DE102011012507B4

DE102011012507B4 - Function-optimized design of a ring element for cylinders of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102011012507B4
Application number: DE201110012507
Authority: DE
Inventors: Volker Gniesmer
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2031-02-26
Also published as: DE102011012507A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein die Funktion eines Feuerrings ausübendes Ringelement (12a), das einer Zylinderlaufbuchse (2) zugeordnet für einen Brennraum (7) einer Brennkraftmaschine bestimmt ist. Das einstückig mit einem Zylinderkopf (3) verbundene Ringelement (12a) ist einem Endbereich einer Innenwandung (6) der Zylinderlaufbuchse (2) zugewandt und verengt in einer oberen Totpunktlage eines Kolbens (4) eine Feuerstegzone (10) zwischen einem Kolbenboden (11) und einem Kolbenring (5).The invention relates to a ring element (12a) which performs the function of a fire ring and which is assigned to a cylinder liner (2) and intended for a combustion chamber (7) of an internal combustion engine. The ring element (12a), which is integrally connected to a cylinder head (3), faces an end region of an inner wall (6) of the cylinder liner (2) and narrows a top land zone (10) between a piston head (11) and a top dead center position of a piston (4) a piston ring (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein einem Zylinder oder einer Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine zugeordnetes, die Funktion eines Feuerring ausübendes Ringelement, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The present invention relates to a cylinder or a cylinder liner of an internal combustion engine associated, performing the function of a fire ring ring element, according to the features of the preamble of claim 1.

Das einem zylinderkopfseitigen Endbereich der Innenwandung der Zylinderlaufbuchse zugewandte Ringelement oder der Feuerring ist dazu vorgesehen, in einer oberen Totpunktlage des Kolbens im Bereich einer Feuerstegzone einen radialen Abstand zwischen dem Kolben und einer Innenwandung des Zylinders oder der Zylinderlaufbuchse zu verengen. Diese Verengung vermeidet weitestgehend eine Ablagerung von Ölkohle und sonstigen Verbrennungsrückständen an der Kolbenaußenseite oberhalb des ersten Kolbenrings, die sich insbesondere nachteilig auf den Verschleiß der Laufflächen der Zylinderlaufbuchse bzw. des Zylinders auswirkt.The cylinder element facing the cylinder head side end portion of the inner wall of the cylinder liner or the fire ring is intended to narrow in a top dead center of the piston in the region of a Feuerstegzone a radial distance between the piston and an inner wall of the cylinder or the cylinder liner. This constriction largely avoids deposition of carbon and other combustion residues on the outside of the piston above the first piston ring, which in particular adversely affects the wear of the running surfaces of the cylinder liner or the cylinder.

Aus der DE 35 43 668 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Laufbuchse mit einer ringförmigen Einlage als Feuerring in einem Zylindergehäuse aufweist. Die Einlage soll gewährleisten, dass die sich auf einem Feuersteg eines Kolbens ausbildende Ölkohle nicht in Kontakt mit den Zylinderflächen der Laufbuchse unterhalb der Einlage gelangt. Der Einsatz weist einen etwas geringeren Innendurchmesser auf als die Laufbuchse sowie eine gegenüber dem Feuersteg reduzierte axiale Erstreckung. Ein vergleichbares Konzept zeigt die US 4 474 147 A , bei der als Feuerring ein Ring mit einem L-förmigen Querschnitt am oberen Ende des Zylinders in eine Nut eingesetzt ist. Der Ring dient als Abstreifer von Ölkohleablagerungen und soll die Zylinderkopfdichtung unterstützen. Ein außenseitiger Flansch, der zwischen der Laufbuchse und dem Zylinderkopf eingepasst ist, wird bei der Montage durch einen Wulst auf der Laufbuchse teilweise in eine Nut im Zylinderkopf gedrückt. Die Druckschriften DE 35 43 668 A1 und DE 103 21 034 B3 zeigen Zylinderlaufbuchsen, denen als Feuerring ein ringförmiger Einsatz zugeordnet ist. Der Einsatz überragt die Laufbuchse an ihrem zylinderkopfseitigen Ende und ist zwischen der Laufbuchse und dem Zylinderkopf spielfrei eingepasst. Derartige Einsätze erfordern einen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwand aufgrund enger Toleranzen und sind daher für Großserien nicht optimal geeignet.From the DE 35 43 668 A1 An internal combustion engine is known which has a bushing with an annular insert as a fire ring in a cylinder housing. The insert is intended to ensure that the charcoal forming on a crown of a piston does not come into contact with the cylindrical surfaces of the bushing below the insert. The insert has a slightly smaller inner diameter than the bushing and a reduced axial extent relative to the land. A comparable concept shows the US 4,474,147 A in which a ring with an L-shaped cross-section at the upper end of the cylinder is inserted into a groove as a fire ring. The ring serves as a scraper of carbon deposits and should support the cylinder head gasket. An outside flange, which is fitted between the bushing and the cylinder head, is partially pressed during assembly by a bead on the bushing in a groove in the cylinder head. The pamphlets DE 35 43 668 A1 and DE 103 21 034 B3 show cylinder liners, which is assigned as a ring fire a ring-shaped insert. The insert projects beyond the bushing at its cylinder head end and is fitted between the bushing and the cylinder head without play. Such inserts require increased manufacturing and assembly costs due to tight tolerances and are therefore not optimally suited for large series.

