DE102006057839A1 - Cylinder for a combustion engine comprises a tapered section formed as a material coating applied on the running surface of the cylinder in the region above an upper annular mirror point - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder für einen Verbrennungsmotor, wobei der Innendurchmesser des Zylinders im Bereich oberhalb des oberen Ringumkehrpunkts eines im Zylinder axial hin und her geführten Kolbens eine Verengung aufweist.The The present invention relates to a cylinder for an internal combustion engine, wherein the inner diameter of the cylinder in the area above the upper Ring inversion point of a cylinder in the cylinder axially reciprocated piston has a narrowing.
Eine derartige Verengung dient dazu, die sich auf dem Feuersteg des Kolbens anlagernde Ölkohle abzustreifen und einen Kontakt der Ölkohle mit der Lauffläche des Zylinders zu vermeiden.A Such constriction is used on the flank of the piston accumulating carbon strip off and contact the carbon with the tread of the To avoid cylinders.
Diese
Verengung kann bspw. als ringförmiger
Einsatz ausgebildet sein, der in eine Ausnehmung des Zylinders im
Bereich oberhalb des oberen Ringumkehrpunkts eingesetzt wird, wie
es bspw. in der
Alle diese bekannten Techniken zur Reduzierung des Innendurchmessers eines Zylinders haben gemeinsam, dass der Durchmesser des Feuerstegs des Kolbens an die Verengung angepasst werden muss. Teilweise wird der Zylinderwerkstoff stark mechanisch und/oder thermisch beansprucht. Mit dem eingesetzten Ring wird ein zudem ein zusätzliches Bauteil benötigt.All these known techniques for reducing the inner diameter of a cylinder have in common that the diameter of the topplate of the piston must be adapted to the constriction. Partially becomes the cylinder material is heavily mechanically and / or thermally stressed. The ring used also requires an additional component.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Zylinder mit einer Verengung seines Innendurchmessers im Bereich oberhalb des oberen Ringumkehrpunkts eines im Zylinder axial hin und her geführten Kolbens zu schaffen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist, bei dem die Beanspruchung des Zylinderwerkstoffs verringert und die Anpassung des Feuerstegdurchmessers vereinfacht ist.The The object of the present invention is a cylinder with a narrowing of its inside diameter in the area above the upper ring inversion point of an in cylinder axially back and forth out To create a piston that is easy and inexpensive to manufacture, at which reduces the stress on the cylinder material and the adaptation the land diameter is simplified.
Die Lösung besteht in einem Zylinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verengung als auf der Lauffläche des Zylinders im Bereich des oberen Umkehrpunkts aufgebrachten Materialauftrag ausgebildet ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Zylinder, bei dem auf der Lauffläche des Zylinders im Bereich des oberen Umkehrpunkts ein Materialauftrag aufgebracht wird.The solution consists in a cylinder with the features of claim 1. According to the invention, it is provided that the narrowing is on the tread of the cylinder in the area formed the upper reversal point applied material order is. The subject of the present invention is furthermore a production process for one such cylinder, in which on the tread of the cylinder in the area the upper reversal point a material application is applied.
Der erfindungsgemäße Zylinder weist erstmals eine Verengung in Form eines auf die Lauffläche aufgebrachten Materialauftrags auf. Beim Aufbringen des Materialauftrags wird der Zylinderwerkstoff nur in einem sehr begrenzten lokalen Bereich mechanisch und/oder thermisch beansprucht. Dadurch wird eine Schwächung des Zylinders durch weit reichende Gefügeveränderungen sowie eine Veränderung der Maße des Zylinders (bspw. durch Verziehen) vermieden. Der Materialauftrag kann so ausgestaltet werden, dass eine Nachbearbeitung nicht erforderlich ist, was die Herstellung weiter vereinfacht. Eine Veränderung des Zylinderquerschnitts, bspw. durch Einbringen von Nuten, ist nicht erforderlich. Der Materialauftrag kann auch nachträglich auf bereits fertig gestellte Bauteile aufgebracht werden. Eine zusätzliche Anpassung des Feuerstegdurchmessers am Kolben ist ebenfalls nicht erforderlich, weil der erfindungsgemäße Materialauftrag individuell passgenau aufgetragen werden kann.Of the inventive cylinder shows for the first time a narrowing in the form of a tread applied to the tread Material order on. When applying the material order is the cylinder material only in a very limited local area mechanically and / or thermally stressed. This will weaken the Cylinder through far-reaching structural changes and a change the crowd of the cylinder (eg by warping) avoided. The material order can be designed so that post-processing is not required is what further simplifies the production. A change of the cylinder cross-section, for example. By introducing grooves, is not mandatory. The material order can also be postponed to already finished components are applied. An additional Adjustment of the land diameter on the piston is also not required, because the material application according to the invention individually can be applied accurately.
