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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Moderne Dieselmotoren benötigen ein hochentwickeltes Abgasnachbehandlungssystem, um Abgasstandards wie z.B. 6d-TEMP oder 6d zu erfüllen. Ein solches System muss in der Regel neben einem regulären Oxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter (DPF) auch eine Stickoxidfalle (Lean NOx Trap; LNT) und einen SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) enthalten. Der LNT sammelt Stickoxide durch eine chemische Reaktion. Kurz vor dem Erreichen der Speicherkapazität muss der LNT regeneriert werden, damit er wieder effektiv arbeiten kann. Dies geschieht in der Regel durch eine Kraftstoffeinspritzung in der späten Verbrennungsphase, um das Abgas zu erwärmen und unverbrannten Kraftstoff zu erhalten, der im LNT reagiert. Der DPF sammelt Ruß und Partikel bis zu einem bestimmten Füllungsgrad. Bevor dieser Füllungsgrad überschritten wird, wird der DPF regeneriert, indem Ruß und Partikel im Filter verbrannt werden. Dazu wird zusätzlicher Kraftstoff benötigt, der in der späten Verbrennungsphase wieder eingespritzt wird.
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Bei der beschriebenen späten Einspritzung trifft eine erhebliche Menge flüssigen Kraftstoffs auf die Zylinderlaufbuchse. Dabei ist es unvermeidlich, dass ein Teil des Kraftstoffs zwischen Kolben und Zylinderwand hindurchgelangt, also aus dem Verbrennungsraum vorbei an den Kompressionsringen und dem Ölabstreifring ins Kurbelgehäuse gelangt. Dies führt schließlich dazu, dass sich Kraftstoff und Motoröl vermischen, d.h. das Motoröl verdünnt wird. Derart verdünntes Öl hat allerdings verminderte Schmiereigenschaften, so dass sich das Ölwechselintervall erheblich verkürzt.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Aufrechterhaltung der Schmierölqualität bei einem Dieselmotor, bei welchem unverbrannter Brennstoff zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung genutzt wird, durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbrennungsmotor einer Kontaminierung von Schmiermittel durch Treibstoff entgegenzuwirken.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird ein Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt, welcher beispielhaft als Dieselmotor ausgeführt und im Folgenden als Dieselmotor bezeichnet wird. Der Dieselmotor ist normalerweise als Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge wie Lkw oder Pkw vorgesehen, allerdings wäre z.B. auch eine Anwendung für Schienen- oder Wasserfahrzeuge denkbar.
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Der Dieselmotor weist eine Mehrzahl von Zylindern auf. Die Anordnung der Zylinder ist im Rahmen der Erfindung nicht beschränkt und der Dieselmotor kann als Reihenmotor, V-Motor oder Boxermotor ausgebildet sein. Jeder Zylinder weist jeweils eine Zylinderwandung und einen Zylinderinnenraum auf. Die Zylinderwandung wird normalerweise durch einen Zylinderblock oder einem Motorblock gebildet. Ihre Form entspricht normalerweise wenigstens überwiegend einem Kreiszylindermantel und der Zylinderinnenraum, der umlaufend von der Zylinderwandung umgeben ist, ist kreiszylindrisch ausgebildet.