Allen in den zuvor zitierten Druckschriften beschriebenen Ringelementen, Einsätzen oder Feuerringen ist gemein, dass diese als separate Ringe ausgebildet sind und rotationssymmetrische Innen- und Außenkonturen aufweisen sowie überwiegend in korrespondierende Ringnuten des Zylinders oder der Zylinderlaufbuchse ungerichtet eingesetzt sind.All ring elements, inserts or fire rings described in the publications cited above have in common that these are formed as separate rings and have rotationally symmetrical inner and outer contours and are used predominantly in corresponding annular grooves of the cylinder or the cylinder liner non-directional.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein funktionsoptimiertes, die Emission reduzierendes Ringelement zu schaffen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine bauteiloptimierte Ringelementanordnung ohne nachteiligen Einfluss auf die Bauteilfestigkeit zu realisieren.The invention has for its object to provide a function-optimized, reducing the emission ring element. Another object is to realize a component-optimized ring element arrangement without adversely affecting the component strength.

Ausgehend von dem zitierten Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8 Maßnahmen zur funktionsoptimierten Anordnung und Gestaltung von Ringelementen bzw. Feuerringen bereit, die einem Zylinder oder einer Zylinderlaufbuchse innerhalb eines Brennraums zugeordnet sind. Die jeweils zugeordneten Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.Based on the cited prior art, the present invention provides features according to the features of claims 1 and 8 for the functionally optimized arrangement and design of ring elements or fire rings, which are associated with a cylinder or a cylinder liner within a combustion chamber. The respectively associated subclaims describe preferred developments or refinements of the invention.

