Gleitelement (19, 25) konturangepasst in der zugeordneten Vertiefung (17, 23) einliegt.
Zylinderlaufbuchsen-Set, insbesondere für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer, eine Zylinderlaufbahn ausbildenden Zylinderlaufbuchse (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahn nur teilweise durch eine Zylinderwand (7) der Zylinderlaufbuchse (5) gebildet ist, wobei die Zylinderlaufbahn an einem, in Zylinder-Axialrichtung gesehen, zentralen Bereich (19) durch die Zylinderwand (7) der Zylinderlaufbuchse (5) gebildet ist, wobei die Zylinderwand (7) der Zylinderlaufbuchse (5) an einem nach oben an den zentralen Bereich (13) anschließenden oberen Bereich (15) und/oder an einem nach unten an den zentralen Bereich (13) anschließenden unteren Bereich (22) der Zylinderlaufbahn eine, insbesondere in Zylinder-Umfangsrichtung verlaufende, umlaufende Vertiefung (17, 23) aufweist, in die jeweils ein einteiliges oder mehrteiliges ringförmiges Gleitelement (19, 25) des Sets einsetzbar ist, wobei eine radial innere Gleitelementwand (21, 27) des eingesetzten Gleitelements (19, 25) einen Teil der Zylinderlaufbahn ausbildet.
Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13.