DE102009023332A1

DE102009023332A1 - Cylinder crankcase for turbocharger utilized for engine, has cylinder bore and cylinder liner, where cylinder liner is fastened in crankcase by friction welding seam and consists of grey cast iron or hypereutectic aluminum silicon alloy

Info

Publication number: DE102009023332A1
Application number: DE200910023332
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Reinhardt (Fh); Helmut Dipl.-Ing. Schäfer (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2011-01-20

Abstract

The crankcase (2) has a cylinder bore (4) and a cylinder liner (6), where the cylinder liner is fastened in the crankcase by a friction welding seam (8). A spiral groove (16) runs in the cylinder bore. A spiral is formed by the spiral groove and comprises different upward gradients along the cylinder bore. The cylinder liner consists of grey cast iron or a hypereutectic aluminum silicon alloy. The hypereutectic aluminum silicon alloy consists of silicon whose weight percentage is greater than 20.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a cylinder crankcase according to the preamble of Patent claim 1.

In modernen Hochleistungsmotoren, insbesondere bei Motoren, die durch Turbolader aufgeladen sind, herrschen im Bereich der Kolbenbewegung, also im Zylinderkurbelgehäuse extrem hohe thermische und mechanische Belastungen vor. Insbesondere bei der Verwendung von Leichtmetall als Material für das Zylinderkurbelgehäuse ist es häufig notwendig, im Bereich, in dem der Kolben sich bewegt, also in der Zylinderbohrung eine lokale Verstärkung einzusetzen. Derartige lokale Verstärkungen werden in der Regel durch das Einsetzen von so genannten Zylinderlaufbuchsen erzielt. Geeignete Zylinderlaufbuchsen werden dabei bereits während der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses in einem Druckgussprozess in das Druckgusswerkzeug eingelegt und von dem flüssigen Gießmetall während des Gießens umgossen. Bei geeigneter Prozessführung kann mit einem hohen gießtechnischen Aufwand eine befriedigende Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuche und dem umgossenen Zylinderkurbelgehäuse realisiert werden.In modern high-performance engines, especially in engines through Turbocharger are charged, prevail in the area of piston movement, So in the cylinder crankcase extremely high thermal and mechanical loads. Especially when using light metal as the material for the cylinder crankcase it is often necessary in the area in which the piston moves, ie in the cylinder bore a local reinforcement use. Such local reinforcements are usually achieved by the use of so-called cylinder liners. Suitable cylinder liners are already during production of the cylinder crankcase inserted in a die-casting process in the die-casting tool and from the liquid casting metal while of the casting cast around. With suitable process control can with a high casting Effort a satisfactory connection between the cylinder liner and the cast cylinder crankcase can be realized.

Der Aufwand, der jedoch betrieben werden muss, um eine befriedigende Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Zylinderkurbelgehäuse zu gewährleisten ist sehr hoch und es kommt in vielen Fällen zu Ausschuss. Insbesondere wenn eine fehlerhafte Anbindung zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und der Zylinderlaufbuchse nicht rechtzeitig entdeckt wird, kann diese im Motorbetrieb auf Grund der fehlenden Kühlung der Zylinderlaufbuchse zu einem Kolbenschaden führen. Aus diesem Grund ist der Aufwand, der zur Qualitätskontrolle für derartig hergestellte Zylinderkurbelgehäuse geleistet werden muss, sehr hoch.Of the Effort, which, however, must be operated to a satisfactory To ensure connection between the cylinder liner and the cylinder crankcase is very high and it comes in many cases to committee. Especially if a faulty connection between the cylinder crankcase and the cylinder liner is not detected in time, this can in engine operation due to the lack of cooling of the cylinder liner lead to a piston damage. For this reason, the effort required for quality control is such manufactured crankcase must be made, very high.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Zylinderkurbelgehäuse mit einer Zylinderlaufbuchse bereit zu stellen, die gegenüber dem Stand der Technik einen geringeren prozesstechnischen Aufwand bedarf und dabei eine bessere Kühlung der Zylinderlaufbuchse gewährleistet benötigt.The The object of the invention is a cylinder crankcase with a cylinder liner to provide that against the The prior art requires less process engineering effort and doing a better cooling ensures the cylinder liner needed.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Zylinderkurbelgehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The solution the task consists in a cylinder crankcase with the features of the claim 1.

Das erfindungsgemäße Zylinderkurbelgehäuse weist mindestens eine Zylinderbohrung auf (je nach Bauart des Motors beispielsweise 4, 6, 8 oder 12 Zylinder), wobei in die Zylinderbohrung eine Zylinderlaufbuchse eingesetzt ist. Die darin eingesetzte Zylinderlaufbuchse zeichnet sich dadurch aus, dass sie gegenüber dem Zylinderkurbelgehäuse durch eine Reibschweißnaht befestigt ist.The inventive cylinder crankcase has at least one cylinder bore (depending on the design of the engine, for example 4, 6, 8 or 12 cylinders), wherein in the cylinder bore a cylinder liner is used. The cylinder liner used therein draws characterized by being opposite the cylinder crankcase through a friction weld is attached.