Für das erfindungsgemäß, die Funktion eines Feuerrings oder Flammrings (APR) ausübende Ringelement ist gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, dass zumindest eine Innenkontur des Ringelementes eine von einer Kreisform abweichende, rotationsasymmetrische Kontur bildet. Weiterhin ist das Ringelement spielfrei in eine Umlaufnut des Zylinders oder der Zylinderlaufbuchse lageorientiert, gerichtet eingepasst. Die spezifische Gestaltung des Ringelementes ermöglicht dauerhaft eine wirksame Kompensation von thermischen oder mechanischen Verzügen, insbesondere zwischen dem Kolben und dem Zylinder oder der Zylinderlaufbuchse im Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Die rotationsasymmetrische Innenkontur bewirkt ein vorteilhaftes minimiertes Restspiel zwischen dem Kolben und dem Ringelement bzw. dem Feuerring, wodurch sich das Tot- oder Schadvolumen reduziert und folglich eine positive Emissionsminimierung realisierbar ist. Mit dem erfindungsgemäß gerichtet in dem Zylinder oder der Zylinderlaufbuchse eingesetzten Ringelement kann außerdem ein nachhaltiges zuverlässiges Abstreifen der sich im Feuerstegbereich des Kolbens bildenden Ölkohle erreicht und damit gleichzeitig die Anforderung hinsichtlich Verschleißreduzierung erfüllt werden. Die rotationsasymmetrisch ausgebildete Innenkontur des Ringelements ist einfach und wirtschaftlich, bevorzugt mittels eines Unrund- oder Ovaldrehverfahrens herstellbar und auch für eine Großserienfertigung umsetzbar. Durch die Verengung wird eine Ablagerung von Ölkohle und sonstigen Verbrennungsrückständen an der Kolbenaußenkontur oberhalb des obersten Kolbenringes vermieden, da der Ringspalt zwischen Kolben und Laufbuchse durch das erfindungsgemäße Ringelement im Vergleich zu bekannten bisherigen Lösungen wesentlich verkleinert ist und sich dadurch wenn überhaupt nur wenige Rückstände in dünnen Schichten ablagern können.For the present invention, the function of a fire ring or flame ring (APR) performing ring element is proposed according to claim 1, that at least one inner contour of the ring member forms a deviating from a circular shape, rotationally asymmetric contour. Furthermore, the ring element is free of play in a circumferential groove of the cylinder or the cylinder liner position-oriented, fitted fitted. The specific design of the ring element permanently enables effective compensation of thermal or mechanical distortions, in particular between the piston and the cylinder or the cylinder liner in the operating state of the internal combustion engine. The rotationally asymmetric inner contour causes an advantageous minimized residual clearance between the piston and the ring element or the fire ring, which reduces the dead or damaged volume and consequently a positive emission minimization can be realized. With the ring element according to the invention used in the cylinder or the cylinder liner also a sustainable reliable stripping of forming in the land section of the piston carbon can be achieved and thus at the same time the requirement for wear reduction can be met. The rotationally asymmetrical inner contour of the ring element is simple and economical, preferably by means of a non-circular or Ovattrehverfahrens produced and implemented for mass production. By narrowing a deposit of carbon and other combustion residues on the piston outer contour is avoided above the uppermost piston ring, since the annular gap between the piston and bushing is significantly reduced by the ring element according to the invention compared to known previous solutions and thereby if at all only a few residues in thin Layers can deposit.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die rotationsasymmetrische Innenkontur des erfindungsgemäßen Ringelements bevorzugt oval, elliptisch oder in einer anderen von einer Kreisform abweichenden Form gestaltet. Dazu bietet sich auch ein Konturverlauf mit einer mehrfachen oder überlagerten Ovalität an. Das Ringelement mit einer rotationsasymmetrischen Innenkontur kann außenseitig zylindrisch ausgeführt sein. Alternativ dazu bietet es sich an, die Außenkontur bzw. die Außenfläche des Ringelements übereinstimmend oder abweichend zu der Innenkontur rotationsasymmetrisch auszubilden. Dazu ist das Ringelement in eine zu der asymmetrisch gestalteten Außenkontur korrespondierende Negativkontur der Umlaufnut des Zylinders oder der Zylinderlaufbuchse eingesetzt.According to a preferred embodiment of the invention, the rotationally asymmetric inner contour of the ring element according to the invention is preferred oval, elliptical or in another shape deviating from a circular shape. A contour course with a multiple or superimposed ovality is also suitable for this purpose. The ring element with a rotationally asymmetric inner contour can be cylindrical on the outside. Alternatively, it is advisable to form the outer contour or the outer surface of the ring element in conformity with or deviating from the inner contour rotationally asymmetric. For this purpose, the ring element is inserted into a corresponding to the asymmetrically shaped outer contour negative contour of the circumferential groove of the cylinder or the cylinder liner.

Die elliptisch oder ovale gestaltete Innenkontur ist vorteilhaft in einer der Druckseite (DS)/Gegendruckseite (GDS) des Kolbens ausgerichteten Hauptachse größer als in Richtung der Front(F)-/Rear(R)-Achse. Diese Auslegung berücksichtigt eine Sekundärbewegung des Kolbens und ein damit verbundenes stärkeres Kippen in DS/GDS-Richtung, wobei der Kolben einen anderen Weg zurücklegt. Das in DS/GDS-Richtung größere Spiel unterbindet einen Kontakt zwischen dem Ringelement und dem Kolben. Ebenso kann diese Asymmetrie den durch die Kolbensekundärbewegung in DS/GDS-Richtung entstehenden unterschiedlichen Spaltbreiten entgegenwirken, wobei das Ringelement gleiche oder voneinander abweichende Wandstärken zwischen der DS- und der GDS-Richtung einschließt.The elliptical or oval-shaped inner contour is advantageously larger in a main axis aligned with the pressure side (DS) / counterpressure side (GDS) of the piston than in the direction of the front (F) / rear (R) axis. This design takes into account a secondary movement of the piston and associated greater tilting in the DS / GDS direction, with the piston traversing a different path. The larger in DS / GDS direction game prevents contact between the ring element and the piston. Likewise, this asymmetry can counteract the different gap widths resulting from the secondary piston movement in the DS / GDS direction, wherein the ring element includes equal or divergent wall thicknesses between the DS direction and the GDS direction.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die runde oder rotationsasymmetrische Innenkontur exzentrisch zu einer geometrisch vergleichbaren Außenkontur des Ringelements ausgebildet ist. Die Exzentrizität ist bevorzugt in Abhängigkeit von der Sekundärbewegung des Kolbens, einem Kippverhalten oder einer Kolbenachsierung ausgelegt. Vorteilhaft erfolgt die Auslegung bei einem desachsierten Kolben, bei dem die Bolzenachse von der Kolbenmittelachse versetzt ist, um das Geräuschverhalten oder die thermische Beanspruchung günstig zu beeinflussen, so dass die zur Druckseite (DS) ausgerichtete Wandstärke des Ringelements größer ausgelegt ist als die sich zur Gegendruckseite (GDS) einstellende Wandstärke.A further embodiment of the invention provides that the round or rotationally asymmetric inner contour is formed eccentrically to a geometrically comparable outer contour of the ring element. The eccentricity is preferably designed as a function of the secondary movement of the piston, a tilting behavior or a piston axis. The design is advantageously carried out at a desachsierten piston, in which the pin axis is offset from the piston center axis, to influence the noise behavior or thermal stress low, so that the pressure side (DS) aligned wall thickness of the ring member is designed to be larger than that to the counter-pressure side (GDS) adjusting wall thickness.

