TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft generell ein
Verfahren zur Kühlung mehrerer Zylinderlaufbuchsen in einem
Motor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Kühlung mehrerer, hauptsächlich in dem
Zylinderblock eines Dieselmotors angeordneter
Zylinderlaufbuchsen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
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Im allgemeinen ist zur Kühlung mehrerer
Zylinderlaufbuchsen in einem Dieselmotor vom wassergekühlten Typ im
Bereich in der Nähe jeder in einem Zylinderblock
angeordneten Zylinderlaufbuchse ein Wassermantel
ausgebildet, derart, daß ein Kühlmittel zu dem Wassermantel
gepumpt werden kann.
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Da die Zylinderlaufbuchsen auf herkömmliche Weise
gekühlt werden, variiert die Temperaturverteilung an der
Wandoberfläche jeder Zylinderlaufbuchse generell wie
durch eine Kurve A in Fig. 2 dargestellt.
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In bezug auf den Aufbau eines Wassermantels für einen
relativ kleinformatigen Dieselmotor mit einer unter fünf
Litern liegenden Kolbenverdrängung ist die
Querschnittskonfiguration des Wassermantels so bemessen, daß er zu
seinem oberen Teil hin, d.h. der Zylinderkopffläche,
eine zunehmend geringere Weite W aufweist, wie in der
Schnittansicht von Fig. 5 gezeigt. Es sei angemerkt, daß
die Ausbildung der Querschnittskonfiguration des
Wassermantels mit einer sich auf die oben beschriebene Weise
zunehmend verringernden Weite W zu seinem oberen Teil
hin bisher im Amtsblatt, beispielsweise der Japanischen
Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 153843/1985,
offenbart worden ist.
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Um zu gewährleisten, daß ein Motor eine hohe Leistung
mit vorverdichteter Ansaugluft mit Unterstützung eines
Aufladers oder einer ähnlichen Einrichtung erbringt, ist
bereits vorgeschlagen worden, daß jede
Zylinderlaufbuchse aus einem keramischen oder einem ähnlichen Material
ausgebildet wird, um die gesamte Zylinderlaufbuchse
thermisch zu isolieren. Bei dem auf die oben
beschriebene Weise aufgebauten Motor erfolgt die
Temperaturverteilung auf der Wandoberfläche jeder Zylinderlaufbuchse
in der durch die Kurve B in Fig. 2 dargestellten Weise.
Wie aus Kurve B hervorgeht, ist die Wandtemperatur nicht
nur an dem oberen Teil der Zylinderlaufbuchse erhöht,
sondern auch in dem sich von dem zentralen Teil zu dem
unteren Teil der Zylinderlaufbuchse erstreckenden
Bereich.
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Eine Relation zwischen einer Temperatur an der
Wandoberfläche jeder Zylinderlaufbuchse und einer Größe des
Schmierölverbrauchs ist generell durch ein Schaubild in
Fig. 4 dargestellt. Es hat sich herausgestellt, daß der
Schmierölverbrauch im Verhältnis zu dem
Temperaturanstieg an der Wandoberfläche jedes Zylinders wesentlich
zunimmt. Aus diesem Grund tritt bei dem vorstehend
erwähnten Motor, der derart ausgestaltet ist, daß er eine
hohe Leistung mit vorverdichteter Ansaugluft mit der
Unterstützung eines Aufladers oder einer ähnlichen
Einrichtung erbringt, während die gesamte
Zylinderlaufbuchse thermisch isoliert ist, eine Störung auf, nämlich
eine Zunahme des Schmierölverbrauchs aufgrund der
erhöhten Temperatur der gesamten Zylinderlaufbuchse.
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Da ferner die Ansaugluft in zunehmendem Maße erhitzt und
ausgedehnt wird, weil die Temperatur des gesamten
Zylinders erhöht ist, treten noch weitere Störungen auf,
nämlich eine Verschlechterung bei der Verdichtung der
Ansaugluft, eine Verschlechterung hinsichtlich der
Eigenschaften der Farbe des Abgases und der
Partikelqualität, und darüber hinaus nimmt aufgrund der im
Zusammenhang mit der Erhöhung der Wandtemperatur jeder
Zylinderlaufbuchse am Ende des Verdichtungshubes stehenden
Erhöhung der Verbrennungstemperatur die Menge der
Stickstoffoxide (NOx) zu.