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Im Zylinderinnenraum ist ein Kolben in einer axialen Richtung verschiebbar geführt. Die axiale Richtung entspricht also der Verschiebungsrichtung des Kolbens, außerdem entspricht sie normalerweise wenigstens überwiegend einer Symmetrieachse des Zylinders, im Fall eines Kreiszylinders entspricht sie dessen Mittelachse. Der Zylinderinnenraum ist mit einem axial unterhalb angeordneten Kurbelgehäuseraum verbunden. Im Kurbelgehäuseraum ist in zusammengebautem Zustand eine Kurbelwelle angeordnet, die über jeweils eine Pleuelstange mit dem jeweiligen Kolben verbunden ist. Hierdurch wird eine oszillierende Bewegung des Kolbens zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt erzeugt. Hier und im Folgenden sind die Begriffe „axial oberhalb“ sowie „axial unterhalb“ so definiert, dass der Kurbelgehäuseraum axial unterhalb des Zylinderinnenraums angeordnet ist. D.h. diese Angaben implizieren keine bestimmte Anordnung in Bezug auf die Wirkrichtung der Schwerkraft im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand des Dieselmotors. Allerdings kann z.B. bei einem Reihenmotor ein „axial oberhalb“ angeordnetes Bauteil auch in Bezug auf die Schwerkraft oberhalb angeordnet sein. Der Kolben kann einen Kolbenschaft (auch als Kolbenhemd bezeichnet) sowie eine Ringpartie aufweisen. Letztere ist axial oberhalb des Kolbenschafts vorgesehen und weist Kolbenstege und zwischengeordnete Kolbenringnuten auf, in denen Kolbenringe aufgenommen sind, z.B. zwei Kompressionsringe und einen Ölabstreifring. Weiter weist der Kolben in aller Regel eine Kolbennabe auf, in der ein Kolbenbolzen zur Verbindung mit der Pleuelstange aufgenommen ist.
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Im Betriebszustand ist ein Schmiermittel (normalerweise ein Schmieröl) dazu vorgesehen, die Reibung zwischen den beweglichen Teilen des Dieselmotors zu minimieren sowie Wärme von besonders erhitzten Teilen abzuführen. Die Art der Schmierung ist im Rahmen der Erfindung nicht eingeschränkt und es könnte sich z.B. um eine Nass- oder Trockensumpfschmierung handeln. In jedem Fall befindet sich zwischen dem Kolben und der Zylinderwandung Schmiermittel, welches eine gleitende Verschiebung des Kolbens ermöglicht. Insbesondere bei einer Einspritzung in einer späten Verbrennungsphase, ggf. aber auch in anderen Situationen, kann sich unverbrannter (Diesel-)Treibstoff mit Schmiermittel vermischen und zwischen Kolben und Zylinderwandung hindurchgelangen, also in einen (axial) unteren Bereich des Zylinderraums und/oder in den Kurbelgehäuseraum. Aufgrund einer Umwälzung bzw. eines Kreislaufs des Schmiermittels besteht mit der Zeit die Gefahr einer fortschreitenden Kontamination des gesamten Schmiermittels.
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Erfindungsgemäß ist eine Leitanordnung dazu ausgebildet, Schmiermittel an der Zylinderwandung entlang zu einer Abführöffnung eines Abführkanals zu führen, welcher Abführkanal den Zylinderinnenraum mit einem Verdampferraum verbindet, der dazu eingerichtet ist, im Schmiermittel enthaltenen Treibstoff zu verdampfen. Wie nachfolgend erläutert wird, kann die Leitanordnung insbesondere durch den Kolben und/oder die Zylinderwandung gebildet sein. Dabei können der Kolben und die Zylinderwandung entsprechend der oszillierenden Bewegung des Kolbens zusammenwirken, um das Schmiermittel in der beschriebenen Weise zu führen. In jedem Fall ist die Leitanordnung dazu ausgebildet, Schmiermittel entlang der Zylinderwandung zu führen. Das Schmiermittel kann sich dabei wenigstens teilweise oder zeitweise zwischen dem Kolben und der Zylinderwandlung befinden. Es wird durch die Leitanordnung zu einer Abführöffnung geführt, die gewissermaßen den Eingang eines Abführkanals bildet. Der Begriff „Abführkanal“ weist darauf hin, dass dieser Kanal dazu dient, Schmiermittel aus dem Zylinderinnenraum abzuführen. D. h., im Betriebszustand wird das Schmiermittel zunächst durch die Leitanordnung zur Abführöffnung geführt bzw. geleitet und kann im Weiteren durch den Abführkanal den Zylinderinnenraum verlassen. Der Abführkanal bildet eine Verbindung zwischen dem Zylinderinnenraum und einem Verdampferraum. Er erstreckt sich dabei bevorzugt wenigstens teilweise innerhalb der Zylinderwandung bzw. vom Zylinderinnenraum aus gesehen hinter der Zylinderwandung. Je nach Ausführungsform kann der Abführkanal durch ein einziges Element, bspw. einen Zylinderblock oder Motorblock gebildet sein oder er könnte durch mehrere, flüssigkeitsleitend miteinander verbundene Elemente gebildet sein. In jedem Fall ist der Abführkanal normalerweise derart ausgebildet, dass er eine Leitung des flüssigen Schmiermittels ermöglicht, bei der keine oder allenfalls vernachlässigbare Verluste auftreten. Die Leitung des Schmiermittels durch den Abführkanal kann bspw. auf einer Druckdifferenz zwischen dem Zylinderinnenraum und dem Verdampferraum beruhen oder darauf, dass eine Höhendifferenz zwischen der Abführöffnung und dem Verdampferraum gegeben ist.