Insbesondere für ein Ringelement aus einem Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der sich von dem Werkstoff des Zylinders bzw. der Zylinderlaufbuchse unterscheidet, ist vorzugsweise eine Verdrehsicherung oder Fixierung für das Ringelement vorgesehen. Als Fixierung eignet sich zum Beispiel eine Nut-und-Feder-Sicherung, ein Fixierstift oder dergleichen.In particular, for a ring member made of a material having a coefficient of thermal expansion, which differs from the material of the cylinder or the cylinder liner, an anti-rotation or fixation for the ring member is preferably provided. As a fixation, for example, a tongue-and-groove-fuse, a fixing pin or the like is suitable.

Gegenstand der Erfindung nach Anspruch 8 ist außerdem ein Ringelement, das integraler Bestandteil eines dem Brennraum zugeordneten Bauteils ist und das die Funktion eines Feuerrings oder Flammrings ausübt. Dieser Aufbau ohne separates Ringelement bzw. Feuerring führt zu einer bauteiloptimierten, die Montage vereinfachenden Lösung. Da weiterhin keine Umlaufnut zur Aufnahme und Befestigung des Ringelementes erforderlich ist, tritt keine die Bauteilfestigkeit bzw. die Bauteilstabilität beeinflussende Schwächung des oberen Zylinder- oder Laufbuchsen-Querschnitts ein. Außerdem kann im Betriebszustand der Brennkraftmaschine kein Lockern des Ringelements erfolgen.The invention of claim 8 is also a ring member which is an integral part of the combustion chamber associated component and which performs the function of a fire ring or flame ring. This structure without a separate ring element or fire ring leads to a component-optimized, simplifying the assembly solution. Furthermore, since no circumferential groove is required for receiving and fastening the ring element, no weakening of the upper cylinder or bushing cross section influencing the component strength or component stability occurs. In addition, no loosening of the ring element can take place in the operating state of the internal combustion engine.

Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass die zwischen dem Zylinder und dem Zylinderkopf eingesetzte, zur Abdichtung eines Brennraums bestimmte Zylinderkopfdichtung einen rechtwinkelig ausgerichteten, an der Innenwandung der Zylinderlaufbuchse anliegenden Bord als Ringelement einschließt, das die Funktion eines Feuerrings ausübt. Vorteilhaft bewirkt dieser Aufbau eine die Montage vereinfachende Fixierung der Zylinderkopfdichtung an der Zylinderlaufbuchse. Das Ringelement kann vorteilhaft im Zusammenhang mit dem Herstellungsprozess der Zylinderkopfdichtung, beispielsweise während einer Stanzung hergestellt werden. Als eine Alternative dazu bietet es sich an, ein weitestgehend vorgefertigtes Ringelement durch eine stoffschlüssige Verbindung oder ein Fügeverfahren, beispielsweise ein Laserschweißen mit der Zylinderkopfdichtung zu verbinden. Durch dieses Verfahren können Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen verbunden werden.A first embodiment provides that the cylinder head gasket used between the cylinder and the cylinder head and intended for sealing a combustion chamber includes a perpendicularly oriented abutment on the inner wall of the cylinder liner as a ring element which performs the function of a fire ring. Advantageously, this structure causes a simplifying the assembly fixation of the cylinder head gasket to the cylinder liner. The ring element can advantageously be produced in connection with the production process of the cylinder head gasket, for example during a punching process. As an alternative, it is advisable to connect a largely prefabricated ring element by a material connection or a joining method, for example a laser welding with the cylinder head gasket. By this method, components made of different materials can be connected.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Zylinderkopf einstückig mit einem Ringelement verbunden, das in einem endseitigen Bereich an der Innenwandung des Zylinders oder der Zylinderlaufbuche anliegt. Durch dieses Konzept werden vorteilhaft die heissen Brenngase von der Zylinderkopfdichtung ferngehalten, was die thermische Beanspruchung erheblich reduziert, die Dichtfunktion unterstützt und damit die Lebensdauer der Zylinderkopfdichtung verlängert. Außerdem führt diese Ringelementgestaltung zu einer vorteilhaften Lagefixierung der Zylinderkopfdichtung und einer Zentrierung zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderlaufbuche bzw. dem Zylindergehäuse. Das Ringelement kann beispielsweise mittels eines mechanischen Dreh- oder Fräsverfahrens aus dem bevorzugt aus Grauguss hergestellten Zylinderkopf herausgearbeitet werden. Alternativ dazu bietet es sich an, ein weitestgehend vorgefertigtes Ringelement mit dem Zylinderkopf durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise ein Laserschweißen zu verbinden.According to a further embodiment, the cylinder head is integrally connected to a ring element which rests in an end region on the inner wall of the cylinder or the cylinder liner. By this concept, the hot fuel gases are advantageously kept away from the cylinder head gasket, which significantly reduces the thermal stress, supports the sealing function and thus extends the life of the cylinder head gasket. In addition, this ring element design leads to an advantageous positional fixation of the cylinder head gasket and a centering between the cylinder head and the cylinder liner or the cylinder housing. The ring element can be worked out, for example, by means of a mechanical turning or milling process from the cylinder head, which is preferably made of cast iron. Alternatively, it makes sense to connect a largely prefabricated ring element with the cylinder head by a cohesive connection, such as a laser welding.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen, die konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht darstellen und die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert sind. Es zeigen:Further features will become apparent from the description and the drawings, which illustrate concrete embodiments of the invention simplified and which are explained in more detail in the following description. Show it:

