DE1601387A1 - Kolbenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderbuechse - Google Patents

Description

, P.4197 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winferthur/Schweiz

Kolbenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderbüchse

Die Erfindung betrifft ,eine Reihenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderbüchse mit einem Befestigungsflansch, welcher mit Auflageflächen versehen ■ ist, die zwischen entsprechend ausgebildeten Auflageflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes eingeklemmt sind.

Die erfindungsgemässe Kolbenbrennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zylinderblock zugewandte Auflagefläche die Form eines hohlen Abschnittes einer Ringfläche mit gewölbtem Querschnitt hat, welcher in eine Aussenflache der Büchse übergeht.

Auswechselbare Zylinderbüchsen der erwähnten Art sind in der Regel mit ebenen Auflageflächen versehen, die am Befestigungsflansch ausgebildet sind und mit ebenfalls ebenen Auflageflächen des Zylinderkopfes bzw. des Zylinderblocks zusammenwirken. Am Uebergang zwischen dem

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Befestigungsflansch und der zylindrischen Wand der Büchse befindet sich eine Hohlkehle, die mit einem Radius abgerundet ist. An dieser Stelle treten oft Risse auf, die durch die dort herrschenden ungünstigen Spannungsverhältnisse hervorgerufen werden. So entstehen bei nicht genau parallelen Auflageflächen statische Spannungen, die oft bedeutende Werte annehmen können. An den Kanten der aneinander angepressten Flächen entstehen Kantenpressungen mit Spannungsspitzen, welche den Spannungsverlauf ungünstig beeinflussen. Weiter bestehen an dieser Stelle wesentliche Spannungen, die durch Temperaturdifferenzen zwischen der inneren, durch Brenngase erhitzten_}und der äusseren, gekühlten^Wand der Büchse verursacht sind. Ausserdem wirken auf den zwischen der Bohrung und der Dichtung befindlichen,-dem Brennraum zugewandten Teil des Flansches in axialer Richtung pulsierende Kräfte, die durch den im Spalt zwischen dem Flansch und dem Zylinder- ' kopf wirkenden Gasdruck verursacht sind. Alle diese Einflüsse werden durch die Spannungskonzentration in der am Uebergang zwischen dem Flansch und dem zylindrischen Teil

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der Büchse bestehenden Hohlkehle noch wesentlich verstärkt.

Bei den bekannten Ausführungen der Zylinderbüchsen ist man bezüglich der Abrundung des Ueberganges zwischen dem Flansch und dem zylindrischen Teil der Büchse eingeschränkt. Wenn der -zwischen der ebenen Auflagefläche und der Büchsenwand befindliche Radius der Hohlkehle gross gemacht wird, so wird dadurch die Entfernung der Auflagestelle der Dichtung von der Zylinderachse vergrössert und damit auch der ungünstige Einfluss der pulsierenden Gaskräfte, abgesehen von einer grosseren Erwärmung des oberen Endes der Zyüind er büchse. Wenn andererseits der Radius klein gemacht wird, so kann der Abstand der Dichtung von der Zylinderachse bzw. von der vJand der Bohrung der Zylinderbuchse verkleinert -,-.-erden, die Spannungskonzentration in cer Hohlkehle nimr.t jedoch wesentlich zn.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Zylinderbüchse zum Ziel, die so geformt ist, dass die Gefahr von Rissen in der Hohlkehle zwischen den Flansch und der. zylindrischen Teil der Büchse stark verhindert bzw. beseitigt wird.

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Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird es ermöglicht, den gekrümmten Teil der Hohlkehle, der vorzugsweise nach der Form eines Kreisbogens abgerundet ist, gleichzeitig als Auflagefläche für den Flansch auszunützen. Es ist dadurch möglich, bei einer bisher nicht erzielbaren Grosse der Abrundung gleichzeitig auch die Auflagefläche näher an die Aussenwand der Büchse heranzulegen als dies bei den bekannten Zylinderbüchsen der Fall war. Gleichzeitig wird dabei eine günstigere Verteilung der Auflagedrücke in radialer Richtung erzielt, da keine Spannungsspitzen durch Kantenpressung entstehen können. Es entfallen auch Spannungen, die durch eine Abweichung von der Parallelität der Auflageflächen verursacht sind. Durch die Annäherung der Auflagefläche ai die Innenwand der Büchse werden auch die pulsierenden Gaskräfte vermindert, da die in radialer Richtung sich erstreckende, den Gaskräften ausgesetzte Fläche des Flansches kleiner geworden ist.

