DE10121852C2 - Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder mit einer Zylinderlaufbuchse, in deren brennraumseitiges Ende ein Flammring eingesetzt ist.

Ein derartiger Flammring ist hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Er sucht sich dabei zwangläufig auszudehnen. Diese Ausdehnung wird durch die ihn umgebende kühlere Zylinderbuchse behindert. Dies führt zu Spannungen im Flammring. Im normalen, störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine liegen die Spannungen auch in dem höchsten thermisch beanspruchten Bereich des Flammringes unterhalb der Grenze, ab der eine plastische Deformation des Ringes auftritt. Im Extremfall beispielsweise bei Überlast der Brennkraftmaschine oder Unregelmäßigkeiten bei der Verbrennung, wie etwa klopfendem Betrieb bei Gasmotoren, wird jedoch die Streckgrenze des Materials des Flammrings überschritten und somit treten plastische Deformationen auf. Diese Deformationen führen zu einem unzulässigen Schrumpfen des Flammrings.

Durch die DE 636 782 C1 ist ein aus aufeinandergeschichteten Ringen zusammengesetzter Flammring bekannt geworden, der an der Innenseite mit radialen, sich nach außen verjüngenden, keilförmigen Einschnitten versehen ist, wodurch weniger Wärme in die wassergekühlten Zylinderlaufflächen abgeführt werden soll.

Weiterhin ist aus der DE 262 939 C1 ebenfalls ein Flammring bekannt, der zur Vermeidung einer unerwünschten Pressung aufgrund einer Wärmeausdehnung geschlitzt ausgeführt ist, wobei eventuell mehrer Schlitze vorgesehen sind, die sowohl durchgehend als auch nicht ganz durchgehend ausgebildet sein können.

Diese aufgezeigten Materialschwächungen des Flammringes sind aus heutiger Sicht hinsichtlich ihrer erforderlichen Festigkeit nicht ausreichend.

Dies vor Augen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den Flammring einer Anordnung gattungsgemäßer Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass er auch extrem hohe Temperaturen ohne Gefahr von Betriebsstörungen verträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wandstärke des Flammrings partiell in thermisch hoch beanspruchten Bereichen zur Erhöhung seiner Elastizität vermindert ist.

Durch diese Maßnahme wird die Steifigkeit des Flammrings lokal abgesenkt. Dies führt zu einem Absenken der Spannungen im Flammring, was wirkungsvoll plastische Deformationen vermeidet.

Eine Verminderung der Wandstärke lässt sich in konstruktiv und fertigungstechnisch einfacher Weise dadurch erreichen, dass in den Flammring Nuten eingebracht sind.

Ein guter Spannungsabbau wird in der Regel dadurch erreicht, dass die Nuten an der Innenseite des Flammringes angeordnet sind. Dabei erstrecken sich vorteilhaft die Nuten bis zur Oberfläche des Flammrings.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil eines Flammringes und einer Zylinderbuchse.

Die Zeichnung zeigt die Zylinderbuchse 1 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wie eines großen Gasmotors. Der Aufbau und die Wirkungsweise von Hubkolbenbrennkraftmaschinen sind an sich bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. In eine obere ringförmige Ausnehmung der Zylinderbuchse 1 ist ein Flammring 2 fest eingesetzt. In die Innenseite 7 des Flammrings 2 sind im oberen brennraumseitigen Bereich 3 Nuten 4 eingebracht. Durch diese partielle Verminderung der Wandstärke wird die Elastizität des Flammringes 2 erhöht und zwar dort, wo die thermische Belastung am höchsten ist. Die Nuten 4 verlaufen beim Ausführungsbeispiel parallel zur Achse der Zylinderbuchse 1. Alternativ können die Nuten auch unter einem Winkel zur Achse der Zylinderbuchse 1 angeordnet sein. Hierdurch kann die Elastizität des Flammringes 2 erhöht werden. Die Nuten 4 erstrecken sich dabei bis zur Oberfläche 5 des Flammrings.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche der Nuten 4 etwa halbkreisförmig begrenzt. Dies hat sich im Hinblick auf die auftretenden Spannungen als optimal herausgestellt. Dabei ist die Querschnittsfläche bis auf das auslaufseitige Ende 6 konstant. Je nach der zu erwartenden thermischen Belastung des Flammringes kann die Querschnittsfläche der Nuten 4 sich auch zur Oberfläche des Flammrings 2 erweitern.