Durch die Befestigung der Zylinderlaufbuchse durch Reibschweißen kann die Zylinderlaufbuchse nach dem Gießen des Zylinderkurbelgehäuses in die Zylinderbohrung eingesetzt werden und dabei so von dem Durchmesser her angepasst werden, dass ein optimaler Passsitz zwischen der Zylinderbohrung und der Zylinderlaufbuchse erfolgt. Eine optimale Wärmeübertragung zwischen der Zylinderlaufbuchse und der Zylinderbohrung bzw. dem gesamten Zylinderkurbelgehäuse und der darin angeordneten Kühlung ist somit gewährleistet.By the attachment of the cylinder liner by friction welding can the cylinder liner after casting the cylinder crankcase in the Cylinder bore can be used and so on the diameter be adapted that an optimum fit between the cylinder bore and the cylinder liner takes place. Optimum heat transfer between the cylinder liner and the cylinder bore and the entire cylinder crankcase and the cooling arranged therein is thus guaranteed.

Bevorzugt weist die Zylinderlaufbuchse zwei Reibschweißnähte auf, die jeweils an einer oberen und/oder unteren Stirnseite der Zylinderlaufbuchse angeordnet sind. Diese beiden Reibschweißnähte dichten die Zylinderlaufbuchse gegenüber einem gegebenenfalls hinter der Zylinderlaufbuchse im Zylinderkurbelgehäuse angeordneten Wassermantel in hervorragender Weise ab.Prefers the cylinder liner on two friction welds, each at one arranged upper and / or lower end side of the cylinder liner are. These two friction welds seal the cylinder liner opposite an optionally arranged behind the cylinder liner in the cylinder crankcase Water jacket in an excellent way.

In einer weiteren Ausgestaltungsform ist in die Zylinderbohrung in einer Kontaktfläche zur Zylinderlaufbuchse eine spiralförmige Nut als Kühlkanal eingearbeitet. Diese spiralförmige Nut befördert das Kühlmittel direkt hinter der Zylinderlaufbuchse und sorgt somit für eine optimale Kühlung dieser Zylinderlaufbuchse.In Another embodiment is in the cylinder bore in a contact surface to the cylinder liner a spiral groove incorporated as a cooling channel. This spiral Grooved groove the coolant directly behind the cylinder liner and thus ensures optimum cooling this cylinder liner.

Diese spiralförmige Nut kann gegebenenfalls entlang einer Achse der Zylinderbohrung unterschiedliche Steigungen aufweisen. Durch die unterschiedlichen Steigungen kann gezielt auf die Wärmeentwicklung in den unterschiedlichen Bereichen der Zylinderlaufbuchse eingegangen werden.These spiral Groove may optionally along an axis of the cylinder bore have different slopes. By the different ones Gradients can be targeted to the heat development in the different Be addressed areas of the cylinder liner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Zylinderbohrung eine zweite spiralförmige Nut auf, die bezüglich der ersten spiralförmigen Nut gekreuzt verläuft. Durch diese gekreuzte Anordnung von zwei spiralförmigen Nuten kann eine noch bessere Kühlung der Zylinderlaufbuchse erfolgen. Dabei ist es zweckmäßig, dass die spiralförmigen Nuten derart angeordnet sind, dass Kreuzungspunkte der Nuten an einem Steg liegen, der zwei benachbarte Zylinderbohrungen verbindet.In a further advantageous embodiment, the cylinder bore a second spiral Groove on that the first spiral Nut crossed runs. By this crossed arrangement of two spiral grooves can still better cooling the cylinder liner take place. It is appropriate that the spiral Grooves are arranged such that crossing points of the grooves a bridge that connects two adjacent cylinder bores.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform können Querbohrungen durch diesen Steg so angeordnet sein, dass sie spiralförmige Nuten der einzelnen Zylinderbohrungen miteinander verbinden.In A further advantageous embodiment can transverse bores be arranged through this web so that they have spiral grooves connect the individual cylinder bores together.

