DE1216612B

DE1216612B - Cylinder liner for four-stroke internal combustion engines

Info

Publication number: DE1216612B
Application number: DEM61105A
Authority: DE
Inventors: Fritz Eberle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1964-05-23
Filing date: 1964-05-23
Publication date: 1966-05-12

Description

Zylinderlaufbuchse für Viertakt-Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung der Zylinderlaufbuchse von Viertakt-Brennkraft-Kolbenmaschinen mit mehreren über den Umfang verteilten zur zeitweisen Verbindung der beiderseits eines Kolbenringes vorhandenenRäumenverschiedenenDrucks dienenden und sich über einen Teil des Kolbenhubes erstreckenden Nuten auf der Lauffläche.Cylinder liner for four-stroke internal combustion engines The invention relates to the design of the cylinder liner of four-stroke internal combustion piston engines with several distributed over the circumference to temporarily connect both sides of the existing spaces of different pressure and spread over Part of the piston stroke extending grooves on the running surface.

Bei Brennkraft-Kolbenmaschinen, insbesondere solchen der Viertaktbauart, kommen infolge der zeitlichen Verschiebung der Druckschwingungen in den einzelnen als Kammern bezeichneten Kolbenrinozwischenräumen gegenüber der Druckschwingung im Zy- linder mitunter Störungen in der Dichtwirkung vor. Das Druckmaximum der vom Brennraum weiter entfernten Kammern tritt später auf als das der dem Brennraum näher gelegenen Kammern und des Brennraumes selbst. Daher suchen sich die Kammern bei sinkendem Druck teilweise zum Zylinderraum hin zu entleeren, wobei die betroffenen Kolbenringe an ihre obere Nutenffanke angedrückt werden. Dieser Zustand kann bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen bis zum nächsten Arbeitsspiel anhalten, so daß sich die Kolbenringe zum Teil im Anfang des Verdichtungshubes nicht in der richtenBereitschaftslage für die Abdichtung befinden. In der oberen Hubhälfte werden die Kolbenringe bekanntlich durch die Massenkraft nach oben gedrückt. übersteigt der Gasdruck im Zylinder dann den Gasdruck in den Kammern, so wirken die Kolbenringe wie gewichtsbelastete Überdruckventile, die abblasen. Sie schweben frei in der Nut und tragen zur Abdichtung nicht bei.In internal combustion piston engines, in particular those of the four-stroke design, disturbances in the sealing effect sometimes occur as a result of the time shift of the pressure oscillations in the individual piston ring spaces, referred to as chambers , compared to the pressure oscillation in the cylinder. The pressure maximum of the chambers further away from the combustion chamber occurs later than that of the chambers closer to the combustion chamber and of the combustion chamber itself. Therefore, when the pressure drops, the chambers try to partially empty themselves towards the cylinder chamber, whereby the piston rings concerned are pressed against their upper groove edge. In high-speed internal combustion engines, this state can persist until the next working cycle, so that the piston rings are sometimes not in the correct position of readiness for sealing at the beginning of the compression stroke. In the upper half of the stroke, the piston rings are known to be pushed upwards by inertia. If the gas pressure in the cylinder then exceeds the gas pressure in the chambers, the piston rings act like weight-loaded pressure relief valves that blow off. They float freely in the groove and do not contribute to the seal.

Mißt man beispielsweise die Menge der am Kolben durchblasenden Gase einer Einzylindermaschine mit einem Volumeninesser, der am sonst dichten Kurbelgehäuse angeschlossen ist, so macht sich der erwähnte Zustand in einer erhöhten und vor allem in einer unregelmäßigen, stark schwankenden Durchblasemenge bemerkbar. Die dadurch bedingte Gefahr der labilen Abdichtung besteht besonders bei aufgeladenen Maschinen, d. h. bei erhöhten mittleren Drücken des Arbeitsprozesses, wobei das übermäßige Durchblasen zum Kolbenringstecken, zur Brandfleckenbildung an den Kolbenringen und zum Kolbenfressen führen kann.For example, if you measure the amount of gases blown through the piston of a single-cylinder engine with a volume that is connected to the otherwise tight crankcase, the aforementioned condition becomes noticeable in an increased and above all in an irregular, strongly fluctuating amount of blow-through. The resulting risk of an unstable seal exists particularly in the case of charged machines, i. H. at increased mean pressures of the working process, whereby the excessive blowing can lead to piston ring sticking, to the formation of burn marks on the piston rings and to piston seizing.