Dieses erfindungsgemäße Gestaltungsprinzip erlaubt den Einsatz des erfindungsgemäßen Zylinders auch bei wesentlich geringeren Motorenbaugrößen, als sie bisher möglich waren, was die Verwendung in praktisch allen Motortypen einschließlich PKW-Motoren ermöglicht. Der erfindungsgemäße Zylinder kann einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei eine Serienfertigung möglich und auch wirtschaftlich ist.This inventive design principle allows the use of the cylinder according to the invention even at essential smaller engine sizes, than they previously possible were what the use in virtually all engine types including car engines allows. The cylinder according to the invention can be simple and inexpensive be produced, with a series production possible and also economically is.
Gegenstand der Erfindung sind außerdem ein Zylinderkurbelgehäuse und ein Verbrennungsmotor, die jeweils erfindungsgemäße Zylinder aufweisen.object The invention is also a cylinder crankcase and an internal combustion engine, each cylinder according to the invention exhibit.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Further developments emerge from the subclaims.
Der Materialauftrag kann vorzugsweise auf die fertig bearbeitete Lauffläche des Zylinders aufgebracht werden. Damit können fertige Bauteile nachträglich mit dem erfindungsgemäßen Materialauftrag versehen werden. Eine Nachbearbeitung ist in der Regel nicht notwendig.Of the Material application may preferably be on the finished tread of the Cylinders are applied. This finished components can be retrofitted with provided the material according to the invention become. Post-processing is usually not necessary.
Der Materialauftrag kann durch jedes Verfahren erfolgen, das eine möglichst exakte Begrenzung der axialen Höhe des Materialauftrags erlaubt. Dazu zählt bspw. das thermische Spritzen, bspw. Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen, Laserspritzen, Laserauftragsschweißen etc..Of the Material order can be made by any method, the one possible exact limitation of the axial height of the material order allowed. This includes, for example, the thermal spraying, eg flame spraying, high-speed flame spraying, electric arc spraying, Plasma spraying, laser spraying, laser deposition welding etc.
Besonders bevorzugt werden aber Verfahren, bei denen der Materialauftrag mit einem möglichst geringen Wärmeeintrag in den Zylinderwerkstoff verbunden ist. Damit wird nicht nur eine übermäßige Beanspruchung des Zylinderwerkstoffs durch Gefügeveränderungen vermieden, sondern auch unerwünschte Oxidationen des Zylinderwerkstoffs.But are particularly preferred methods in which the material application is connected with the lowest possible heat input into the cylinder material. This is not just a übermä ßige stress of the cylinder material by structural changes avoided, but also undesirable oxidation of the cylinder material.
Zu diesen Verfahren gehört bspw. eine galvanische oder stromlose Abscheidung auf die Lauffläche, bei der der gewünschte Bereich selektiv mit einem Materialauftrag vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff in der gewünschten Dicke (bspw. 50–500 μm) versehen wird. Geeignet sind bspw. Eisen, Kupfer, Chrom oder andere Elemente enthaltende Werkstoffe. Bei der Abscheidung wird durch geeignete Masken, z. Bsp. Zylindereinsätze, die mit Dichtlippen (vorzugsweise aus Gummi) flüssigkeitsdicht den nicht zu beschichtenden Bereich abdecken, die erforderliche Selektivität und Begrenzung der axialen Höhe des Materialauftrags erzielt. Dies kann bei der galvanischen Abscheidung auch durch eine angepasste Ausführung der Gegenelektrode oder mittels Blenden zur Begrenzung des elektrischen Feldes erreicht werden. Diese Verfahrenstechniken und Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt.To belongs to this method For example, a galvanic or electroless deposition on the tread at the one you want Area selective with a material order preferably from a Metallic material in the desired thickness (eg. 50-500 microns) provided becomes. For example, iron, copper, chromium or other elements are suitable containing materials. In the deposition is by suitable Masks, z. Eg cylinder inserts, the liquid-tight with the sealing lips (preferably rubber) to not Coating area, the required selectivity and limitation the axial height achieved the material order. This can be done with the galvanic deposition also by a customized version the counter electrode or by means of diaphragms to limit the electrical Field can be achieved. These process techniques and measures are known in the art.