Die Zylinderlaufbuchse kann als Graugussbuchse ausgestaltet sein. in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform besteht die Zylinderlaufbuchse aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung. Diese Aluminium-Silizium-Legierung weist bevorzugt einen Siliziumanteil von mehr als 22 Gew.% auf.The Cylinder liner can be configured as a gray cast iron bushing. in In another advantageous embodiment, there is the cylinder liner from a hypereutectic Aluminum-silicon alloy. This aluminum-silicon alloy exhibits preferably has a silicon content of more than 22% by weight.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sowie weitere Merkmale der Erfindung sind anhand der folgenden Figuren näher erläutert.Further advantageous embodiments of the invention and other features The invention are explained in more detail with reference to the following figures.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 einen schematischen Querschnitt durch ein Zylinderkurbelgehäuse im Bereich einer Zylinderbohrung, 1 a schematic cross section through a cylinder crankcase in the region of a cylinder bore,

2 eine schematische Darstellung einer Zylinderlaufbuchse während des Reibschweißens, 2 a schematic representation of a cylinder liner during friction welding,

3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schweißzone in 2 und 3 an enlarged section of the welding zone in 2 and

4 eine schematische Darstellung einer Zylinderlaufbuchse mit einer möglichen Anordnung von spiralförmigen Nuten als Kühlkanäle. 4 a schematic representation of a cylinder liner with a possible arrangement of spiral grooves as cooling channels.

Das in 1 dargestellte Zylinderkurbelgehäuse 2 ist in einem Querschnitt durch eine Zylinderbohrung 4 dargestellt. An einer Wand der Zylinderbohrung 4, die eine Kontaktfläche 14 zu einer Zylinderlaufbuchse 6 bildet, liegt diese Zylinderlaufbuchse 6 an.This in 1 illustrated crankcase 2 is in a cross section through a cylinder bore 4 shown. On a wall of the cylinder bore 4 that have a contact surface 14 to a cylinder liner 6 forms, lies this cylinder liner 6 at.

Die Zylinderlaufbuchse 6 ist mit der Kontaktfläche 14 der Zylinderbohrung 4 an verschiedenen Reibschweißnähten 8 mit dieser durch Reibschweißen verbunden.The cylinder liner 6 is with the contact surface 14 the cylinder bore 4 at different friction welds 8th connected to it by friction welding.

In der Ausgestaltungsform nach 1 ist die Zylinderlaufbuchse 6 auf einem Absatz 42 in der Zylinderbohrung 4 aufgesetzt. Dies ist eine rein exemplarische Darstellung, ebenso gut kann die Zylinderlaufbuchse auch durchgehend bis zu einem Kurbelwellenraum durch die Zylinderbohrung 4 hindurch ragen (vgl. beispielsweise 2). Die Reibschweißnähte 8 sind in dieser Ausgestaltungsform auch rein exemplarisch dargestellt. Sie zeigen einmal eine Reibschweißnaht 8 an einer oberen Stirnseite 10 der Zylinderlaufbuchse 6, die im Bereich eines Zylinderkopfes 28 angeordnet ist. (Der Zylinderkopf 28 ist mit einer Verschraubung 36 mit dem Zylinderkurbelgehäuse 2 befestigt. Die Reibschweißnaht 8 kann an einer unteren Stirnseite 12 der Zylinderlaufbuchse 6 ebenfalls einerseits zur Kontaktfläche 14 hin verlaufen, sie kann aber auch wie in dieser Darstellung in der linken Hälfte der Zylinderlaufbuchse angedeutet ist, zum Absatz 42 hin angeordnet sein.In the embodiment according to 1 is the cylinder liner 6 on a heel 42 in the cylinder bore 4 placed. This is a purely exemplary representation, just as well, the cylinder liner can also continuously up to a crankshaft space through the cylinder bore 4 protrude through (see, for example 2 ). The friction welds 8th are also shown purely by way of example in this embodiment. They show once a friction weld 8th on an upper front side 10 the cylinder liner 6 in the area of a cylinder head 28 is arranged. (The cylinder head 28 is with a screw connection 36 with the cylinder crankcase 2 attached. The friction weld 8th can be at a lower end 12 the cylinder liner 6 also on the one hand to the contact surface 14 However, it can also be as indicated in this illustration in the left half of the cylinder liner, the paragraph 42 be arranged.

