DE10153178A1

DE10153178A1 - Cylinder liner for piston in IC engines has coaxial cylindrical recess in inner running surface and inclined transitional section between recess and surface, to prevent deposits

Info

Publication number: DE10153178A1
Application number: DE2001153178
Authority: DE
Inventors: Peter Bauknecht; Erwin Schmidt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2001-10-27
Filing date: 2001-10-27
Publication date: 2003-05-08

Abstract

The cylinder liner (2) has a cylindrical inner running surface (3) with associated coolant channel (13). It also has a coaxial cylindrical recess (5) on the cylinder head side, within the area of the inner surface. An inclined step surface (6) as a transition between recess and inner surface encloses an angle (21) of between 5 deg and 75 deg , esp. between 15 deg and 35 deg . The radial recess is formed by casting, grinding and/or turning, and has a length (L) of between 1% and 50%, resp. between 5% and 20% of the piston diameter. The recess is flat, concave, or convex, esp. circular ring-shaped, round, or curved.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufbuchse für einen mindestens einen ersten Kolbenring aufweisenden Hubkolben einer Brennkraftmaschine mit einer zylindrischen als Lauffläche ausgebildeten Innenfläche, der ein Kühlmittelkanal zugeordnet ist. The invention relates to a bushing for a at least one first piston ring having reciprocating piston an internal combustion engine having a cylindrical as Tread formed inner surface of a coolant channel assigned.

