Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, in dessen Zylinderraum ein zwischen einem oberen Umkehrpunkt und einem unteren Umkehrpunkt axial verlagerbarer, wenigstens einen Kolbenring aufweisender Koiben angeordnet ist.

Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen den wenigstens einen Zylinder auf, der über eine Zylinderlauffläche verfügt, der den Zylinderfaum in radialer Richtung begrenzt. In dem Zylinderraum, also in Umfangsrichtung von der Zylinderlauffläche umfangen, ist ein Kolben axial verlagerbar angeordnet. Die axiale Verlagerung erfolgt dabei zwischen dem oberen Umkehrpunkt und dem unteren Umkehrpunkt. Der Kolben weist den wenigstens einen Kolbenring auf, welcher beispielsweise in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Kolbenringnut des Kolbens angeordnet ist. Der Kolbenring bildet eine Dichtung, die von Kolben und Zylinderraum begrenzten Brennraum gegen ein Kurbelgehäuse abdichtet. Zudem verbessert der Kolbenring die Wärmeleitung von dem Kolben auf die Zylinderlauffläche und damit auf den Zylinder. Auf diese Weise wird die Kühlung des Kolbens von dem Kolbenring unterstützt. Der Kolbenring liegt mit seinem Umfang an der Zylinderlauffläche an. Dies wird vorzugsweise durch eine von dem Kolbenring selbst bewirkte Federkraft erreicht.

Der zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche in radialer Richtung vorliegende Raum wird als Kolbenspiel bezeichnet. In modernen Brennkraftmaschinen soll dieses Kolbenspiel üblicherweise möglichst klein gehalten werden, um eine möglichst gute Akustik zu erzielen. Neben seiner axialen Bewegung beschreibt der Kolben bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine eine Kolbensekundärbewegung. Bei dieser kann ein Anschlagen des Kolbens an die Zylinderlauffläche auftreten, wodurch die Akustik der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird. Dies tritt vornehmlich im Bereich des oberen Umkehrpunkts auf. Durch den Anschlag kommt es zur Übertragung eines Impulses auf den Zylinder. Das daraus resultierende Geräusch wird auch als Kolbenklappern oder Kolbenschlagen bezeichnet. Diese Kolbensekundärbewegung kann durch die Verringerung des Kolbenspiels vermindert werden. Dieses führt jedoch gleichzeitig zu einer größeren Reibung zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche und zu entsprechend größeren Leistungsverlusten. Um gleichzeitig die Leistungsverluste zu verringern und die Akustik zu verbessern schlägt beispielsweise die DE 10 2008 026 146 A1 einen Zylinder einer Brennkraftmaschine vor, der eine Zylinderlauffläche aufweist, die für einen Kolben eine obere Kolbenumkehrzone und eine untere Kolbenumkehrzone aufweist und zwischen der oberen Kolbenumkehrzone und der unteren Kolbenumkehrzone eine Zwischenzone aufweist. Dabei soll die Zwischenzone gegenüber der oberen Kolbenumkehrzone und der unteren Kolbenumkehrzone durchmessergrößer ausgebildet sein.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche die Leistungsverluste der Brennkraftmaschine weiter reduziert und dabei insbesondere die Akustik der Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart verbessert.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem der Zylinderraum wenigstens zwei, in axialer Richtung nur von einem Übergangsabschnitt beabstandete zylindrische Zylinderraumabschnitte mit voneinander unterschiedlichen Radialabmessungen aufweist, wobei der Übergangsabschnitt derart angeordnet ist, dass er bei einer axialen Verlagerung des Kolbens zwischen dem oberen Umkehrpunkt und dem unteren Umkehrpunkt von jedem Kolbenring des Kolbens vollständig überstrichen wird. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Zylinder sollen also zylindrische Zylinderraumabschnitte in dem Zylinderraum vorliegen. Jeweils zwei dieser Zylinderraumabschnitte sind in axialer Richtung nur von dem Übergangsabschnitt beabstandet. Entsprechend liegt kein weiterer Bereich des Zylinderraums zwischen den beiden Zylinderraumabschnitten vor. Die Zylinderraumabschnitte weisen voneinander unterschiedliche Radialabmessungen auf. Üblicherweise ist der Zylinderraum und damit auch die Zylinderraumabschnitte im Querschnitt kreiszylindrisch. Entsprechend weisen die Zylinderraumabschnitte voneinander unterschiedliche Durchmesser auf.