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Der Verdampferraum ist dazu ausgebildet, im Schmiermittel enthaltenen Treibstoff, also Dieseltreibstoff, zu verdampfen. D.h., wenn Schmiermittel, dass wie oben beschrieben durch Treibstoff kontaminiert ist, in den Verdampferraum gelangt, wird der enthaltene Treibstoff ganz oder teilweise verdampft. Dementsprechend wird das Schmiermittel gereinigt, was seine Lebensdauer verlängert. In aller Regel beruht die Verdampfung des Treibstoffs auf einer Erwärmung, es wäre allerdings zumindest ergänzend auch denkbar, dass die Verdampfung durch eine bspw. zeitweise Druckverringerung im Verdampferraum ausgelöst oder unterstützt wird. Das auf diese Weise ganz oder teilweise gereinigte Schmiermittel kann weiter genutzt werden, wobei es direkt oder über einen Umweg wieder dem Schmiermittelkreislauf zugeführt werden kann. Von Vorteil ist, dass die Leitanordnung Schmiermittel an der Zylinderwand erfassen kann, also unmittelbar dort, wo eine mögliche Kontamination durch unverbrannten Treibstoff auftritt, der aus dem Brennraum am Kolben vorbei gelangt.
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Hinsichtlich der Anordnung des Verdampferraums bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, die sich u.a. nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum richten können. Bspw. kann der Verdampferraum innerhalb des eigentlichen Motorgehäuses angeordnet sein oder außerhalb desselben. Er kann bspw. innerhalb eines Zylinderblocks, eines Motorblocks, eines Kurbelgehäuses oder einer Ölwanne angeordnet sein.
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Hinsichtlich der Rückführung des gereinigten Schmiermittels in den Schmiermittelkreislauf bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Die Rückführung kann direkt in den Motor erfolgen oder zu einer anderen Komponente, die Teil des gleichen Schmiermittelkreislaufs ist wie der Motor. Gemäß einer Ausführungsform verbindet ein Rückführkanal den Verdampferraum mit dem Kurbelgehäuseraum. Der Rückführkanal ist dazu ausgebildet, Schmiermittel aus dem Verdampferraum in den Kurbelgehäuseraum zu leiten. Wie der Abführkanal kann auch der Rückführkanal durch ein oder mehrere Elemente gebildet sein. Normalerweise ist er wenigstens teilweise durch ein Kurbelgehäuse gebildet bzw. innerhalb des Kurbelgehäuses ausgebildet. Die Leitung des Schmiermittels durch den Rückführkanal kann bspw. auf einer Druckdifferenz zwischen dem Verdampferraum und dem Kurbelgehäuseraum beruhen oder auf einer Höhendifferenz, so dass das Schmiermittel gewissermaßen gravitativ geführt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leitanordnung wenigstens eine in der Zylinderwandung ausgebildete Leitungsnut auf, die sich von einem Anfangsbereich zu einer tangential hierzu versetzten Abführöffnung erstreckt. Die Leitungsnut bildet einen radial nach außen zurückweichenden Bereich der Zylinderwandung. Schmiermittel kann zum einen gewissermaßen passiv in die Leitungsnut hineinfließen, zum anderen kann es aber auch durch den Kolben in die Leitungsnut hineingedrückt werden, wenn dieser sich relativ zum Zylinder bewegt. Auch innerhalb der Leitungsnut kann ein dynamisch auftretender Druck seitens des Kolbens auf das Schmiermittel wirken, der die Bewegung desselben zur Abführöffnung hin zumindest unterstützt. Alternativ oder zusätzlich kann das Schmiermittel auch aufgrund eines Höhenunterschieds zur Abführöffnung fließen. In jedem Fall ist die Leitungsnut allerdings nicht tangential lokalisiert, sondern erstreckt sich tangential von einem Anfangsbereich zu einer Abführöffnung. Der Anfangsbereich kann als Anfang der Leitungsnut angesehen werden, was allerdings nicht bedeutet, dass Schmiermittel ausschließlich im Anfangsbereich in die Leitungsnut eintritt. Vielmehr kann dies an einer beliebigen Stelle, ggf. auch nahe der Abführöffnung, geschehen. Hinsichtlich der axialen Anordnung und Ausdehnung der Leitungsnut bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Soweit der Kolben (wie allgemein üblich) eine Ringpartie mit Kolbenringen aufweist, ist es bevorzugt, dass die Nut vollständig unterhalb der Ringpartie angeordnet ist, insbesondere auch dann, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet.