Ferner sind in 1 schematisch verschiedene Kühlvorrichtungen des Zylinderkurbelgehäuses 2 dargestellt. Dabei handelt es sich zunächst um die herkömmlichen Kühlkanäle 34, die um die Zylinderbohrung 4 ringförmig verlaufen. In der hier dargestellten Form sind diese Kühlkanäle 34 in einer so genannten Open-deck-Bauweise ausgestaltet. Das bedeutet, dass der Kühlkanal 34 zum Zylinderkopf 28 hin offen ist und durch den Zylinderkopf 28 verschlossen wird. Eine so dargestellte Open-deck-Bauweise wird durch die produktionstechnischen Anforderungen des Druckgusses der Konstruktion aufgezwungen und ist nicht immer vorteilhaft. Durch eine hohe mechanische Belastung insbesondere bei Turbomotoren kann sich die Zylinderlaufbuchse 6 zum Wassermantel 34 hin radial deformieren, was dazu führen kann, dass beispielsweise der Druck im Brennraum, der auf den Kolben wirkt, verringert wird. Außerdem kann durch eine derartige radiale Deformation zusätzlicher Kraftstoff unverbrannt am Kolben vorbei fliegen (Blow by-Effekt), wodurch der Kraftstoffverbrauch erhöht wird.Furthermore, in 1 schematically different cooling devices of the cylinder crankcase 2 shown. These are initially the conventional cooling channels 34 around the cylinder bore 4 run in a ring. In the form shown here are these cooling channels 34 designed in a so-called open-deck construction. That means the cooling duct 34 to the cylinder head 28 is open and through the cylinder head 28 is closed. Such an open-deck design is imposed by the production engineering requirements of the die casting of the construction and is not always advantageous. Due to a high mechanical load, especially in turbo engines, the cylinder liner can 6 to the water jacket 34 towards radially deforming, which may lead, for example, that the pressure in the combustion chamber, which acts on the piston, is reduced. In addition, by such a radial deformation additional fuel unburned on the piston fly over (blow by effect), whereby the fuel consumption is increased.

Um diese Nachteile eines Wassermantels in Open-deck-Bauweise zu vermeiden, wird an dieser Stelle ferner vorgeschlagen, spiralförmige Nuten 16 in der Kontaktfläche 14 der Zylinderbohrung 4 anzubringen, in der das Kühlmittel zirkulieren kann. Diese spiralförmigen Nuten 16 sind in der 1 lediglich schematisch angedeutet. Sie werden bezüglich der 3 noch genauer erläutert. Durch eine optimale Anordnung der spiralförmigen Nuten 16 kann es ermöglicht werden, gegebenenfalls auf einen Wassermantel 34 zu verzichten und die daraus resultierenden Nachteile zu überwinden.To avoid these disadvantages of a water jacket in open-deck construction, it is also proposed at this point, spiral grooves 16 in the contact area 14 the cylinder bore 4 in which the coolant can circulate. These spiral grooves 16 are in the 1 indicated only schematically. They will respect the 3 explained in more detail. By an optimal arrangement of the spiral grooves 16 It may be possible, if necessary, to a water jacket 34 to renounce and overcome the resulting disadvantages.

In 2 ist zunächst schematisch dargestellt, wie eine Zylinderlaufbuchse 6 an einer oberen Stirnseite 10 und einer unteren Stirnseite 12 durch eine in 2a schematisch dargestellte Reibschweißvorrichtung 29 aufgenommen wird und in der Zylinderbohrung 4 gehalten wird. Die Reibschweißvorrichtung 29 weist dabei eine Mitnahmeverzahnung 31 auf, wodurch die Zylinderlaufbuchse 4 besser beim Reibschweißen gehalten werden kann. Die Reibschweißvorrichtung 29, ist so ausgestaltet, dass axiale Kräfte, die durch den Pfeil 32 veranschaulicht werden, auf die Zylinderlaufbuchse 6 wirken. Die Reibschweißvorrichtung vollzieht dabei eine radiale Bewegung, die durch die Pfeile 44 veranschaulicht ist, diese radiale Bewegung 44 kann auch alternierend in verschiedene Richtungen erfolgen. Durch diese radiale Bewegung wird im Bereich der aufgebrachten axialen Kräfte 32 eine hohe Wärmenergie in die Kontaktfläche 14 und in die Zylinderlaufbuchse 6 induziert. Durch diese lokale Wärmeenergie kommt es zum Aufschmelzen in diesem Bereich, was in der Schweißnaht 8, die ebenfalls schematisch durch Schraffur angedeutet ist, resultiert.In 2 is first shown schematically as a cylinder liner 6 on an upper front side 10 and a lower end face 12 through an in 2a schematically illustrated friction welding device 29 is recorded and in the cylinder bore 4 is held. The friction welding device 29 has a driving toothing 31 on, causing the cylinder liner 4 can be better held during friction welding. The friction welding device 29 , is designed so that axial forces by the arrow 32 be illustrated on the cylinder liner 6 Act. The friction welding performs a radial movement, by the arrows 44 is illustrated, this radial movement 44 can also be done alternately in different directions. This radial movement is in the range of applied axial forces 32 a high heat energy in the contact surface 14 and in the cylinder liner 6 induced. This local heat energy causes melting in this area, resulting in the weld 8th , which is also indicated schematically by hatching results.