Man kann die Labilität der Kolbenringdichtung weitgehend beseitigen, indem man für eine Gasdruckentlastung der Kolbenringzwischenräume im unteren Totpunkt sorgt. Hierfür haben sich achsparallele oder schräge Nuten in der Zylinderlauffläche als geeignet erwiesen, die von allen Kolbenringen mit Ausnahme es obersten überschliffen werden und so weit zur Kurbelseite hin reichen, daß im unteren Totpunkt eine ungehinderte Verbindung der Kammern mit dem Kurbelraum bzw. mit der Atmosphäre besteht. Dadurch kann sich im unteren Totpunkt der Druck aller Kammern annähernd auf den Umgebungsdruck entspannen. Die Kolbenringe legen sich dabei durch die Wirkung der Massenkraft und der Reibungskraft, die bei beginnendem Kompressionshub ebenfalls nach unten wirkt, an ihren unteren Flanken an und befinden sich damit in der richtigen Lage zur Abdichtung der wachsenden Drücke.You can largely eliminate the instability of the piston ring seal, by moving the piston ring spaces at bottom dead center for gas pressure relief cares. For this purpose, there are axially parallel or inclined grooves in the cylinder surface Proven to be suitable, the top of all piston rings with the exception of it were ground down and extend so far to the crank side that an unhindered in the bottom dead center Connection of the chambers with the crankcase or with the atmosphere exists. Through this the pressure of all chambers can be approximately equal to the ambient pressure at bottom dead center relax. The piston rings lay down due to the effect of inertia and the frictional force, which also acts downwards at the beginning of the compression stroke, on their lower flanks and are thus in the correct position for sealing of growing pressures.

Zum Druckausgleich durch zeitweise Verbindung zwischen den Räumen oberhalb und unterhalb des Kolbeilrings von Brennkraftmaschinen auf den gesamten Kolbenumfang hat man bereits vorgeschla-en, Vertiefungen in der Zylinde-zlaufbahn in Form einer geschlossenen Ringnut vorzusehen, wobei deren Ab- stand von einer senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Ebene sich längs des Zylinderumfangs verändert. Ferner wurden bereits achsparallele oder schräaverlaufende Nuten in der Zylinderlauffläche verwendet, um den Schmierölverbrauch herabzusetzen bzw. um den Verschleiß der Kolbenringnuten zu vermindern.For pressure compensation by temporary connection between the spaces above and below the Kolbeilrings of internal combustion engines on the entire circumference of the piston has en pre schla-already depressions in the Cylinde-zlaufbahn in the form of a closed ring groove provided, wherein the distance-extending from a perpendicular to the cylinder axis Plane changes along the circumference of the cylinder. Furthermore, axially parallel or oblique grooves have already been used in the cylinder running surface in order to reduce the consumption of lubricating oil or to reduce wear on the piston ring grooves.

Durch eingehende Versuche hat sich herausgestellt, daß eine noch bessere Wirkung der Kolbenringabdichtung erzielt wird, wenn der Druck der Kolbenringzwischenräume sich abweichend von den bekannten Lösungen nur teilweise zum Kurbelraum hin, im übrigen jedoch zum Brennraum hin entspannt. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Anzahl kurzer, vorwiegend achsparaUelerNuten in derZylinderlauffläche erreicht, die sich in der Stellung des Kolbens im unteren Totpunkt lediglich über den Bereich des obersten Kolbenrines erstrecken. Die Länge der Nuten in Achsrichtung ist dabei etwa gleich dem Abstand der Kolbenringmitten und die Mitte ihrer Längenausmaße in Achsrichtung fällt etwa mit der Mitte des obersten Kolbenrinas in der Stellung des Kolbens im unteren Totpunkt zusammen. Die Nuten überdecken also im unteren Totpunkt nur den obersten Kolbenring. Bei der Annäherung des Kolbens an den unteren Totpunkt findet somit an jedem der Kolbenringe der Reihe nach von unten nach oben beim überschleifen der kurzen Nuten vorübergehend Druckausgleich statt. Am untersten Kolbenring entspannt sich der Druck der anschließenden Kammer zum Kurbelaehäuse, am obersten zum Brennraum hin. Die Vorgänge wiederholen sich ähnlich beim Aufwärtsgang und beim zweiten Durchgang des Kolbens durch die untere Totlage. Im Augenblick des Druckausgleiches legt sich der davon betroffene Ring infolge der Beschleunigungskraft an seiner unteren Flanke an. Ob-wohl im weiteren Fortgan - in den vom Brennraum weiter entfernten -Kammern wieder höhere Drücke auftreten können als in den näher gelegenen, so liegen die Ringe doch letzten Endes bei Kompressionsbeginn richtig an"da die verschwindend kleinen Restdrücke nicht imstande sind, die Kolbenringe in Nähe des unteren Totpunktes gegen die Beschleunigungskraft in der Nut nach oben zu pressen.Thorough tests have shown that an even better effect of the piston ring seal is achieved when the pressure of the piston ring spaces, unlike the known solutions, only partially relaxes towards the crankcase, but otherwise towards the combustion chamber. According to the invention, this is achieved by a number of short, predominantly axially aligned grooves in the cylinder running surface which, when the piston is in the bottom dead center, only extend over the area of the uppermost piston groove. The length of the grooves in the axial direction is approximately equal to the distance between the piston ring centers and the center of their length dimensions in the axial direction coincides approximately with the center of the top piston ring in the position of the piston at bottom dead center. The grooves therefore only cover the top piston ring at the bottom dead center. As the piston approaches bottom dead center, pressure compensation takes place temporarily on each of the piston rings in sequence from bottom to top while grinding the short grooves. At the bottom piston ring, the pressure in the adjoining chamber to the crankcase is released, at the top to the combustion chamber. The processes are repeated similarly in the upward gear and the second time the piston passes through the bottom dead center. At the moment of pressure equalization, the ring affected by this rests against its lower flank due to the force of acceleration. Although in the further progress - higher pressures can occur again in the chambers further away from the combustion chamber than in the closer ones, at the end of the day the rings are correctly positioned at the start of compression "because the vanishingly small residual pressures are not able to move the piston rings in To press up against the acceleration force in the groove near the bottom dead center.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine gleichmäßigere und sichere Wirkung der Kolbenringabdichtung erreicht, wobei die Durchblasemenae äußerst wenig schwankt, weil ini unteren Totpunkt durch die Nuten nur ein Kolbenrine, überbrückt wird.The inventive measures is a more uniform and safe effect of the piston ring seal achieved, with the Durchblasemenae extremely fluctuates little because in the bottom dead center only a piston pin is bridged by the grooves will.