Um das eingangs erwähnte Ziel zu erreichen, nämlich die Akustik während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine zu verbessern, soll der Übergangsabschnitt derart angeordnet sein, dass er bei der axialen Verlagerung des Kolbens zwischen dem oberen und dem unteren Umkehrpunkt von dem Kolbenring des Kolbens vollständig überstrichen wird. Vorzugsweise wird er von allen Kolbenringen des Kolbens vollständig überstrichen. Unter dem vollständigen Überstreichen ist dabei zu verstehen, dass der Kolbenring zu einem Zeitpunkt - in axialer Richtung gesehen - vollständig auf der einen Seite des Übergangsabschnitts und zu einem anderen Zeitpunkt vollständig auf der gegenüberliegenden Seite des Übergangsabschnitts vorliegt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Zylinderraumabschnitt mit den kleineren Radialabmessungen auf der dem oberen Umkehrpunkt zugewandten Seite des Übergangsabschnitts vorliegt, insbesondere den oberen Umkehrpunkt aufweist beziehungsweise aufnimmt. Auf diese Weise liegt in dem Bereich des oberen Umkehrpunkts ein geringes Kolbenspiel vor, während der dem oberen Umkehrpunkt bezüglich des Übergangsabschnitts abgewandte Zylinderraumabschnitt zur Reduzierung der Leistungsverluste die größeren Radialabmessungen aufweist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Übergangsabschnitt ein Verhältnis von axialer Erstreckung zu radialer Erstreckung von höchstens 1000, vorzugsweise maximal 750, 500 oder 250, aufweist. Der Übergangsabschnitt weist in axialer Richtung die axiale Erstreckung und in radialer Richtung die Radialerstreckung auf. Der Unterschied zwischen den Radialabmessungen der beiden Zylinderraumabschnitte entspricht der zweifachen radialen Erstreckung des Übergangsabschnitts. Prinzipiell kann der Übergangsabschnitt beliebig ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft weist er jedoch maximal eines der genannten Verhältnisse auf. Das Verhältnis kann letztlich auch deutlich kleiner sein und beispielsweise 100, 50, 10,· 5, 3 oder 1 betragen. In letzterem Fall weist der Übergangsabschnitt dieselbe Erstreckung in axialer Richtung wie in radialer Richtung auf. Beispielsweise beträgt die radiale Erstreckung 5 pm bis 30 pm, besonders bevorzugt 15 pm, während die axiale Erstreckung beispielsweise 10 mm ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Verhältnis der radialen Erstreckung zu einer radialen Abmessung des Zylinderraums kleiner als 4e-10, vorzugsweise kleiner als 2e-10, ist. Auch hier kann das Verhältnis prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise ist es jedoch kleiner als die genannten Werte.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Übergangsabschnitt in Form einer Stufe vorliegt. Das bedeutet insbesondere, dass der Übergangsabschnitt als ebene Ringfläche auf der Zylinderlauffläche beziehungsweise wenigstens bereichsweise als ebener Kreisring vorliegt. Der Übergangsabschnitt kann dabei unter einem von 0° verschiedenen Winkel, also unter Bildung einer Unstetigkeit, in wenigstens einen der benachbarten Zylinderraumabschnitte einmünden. Das Einmünden kann jedoch auch beispielsweise - im Längsschnitt gesehen - in Form einer Krümmung, insbesondere stetig, erfolgen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Übergangsabschnitt - im Längsschnitt gesehen - eine Unstetigkeit aufweist oder unstetig in wenigstens einen Bereich einer Zylinderraumwand einmündet. Unter der Unstetigkeit ist eine sprunghafte Ände- rung der Radialabmessungen in axialer Richtung im Bereich des Übergangsabschnitts zu verstehen. Zusätzlich oder alternativ kann der Übergangsabschnitt unstetig in den benachbarten Bereich der Zylinderraumwand beziehungsweise Zylinderlauffläche, also unter einem Winkel ungleich 0°, einmünden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Übergangsabschnitt derart angeordnet ist, dass der Kolbenring bei demjenigen Kurbelweilenwinkel, in weichem der Kolben seinen maximalen Impuls aufweist, in den Zylinderraumabschnitt mit den kleinsten Radialabmessungen vorliegt. Der Kurbelwellenwinkel, bei welchem diese Bedingung erfüllt ist, liegt beispielsweise bei 35° bis 45°, insbesondere 40°. Dabei ist der Kurbelwellenwinkel derart definiert, dass er in dem oberen Umkehrpunkt gleich 0° ist. Insoweit entspricht die hier vorgestellte Anordnung des Übergangsabschnitts üblicherweise der bereits vorstehend beschriebenen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Übergangsabschnitt derart angeordnet ist, dass er zu dem oberen Umkehrpunkt eine Kurbelwellendifferenz von 35° bis 45°, insbesondere 40°, aufweist. Befindet sich der Kolben in seinem oberen Umkehrpunkt, so weist die Kurbelwelle einen ersten Kurbelwellenwinkel auf. Befindet sich der Kolben oder zumindest der Kolbenring jedoch unmittelbar auf der dem oberen Umkehrpunkt abgewandten Seite des Übergangsabschnitts, so liegt ein zweiter Kurbelwellenwinkel vor. Die Kurbelwellenwinkeldifferenz zwischen den beiden Kurbelwellenwinkeln soll nun die genannten Werte aufweisen, wozu der Übergangsabschnitt entsprechend angeordnet ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der auf der dem oberen Umkehrpunkt zugewandten Seite des Übergangsabschnitts vorliegende Zylinderraumabschnitt kleinere Radialabmessungen aufweist als der Zylinderraumabschnitt, der auf der dem oberen Umkehrpunkt abgewandten Seite des Übergangsabschnitts vorliegt. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist es vorteilhaft, wenn der Zylinderraum im Bereich des oberen Umkehrpunkts die kleineren Radialabmessungen aufweist. Entsprechend soll der Zylinderraumabschnitt, welcher bezüglich des Übergangsabschnitts dem oberen Umkehrpunkt zugewandt ist, die kleineren Radialabmessungen aufweisen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Übergangsabschnitt die benachbarten, unterschiedliche Radialabmessungen aufweisenden Zylinderraumabschnitte über einen linearen Radialabmessungsverlauf verbindet. Entsprechend liegt der Übergangs- abschnitt im Längsschnitt gesehen in Form eines Kegelstumpfs vor, dessen Mantelfläche an die Zylinderraumabschnitte angeschlossen ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf der dem oberen Umkehrpunkt abgewandten Seite des Übergangsabschnitts ein weiterer Übergangsabschnitt vorliegt, wobei ein weiterer Zylinderraumabschnitt, welcher auf der dem oberen Umkehrpunkt abgewandten Seite des weiteren Übergangsabschnitts vorliegt, größere Radiaiabmes- sungen aufweist als der Zylinderraumabschnitt, der auf der dem oberen Umkehrpunkt zugewandten Seite des weiteren Übergangsabschnitts vorliegt. Insoweit ist eine weitere Abstufung der Radialabmessungen des Zylinderraums beziehungsweise der Zylinderlauffläche vorgesehen. Diese wird mit Hilfe des weiteren Übergangsabschnitts erreicht, wodurch der weitere Zylinderraumabschnitt ausgebildet ist. Dieser weist üblicherweise wiederum größere Radialabmessungen auf, als die beiden vorstehend beschriebenen Zylinderraumabschnitte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Einschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine.