Die Reibschweißnaht 8 ist bevorzugt an der oberen Stirnseite 10 bzw. an der unteren Stirnseite 12 der Zylinderlaufbuchse 6 im Übergangsbereich zur Kontaktfläche 14 der Zylinderbohrung 4 angeordnet. Die Zylinderlaufbuchse kann dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform an ihren Stirnseiten 10, 12 konische Fügestellen 33 aufweisen, die während des Reibschweißprozesses durch Aufschmelzen oder Abrieb an einem Absatz 30 des Zylinderkurbelgehäuses 2 abgetragen wird. In diesem Bereich, der in 3 gestrichelt dargestellt ist, befindet sich nach dem Reibschweißvorgang die Reibschweißnaht 8. Das Einbringen der konischen Fügestellen bewirkt noch einen zusätzlich vorteilhaften Zentrierungseffekt. Der Reibschweißvorgang erfolgt bei dem beschriebenen Verfahren an beiden Stirnseiten 10, 12 gleichzeitig.The friction weld 8th is preferred on the upper front side 10 or on the lower front side 12 the cylinder liner 6 in the transition area to the contact surface 14 the cylinder bore 4 arranged. The cylinder liner can in an advantageous embodiment of their faces 10 . 12 conical joints 33 have, during the friction welding process by melting zen or abrasion on a heel 30 of the cylinder crankcase 2 is removed. In this area, the in 3 is shown by dashed lines, is located after the friction welding the friction weld 8th , The introduction of the conical joints still causes an additional advantageous centering effect. The friction welding process takes place in the described method on both end faces 10 . 12 simultaneously.

Analog zu der konischen Fügestelle können auch zwei rechtwinklige Fügestellen, eine als Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 4 und einer als Absatz 42 aufeinandergesetzt werden, und verschweißt werden, wie das exemplarisch in 1 dargestellt ist.Analogous to the conical joint also two right-angled joints, one as the front side of the cylinder liner 4 and one as a paragraph 42 be put together, and welded, as exemplified in 1 is shown.

Diese Reibschweißnähte 8 bieten eine zuverlässige Dichtung für die in der Kontaktfläche 14 verlaufenden spiralförmigen Nuten 16. Diese spiralförmigen Nuten 16, die bereits im Zusammenhang mit 1 – dort schematisch dargestellt – erwähnt sind, werden im Zusammenhang mit 4 nun näher erläutert.These friction welds 8th provide a reliable seal for those in the contact area 14 extending spiral grooves 16 , These spiral grooves 16 already related to 1 - are shown there - are mentioned in connection with 4 now explained in more detail.

In 4 ist ebenfalls schematisch eine Zylinderlaufbuchse 6 in eine diese umgebende Zylinderbohrung 4, die wiederum Bestandteile des Zylinderkurbelgehäuses 2 ist, dargestellt. In der Kontaktfläche 14 sind spiralförmige Nuten ähnlich wie ein innen liegendes Gewinde eingearbeitet. Diese spiralförmigen Nuten 16 werden nach dem Gießen des Zylinderkurbelgehäuses durch mechanische Bearbeitung eingebracht. Nachdem anschließend die Zylinderlaufbuchse 6 in die Zylinderbohrung 4 eingesetzt ist und wie beschrieben durch Reibschweißnähte 8 in der Zylinderbohrung befestigt ist, kann ein Kühlmittel, das durch die Pfeile 38 angedeutet ist, in dieser spiralförmigen Nut 16 zirkulieren.In 4 is also schematically a cylinder liner 6 in a surrounding cylinder bore 4 , in turn, components of the cylinder crankcase 2 is presented, layed out. In the contact area 14 are spiral grooves incorporated similar to an internal thread. These spiral grooves 16 are introduced by mechanical machining after casting the cylinder crankcase. After then the cylinder liner 6 into the cylinder bore 4 is used and as described by Reibschweißnähte 8th Mounted in the cylinder bore, a coolant can flow through the arrows 38 is indicated in this spiral groove 16 circulate.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Kühlmittel direkt um die Zylinderlaufbuchse 6 herum fließt und nicht noch durch einen weiteren Steg zum Kühlkanal 34, wie er in 1 dargestellt ist, getrennt ist. Durch diese Anordnung kann eine wesentlich effektivere Kühlung der Zylinderlaufbuchse 4 erfolgen. Da die Zylinderlaufbuchse 6 sich in regelmäßigen Abständen auch wieder an der Wand 14 der Zylinderbohrung 4 abstützen kann, kann der bereits erwähnte radiale Verzug nach außen der Zylinderlaufbuchse in dieser Bauform nicht erfolgen. Dadurch ist es möglich, in der Zylinderbohrung, also im Brennraum wesentlich höhere Drücke (bevorzugt über 200 hPa) zu realisieren, was einen deutlichen Leistungsvorteil des Motors zur Folge hat. Zudem kann durch die effektivere Kühlung eine deutlich höhere Wärmeenergie aus dem Brennraum abgeführt werden. Dies bedeutet wiederum, dass im Brennraum höhere Temperaturen herrschen können, was wiederum zu einer Leistungssteigerung des Motores führen kann.The advantage of this arrangement is that the coolant is directly around the cylinder liner 6 flows around and not through another bridge to the cooling channel 34 as he is in 1 is shown, is separated. By this arrangement, a much more effective cooling of the cylinder liner 4 respectively. As the cylinder liner 6 at regular intervals again on the wall 14 the cylinder bore 4 can support the aforementioned radial distortion to the outside of the cylinder liner in this design can not be done. This makes it possible, in the cylinder bore, so in the combustion chamber to realize much higher pressures (preferably over 200 hPa), which has a significant performance advantage of the engine result. In addition, a much higher heat energy can be dissipated from the combustion chamber by the more effective cooling. This in turn means that higher temperatures can prevail in the combustion chamber, which in turn can lead to an increase in power of the engine.