Zudem tritt ein geringerer Gasverlust zum Kurbelgehäuse hin auf, da die Kammern durch die vorgeschlagene Anordnung der Nuten für den Druckausgleich teilweise zum Brennraum hin entspannt werden.In addition, there is less gas loss to the crankcase because the chambers through the proposed arrangement of the grooves for pressure equalization are partially relaxed towards the combustion chamber.

Der Mehrfache Druckwechsel an den Kolbenringen in der Nähe des unteren Totpunktes ist darüber hinaus ein wirksames Mittel die Nutenflanken frei von Verbrennungsrückständen zu halten.The multiple pressure changes on the piston rings near the lower one Dead center is also an effective means of keeping the groove flanks free of combustion residues to keep.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch Zylinder und Kolben einer Brennkraftmaschine, F i g. 2 einen Querschnitt nach Linie H-11 der Fig. 1. An exemplary embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through the cylinder and piston of an internal combustion engine, FIG . 2 shows a cross section along line H-11 of FIG .

Im Zylinder 1 ist der Kolben 2 mit den Kolbenringen 3 mit ausgezogenen Linien im oberen Totpunkt, mit strichpunktierten Linien im unteren Totpunkt gezeichnet. Bei Annäherung des Kolbens 2 an den unteren Totpunkt laufen alle Kolbenringe 3 über die kurzen Nuten 4 des Zylinders 1 hinweg, welche, immer nur einen einzigen Kolbenring überbrücken und einen Druckausgleich an diesem Kolbenring bewirken. Im unteren Totpunkt steht der oberste Kolbenring 5 gerade in Höhe der Nuten 4. Die. Wirkungsweise, der beschriebenen Anordnung wird auch nicht wesentlich beeinträchtigt, wenn die Nuten 4 etwas weiter oben angeordnet sind, so daß auch der oberste Kolbenring 5 die Nuten 4 ganz überschleift. Die gezeigte Lage hat jedoch den Vorteil, daß für den Druckausgleich am meisten Zeit zur Verfügung steht. Am Umfang sind zweckmäßigerweise acht Nuten 4 verteilt, deren Breite etwa der Breite der Kolbenringnuten entspricht, während die Tiefe etwa ein Drittel ihrer Breite beträgt. Selbstverständlich können die Nuten statt achsparallel auch unter einem Winkel geneigt angeordnet sein.In the cylinder 1 , the piston 2 with the piston rings 3 is drawn with solid lines at the top dead center and with dot-dash lines at the bottom dead center. When the piston 2 approaches the bottom dead center, all the piston rings 3 run over the short grooves 4 of the cylinder 1 , which always bridge only a single piston ring and effect pressure equalization on this piston ring. In the bottom dead center, the top piston ring 5 is just level with the grooves 4. The. Mode of operation, the arrangement described is also not significantly impaired if the grooves 4 are arranged a little further up, so that the top piston ring 5 also grinds the grooves 4 completely. However, the position shown has the advantage that most of the time is available for pressure equalization. Eight grooves 4 are expediently distributed on the circumference, the width of which corresponds approximately to the width of the piston ring grooves, while the depth is approximately one third of its width. Of course, instead of being axially parallel, the grooves can also be inclined at an angle.

Claims

Claims: 1. Cylinder liner for four-stroke internal combustion engines with several over the circumference, for the temporary connection of the spaces on both sides of a piston ring with different pressure extending over part of the piston stroke grooves on the running surface, characterized in that the grooves (4) extend only over the area of the uppermost piston ring (3) in the position of the piston (2) in the bottom dead center.

2. Cylinder liner according to claim 1, characterized in that the length of the grooves (4) in the axial direction is approximately equal to the distance between the piston ring centers and the centers of their length dimensions in the axial direction approximately with the center of the top piston ring (3) in the position of the piston (2) together fall in the lower dead center, while the width at least corresponds to the width of the piston ring grooves. 3. Cylinder liner according to claim 1, characterized in that the depth of the grooves (4) is approximately half the width of the piston ring grooves in a manner known per se.

C Publications considered: C, German Patent No. 1033 952; French patent specification No. 1277 526.