1 einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine, der ein dem Zylinderkopfzugeordnetes Ringelement zeigt; 1 a section of an internal combustion engine, showing a ring member associated with the cylinder head;

2 einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine, der ein der Zylinderkopfdichtung zugeordnetes Ringelement zeigt; 2 a detail of an internal combustion engine, showing a cylinder head gasket associated ring element;

3 ein Ringelement mit einer ersten rotationsasymmetrischen Innenkontur; 3 a ring element having a first rotationally asymmetric inner contour;

4 ein Ringelement mit einer zweiten rotationsasymmetrischen Innenkontur; 4 a ring element with a second rotationally asymmetric inner contour;

5 ein Ringelement mit einer dritten geometrischen Innenkontur in einer Einbaulage; 5 a ring element with a third geometric inner contour in an installed position;

6 das Ringelement gemäß 5 in einer Einzelteilzeichnung. 6 the ring element according to 5 in a single item drawing.

Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse 1, einer Zylinderlaufbuchse 2 und einem Zylinderkopf 3. In der Laufbuchse 2 ist ein oszillierender Kolben 4 geführt, dessen Kolbenringe 5 an einer eine Lauffläche bildenden Innenwandung 6 abgestützt sind und die einen Brennraum 7 abdichten. Zur Kühlung wird die Zylinderlaufbuchse 3 außenseitig von einem im Zylindergehäuse 1 eingebrachten Kühlmittelraum 8 umschlossen. Zwischen dem Zylinderkopf 2 und dem Zylindergehäuse 1 ist eine Zylinderkopfdichtung 9a angeordnet. Der Kolben 4 bildet am oberen Ende außenseitig eine Feuerstegzone 10, die sich axial zwischen einem Kolbenboden 11 und dem obersten Kolbenring 5 erstreckt. Ein erfindungsgemäß mit dem Zylinderkopf 2 verbundenes Ringelement 12a greift in einen Ringspalt 13, der radial von der Innenwandung 6 und der Feuerstegzone 10 des Kolbens 4 begrenzt ist. Das die Funktion eines Feuerrings ausübende, auch als Flammring zu bezeichnende Ringelement 12a verengt den Ringspalt 13, aufgrund des im Vergleich zu der Zylinderlaufbüchse 2 kleineren Innendurchmessers. Dadurch kann sich keine oder weniger Ölkohle an der Feuerstegzone 10 des Kolbens 4 ablagern, die in anderen Positionen des Kolbens 4 den Verschleiß erhöht und die Laufbahn der Innenwandung 6 zerstören kann. Vorteilhaft ist das Ringelement 12a an der Innenwandung 6 der Zylinderlaufbuchse 2 ohne Schwächung des Wandungsaufbaus und ohne Festigkeitsverlust abgestützt. Die unmittelbare Anbindung des Ringelements 12a an dem Zylinderkopf 3 bewirkt weiterhin eine die Zylinderkopfdichtung 9a unterstützende Abdichtung des Brennraums 7 sowie eine Zentrierung zwischen dem Zylinderkopf 3 und der Zylinderlaufbuchse 2. Das Ringelement 12a kann integraler Bestandteil des Zylinderkopfs 3 sein und beispielsweise mittels einer mechanischen Bearbeitung aus dem bevorzugt aus Grauguss hergestellten Zylinderkopf herausgearbeitet werden. Alternativ dazu bietet es sich an, ein weitestgehend vorgefertigtes Ringelement 12a mit dem Zylinderkopf 3 durch eine stoffschlüssige Verbindung oder Fügeverfahren, beispielsweise ein Laserschweißen zu verbinden.The 1 shows a section of an internal combustion engine with a cylinder housing 1 , a cylinder liner 2 and a cylinder head 3 , In the bush 2 is an oscillating piston 4 led, whose piston rings 5 on an inner wall forming a tread 6 are supported and a combustion chamber 7 caulk. For cooling, the cylinder liner 3 on the outside of one in the cylinder housing 1 introduced coolant space 8th enclosed. Between the cylinder head 2 and the cylinder housing 1 is a cylinder head gasket 9a arranged. The piston 4 forms at the upper end outside a Feuerstegzone 10 extending axially between