Grundsätzlich kann es zweckmäßig sein, neben der bereits erwähnten spiralförmigen Nut 16 eine zweite, bevorzugt in ihrer Steigung gegenläufige spiralförmige Nut 22 in die Kontaktfläche 14 der Zylinderbohrung 4 einzubringen. Diese spiralförmige Nut 22, deren Kühlmittelverlauf gegebenenfalls in die entgegengesetzte Richtung – angedeutet durch den Pfeil 40 – erfolgt, ist in 4 der Übersichtlichkeit halber lediglich nur eine Wendel dargestellt.In principle, it may be appropriate, in addition to the already mentioned spiral groove 16 a second, preferably in its slope opposite spiral groove 22 in the contact area 14 the cylinder bore 4 contribute. This spiral groove 22 whose coolant course may be in the opposite direction - indicated by the arrow 40 - done, is in 4 For the sake of clarity, only one coil is shown.

Ebenfalls der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind die Kreuzungspunkte, die zwangsläufig auftreten können, wenn zwei entgegengesetzte spiralförmige Nuten in einer zylindrischen Fläche eingebracht werden. Diese Kreuzungspunkte sind bevorzugt so angeordnet, dass sie in Richtung eines Steges 24 liegen, der den Übergang zu einer weiteren hier ebenfalls nicht dargestellten Zylinderbohrung bildet. Dieser Steg 24, der in der Darstellung gemäß 1 und 4 links und rechts der Zylinderlaufbuchse 6angeordnet ist, weist zudem eine Bohrung 26 auf (Querbohrung), die eine Verbindung zu weiteren spiralförmigen Nuten in den benachbarten Zylinderbohrungen darstellt. Die Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit Kühlmittel beträgt bis zu 8 m/s, bevorzugt zwischen 4 m/s und 8 m/s.Also not shown for the sake of clarity, the crossing points, which can inevitably occur when two opposite spiral grooves are introduced in a cylindrical surface. These crossing points are preferably arranged so that they are in the direction of a web 24 lie, which forms the transition to another cylinder bore also not shown here. This jetty 24 , which in the representation according to 1 and 4 left and right of the cylinder liner 6 is arranged, also has a bore 26 on (transverse bore), which is a connection to other spiral grooves in the adjacent cylinder bores. The flow rate of the coolant coolant is up to 8 m / s, preferably between 4 m / s and 8 m / s.

Es können auch mehrere Verbindungen (beispielsweise durch Stege 24) zwischen den einzelnen Zylinderlaufbuchsen 4 eines Motors bestehen, durch die das Kühlmittel fließen kann. Dies kann notwendig sein, um an jeder Zylinderlaufbuchse 4 dieselbe Kühlmitteltemperatur zu gewährleisten. Diese Verbindungen können bevorzugt jeweils oben und unten separat verlaufen und in Form einer Sammelleiste ausgestaltet sein, was ein breiter Kanal ist, der alle spiralförmigen Nuten gleichzeitig speist. Dies bewirkt, dass vergleichsweise wenig Kühlmittel im Startkreislauf des Motors vorhanden sein muss, was wiederum eine kürzere Aufwärmephase des Motors zur Folge hat.It can also be several connections (for example, by webs 24 ) between the individual cylinder liners 4 consist of an engine through which the coolant can flow. This may be necessary to attach to each cylinder liner 4 to ensure the same coolant temperature. These connections can preferably each run above and below separately and be designed in the form of a collecting bar, which is a wide channel which feeds all the spiral grooves at the same time. This causes comparatively little coolant to be present in the starting circuit of the engine, which in turn results in a shorter warm-up phase of the engine.