Bei einigermaßen gleichmäßig über den Umfang thermisch belasteten Flammringen sind die Nuten gleichmäßig über dessen Umfang verteilt eingebracht. Wenn der Flammring über den Umfang ungleichmäßig thermisch belastet ist, ist der gegenseitige Abstand der Nuten 4 im thermisch höher belasteten Bereich verringert. Alternativ oder zusätzlich können in diesem Fall die Tiefe a der Nuten 4 oder deren Höhe b vergrößert sein. In jedem Fall folgt die Elastizitätsverteilung über dem Umfang der thermischen Belastung.

In der Zeichnung ist weiterhin die durch die thermische Belastung, also die Temperatur, im Betrieb auftretende Flächenpressung eines herkömmlichen Flammringes konstanter Wandstärke für einen bestimmten Umfangsabschnitt mit dem Kurvenzug x bezeichnet. An anderen Umfangsabschnitten kann sich ein abweichender Kurvenzug ergeben. Die Kurve x verdeutlicht, dass am herkömmlichen Flammring partiell sehr hohe Flächenpressungen und damit Spannungen, die die Streckgrenze des Materials überschreiten können, auftreten.

Durch die weiterhin eingetragene Kurve y sind die Flächenpressung und damit die auftretenden Spannungen eines erfindungsgemäßen Flammringes angegeben. Aus dem Vergleich der beiden Kurven x und y ergibt sich, dass erfindungsgemäß die kritischen hohen Flächenpressungen wirkungsvoll abgebaut werden können. Die zu erwartenden Flächenpressungen bzw. Temperaturen für einen Flammring konstanter Wandstärke und deren Verteilung über den Umfang sind daher Ausgangspunkt für die Auslegung der erfindungsgemäßen Verminderung der Wandstärke.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es stehen vielfältige Auslegungsmöglichkeiten der Verminderung der Wandstärke des Flammrings zur Verfügung.

Claims (7)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder mit einer Zylinderlaufbuchse (1), in deren brennraumseitiges Ende ein Flammring (2) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Flammrings (2) partiell in thermisch hoch beanspruchten Bereichen zur Erhöhung seiner Elastizität vermindert ist, derart, dass zur partiellen Verminderung der Wandstärke in den Flammring (2) Nuten (4) eingebracht sind, die an der Innenseite (7) und im oberen Bereich (3) des Flammrings (2) vorgesehen sind, wo sie sich bis zur Oberfläche (7) des Flammrings (2) erstrecken, dass die Querschnittsfläche der Nuten (4) sich zur Oberfläche (5) des Flammringes (2) erweitert und eine etwa halbkreisförmige Begrenzung aufweist.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuten (4) parallel zur Achse der Zylinderlaufbuchse (1) erstrecken.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (4) unter einem Winkel zur Achse der Zylinderlaufbuchse (1) angeordnet sind.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Nuten (4) bis auf das untere auslaufseitige Ende (6) konstant ist.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (4) gleichmäßig über den Umfang des Flammrings (2) verteilt eingebracht sind.

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei über den Umfang ungleichmäßig thermisch belasteten Flammringen (2) die gegenseitigen Abstände der Nuten (4) in thermisch höher belasteten Bereichen verringert sind.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei über den Umfang ungleichmäßig thermisch belasteten Flammringen (2) die Nuttiefe (a) und/oder die Nuthöhe (b) in thermisch höher belasteten Bereichen vergrößert ist.