Es ist bereits eine Laufbuchse für Brennkraftmaschinen bekannt (DE 198 11 780 C1), die zur Aufnahme eines Hubkolbens dient. Die Laufbuchse weist hierzu im Bereich der Zylinderkopffläche eine Montage-Fase für den Hubkolben bzw. seine Kolbenringe auf. Die Laufbuchse steht meist auch mit einem Kühlmittelkanal des Kurbelwellengehäuses in Wirkverbindung. It is already known a liner for internal combustion engines (DE 198 11 780 C1), which serves to receive a reciprocating piston. The liner has this in the area of the cylinder head surface a mounting chamfer for the piston or its piston rings on. The liner is usually also with a coolant channel the crankshaft housing in operative connection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laufbuchse derart auszubilden und anzuordnen, daß neben der einfachen Montage des Hubkolbens, dieser gegen Ablagerungen und den damit verbundenen Verschleiß geschützt ist. The invention is based on the object, a liner such form and arrange that in addition to the simple Assembly of the reciprocating piston, this against deposits and the associated wear is protected.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Laufbuchse zylinderkopfseitig, im Bereich ihrer Innenfläche eine koaxiale, zylindrische Ausnehmung oder Erweiterung aufweist und zwischen Erweiterung und Innenfläche als Übergang ein geneigt verlaufender Absatz oder eine Absatzfläche vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß Ablagerungen von harter Ölkohle am Kolben, insbesondere im Bereich oberhalb des ersten Kolbenrings, dem sogenannten Feuersteg, vermieden werden. Diese Anlagerungen führen beim Aufwärts- und Abwärtshub des Kolbens zu Verschleißerscheinungen der gehonten Laufbuchsenoberfläche. Damit wird die Bildung von Ölhaltetaschen verhindert und aufgrund der dann auftretenden Mischreibung der Kolbenringe ist die Lebensdauer und die Wirtschaftlichkeit des Motors beschränkt. Durch den Absatz bzw. die Absatzfläche wird die sich bildende Ölkohle am Kolben abgestreift und der Verschleiß der Laufbuchse verhindert. The problem is solved according to the invention in that the Bushing cylinder head side, in the area of its inner surface a coaxial, cylindrical recess or extension and between extension and inner surface as a transition a sloping paragraph or heel surface is provided. This ensures that deposits of Hard coal on the piston, especially in the area above the first piston ring, the so-called Feuersteg avoided become. These deposits lead up and down Downward stroke of the piston to wear of the honed Bushing surface. This will be the formation of Prevents oil pockets and due to the then occurring Mixed friction of the piston rings is the life and the Economy of the engine limited. By the paragraph or the sales area is the forming carbon on the piston stripped and prevents the wear of the liner.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Absatzfläche mit der Innenfläche oder einer Zylindermittelachse einen Winkel α zwischen 5° und 75°, insbesondere zwischen 15° und 35° einschließt. Dies gewährleistet einen optimalen Abstreifvorgang der Ölkohle. Zudem erleichtert die Absatzfläche die Montage des Kolbens mit den Kolbenringen. For this purpose, it is advantageous that the sales area with the Inner surface or a cylinder center axis an angle α between 5 ° and 75 °, in particular between 15 ° and 35 ° includes. This ensures an optimal Stripping process of the coal. In addition, the facilitates Sales area the assembly of the piston with the piston rings.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß die radiale Erweiterung durch Gießen, Schleifen und/oder Drehen gebildet ist und eine Länge L zwischen 1% und 50%, insbesondere zwischen 5% und 20% des Kolbennenndurchmessers aufweist. Dies gewährleistet zum einen eine sichere und ausreichende Führung des Hubkolbens und zum anderen ein optimales Abstreifen der Ölkohle. An additional possibility is according to a development, that the radial expansion by casting, grinding and / or Turning is formed and a length L between 1% and 50%, in particular between 5% and 20% of the piston nominal diameter having. This ensures a safe and secure adequate guidance of the reciprocating piston and on the other optimum stripping of the carbon.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Absatzfläche plan, konkav oder konvex, insbesondere kreisförmig, rund oder bogenförmig ausgebildet ist. Durch die verschiedenen Formen der Absatzflächen wird dem Abstreifverhalten für verschiedene Motortypen Rechnung getragen. Furthermore, it is advantageous that the heel surface is flat, concave or convex, in particular circular, round or arcuate is trained. Through the different forms of Sales areas is the stripping behavior for various Engine types taken into account.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die Erweiterung eine Tiefe (T) aufweist, die ausgehend von der Innenfläche zwischen 0,01% und 5%, insbesondere zwischen 0,05% und 2%, des Kolbennenndurchmessers beträgt und daß zwischen der Erweiterung und einer Kolbenlauffläche ein Spalt S vorgesehen ist, der zwischen 0,02% und 6%, insbesondere zwischen 0,1% und 2,2%, des Kolbennenndurchmessers beträgt. It is also advantageous for this that the extension a Depth (T), starting from the inner surface between 0.01% and 5%, in particular between 0.05% and 2%, of Nominal piston diameter and that between the Extension and a piston tread a gap S provided between 0.02% and 6%, in particular between 0.1% and 2.2%, of the piston nominal diameter.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß der Hubkolben zwischen dem ersten Kolbenring und seiner Deckfläche eine rotationssymmetrische Verjüngung aufweist, wobei die Verjüngung zwischen 0,1% und 1,0%, insbesondere zwischen 0,05% und 0,3%, des Kolbennenndurchmessers beträgt. Diese Verjüngung trägt zur Verbesserung des Abstreifvorgangs bei. Of particular importance for the present invention, that the reciprocating piston between the first piston ring and its Top surface has a rotationally symmetrical taper, the taper being between 0.1% and 1.0%, in particular between 0.05% and 0.3% of the piston nominal diameter. This rejuvenation contributes to the improvement of the stripping process at.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß der erste Kolbenring oder seine Kolbennut im unteren Todpunkt des Hubkolbens einen axialen Abstand A zur Erweiterung oder der Absatzfläche zwischen 0,01% und 6%, insbesondere zwischen 0,05% und 4%, des Kolbennenndurchmessers aufweist, wobei der Abstand A in Richtung der Zylindermittelachse abgetragen wird. Dieser axiale Versatz zur Absatzfläche gewährleistet eine ausreichende Kühlung bzw. verhindert eine thermische Überlastung des ersten Kolbenrings. In connection with the embodiment of the invention and Arrangement, it is advantageous that the first piston ring or his piston groove in the lower dead center of the reciprocating piston axial distance A to the extension or the sales area between 0.01% and 6%, in particular between 0.05% and 4%, of the piston nominal diameter, wherein the distance A in Direction of the cylinder center axis is removed. This axial offset to the sales area ensures a adequate cooling or prevents thermal Overloading of the first piston ring.

Vorteilhaft ist es ferner, daß mindestens ein Kühlmittelkanal innerhalb eines Kurbelwellengehäuses und/oder der Laufbuchse im Bereich der Erweiterung oder auf der Höhe der Erweiterung vorgesehen ist, wobei der Abstand K zwischen Kühlmittelkanal und Zylinderkopffläche kleiner als die Länge L der Erweiterung ist. Die Ausdehnung des Kühlmittelkanals zur Zylinderkopffläche hin verbessert die Kühlung der Laufbuchse im oberen Bereich. Dies trägt zur Verhinderung von Ablagerungen von Ölkohle bzw. von Verbrennungsrückständen bei. It is also advantageous that at least one coolant channel within a crankcase and / or liner in the area of enlargement or at the level of enlargement is provided, wherein the distance K between the coolant channel and cylinder head area smaller than the length L of the extension is. The extent of the coolant channel to Cylinder head surface improves the cooling of the liner in the upper area. This contributes to the prevention of Deposits of coal or incineration residues.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Innenfläche im Bereich der Erweiterung der Laufbuchse und/oder im Bereich der Verjüngung des Hubkolbens gehärtet, beschichtet und/oder geschliffen ist. Damit ist die Laufbuchse bzw. der Hubkolben gegen Verschleißerscheinungen geschützt. Moreover, it is advantageous that the inner surface in the area the expansion of the liner and / or in the field of Hardening of the reciprocating hardened, coated and / or is ground. This is the liner or the reciprocating piston protected against signs of wear.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in der Zeichnung dargestellt. Further advantages and details of the invention are in the Claims and explained in the description and in the Drawing shown.