Entlang einer Achse der Zylinderbohrung 4 kann es im Bereich der Zylinderlaufbuchse 6 bzw. in der Kontaktfläche 14 zu unterschiedlichen Wärmeentwicklungen kommen. Im oberen Bereich der Zylinderlaufbuchse, wo der Kolben umkehrt (oberer Totpunkt) kommt es zu einer deutlich stärkeren Wärmeentwicklung als im mittleren Bereich der Zylinderlaufbuchse 6, an dem der Kolben lediglich entlang gleitet. Im Bereich des oberen Totpunktes und gegebenenfalls auch im Bereich eines unteren Totpunktes kann es zweckmäßig sein, eine geringere Steigung der spiralförmigen Nuten 16 bzw. 22 zu wählen. Bei einer geringeren Steigung der spiralförmigen Nuten 16, 22 herrscht pro Flächeneinheit eine größere Kühlmitteloberfläche vor, weshalb an dieser Stelle eine stärkere Kühlung erfolgt. In Bereichen in denen eine weniger starke Wärmebelastung auftritt, kann eine höhere Steigung der Nuten 16, 22 gewählt werden. Auch ein unterschiedlich großer Querschnitt der spiralförmigen Nuten 16, 22 entlang der Zylinderlaufbuchse 4 kann zur Kompensation von Temperaturunterschieden beitragen.Along an axis of the cylinder bore 4 It can be in the range of the cylinder liner 6 or in the contact area 14 come to different heat developments. In the upper part of the cylinder liner, where the piston reverses (top dead center), there is a much greater heat development than in the central region of the cylinder liner 6 on which the piston only slides along. In the region of the top dead center and possibly also in the region of a bottom dead center, it may be expedient to have a smaller pitch of the spiral grooves 16 respectively. 22 to choose. At a lower pitch of the spiral grooves 16 . 22 There is a larger coolant surface per unit area, which is why at this point more cooling takes place. In areas where a less intense heat load occurs, a higher pitch of the grooves 16 . 22 to get voted. Also a different sized cross section of the spiral grooves 16 . 22 along the cylinder liner 4 can contribute to the compensation of temperature differences.

Die Zylinderlaufbuchse 6 kann als eine so genannte Graugussbuchse ausgestaltet sein. Sie kann jedoch auch aus einer übereutektische Aluminium-Silizium-Legierung, bevorzugt mit einem Siliziumanteil von mehr als 22% bestehen. Eine derartig hoch siliziumlegierte Aluminiumlegierung weist eine sehr hohe tribologische Festigkeit auf, sie ist sehr verschleißfest und weist gegenüber einer Graugussbuchse ein deutlich geringeres spezifisches Gewicht auf.The cylinder liner 6 can be configured as a so-called gray cast iron socket. However, it may also consist of a hypereutectic aluminum-silicon alloy, preferably with a silicon content of more than 22%. Such a highly silicon-alloyed aluminum alloy has a very high tribological strength, it is very resistant to wear and has compared to a gray cast iron bush a significantly lower specific gravity.

Im Weiteren soll noch auf ein alternatives Herstellungsverfahren des Zylinderkurbelgehäuses 2 eingegangen werden. Bisher wurde von einer Herstellung im Druckgussprozess ausgegangen. Im klassischen Druckgussverfahren wird aufgrund der Schiebertechnik, wie bereits erwähnt ein Zylinderkurbelgehäuse 2 in der open-deck-Bauweise hergestellt. Stellt man das Zylinderkurbelgehäuse jedoch im Schwerkraft-Kokillenguss oder in einem Niederdruckguss verfahren her, so kann zur Darstellung des Wassermantels 34 inklusive der spiralförmigen Nuten 16, 22 ein sogenanntes Kernpaket zur Ausbildung von Hohlräumen eingesetzt werden. Ein solcher, an sich bekannter Kern kann dann in vorteilhafter Weise im Bereich der Zylinderbohrung so ausgestaltet sein, dass er spiralförmige Erhebungen aufweist, die nach dem Gießvorgang die spiralförmigen Nuten in der Kontaktfläche 14 bilden. Durch diese Maßnahme kann ein nachträglicher spanender Bearbeitungsprozess zur Ausformung der spiralförmigen Nuten 16, 22 vermieden werden.In addition to an alternative manufacturing process of the cylinder crankcase 2 To be received. So far, a production in the die-casting process has been assumed. In the classic die casting process, due to the slide technology, as already mentioned, a cylinder crankcase 2 manufactured in open-deck construction. If, however, the cylinder crankcase is produced using gravity die casting or a low-pressure casting process, the water jacket can be used 34 including the spiral grooves 16 . 22 a so-called core package for the formation of cavities are used. Such, known per se core can then be designed in an advantageous manner in the region of the cylinder bore so that it has helical elevations, which after the casting process, the spiral grooves in the contact surface 14 form. By this measure, a subsequent machining process for forming the spiral grooves 16 . 22 be avoided.