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Wie bereits erwähnt, ist die Abführöffnung gegenüber dem Anfangsbereich tangential versetzt. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Abführöffnung gegenüber dem Anfangsbereich axial nach unten versetzt ist, wobei die Leitungsnut wenigstens abschnittsweise gegenüber der tangentialen Richtung geneigt ist. Die entsprechende Leitungsnut kann auch als in Richtung auf die Abführöffnung abfallend bezeichnet werden. Sie verläuft zumindest nicht vollständig in tangentialer Richtung, sondern ist in Richtung auf die axiale Richtung abwärts geneigt. Dies kann bspw. eine gravitative Förderung des Schmiermittels unterstützen. Insbesondere kann jedoch durch den Kolben eine dynamische Druckeinwirkung erfolgen, durch die das Schmiermittel innerhalb der Leitungsnut abwärts und somit aufgrund von deren Neigung auch tangential zur Abführöffnung hin geführt wird. Typischerweise weist der Kolben einen Kolbenschaft auf, dessen axial unterer Rand nicht durchgehend gerade in tangentialer Richtung verläuft, sondern axial vorspringende bzw. zurückweichende Abschnitte aufweist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn eine Abführöffnung tangential auf Höhe eines axial nach unten vorspringenden Abschnitts des Kolbenschafts angeordnet ist. D.h. die tangentialen Positionen der innerhalb der Leitungsnut axial unten liegenden Abführöffnung und des nach unten vorspringenden Abschnitts stimmen überein. Hierdurch kann die Strecke, die der Kolbenschaft innenseitig entlang der Leitungsnut entlangläuft, minimiert werden, was wiederum Reibung und Verschleiß minimiert.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass zwei Leitungsnuten in tangential entgegengesetzten Richtungen von einem gemeinsamen Anfangsbereich ausgehen und/oder aus tangential entgegengesetzten Richtungen auf eine gemeinsame Abführöffnung zulaufen. Im erstgenannten Fall kann das Schmiermittel also in tangential entgegengesetzte Richtungen von einem Anfangsbereich abgeführt werden, im letztgenannten Fall kann Schmiermittel aus tangential entgegengesetzten Richtungen einer Abführöffnung zugeführt werden. Es ist zu beachten, dass die genannten Leitungsnuten, die in einem Anfangsbereich bzw. an einer Abführöffnung aneinander grenzen, physisch unmittelbar ineinander übergehen können und insofern auch als eine Nut betrachtet werden können. Insbesondere können insgesamt vier Leitungsnuten vorgesehen sein sowie zwei Anfangsbereiche sowie zwei Abführöffnungen. Dabei können die vier Leitungsnuten insgesamt eine ringartig umlaufende Struktur bilden. Es ist bei zwei Leitungsnuten, die in einem Anfangsbereich bzw. an einer Abführöffnung aneinander grenzen, bevorzugt, dass diese symmetrisch zueinander ausgebildet sind. Dies ist insofern vorteilhaft, als zwischen der Leitungsnut und dem Kolben ein Kräftepaar wirkt. Sofern die Nuten symmetrisch ausgebildet sind, können sich die auf den Kolben wirkenden tangentialen Kraftkomponenten insgesamt aufheben, d.h. es wirkt kein Drehmoment um die axiale Richtung, welches z.B. zu einer Torsion führen könnte.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens ein Anfangsbereich in einer Bewegungsebene einer mit dem Kolben verbundenen Pleuelstange angeordnet. Die genannte Bewegungsebene verläuft naturgemäß senkrecht zur Achse der Kurbelwelle, an welcher die Pleuelstange angelenkt ist. Insbesondere können zwei Anfangsbereiche in der genannten Bewegungsebene, aber auf gegenüberliegenden Seiten der Zylinderwandung angeordnet sein.