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Andererseits, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, ist
ein Kühlsystem für einen kleinformatigen Motor mit einer
Kolbenverdrängung unter fünf Litern derart aufgebaut,
daß ein von einer Wasserpumpe p gefördertes Kühlmittel
einem um eine vordere Zylinderlaufbuchse b ausgebildeten
Wassermantel c zugeführt wird, anschließend wird das
Kühlmittel von der vorderen Zylinderlaufbuchse zu einer
Zwischenzylinderlaufbuchse b geführt und schließlich
wird das Kühlmittel von der Zwischenzylinderlaufbuchse
b weg einer hinteren Zylinderlaufbuchse b zugeführt. Es
sei angemerkt, daß unter den Auslaßports an einem
Zylinderblock d, von denen jeder mit einem (nicht
dargestellten) Zylinderkopf in Verbindung steht, ein hinterster
Auslaßport e' einen Strömungsdurchlaßquerschnittsbereich
aufweist, der zweimal so groß ist wie der der anderen
Auslaßports e.
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Da die vordere Zylinderlaufbuchse b ausreichend von dem
Kühlmittel gekühlt ist, doch die
Zwischenzylinderlaufbuchse b und die hintere Zylinderlaufbuchse b nicht
ausreichend von dem warmen Kühlmittel, dessen Temperatur
erhöht ist, gekühlt sind, tritt bei dem in Fig. 6
dargestellten Kühlsystem die Störung auf, daß die Temperatur
an der Wandoberfläche jeder derjenigen
Zylinderlaufbuchsen b, die hinter der vorderen Zylinderlaufbuchse b
angeordnet sind, in unerwünschter Weise erhöht ist. Aus
diesem Grund kann das herkömmliche Kühlsystem
insbesondere bei einem großformatigen Motor, der zur Erbringung
einer hohen Leistung ausgestaltet ist, nicht angewandt
werden.
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Außerdem tritt in dem Fall, in dem der Wassermantel c so
bemessen ist, daß er eine Weite W aufweist, die sich zu
seinem oberen Teil hin zunehmend verringert, wie in Fig.
5 dargestellt, dann, wenn ein Kühlsystem so konstruiert
ist, daß ein Kühlmittel von der Vorderseite zu der
Rückseite eines Motors strömt, wie bei dem Kühlsystem gemäß
Fig. 6, eine weitere Störung auf, nämlich, daß das
Kühlmittel in dem Bereich, wo der Wassermantel c eine
geringere Weite aufweist, langsamer strömt, was dazu führt,
daß der Kühlwirkungsgrad verschlechtert ist.
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US-A-4 284 037 beschreibt ein Zylinderkühlsystem, bei
dem jede Zylinderlaufbuchse von einem Kühlmantel umgeben
ist, der als kreisförmige Kammer mit einem gerundeten
oberen und einem gerundeten unteren Ende ausgestaltet
ist. Die Wassermäntel der Zylinder sind mit einem in dem
Seitenteil des Zylinderblocks ausgebildeten
Wasserverteiler verbunden. Dieser Aufbau des Kühlsystems führt zu
den oben beschriebenen Auswirkungen der Kühlsysteme nach
dem Stand der Technik.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf den
vorstehenden Hintergrund gemacht und ihre Aufgabe
besteht darin, ein Zylinderlaufbuchsenkühlsystem in einem
Motor zu schaffen, bei dem die Kühlwirkung der
Zylinderlaufbuchsen verbessert ist, die
Ansaugluftverdichtungswirkung verbessert ist, die Eigenschaften hinsichtlich
der Farbe des Abgases und die Partikelqualität
verbessert sind, und bei dem darüber hinaus die Menge der
Stickstoffoxide (NOx) im Abgas wesentlich verringert
ist.
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Das Zylinderlaufbuchsenkühlsystem der vorliegenden
Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
die Anordnung einer Anzahl an
Kühlmittelströmungsdurchlässen zeigt, die zur Durchführung des Verfahrens der
Kühlung von mehreren Zylinderlaufbuchsen in einem Motor
gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist.
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Fig. 2 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Motors, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
erforderliche wesentliche Teile zeigt.
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Fig. 3(a) und Fig. 3(b) zeigen jeweils eine
perspektivische Ansicht einer Zylinderlaufbuchse, die schematisch
einen Strömungsdurchgang um die Zylinderlaufbuchse
darstellt, durch den das Kühlmittel aufwärts strömt.
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Fig. 4 ist ein Schaubild, das eine Relation zwischen der
Temperatur an der Wandoberfläche jeder
Zylinderlaufbuchse und der Größe des Schmierölverbrauchs darstellt.
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Fig. 5 ist eine fragmentarische Schnittansicht eines
Motors, bei dem ein herkömmliches Verfahren zur Kühlung
mehrerer Zylinderlaufbuchsen in dem Motor angewandt
wird.