a piston head 11 and the top piston ring 5 extends. An invention with the cylinder head 2 connected ring element 12a engages in an annular gap 13 which is radially from the inner wall 6 and the firebrigade zone 10 of the piston 4 is limited. The function of a fire ring exerting, to be designated as a flame ring ring element 12a narrows the annular gap 13 , because of compared to the cylinder liner 2 smaller inside diameter. As a result, there can be no or less carbon at the hearth zone 10 of the piston 4 deposit in other positions of the piston 4 increases the wear and the raceway of the inner wall 6 can destroy. The ring element is advantageous 12a on the inner wall 6 the cylinder liner 2 supported without weakening of the wall structure and without loss of strength. The direct connection of the ring element 12a on the cylinder head 3 continues to cause the cylinder head gasket 9a Supportive sealing of the combustion chamber 7 and a centering between the cylinder head 3 and the cylinder liner 2 , The ring element 12a can be integral part of the cylinder head 3 be worked out and, for example, by means of a mechanical machining of the cylinder head preferably made of gray cast iron. Alternatively, it lends itself to a largely prefabricated ring element 12a with the cylinder head 3 by a cohesive connection or joining method, for example, to connect a laser welding.

In 2 ist die gleiche Anordnung eines Zylindergehäuses 1 mit einer Laufbuchse 2, eines Zylinderkopfes 3 und eines Kolbens 4 mit Kolbenringen 5 gezeigt. Abweichend von der 1 ist die Gestaltung des Ringelementes 12b. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die Anordnung und Ausgestaltung des Ringelementes 12b. Das einstückig mit der Zylinderkopfdichtung 9b verbundene Ringelement 12b bildet einen rechtwinkelig ausgerichteten, an der Innenwandung 6 der Zylinderlaufbuchse 2 anliegenden Bord, vergleichbar dem Ringelement 12a gemäß 1. Dieser Aufbau bewirkt eine Fixierung der Zylinderkopfdichtung 9b, die sich vorteilhaft bei der Montage auswirkt. Weiterhin wird die Zylinderkopfdichtung 9a bei dieser Ringelementanordnung nicht von den heißen Verbrennungsgasen beaufschlagt. Das Ringelement 12b kann vorteilhaft im Zusammenhang mit dem Herstellungsprozess der Zylinderkopfdichtung 9b beispielsweise einer Stanzung erstellt werden. Alternativ dazu bietet es sich an, ein weitestgehend vorgefertigtes Ringelement 12b aus einem unterschiedlichen Werkstoff mit der Zylinderkopfdichtung 9b durch eine stoffschlüssige Verbindung oder durch ein Fügeverfahren, beispielsweise ein Laserschweißen zu verbinden.In 2 is the same arrangement of a cylinder housing 1 with a liner 2 , a cylinder head 3 and a piston 4 with piston rings 5 shown. Deviating from the 1 is the design of the ring element 12b , The following description is therefore limited to the arrangement and design of the ring element 12b , The one-piece with the cylinder head gasket 9b connected ring element 12b forms a right-angled, on the inner wall 6 the cylinder liner 2 abutting board, comparable to the ring element 12a according to 1 , This structure causes a fixation of the cylinder head gasket 9b which has an advantageous effect during assembly. Furthermore, the cylinder head gasket 9a not acted upon by the hot combustion gases in this ring element assembly. The ring element 12b may be advantageous in connection with the manufacturing process of the cylinder head gasket 9b For example, a punching be created. Alternatively, it lends itself to a largely prefabricated ring element 12b made of a different material with the cylinder head gasket 9b to connect by a cohesive connection or by a joining method, for example a laser welding.