Es ist dabei vorzugsweise möglich, zwischen dem Flansch der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock einen der Auflage dienenden Ring anzuordnen, dessen Querschnitt

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die Form der Auflagefläche der Zylinderbuchse angepasst ist. Auf diese Weise kann die Form der Auflagefläche des Ringes besser an die Form der Hohlkehle angepasst werden, da sie getrennt vom Zylinderblock hergestellt wird.

Besondere Vorteile werden dabei gewonnen, wenn die mit der Auflagefläche der Zylinderbüchse zusammenwirkende Fläche des Ringes mit einer unter dem Einfluss der durch die Befestigungsschrauben hervorgerufenen Vorspannkräfte plastisch deformierbaren Schicht, z.B. eines weichen Metalles, versehen wird. Dadurch wird einerseits eine besonders gute Auflage des Flansches der Zylinderbüchse mit einer gleiehmässigeren Verteilung der Auflagekräfte erzielt. Andererseits wird bei den sonst unvermeidlichen, geringfügigen Bewegungen zwischen den Auflageflächen des Ringes und des Flansches der Büchse die Entstehung von Passungsrost vermieden.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

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Fig.1 einen Schmitt drier Zylinderbuchse eines

Viertakt-Dieselmotors zusammen mit Teilschnitten des Zylinderkopfes, des Zylinder- ~ blocks und der zugehörigen Teile,

Fig.2 einen Ausschnitt aus der Fig.1 in grösserem Massstab,

Fig.3 "einen der Fig.2 entsprechenden Ausschnitt

einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

In der FIg,1 ist ein Schnitt einer ZyHnderbüehse eines Viertakt-Dieselmotors dargestellt, von welchem in der Figur ein Teil eines Zylinderkopfes 2 und enes Zylinderblocks 3 sichtbar ist. Der Zylinderkopf ist am Zylinderblock durch Schrauben 4 mit Muttern 5 befestigt. Im Zylinderkopf 2 sind Ventile 6 und ein Brennstoffventil 7 angeordnet. In der Zylinderbüchse 1 ist ein Kolben beweglich₅ der durch einen Kolbenbolzen 9 mit einer Pleuelstange 10 verbunden ist. Das untere Ende der Zylinderbüchse 1 ist gegenüber dem Zylinderblock 3 durch Dichtungen 13 abgedichtet,, Zwischen der Zylinderbüchse 1 und dem Zylinderblock 3 befindet sich in bekannter Weise

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ein Baum 14 .für Kühlwasser. ' ..

Wie. aus der Fig.2 hervorgeht, ist die Büchse 1 mit einem s.chmalen Flansch 15 versehen, der eine ilut 16 aufweist, in welcher eine Dichtung 17 untergebracht ist. Gegen die Dichtung 17 stützt sich ein ringförmiger Vorsprung 18, der am Zylinderkopf 2 ausgebildet ist.

Die dem Zylinderblock 3 zugewandte Seite des Flansches 15 ist mit einer Nut 20 versehen, die die Form eines hohlen Abschnittes einer Ringfläche hat. Im dargestellten Beispiel ist die Nut durch einen Kreisbogen mit einem Radius R begrenzt, welcher in eine zylindrische Aussen-Fläche 21 der Büchse übergeht.