In der Zeichnung ist ein Hubkolben 1 dargestellt, der eine zylindrische Kolbenlauffläche 8 und eine einem nicht dargestellten Zylinderkopf zugewandte Deckfläche 12 mit einer Kolbenmulde 14 aufweist. Die Kolbenmulde 14 weist dabei einen Hinterschnitt 15 auf, dessen Querschnitt im Randbereich S- förmig ausgebildet ist, wobei die Bodenfläche plan verläuft. Im oberen Bereich weist der Hubkolben am Umfang drei Kolbenringe 9, 10, 11 auf, die jeweils innerhalb einer Kolbenringnut 9', 10', 11' angeordnet sind. Der erste Kolbenring 9 bzw. seine Kolbenringnut 9' weist hierzu einen keil- oder trapezförmigen Querschnitt auf, wobei die Querschnittshöhe zu einer Zylindermittelachse 7, radial nach innen hin kleiner wird. Der Abstand zwischen der Kolbenringnut 9' des ersten Kolbenrings 9 und der Deckfläche 12 des Hubkolbens beträgt hierbei 5% des Kolbennenndurchmessers. Die Kolbenringnuten 10', 11' der beiden anderen Kolbenringe 10, 11 sind im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Der zweite Kolbenring 10 weist eine schräge bzw. angefaste Lauffläche auf, wobei der Kolbenring 10 gemäß Fig. 1 lediglich mit seiner unteren Kante 16 linienförmig mit einer Laufbuchse 2 zur Anlage kommt. Der dritte Kolbenring 11 ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weist im Bereich seiner Lauffläche eine halbkreisförmige Ausnehmung 17 auf, so daß er mit zwei Teilflächen im Bereich seiner oberen und unteren Kante mit der Laufbuchse 2 zur Anlage kommt. In the drawing, a reciprocating piston 1 is shown, which has a cylindrical piston running surface 8 and a cylinder head, not shown, facing top surface 12 with a piston recess 14 . The piston recess 14 in this case has an undercut 15 , whose cross-section is formed in the edge region S-shaped, wherein the bottom surface is flat. In the upper region, the reciprocating piston on the circumference of three piston rings 9 , 10 , 11 , which are each within a Kolbenringnut 9 ', 10 ', 11 'are arranged. For this purpose, the first piston ring 9 or its piston ring groove 9 'has a wedge-shaped or trapezoidal cross-section, the cross-sectional height becoming smaller towards a cylinder center axis 7 , radially inwards. The distance between the Kolbenringnut 9 'of the first piston ring 9 and the top surface 12 of the reciprocating piston is in this case 5% of the nominal piston diameter. The piston ring grooves 10 ', 11 ' of the other two piston rings 10 , 11 are formed substantially rectangular. The second piston ring 10 has an inclined or chamfered running surface, wherein the piston ring 10 according to FIG. 1 only comes into line with a bushing 2 with its lower edge 16 . The third piston ring 11 is substantially rectangular in shape and has in the region of its tread a semicircular recess 17 , so that it comes with two faces in the region of its upper and lower edges with the bushing 2 to the plant.

Der Hubkolben 1 ist innerhalb der Laufbuchse 2 angeordnet, in, der er im Betrieb eine zur Zylindermittelachse 7 koaxiale Hubbewegung ausführt. Die Laufbuchse 2 ist innerhalb eines Kurbelwellengehäuses 18 angeordnet, welches u. a. eine nicht dargestellte Kurbelwelle und einen Zylinderkopf aufnimmt. Hierzu weist die Laufbuchse einen L-förmigen Absatz 19 auf, der zusammen mit dem entsprechend ausgebildeten Kurbelwellengehäuse 18 eine gemeinsame Zylinderkopffläche 4 bildet und gleichzeitig als Sitz bzw. Aufnahme für die Lautbuchse 2 dient. The reciprocating piston 1 is disposed within the bushing 2 , in which he performs in operation a coaxial to the cylinder center axis 7 lifting movement. The bushing 2 is arranged within a crankshaft housing 18 , which receives, inter alia, a crankshaft, not shown, and a cylinder head. For this purpose, the liner on an L-shaped shoulder 19 , which forms a common cylinder head surface 4 together with the correspondingly shaped crankshaft housing 18 and at the same time serves as a seat or receptacle for the phono socket 2 .