Die 3 bis 6 zeigen in Einzelteilzeichnungen weitere funktionsoptimierte Ringelemente 14a–14c, mit geometrisch voneinander abweichenden Innen- und Außenflächen mit zugehörigen Innen- und Außenkonturen.The 3 to 6 show in item drawings further functionally optimized ring elements 14a - 14c , with geometrically divergent inner and outer surfaces with associated inner and outer contours.

Gemäß 3 umfasst das Ringelement 14a eine zylindrische Außenkontur 15a sowie eine ovale Innenkontur 16a. Die von einer Zylindermitte 17 ausgehende Halbachse X übertrifft die Länge der Achse Y, wodurch sich in Richtung der Druckseite (DS)/Gegendruckseite (GDS) eine geringere Wandstärke S₁ im Vergleich zur Wandstärke S₂ in Front (F)/Rear(R)-Richtung einstellt. Diese konstruktive Auslegung erfordert einen gerichteten Einbau des Ringelements 14a in einer Umlaufnut 18 der Zylinderlaufbuchse 2.According to 3 includes the ring element 14a a cylindrical outer contour 15a as well as an oval inner contour 16a , The from a cylinder center 17 outgoing half-axis X exceeds the length of the axis Y, whereby in the direction of the pressure side (DS) / counter-pressure side (GDS) sets a smaller wall thickness S ₁ in comparison to the wall thickness S ₂ in front (F) / Rear (R) direction. This structural design requires a directed installation of the ring element 14a in a circulation groove 18 the cylinder liner 2 ,

Die 4 zeigt das Ringelement 14b, das eine rotationsasymmetrische Außenkontur 15b und eine asymmetrische Innenkontur 16b einschließt. Aufgrund einer Mehrfachovalität der Innenkontur 16b stellen sich unterschiedliche Längen aller Halbachsen X₁, X₂ und Y₁, Y₂ ein und folglich auch in allen Richtungen voneinander abweichende Wandstärken. Die Innenkontur 16b des Ringelements 14b ist so ausgerichtet, dass sich in Richtung der Gegendruckseite (GDS) die geringste Wandstärke S₃ einstellt. Aufgrund der unrund gestalteten Außenkontur 15b ist eine an diese Kontur angepasste, eine Negativform bildende Umlaufnut 18 in der Zylinderlaufbuchse 2 erforderlich. Außerdem kann ein Ringelement 14b mit einer davon abweichenden Innenkontur 16b und/oder Außenkontur 15b realisiert werden.The 4 shows the ring element 14b , which has a rotationally asymmetric outer contour 15b and an asymmetric inner contour 16b includes. Due to a multiple ovality of the inner contour 16b set different lengths of all semi-axes X ₁ , X ₂ and Y ₁ , Y ₂ and consequently also differing in all directions wall thicknesses. The inner contour 16b of the ring element 14b is aligned so that sets in the direction of the back pressure side (GDS), the lowest wall thickness S ₃ . Due to the out of round designed outer contour 15b is a recirculating groove adapted to this contour and forming a negative mold 18 in the cylinder liner 2 required. In addition, a ring element 14b with a different inner contour 16b and / or outer contour 15b will be realized.

In den 5 und 6 ist das Ringelement 14c in unterschiedlichen Ansichten abgebildet. Die 5 zeigt das Ringelement 14c im Einbauzustand, eingesetzt in die Umlaufnut 18 der Zylinderlaufbuchse 2. In 6 ist das Ringelement 16c als Einzelteil abgebildet. Das Ringelement 14c bildet eine kreisrunde Außenkontur 15c sowie eine kreisrunde Innenkontur 16c, die zueinander exzentrisch versetzt sind, verdeutlicht durch das Maß X zwischen der Zylindermitte 17 und der Ringelementmitte 19. Diese Anordnung führt zu unterschiedlichen Wandstärken, wobei die Druckseite (DS) die größte Wandstärke S₁ und die Gegendruckseite (GDS) die kleinste Wandstärke S₂ aufweist.In the 5 and 6 is the ring element 14c shown in different views. The 5 shows the ring element 14c in the installed state, inserted in the circumferential groove 18 the cylinder liner 2 , In 6 is the ring element 16c pictured as a single part. The ring element 14c forms a circular outer contour 15c as well as a circular inner contour 16c , which are offset eccentrically to each other, illustrated by the dimension X between the cylinder center 17 and the ring element center 19 , This arrangement leads to different wall thicknesses, wherein the pressure side (DS) the largest wall thickness S ₁ and the counter-pressure side (GDS) has the smallest wall thickness S ₂ .