In der Nut 20 ist ein Ring 22 eingelegt, der eine der Hut 20 entsprechende konvexe Auflagefläche hat, die dem Flansch 15 zugewandt ist. Die dem Zylinderblock zugewandte Fläche 23 des Ringes 22 ist vorzugsweise eben und stützt sich gegen eine ebene Fläche eines Einschnittes 24 im Zylinderblock 3 ab.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführung dient die mit dem Radius R abgerundete, durch die

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Nut 20 gebildete Hohlkehle gleichzeitig als Auflagefläche für die Zylinderbüchse. Es ist dadurch gleichzeitig möglich, den Radius R grosser auszubilden als dies bei den bisherigen Büchsen möglich war und dadurch die Spannungskonzentration· an der Hohlkehle wesentlich zu vermindern. Andererseits kann die wirksame Auflagefläche unmittelbar an der äusseren·zylindrischen Fläche 21 der Zylinderbüchse angeschlossen sein. Dadurch ist eine kleine'radiale Breite des Flansches 15 erzielbar, was zu einer Verkleinerung der dem Wärmeeinfall wie auch den in axialer Richtung wirkenden pulsierenden Gaskräften ausgesetzten Fläche führt. Dies beides führt zu einer wesentlichen Verminderung der Spannungen in der durch die Nut 20 gebildeten Hohlkehle und somit auch zu einer Verminderung der Gefahr der Entstehung von Rissen an dieser Stelle.

Bei der in der Fig.3 dargestellten Ausführung ist eine Zylinderbüchse 30 mit einem Flansch 31 versehen, dessen einem Zylinderblock 32 zugewandte Seite mit einer Ringnut 33 versehen ist, die in eine zylindrische Fläche 34 übergeht. Die Form der Nut 33 und der Fläche

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34 ist im wesentlichen gleich wie die der Nut 20 und der Fläche 21 in der Fig.2. Die Nut 33 ist gegen einen Ring abgestützt, der mit einem Dichtungsring 36 versehen ist, welcher die Spalten zwischen der Zylinderbüchse 30, dem Ring 35 und dem Zylinderblock 32 abdichtet.

Die dem Zylinderkopf zugewandte Auflagefläche 36 des Flansches 31 ist bei der Ausführung nach der Fig.3. konisch ausgebildet, mit zum vom Brennraum entgegengesetzten Ende der· Büchse weisender Konusspitze. Der Zylinderkopf 3? ist mit einer zur F]ä;he 36 parallel verlaufenden Fläche 3S versehen, wobei zwischen den Flächen 36 und 38 eine Dichtung 40 angeordnet ist.

' :Die in der Fig.3 dargestellte Ausführung der Zylinderbüchse" hat gegenüber der Fig.2 den zusätzlichen Vorteilj dass fort der grösste Teil der dem Zylinderkopf zugewandten Fläche des Flansches abgedeckt und damit gekühlt ist. Gleichzeitig ist der abgedeckte Teil des Flansches auch nicht mehr den pulsierenden, in axialer Richtung wirkenden Gaskräften ausgesetzt. Beides führt zu einer weiteren Verminderung der Spannungen in der

durch die Nut "33 gebildeten Hohlkehle. V ftW830/0636

Claims (5)

Patentansprüche

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderbüchse mit einem Befestigungsflansch, welcher mit Auflageflächen versehen ist, die zwischen entsprechend ausgebildeten Äuflageflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes eingeklemmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zylinderblock zugewandte Auflagefläche die Form eines hohlen Abschnittes einer Ringfläche mit gewölbtem Querschnitt hat, welcher in eine Aussenflache der Büchse übergeht.

2. Maschine nach Anspruch 1j dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Teil des Querschnittes der Ringfläche durch einen Kreisbogen gebildet ist.

3. Masclme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flansch der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock ein der Auflage dienender Ring angeordnet ist, dessen Querschnitt der Form der Auflagefläche der Zylinderbuchse angepasst ist.

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4* Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Auflagefläche dea? Zylinderbuchse zusammenwirkende Fläche des Ringes mit einer unter dem Einfluss der durch die Befestigungsschrauben hervorgerufenen Vorspannkräfte plastisch deformierbaren Schicht versehen

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die plastisch deformier bare." Schicht aus einem weichen Metall besteht. ■