Zwischen dem Kurbelwellengehäuse 18 und der Laufbuchse 2 ist ein Kühlmittelkanal 13 vorgesehen bzw. dieser wird durch das Kurbelwellengehäuse 18 und die Laufbuchse 2 gebildet. Der Kühlmittelkanal 13 ist hierbei im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weist an seinem oberen Ende einen bogenförmigen Abschluß 20 auf, wobei der Abstand K zwischen dem Abschluß 20 und der Zylinderkopffläche 4 in etwa 20% des Kolbennenndurchmessers beträgt. Im unteren Todpunkt des Hubkolbens 1 befindet sich der erste Kolbenring 9 auf der Höhe des Kühlmittelkanals 13 bzw. dessen Abschluß 20. Between the crankshaft housing 18 and the bushing 2 , a coolant channel 13 is provided or this is formed by the crankshaft housing 18 and the bushing 2 . The coolant channel 13 is substantially rectangular in this case and has at its upper end an arcuate termination 20 , wherein the distance K between the end 20 and the cylinder head surface 4 is approximately 20% of the nominal piston diameter. At the bottom dead center of the reciprocating piston 1 , the first piston ring 9 is located at the height of the coolant channel 13 and its end 20 .

Die Laufbuchse 2 weist eine zylindrische Innenfläche 3 in der Form einer Buchse oder Bohrung auf, die als Lauffläche für den Hubkolben 1 dient. Am oberen Ende der Innenfläche 3, im Bereich der Zylinderkopffläche 4 der Buchse 2 ist ebenfalls eine zylindrische Ausdrehung oder Erweiterung 5 vorgesehen. Die Erweiterung 5 besitzt von der Zylinderkopffläche 4 ausgehend eine Länge L von 10% des Kolbennenndurchmessers. The bushing 2 has a cylindrical inner surface 3 in the form of a bushing or bore, which serves as a running surface for the reciprocating piston 1 . At the upper end of the inner surface 3 , in the region of the cylinder head surface 4 of the bushing 2 is also a cylindrical recess or extension 5 is provided. The extension 5 has, starting from the cylinder head surface 4 , a length L of 10% of the piston nominal diameter.

Zwischen der Erweiterung 5 und der Innenfläche 3 ist ein Übergang in Form eines Absatzes 6 bzw. einer Fase vorgesehen. Die Oberfläche des Absatzes bzw. der Absatzfläche 6 schließt hierbei mit der Zylindermittelachse 7 einen Winkel α von 25° ein. Zwischen der Innenfläche 3 und der Erweiterung 5 bzw. deren Oberfläche besteht eine Höhendifferenz bzw. Tiefe T von 1% des Kolbennenndurchmessers. Durch das radiale Spiel zwischen Hubkolben 1 und Laufbuchse 2 bzw. Innenfläche 3 ergibt sich zusammen mit der Tiefe T der Ausnehmung 5 ein Spalt 5 mit einer Breite von 1, 1% des Kolbennenndurchmessers. Between the extension 5 and the inner surface 3 , a transition in the form of a paragraph 6 and a chamfer is provided. The surface of the shoulder or the shoulder surface 6 in this case encloses an angle α of 25 ° with the cylinder center axis 7 . Between the inner surface 3 and the extension 5 or the surface thereof there is a height difference or depth T of 1% of the piston nominal diameter. Due to the radial clearance between the reciprocating piston 1 and bushing 2 and inner surface 3 , together with the depth T of the recess 5, a gap 5 with a width of 1, 1% of the piston nominal diameter.