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern schließt weitere Auslegungsmöglichkeiten zur Realisierung eines funktionsoptimierten Ringelementes ein.The invention is not limited to the embodiments described above, but includes further design options for the realization of a function-optimized ring element.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Zylindergehäusecylinder housing
22: ZylinderlaufbuchseCylinder liner
33: Zylinderkopfcylinder head
44: Kolbenpiston
55: Kolbenringpiston ring
66: Innenwandunginner wall
77: Brennraumcombustion chamber
88th: KühlmittelraumCoolant space
9a9a: ZylinderkopfdichtungCylinder head gasket
9b9b: ZylinderkopfdichtungCylinder head gasket
1010: FeuerstegzoneFire land zone
1111: Kolbenbodenpiston crown
12a12a: Ringelementring element
12b12b: Ringelementring element
1313: Ringspaltannular gap
14a14a: Ringelementring element
14b14b: Ringelementring element
14c14c: Ringelementring element
15a15a: Außenkonturouter contour
15b15b: Außenkonturouter contour
15c15c: Außenkonturouter contour
16a16a: Innenkonturinner contour
16b16b: Innenkonturinner contour
16c16c: Innenkonturinner contour
1717: Zylindermittecylinder center
1818: Umlaufnutcircumferential groove
1919: RingelementmitteRing member center

Claims

Ring element of a cylinder liner ( 2 ) or a cylinder of an internal combustion engine, the cylinder head end portion of an inner wall ( 6 ) and the function of a fire ring performing ring element ( 12a . 12b ; 14a . 14b . 14c ) in a top dead center position of a piston ( 4 ) a Feuerstegzone ( 10 ) between a piston head ( 11 ) and a first piston ring ( 5 ) narrowed and clearance in a corresponding circumferential groove ( 18 ) of the cylinder liner ( 2 ) or the cylinder is fitted position-oriented, characterized in that at least one inner contour ( 16a . 16b . 16c ) of the ring element ( 14a . 14b . 14c ) has a rotationally asymmetrical contour deviating from a circular shape and has an outer contour ( 15a . 15b . 15c ) of the ring element ( 14a . 14b . 14c ) coincident or deviating from the inner contour ( 16a . 16b . 16c ) is rotationally asymmetric or rotationally symmetrical.

Ring element according to claim 1, characterized in that the inner contour ( 16a . 16b ) of the ring element ( 14a . 14b ) is oval, rotationally asymmetric or elliptical.

Ring element according to the preamble of claim 1, characterized in that the ring element ( 14c ) a circular outer contour ( 15c ) and a circular inner contour ( 16c ) which are offset from one another eccentrically.

Ring element according to claim 1 or 2, characterized in that the ring element ( 14a ) an inner contour deviating from a circular shape ( 16a . 16b ) and a rotationally symmetrical outer contour ( 15a ).

Ring element according to claim 1 or 2, characterized in that an outer contour ( 15b ) of the ring element ( 14b ) coincident or deviating from the inner contour ( 16b ) rotationally asymmetrical and in a corresponding negative contour of the circumferential groove ( 18 ) of the cylinder liner ( 2 ) is used.

Ring element according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that an ovality or out-of-roundness of the inner contour ( 16a . 16b ) between the axes in the direction of the pressure side (DS) / counterpressure side (GDS) and in the direction of the front side (F) / Rear side (R) differ from each other.

Ring element according to claim 1, characterized in that the inner contour ( 16c ) of the ring element ( 14c ) eccentric to the outer contour ( 15c ) is trained.

Ring element according to claim 1 or 2, characterized in that by means of a fuse, the ring element ( 14a . 14b . 14c ) in the circumferential groove ( 18 ) of the cylinder liner ( 2 ) is fixed.

Ring element according to the preamble of claim 1, characterized in that the ring element ( 12a . 12b ) an integral part of the combustion chamber ( 7 ) of the internal combustion engine associated component is.

Ring element according to claim 8, characterized in that between the cylinder liner ( 2 ) and the cylinder head ( 3 ) used to seal the combustion chamber ( 7 ) certain cylinder head gasket ( 9b ) a ring element ( 12b ).

Ring element according to claim 9, characterized in that by means of a punching of the cylinder head gasket ( 9b ) the ring element ( 12b ) will be produced.

Ring element according to claim 8, characterized in that the ring element ( 12a ) in one piece with the cylinder head ( 3 ) connected is.

Ring element according to claim 11, characterized in that by means of a mechanical machining of the cylinder head ( 3 ) the ring element ( 12a ) will be produced.

Ring element according to one of claims 8 to 11, characterized in that by means of a cohesive connection, the ring element ( 12a . 12b ) on the cylinder head ( 3 ) or the cylinder head gasket ( 9b ) is attached.