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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
die Anordnung mehrerer Kühlmittelströmungsdurchgänge
darstellt, die zur Durchführung des herkömmlichen
Verfahrens anwendbar ist.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung im einzelnen
in bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben,
die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt
schematisch die Anordnung einer Anzahl von
Strömungsdurchlässen zur Durchführung eines Verfahrens zur Kühlung
mehrerer Zylinderlaufbuchsen in einem Motor gemäß dem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die
Zeichnung stellt insbesondere den Fall dar, bei dem das
Verfahren der vorliegenden Erfindung bei einem Mehr-
Zylinder-Motor angewandt wird, der mehrere parallel
zueinander angeordnete Zylinder aufweist.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind mehrere
Zylinderlaufbuchsen 2 (vier Zylinderlaufbuchsen) in einem
Zylinderblock 1 gemäß der dargestellten Ordnung, von der
Vorderseite zu der Rückseite des Motors hin gesehen,
angeordnet.
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Aus einer Wasserpumpe 3 wird ein Kühlmittel abgegeben.
Wenn die Wasserpumpe 3 angetrieben ist, tritt das
Kühlmittel in die Einlaßports 1d an einem Wasserverteiler 1a
ein, welche an den entlang der Seitenwand des
Zylinderblocks 1 in dessen Längsrichtung befindlichen Stellen
ausgebildet sind. Sich von den Einlaßports 1d
erstrekkende Strömungsdurchlässe für das Kühlmittel sind in
mehrere Zweigdurchlässe geteilt, deren Anzahl der Anzahl
der Zylinderlaufbuchsen 2 entspricht, so daß das
Kühlmittel in die Wassermäntel 4 strömen kann, die um jede
Zylinderlaufbuchse 2 herum ausgebildet sind.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist jeder Wassermantel 4 derart
ausgebildet, daß seine Querschnittsfläche vom unteren
Teil zum oberen Teil des Wassermantels 4 allmählich
abnimmt.
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Das Kühlmittel, das von der Unterseite des Wassermantels
4 her in diesen geströmt ist, steigt in Längsrichtung
der Zylinderlaufbuchse 2 an, während es sich wendelartig
um die Wandoberfläche der Zylinderlaufbuchse 4 dreht,
wie in Fig. 3(a) schematisch dargestellt. Alternativ
steigt das Kühlmittel in gerader Richtung entlang der
Wandoberfläche der Zylinderlaufbuchse nach oben, wie in
Fig. 3(b) dargestellt.
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Wenn das Kühlmittel auf diese Weise nach oben strömt,
wird jede Zylinderlaufbuchse 2 von dem Kühlmittel
gekühlt, das im wesentlichen mit gleicher Strömungsrate
strömt.
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Wenn das Kühlmittel den oberen Teil des Zylinderblockes
1 erreicht, wird es über mehrere Auslaßports 1b, von
denen jeder im wesentlichen die gleiche
Querschnittsöffnungsfläche aufweist, wie in Fig. 1 gezeigt, einem
(nicht dargestellten) Zylinderkopf zugeführt.
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Ferner ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in dem Bereich in
der Nähe des oberen Endes jeder Zylinderlaufbuchse 2
eine Wärmeisolierschicht 5 in der Form einer Ringnut
ausgebildet, wobei sie den Umfang der Zylinderlaufbuchse
2 umgibt.
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Die Wärmeisolierschicht 5 ist derart angeordnet, daß sie
den Bereich in der Nähe des oberen Totpunktes der
Zylinderlaufbuchse thermisch isoliert, so daß sie die
Temperatur auf der Wandoberfläche der Zylinderlaufbuchse in
der Nähe des oberen Totpunktes positiv erhöht. Zu diesem
Zweck ist in dem Zylinderblock 1 eine Ringnut 1c
konzentrisch zu der Zylinderlaufbuchse 2 ausgebildet, um die
thermische Isolierung an dem oberen Teil der
Zylinderlaufbuchse 2 durch das Vorhandensein einer Luftschicht
in der Ringnut 1c zu erreichen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Kühlung der auf die
oben beschriebene Weise konstruierten
Zylinderlaufbuchsen beschrieben. Außerdem wird die Konstruktion jeder
Zylinderlaufbuchse 2 auf folgende Weise ausführlicher
beschrieben.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, strömt das von der Wasserpumpe 3
geförderte Kühlmittel in den Wasserverteiler 1a. Dann
wird das Kühlmittel, das in den Wasserverteiler 1a
geströmt ist, an den Einlaßports 1d, die mit den unteren
Teilen der Wassermäntel 4 in Verbindung stehen, in
Zweigströme geteilt. Auf diese Weise wird jeder
Zweigstrom des Kühlmittels mit einer im wesentlichen gleichen
Strömungsrate zu dem unteren Teil jedes Wassermantels 4
gepumpt.