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Hinsichtlich der Anordnung der Abführöffnung sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Gemäß einer Ausgestaltung ist wenigstens eine Abführöffnung in einem zwischen benachbarten Zylindern angeordneten Brückenbereich angeordnet. Der Brückenbereich ist ein Teil des Zylindergehäuses bzw. Motorgehäuses, der zwei benachbarte Zylinder voneinander trennt. Wenn die Abführöffnung dort angeordnet ist, verläuft der sich anschließende Abführkanal wenigstens teilweise im Brückenbereich. Aufgrund der Nähe der beiden Zylinder in diesem Bereich kann es sich auch anbieten, dass Abführöffnungen unterschiedlicher Zylinder in einen einzigen Abführkanal münden bzw. dass sich zwei Abführkanäle im Brückenbereich vereinigen.
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Um seine Funktion zu erfüllen, muss der Verdampferraum eine Temperatur aufweisen, die über der Siedetemperatur des Treibstoffs liegt. Je nach Ausgestaltung kann diese unterschiedlich erzeugt werden. Gemäß einer Option weist der Verdampferraum eine elektrische Heizvorrichtung auf. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur relativ gut und bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Alternativ können ohnehin hohe Temperaturen im Bereich des Dieselmotors genutzt werden. Beispielsweise kann die Wärme einer Abgasseite des Dieselmotors und/oder eines Nachbehandlungssystems genutzt werden, indem der Verdampferraum dort bzw. in thermischem Kontakt hiermit angeordnet wird.
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Normalerweise alternativ, ggf. aber auch zusätzlich zu wenigstens einer Leitungsnut kann die Leitanordnung wenigstens eine axial unten am Kolben ausgebildete Leitkante aufweisen, mit einem Mittelbereich, welcher tangential auf Höhe einer Abführöffnung angeordnet ist, sowie abgeschrägten Flankenbereichen, die sich tangential beiderseits des Mittelbereichs sowie axial abwärts erstrecken. Die Leitkante ist dabei benachbart zur Zylinderwandung angeordnet, d.h. sie wird bei der Bewegung des Kolbens dicht an der Zylinderwandung vorbeigeführt. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens wird Schmiermittel durch die Flankenbereiche erfasst und zum Mittelbereich hin geführt. Der Mittelbereich wiederum ist bezüglich der tangentialen Richtung auf Höhe einer Abführöffnung angeordnet, so dass das Schmiermittel weiter in diese hinein und weiter in den sich anschließenden Abführkanal gelangen kann. Die beiden Flankenbereiche können symmetrisch zueinander ausgebildet sein, wodurch sich tangentiale Kraftkomponenten, die seitens der Zylinderwandung auf den Kolben wirken, einander aufheben können. Die Leitkante kann insgesamt eine von unten nach oben gepfeilte Form aufweisen, wobei der Mittelbereich deren Spitze bildet. Die Flankenbereiche können in sich gerade ausgebildet sein, es wäre aber auch eine wenigstens teilweise gekrümmte oder abgewinkelte Form denkbar.