Der Materialauftrag kann auch durch ein Druckverfahren, bspw. Tampondruck, auf die Lauffläche des Zylinders aufgebracht werden. Auch hierbei wird ein übermäßiger Wärmeeintrag in den Zylinderwerkstoff vermieden.Of the Material application can also by a printing process, eg. Pad printing, on the tread be applied to the cylinder. Again, this is an excessive heat input avoided in the cylinder material.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen des Materialauftrags auf die Lauffläche des Zylinders, bei dem ein übermäßiger Wärmeeintrag in den Zylinderwerkstoff vermieden wird, ist das Kaltgasspritzen. Beim Kaltgasspritzen (cold spray) wird der Werkstoff des Materialauftrags in Form eines festen Pulvers mit hoher kinetischer Energie auf die Lauffläche aufgetragen. Es findet praktisch kein Wärmeeintrag in den Zylinderwerkstoff statt. Die axiale Höhe des Materialauftrags kann durch die Spritzstrahlbreite exakt kontrolliert werden. Es entsteht ein qualitativ besonders hochwertiger Materialauftrag mit einer praktisch beliebig wählbaren Dicke von 10 μm bis 5 mm. Ferner können mit diesem Verfahren zahlreiche Materialien verarbeitet werden, von Metallen über Kunststoffe bis hin zu Keramiken und Gemischen hiervon.One particularly preferred method for applying the material application on the tread of the Cylinder in which an excessive heat input in the cylinder material is avoided, is the cold gas spraying. In cold spray, the material of the material application in the form of a solid powder with high kinetic energy applied to the tread. It finds practically no heat input in the cylinder material instead. The axial height of the material application can be precisely controlled by the spray jet width. It arises a qualitatively high-quality material order with a virtually arbitrary Thickness of 10 μm up 5 mm. Furthermore, can numerous materials are processed with this method of metals over Plastics to ceramics and mixtures thereof.
Für den Materialauftrag können generell alle Werkstoffe verwendet werden, die sich dauerhaft auf die Lauffläche des Zylinders auftragen lassen und beständig gegen die Beanspruchungen während des Betriebs sind. Insbesondere sind geeignet Metalle, Metalllegierungen, metallische Gläser, anorganische Gläser, Keramiken und Verbundkeramiken, Emaillewerkstoffe, Lacke und Emaillelacke.For the material order can Generally all materials are used which are permanently on the tread Apply to the cylinder and resistant to the stresses while of the company. In particular, metals, metal alloys, metallic glasses, inorganic glasses, Ceramics and composite ceramics, enamel materials, lacquers and enamels.
Die Dicke des Materialauftrags hängt von den Anforderungen des Einzelfalls ab und kann bspw. 50–500 μm betragen. Idealerweise sollte die Dicke so gewählt werden, dass eine Montage des kompletten Kolbens mit Kolbenringen von der Zylinderkopfseite her problemlos möglich ist. Der Zylinderdurchmesser im Bereich des Materialauftrags muss also größer sein als der Nenndurchmesser des zu montierenden Kolbens.The Thickness of the material order depends from the requirements of the case and can be, for example, 50-500 microns. Ideally, the thickness should be chosen so that an assembly of the complete piston with piston rings from the cylinder head side possible without problems is. The cylinder diameter in the area of the material order must therefore to be taller as the nominal diameter of the piston to be assembled.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:embodiments The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It show in a schematic, not to scale representation:
Um
die axiale Höhe
H des Materialsauftrag
Claims (18)
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