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Wie in Fig. 3(a) und Fig. 3(b) gezeigt, steigt das
Kühlmittel, das zu dem unteren Teil jedes Wassermantels 4
gepumpt worden ist, an der Wandoberfläche der
Zylinderlaufbuchse 2 hoch, während es die äußere Umfangsfläche
der Zylinderlaufbuchse 2 kühlt.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Wassermantel 4 derart
ausgebildet, daß seine Querschnittsfläche von dem
unteren Teil zu dem oberen Teil des Wassermantels 4
allmählich abnimmt. Aus diesem Grunde wird die
Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das in den Wassermantel
4 gepumpt worden ist, erhöht, wenn das Kühlmittel zu dem
oberen Teil des Wassermantels 4 steigt. Daraus ergibt
sich, wie durch eine Kurve C in dem Schaubild in Fig. 2
dargestellt, daß die Temperatur an der Wandoberfläche
der Zylinderlaufbuchse 2 in dem Bereich von dem
zentralen Teil zu dem unteren Teil der Zylinderlaufbuchse 2
stark abgesenkt ist. Das heißt, daß die
Zylinderlaufbuchse 2 von dem Kühlmittel mit verbesserter Kühlwirkung
gekühlt wird und die Wandtemperatur bei gleichmäßiger
Verteilung auf einem niedrigen Niveau gehalten wird,
selbst dann, wenn der Motor eine hohe Leistung erbringt.
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Da andererseits, wie in Fig. 2 gezeigt, der obere Teil
der Zylinderlaufbuchse 2 von der Wärmeisolierschicht 5
thermisch isoliert ist, ist die Temperatur in dem
Bereich in der Nähe der oberen Seite der
Zylinderlaufbuchse 2 stark erhöht (wie durch die Kurve C in dem
Schaubild in der Zeichnung dargestellt). Ferner strömt das
Kühlmittel, das den oberen Teil des Wassermantels 4, wie
in Fig. 1 gezeigt, erreicht hat, über mehrere an der
Oberfläche des Zylinderblocks 1 ausgebildete Auslaßports
1b in den (nicht dargestellten) Zylinderkopf, wodurch
der Zylinderkopf von dem Kühlmittel gekühlt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung das Verfahren zur Kühlung mehrerer
Zylinderlaufbuchsen in einem Motor derart ausgeübt, daß in dem
Bereich in der Nähe des oberen Teiles jeder
Zylinderlaufbuchse eine Wärmeisolierschicht ausgebildet ist,
während sie die Zylinderlaufbuchse umgibt, um den oberen
Teil der Zylinderlaufbuchse thermisch zu isolieren.
Somit ist die Wandtemperatur an dem oberen Teil der
Zylinderlaufbuchse wesentlich erhöht, wodurch eine
Periode der verzögerten Zündung abgekürzt und die
Verbrennungstemperatur durch die Verringerung der Wärmefreigabe
bei einer ersten Verbrennungsperiode wesentlich
abgesenkt werden kann. Daraus ergibt sich, daß die Menge der
Stickstoffoxide in dem Abgas reduziert werden kann.
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Da ferner die Temperatur an der Wandoberfläche der
Zylinderlaufbuchse in dem Bereich zwischen dem zentralen
Teil und dem unteren Teil der Zylinderlaufbuchse auf
einem möglichst niedrigen Niveau gehalten wird, wird
jeder Zylinder mit Ansaugluft mit hoher
Vorverdichtungswirkung gefüllt, was dazu führt, daß die
Luftüberschußrate verbessert wird. Folglich kann das Auftreten von
Störungen, wie beispielsweise die Verschlechterung der
Farbe des Abgases und eine Verschlechterung hinsichtlich
der Partikel im Abgas, vermieden werden. Da eine
geringere Menge Schmieröl von der Wandoberfläche jeder
Zylinderlaufbuchse verdampft wird, kann das Ausmaß des
Schmierölverbrauchs verringert werden.
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Da ferner ein Kühlverlust durch Unterdrücken des
Entweichens von Wärmeenergie zu dem Kühlsystem verringert
wird, kann das Kühlsystem im Gegensatz zu den
herkömmlichen Kühlsystemen mit kleineren Abmessungen
konstruiert werden. Dies hat die ausgezeichneten vorteilhaften
Wirkungen, daß mechanischer Verlust verringert und der
Motor zu geringeren Kosten durch verringerten
Kraftstoffverbrauch betrieben werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Das Verfahren zur Kühlung mehrerer Zylinderlaufbuchsen
in einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung ist
vorzugsweise bei einem Motor anwendbar, bei dem eine
Verringerung des Ausmaßes des Schmierölverbrauchs, eine
Verbesserung der Ansaugluftvorverdichtungswirkung, eine
Verbesserung hinsichtlich der Farbe der Abgase und der
Partikelqualität und darüber hinaus eine wesentlich
verringerte Erzeugung an Stickstoffoxiden erforderlich
ist.