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Bevorzugt ist der Mittelbereich in axialer Richtung auf Höhe der Abführöffnung angeordnet, wenn der Kolben im unteren Totpunkt angeordnet ist. Auf diese Weise erreicht das durch die Flankenbereiche zum Mittelbereich geförderte Schmiermittel die Abführöffnung, ohne dass der Kolben unnötig weit über die Abführöffnung bewegt wird, was zu erhöhtem Verschleiß führen könnte.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf eine Dieselmotor eingeschränkt, sondern kann auch bei einem Ottomotor oder einem anderen Verbrennungsmotortyp angewendet werden.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische teilweise Schnittdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie II-II in 1;
- 3 eine schematische Darstellung von Teilen des Dieselmotors auf 1;
- 4 eine schematische teilweise Schnittdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform; sowie
- 5 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie V-V in 4.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 - 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, der beispielhaft als Dieselmotor 1 ausgeführt ist. Dabei ist in der stark schematisierten Darstellung in 1 eine Mehrzahl von Zylindern 5 erkennbar, von denen jeder einen Zylinderinnenraum 6 aufweist, der von einer Zylinderwandung 7 umgeben ist, die bspw. Teil eines Zylinderblocks oder Motorblocks sein kann. Zwischen zwei benachbarten Zylindern 5 ist jeweils ein Brückenbereich 8 erkennbar, in dem bspw. ein Kühlkanal 9 verlaufen kann. Jeder Zylinder 5 weist einen kreisförmigen Querschnitt sowie eine Mittelachse B auf, die eine axiale Richtung A definiert. Die Zylinderinnenräume 7 stehen mit einem in axialer Richtung A unterhalb angeordneten Kurbelgehäuseraum 15 in Verbindung. In dem Kurbelgehäuseraum 15 ist eine Kurbelwelle 16 angeordnet, die über jeweils eine Pleuelstange 17 einen Kolben 20 innerhalb jedes Zylinders 5 antreibt. Die Pleuelstangen 17 sind in den Figuren nur teilweise dargestellt, um dahinterliegende Elemente sichtbar zu machen. Der Kolben 20 weist einen Kolbenschaft 22 sowie eine axial oberhalb derselben angeordnete Ringpartie 21 auf.
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In einem axial gesehen unteren Bereich weist die Zylinderwandung 7 eine Mehrzahl von Leitungsnuten 11 auf. In diesem Fall sind vier Leitungsnuten 11 vorhanden, wie in 3 erkennbar ist. Je zwei Leitungsnuten 11 gehen von einem gemeinsamen Anfangsbereich 12 aus und erstrecken sich tangential in entgegengesetzte Richtungen, wobei sie axial schräg abwärts verlaufen. Die jeweilige Leitungsnut mündet in eine Abführöffnung 13, die ihrerseits in einen Abführkanal 14 mündet. Wie in 2 erkennbar ist, münden jeweils zwei Leitungsnuten 11 in eine gemeinsame Abführöffnung 13. Die vier Leitungsnuten bilden insgesamt eine ringartige Struktur, wie in 3 dargestellt. Außerdem ist in 1 erkennbar, dass zwei Abführöffnungen 13 benachbarter Zylinder 5 in einen einzigen Abführkanal 14 münden. Wie in 2 beispielhaft dargestellt ist, führt der Abführkanal 14 innerhalb des Motorgehäuses zu einem Verdampferraum 30, der in diesem Fall auf einer Abgasseite 3 des Dieselmotors 1 angeordnet ist, die einer Ansaugseite 2 gegenüberliegt. Von dem Verdampferraum 30 führt wiederum ein Rückführkanal 18 zum Kurbelgehäuseraum 15.