Gemäß Fig. 1 beträgt der axiale Abstand A zwischen der oberen Kante der Kolbenringnut 9' des ersten Kolbenrings 9 und der unteren Kante des Absatzes 6 der Erweiterung 5 in etwa 2% des Kolbennenndurchmessers. Referring to FIG. 1, the axial distance A between the top edge of the piston ring is 9 'of the first piston ring 9 and the lower edge of the heel 6 of the extension 5 in about 2% of the piston diameter turkeys.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Hubkolben an seinem einen Ende zwischen dem ersten Kolbenring 9 und der Deckfläche 12 rotationssymmetrisch verjüngt ist. Hierbei ist die Verjüngung zylindrisch ausgebildet und beträgt 0,05% des Kolbennenndurchmessers, so daß sich ein Spalt S mit der Breite von 1,15% des Kolbennenndurchmessers ergibt. Bezugszeichenliste 1 Hubkolben
2 Laufbuchse
3 Innenfläche
4 Zylinderkopffläche
5 Erweiterung, Ausdehnung
6 Absatzfläche
7 Zylindermittelachse
8 Kolbenlauffläche
9 erster Kolbenring
9' Nut von 9
10 zweiter Kolbenring
10' Nut von 10
11 dritter Kolbenring
11' Nut von 11
12 Deckfläche
13 Kühlmittelkanal
14 Kolbenmulde
15 Hinterschnitt
16 Kante von 10
17 Ausnehmung von 11
18 Kurbelwellengehäuse
19 Absatz von 2
20 Abschluß von 13
21 Winkel α
S Spalt
L Länge von S
T Tiefe von S
A Abstand von 9
K Abstand von 13
In an embodiment, not shown, it is provided that the reciprocating piston is tapered rotationally symmetrically at its one end between the first piston ring 9 and the top surface 12 . Here, the taper is cylindrical and is 0.05% of the nominal piston diameter, so that there is a gap S with the width of 1.15% of the nominal piston diameter. REFERENCE SIGNS LIST 1 piston
2 bushing
3 inner surface
4 cylinder head area
5 extension, extension
6 sales area
7 cylinder centerline
8 piston running surface
9 first piston ring
9 'groove of 9
10 second piston ring
10 'groove of 10
11 third piston ring
11 'groove of 11
12 deck area
13 coolant channel
14 piston recess
15 undercut
16 edge of 10
17 recess of 11
18 crankshaft housing
19 paragraph of 2
20 completion of 13
21 angle α
S cleft
L length of S
T depth of S
A distance of 9
K distance of 13

Claims

1. bushing ( 2 ) for a at least one first piston ring ( 9 ) having a reciprocating piston ( 1 ) of an internal combustion engine having a cylindrical formed as a running surface inner surface ( 3 ) which is associated with a coolant channel ( 13 ), characterized in that the bushing ( 2 ) Cylinder head side, in the region of its inner surface ( 3 ) has a coaxial, cylindrical recess or extension ( 5 ) and between extension ( 5 ) and inner surface ( 3 ) as a transition transitionally inclined paragraph or a shoulder surface ( 6 ) is provided.

2. Bushing ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the shoulder surface ( 6 ) with the inner surface ( 3 ) or a cylinder center axis ( 7 ) an angle α ( 21 ) between 5 ° and 75 °, in particular between 15 ° and 35 °.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the radial extension ( 5 ) is formed by casting, grinding and / or turning and a length (L) between 1% and 50%, in particular between 5% and 20%, of the piston nominal diameter.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shoulder surface ( 6 ) is flat, concave or convex, in particular circular, round or arcuate.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the extension ( 5 ) has a depth (T), starting from the inner surface ( 3 ) between 0.01% and 5%, in particular between 0.05% and 2 %, of the piston nominal diameter.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the extension ( 5 ) and a piston running surface ( 8 ), a gap (S) is provided, the between 0.02% and 6%, in particular between 0.1% and 2.2%, of the piston nominal diameter.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reciprocating piston ( 1 ) between the first piston ring ( 9 ) and its top surface ( 12 ) has a rotationally symmetrical taper, wherein the taper between 0.1% and 1.0%, in particular between 0.05% and 0.3%, of the piston nominal diameter.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first piston ring ( 9 ) or its Kolbenringnut ( 9 ') in the lower dead center of the reciprocating piston ( 1 ) has a distance (A) to the extension ( 5 ) or the shoulder surface ( 6 ). between 0.01% and 6%, in particular between 0.05% and 4%, of the piston nominal diameter, wherein the distance A is removed in the direction of the cylinder center axis ( 7 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one coolant channel ( 13 ) within a crankshaft housing ( 18 ) and / or the bushing ( 2 ) in the region of the extension ( 5 ) or at the level of the extension ( 5 ) is provided , wherein the distance K between the coolant channel ( 13 ) and the cylinder head surface ( 4 ) is smaller than the length L of the extension ( 5 ).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner surface ( 3 ) of the extension ( 5 ), the shoulder surface ( 6 ) and / or the taper of the reciprocating piston ( 1 ) cured, coated and / or ground.