Die Figur zeigt einen Zylinder 1 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine. Der Zylinder 1 beziehungsweise eine Zylinderlauffläche 2 umschließt zumindest in radialer Richtung einen Zylinderraum 3. In diesem ist ein hier nicht dargestellter Kolben axial verlagerbar angeordnet. Der Zylinderraum 3 ist nun in zwei Zylinderraumabschnitte 4 und 5 unterteilt, zwischen welchen in axialer Richtung gesehen nur ein Übergangsabschnitt 6 vorliegt. Der Übergangsabschnitt 6 ist jeweils unmittelbar benachbart zu dem Zylinderraumabschnitt 4 und dem Zylinderraumabschnitt 5 vorgesehen. Die Zylinderraumabschnitte 4 und 5 weisen voneinander unterschiedliche Radialabmessungen beziehungsweise Durchmesser auf. Die Differenz zwischen diesen beiden Durchmessern entspricht der zweifachen radialen Erstreckung r des Übergangsabschnitts 6. Der Übergangsabschnitt 6 ist derart angeordnet, dass er von einem Kolbenring des Kolbens bei dessen axialer Verlagerung vollständig überstrichen wird. Zu diesem Zweck ist er beispielsweise derart angeordnet, dass er zu einem oberen Umkehrpunkt des Kolbens eine Kurbelwellenwinkeldifferenz von etwa 40° aufweist. Der Übergangsabschnitt 6 weist eine axiale Erstreckung I auf. Dabei ist es vorgesehen, dass das Verhältnis von Axialerstreckung zu Radialerstreckung l/r höchstens 1000, vorzugsweise jedoch maximal 10 oder - wie dargestellt - maximal etwa 5 aufweist. Weiterhin soll ein Verhältnis der radialen Erstreckung r zu einer radialen Abmessung des Zylinderraums 3, also entweder zu dem Durchmesser D-i des Zylinderraumabschnitts 4 oder dem Durchmesser D ₂ des Zylinderraumabschnitts 5, kleiner als 4e-10 sein. Beispielsweise beträgt die radiale Erstreckung r des Übergangsabschnitts 6 etwa 15 μπη. Es ist erkennbar, dass der Übergangsabschnitt 6 in Form eines Kreisrings vorliegt beziehungsweise entlang einer Kegelstumpfmantelfläche verläuft. Der Übergangsabschnitt 6 verläuft demnach selbst stetig, mündet jedoch unstetig in die den Zylinderraumabschnitten 4 und 5 zugeordneten Bereiche der Zylinderlauffläche 2 ein.

BEZUGSZEICHENLISTE

Zylinder

Zylinderlauffläche

Zylinderraumabschnitt

Zylinderraumabschnitt

Übergangsabschnitt