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Im Betrieb des Dieselmotors 1 bewegen sich die Kolben 20 oszillierend innerhalb der Zylinder 5 axial auf und ab. Dabei ist zwischen dem Kolben 20 und der Zylinderwandung 7 ein mehr oder weniger geschlossene (nicht dargestellte) Schicht von Schmiermittel bzw. Schmieröl vorhanden, die die Reibung minimiert und unter Umständen auch zur Wärmeabfuhr dient. Die Ringpartie 21 dient dabei einerseits dazu, zu verhindern, dass Gase aus dem Verbrennungsraum oberhalb des Kolbens 20 in Richtung des Kurbelgehäuseraums 15 entweichen, zum anderen verhindert sie auch, dass wesentliche Mengen an Schmieröl in den Verbrennungsraum gelangen. Allerdings ist es zur Regeneration einer hier nicht dargestellten Stickoxidfalle oder eines Dieselpartikelfilters in gewissen Abständen notwendig, in einer späten Verbrennungsphase zusätzlichen (Diesel-) Treibstoff in den Verbrennungsraum einzubringen, welcher nicht vollständig verbrennt, sondern in unverbranntem Zustand ins Abgas gelangt. Teile dieses Treibstoffs können an der Ringpartie 21 vorbei gelangen und sich mit dem Schmieröl vermischen, wodurch dieses kontaminiert wird. Aus diesem Grund wird dafür gesorgt, dass der Treibstoff durch Verdampfen aus dem Schmieröl entfernt wird.
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Bei seiner oszillierenden Bewegung wirkt der Kolben 20 mit den Leitungsnuten 11 als Leitanordnung 10 zusammen. Bewegt sich der Kolben 20 abwärts an den Leitungsnuten 11 vorbei, drückt er Schmieröl in diese hinein. Die Leitungsnuten 11 sind insgesamt symmetrisch ausgebildet. Hierdurch wird dafür gesorgt, dass tangentiale Kraftkomponenten, die zwischen dem Kolben 20 und den Leitungsnuten 11 wirken, sich paarweise aufheben und somit kein Torsionsmoment auf den Kolben wirkt. Da jede Leitungsnut 11 zur Abführöffnung 13 hin abwärts geneigt ist, wird das Schmieröl teilweise durch sein Eigengewicht sowie teilweise durch einen seitens des Kolbens 20 einwirkenden Druck zur Abführöffnung 13 befördert. Von dort gelangt es weiter durch den Abführkanal 14 zum Verdampferraum 30. Der Verdampferraum 30 weist eine Temperatur auf, die über dem Siedepunkt des Treibstoffs liegt, so dass dieser wenigstens teilweise verdampft wird, woraus eine Reinigung des Schmieröl resultiert. Hierfür reicht unter Umständen die erhöhte Temperatur auf der Abgasseite 3 aus. Optional kann eine elektrische Heizvorrichtung 31 eingesetzt werden. Im Wesentlichen aufgrund seines Eigengewichts fließt das Schmieröl durch den Rückführkanal 18 in den Kurbelgehäuseraum 15, so dass es erneut zur Schmierung der Kurbelwelle 16, des Kolbens 20 sowie anderer hier nicht dargestellter Teile des Dieselmotors 1 dienen kann.
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Der Kolbenschaft 22 weist axial nach unten vorspringende Bereiche 25 auf, die zu den jeweiligen Brückenbereichen 8 hin orientiert sind, sowie axial zurückweichenden Bereiche 24, die in etwa mit einer Bewegungsebene C der jeweiligen Pleuelstange 17 zusammenfallen. Auf der genannten Bewegungsebene C liegen auch die Anfangsbereiche 12 der Leitungsnuten 11. Somit liegen die axial nach oben zurückweichenden Bereiche 24 mit den axial oben gelegenen Anfangsbereichen 12 tangential auf einer Höhe, während die axial nach unten vorspringende Bereiche 25 mit den axial unten gelegenen Abführöffnungen 13 tangential auf einer Höhe liegen. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass der Kolben 20 nur wenig über die Leitungsnut 11 hinweg geführt werden muss, um die Funktion der Leitanordnung 10 zu realisieren.