Im Folgenden werden noch einmal die Vorteile der beschriebenen Anordnungen sowie der einzelnen Ausgestaltungsformen zusammengefasst. Durch die reibgeschweißte Zylinderlaufbuchse 6 ist es möglich, spiralförmigen Nuten 16, 22 einzubringen. Dies wiederum bewirken eine homogenere Temperaturverteilung entlang der Zylinderlaufbuchse 6. Daraus folgen wiederum ein geringerer Warmformverzug und ein geringerer Ölverbrauch des Motors, sowie ein geringerer Blow-by-Effekt, der wiederum zur Kraftstoffeinsparung beiträgt. Insgesamt wird hierdurch der Motorverschleiß verringert und die Lebensdauer des Motors erhöht.The advantages of the arrangements described as well as of the individual embodiments are summarized again below. Through the friction-welded cylinder liner 6 is it possible to spiral grooves 16 . 22 contribute. This in turn causes a more homogeneous temperature distribution along the cylinder liner 6 , This, in turn, results in a lower thermoforming distortion and a lower oil consumption of the engine, as well as a lower blow-by effect, which in turn contributes to fuel economy. Overall, this reduces engine wear and increases the life of the engine.

Ferner wird durch die beschriebene Anordnung der Wassermantel 34 reduziert, die benötigte Kühlflüssigkeitsmenge wird reduziert. Durch die geänderte Bauform kommt es zu einem geringeren Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses und somit zu geringeren Werkstoffkosten.Furthermore, the described arrangement of the water jacket 34 reduced, the required amount of coolant is reduced. The modified design results in a lower weight of the cylinder crankcase and thus lower material costs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
44: Zylinderbohrungbore
66: ZylinderlaufbuchseCylinder liner
88th: Reibschweißnahtfriction weld
1010: Obere Stirnseite ZylinderlaufbuchseUpper Front side cylinder liner
1212: Untere Stirnseite ZylinderlaufbuchseLower Front side cylinder liner
1414: Kontaktflächecontact area
1616: Spiralförmige NutSpiral-shaped groove
1818: Erste Steigung der SpiraleFirst Slope of the spiral
2020: Zweite Steigung der SpiraleSecond Slope of the spiral
2222: Zweite spiralförmige NutSecond spiral groove
2424: Stegweb
2626: Querbohrungencross holes
2828: Zylinderkopfcylinder head
2929: Reibschweißvorrichtungfriction welding
3030: Absatzparagraph
3131: Mitnahmeverzahnung Vorrichtungengaging gears contraption
3232: Axiale Kräfteaxial personnel
3333: Konische Fügestelleconical joint
3434: Wassermantelwater jacket
3636: Verschraubungscrew
3838: Kühlmittelflussrichtung Nut 16Coolant flow direction Groove 16
4040: Kühlmittelflussrichtung Nut 22Coolant flow direction Groove 22
4242: Absatzparagraph
4444: Radiale Bewegungradial Move
4646: Kurbelwellenraumcrankshaft space

Claims

Cylinder crankcase ( 2 ) with a cylinder bore ( 4 ) and a cylinder liner inserted therein ( 6 ), characterized in that the cylinder liner ( 6 ) in the cylinder crankcase by a friction weld ( 8th ) is attached.

Cylinder crankcase according to claim 1, characterized in that the cylinder liner ( 6 ) each at an upper and / or lower end face ( 10 . 12 ) by a respective friction weld ( 8th ) with the cylinder crankcase ( 2 ) is attached.

Cylinder crankcase according to claim 1 or 2, characterized in that in the cylinder bore ( 4 ), in a contact area ( 14 ) to the cylinder liner ( 6 ) a spiral groove ( 16 ) runs to the coolant transport.

Cylinder crankcase according to claim 3, characterized in that a spiral passing through the groove ( 16 ) is formed along the cylinder bore ( 4 ) different slopes ( 18 . 20 ) having.

Cylinder crankcase according to claim 3 or 4, characterized in that a second spiral groove ( 22 ) crossed to the first spiral groove ( 16 ) runs.

Cylinder crankcase according to claim 5, characterized in that crossing points of the spiral grooves ( 16 . 22 ) are arranged so that they are at a bridge ( 24 ), the cylinder bore ( 4 ) separates from an adjacent cylinder bore.

Cylinder crankcase according to one of the preceding claims, characterized in that between the cylinder bores ( 4 ) a transverse bores ( 26 ) is arranged, which the spiral grooves ( 16 . 22 ) of the cylinder bores ( 4 ) connects with each other.

Cylinder crankcase according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder liner ( 6 ) consists of gray cast iron.

Cylinder crankcase according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder liner ( 6 ) consists of a hypereutectic aluminum-silicon alloy.

Cylinder crankcase according to claim 9, characterized characterized in that the hypereutectic aluminum-silicon alloy has a silicon content of more than 22 wt.%.