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3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, der beispielhaft als Dieselmotor 1 ausgeführt ist. Dieser ähnelt im Aufbau der ersten Ausführungsform und wird insofern nicht nochmals erläutert. In diesem Fall ist keine Leitungsnut in der Zylinderwandlung 7 vorgesehen, sondern die Leitanordnung 10 wird im Wesentlichen durch eine Leitkante 26 gebildet, die ein Teil der unteren Kante 23 des Kolbenschafts 22 ist. Die Leitkante 26 weist einen Mittelbereich 27 auf sowie zwei tangential beiderseits von diesem ausgehende Flankenbereiche 28, die sich schräg zur tangentiale Richtung radial nach unten erstrecken. Dabei bildet der Mittelbereich 27 den axial obersten Bereich der Leitkante 26. Wie insbesondere in 3 erkennbar ist, ist der Mittelbereich 27 tangential auf Höhe einer Abführöffnung 13 angeordnet, die wiederum mit einem Abführkanal 14 in Verbindung steht. Der weitere Verlauf des Abführkanals 14, seine Verbindung mit einem Verdampferraum 30 sowie ein hieran angeschlossener Rückführkanal 18 sind nicht dargestellt. Die Abführöffnung 13 weist einen größeren Querschnitt auf als der sich hieran anschließende Abführkanal 14, wodurch die Aufnahme von Schmieröl erleichtert wird. Wenn sich der Kolben 20 im Zuge seiner oszillierenden Bewegung abwärts bewegt, wird an der Zylinderwandung 7 befindliches Schmieröl durch die Flankenbereiche 28 tangential erfasst und auf den Mittelbereich 27 hin gefördert. Durch den Mittelbereich 27 wird das Schmieröl weiter geführt, solange sich der Kolben 20 axial abwärts bewegt. Wenn der Kolben 20 im unteren Totpunkt angekommen ist, wie in 3 und 4 dargestellt, ist der Mittelbereich 27 axial auf Höhe der Abführöffnung 13 angeordnet und wenigstens ein Teil des mitgeführten Schmieröls gelangt über die Abführöffnung 13 in den Abführkanal 14. In der hier dargestellten Ausführungsform sind pro Zylinder 5 zwei Abführöffnungen 13 vorgesehen, die einander bezüglich der Mittelachse B des Zylinders 5 gegenüberliegen und in der Bewegungsebene C der Pleuelstange 17 angeordnet sind. Dies ist allerdings beispielhaft zu verstehen und es wäre auch eine Ausführungsform denkbar, in welcher die Abführöffnungen 13 wie im ersten Ausführungsbeispiel in einem Brückenbereich 8 angeordnet sind. In jedem Fall ist es vorteilhaft, dass die Flankenabschnitte 28 symmetrisch ausgebildet sind, so dass sich auf den Kolben 20 wirkende tangentiale Kraftkomponenten auch hier gegenseitig aufheben und somit keine Torsionsmoment resultiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dieselmotor
- 2
- Ansaugseite
- 3
- Abgasseite
- 5
- Zylinder
- 6
- Zylinderinnenraum
- 7
- Zylinderwandung
- 8
- Brückenbereich
- 9
- Kühlkanal
- 10
- Leitanordnung
- 11
- Leitungsnut
- 12
- Anfangsbereich
- 13
- Abführöffnung
- 14
- Abführkanal
- 15
- Kurbelgehäuseraum
- 16
- Kurbelwelle
- 17
- Pleuelstange
- 18
- Rückführkanal
- 20
- Kolben
- 21
- Ringpartie
- 22
- Kolbenschaft
- 23
- Kante
- 24
- zurückweichender Bereich
- 25
- vorspringender Bereich
- 26
- Leitkante
- 27
- Mittelbereich
- 28
- Flankenbereich
- 30
- Verdampferraum
- 31
- Heizvorrichtung
- A
- axiale Richtung
- B
- Mittelachse
- C
- Bewegungsebene