DE2945249C2

DE2945249C2 - Zylinderlaufbüchse

Info

Publication number: DE2945249C2
Application number: DE2945249A
Authority: DE
Inventors: James D. Greensburg Ind. Baugh; Richard E. Glasson; James Columbus Ind. Primus; Terrence M. Shaw
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1984-05-17
Also published as: IT1124963B; BR7907374A; GB2035452A; MX151963A; IT7927239A0; US4244330A; JPS5591738A; JPS6325357A; SE7909337L; AU525501B2; JPS6332975B2; AU5272379A; GB2035452B; ES8101197A1; ES485887A0; JPS6231182B2; IN154881B; CA1144439A; FR2441728A1; DE2945249A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbüchse gemäß dem Überbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Zylinderlaufbüchse dieser Art (DE-PS 3 70 806) ist außer einem zwischen dem äußeren und Inneren Laufbüchsenabschnltt vorgesehenen Abstützbund auch an der außen gelegenen Laufbüchsenstirnseite ein radial vorstehender Bund angeordnet, der an einer radial verlaufender Anschlagfläche eines Motorblocks zur Anlage kommt. Dies bedingt die Einhaltung genauer Fertigungstoleranzen, um die Abdichtung der Zylinderlaufbüchse sowohl mit Bezug auf ein sie kühlendes Kühlmedium als auch mit Bezug auf den insbesondere an ihrer außen gelegenen Stirnseite auftretenden Verbrennungsgasdruck zu gewährleisten. Die Einhaltung kleiner Fertigungstoleranzen erhöht jedoch die Herstellungskosten erheblich. Außerdem wird die bekannte Zylinderlaufbüchse über einen großen Bereich ihrer

-5 Längsausdehnung hinweg gekühlt, wozu erhebliche Kühlmittelmengen erforderlich sind. Dies führt andererseits wieder dazu, daß der größte Teil der Zylinderlaufbüchse vom Gehäuse der Brennkraftmaschine dicht umschlossen Ist und nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der Laufbüchse frei in den Kurbelwellenraum der Brannkraftmaschine ragt, wodurch letzten Endes die freie Rückströmung von Sehmieröi, insbesondere aus einer Ventilanordnung der Brennkraftmaschine, behindert sein kann.

Ähnliches gilt für eine andere bekannte Zylinderlaufbüchse (US-PS 33 15 573), bei welcher der Fertigungsaufwand deswegen noch zusätzlich erhöht ist, weil dort die Zylinderlaufbüchse auf einem Teil ihrer Längsausdehnung mit einem Lsichtmetallmantel versehen werden muß.

Die mit einem an der außen gelegenen Stirnseite der Zylinderlaufbüchse angeordneten Abstützbund verbundenen Mängel zeigen auch die Zylinderlaufbüchsen gemäß US-PS 34 03 661, DE-OS 21 50 905 und DE-OS 26 28 674, wobei in diesem Zusammenhang noch zu bedenken ist, daß bei einem solchen Abstützbund der Überstand der Zylinderlaufbüchse über den Motorblock innerhalb äußerst kleiner Toleranzen gehalten werden muß, wenn eine vollkommene Abdichtung gegenüber Verbrennungsgasen und Kühlmittel erreicht werden soll. Schließlich ist es auch bekannt, eine Zylinderlaufbüchse ohne radial vorstehenden Abstützbund unmittelbar mit ihrem innen gelegenen Stirnrand im Motorblock einer Brennkraftmaschine abzustützen. In diesem Falle erstreckt sich jedoch der vom Kühlmedium durchflossene Raum praktisch über die gesamte axiale Länge der Zylinderlaufbüchse, so d,.ß besonders hohe Mengen an Kühlmedium erforderlich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den geschilderten Mängeln gattungsgemäßer Zylinderlaufbüchsen abzuhelfen und eine solche Laufbüchse derar¹. zu verbessern, daß unter Zulassung verhältnismäßig großer Fertigungstoleranzen im Bereich des Überstandes der Laufbüchse über den Motorblock eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist und gleichzeitig unter Gewährleistung eines unbehinderten Schmierölrückflusses In den Kurbelwellenraum nur verhältnismäßig kleine Mengen an Kühlmittel zur Kühlung der Laufbüchse benötigt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Da hierbei die lediglich in Ihrem mittleren Bereich mittels eines radial vorspringenden Abstützbundes an der Brennkraftmaschine abgestützte Zylinderlaufbüchse im Bereich Ihres außen gelegenen Stirnrandes axial frei beweglich ist, kann die Elastizität der Laufbüchse In axialer Richtung über einen erheblichen Teil ihrer

Längenausdehnung hinweg bei der Abdichtung am äußeren Stirnrand ausgenutzt werden, was einerseits relativ weite Fertigungstoleranzen für den Überstand der Laufbüchse über den Motorblock hinaus in diesem äußeren Bereich ergibt und andererseits gleichzeitig zu einem guten Abdichtdruck im Bereich des etwa in der Mitte liegenden Abstützbundes führt. Dabei ist die erforderliche Kühlmittelmenge deswegen klein, weil der die Zylinderlaufbüchse umgebende Kühlraum nur etwa 30% von deren Längsausde:inung einnimmt. Schließlich erstreckt 1» sich die Zylinderlaufbuchse etwa über 30% ihrer Längenausdehnung frei in den Kurbelwellenraum hinein, so daß in diesem Bereich ein freier Schmierölrückstrom stattfinden kann.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

Fi g. 1 eine Querschnittsansicht des Motorblocks einer Verbrennungskraftmaschine mil erfindungsgemäßer Zylinderlaufbüchse,

Flg.2 eine Schnittansicht eines herkömmlicher. Motorblocks mit Zylinderlaufbüchse, wobei ein oberer Flansch zwischen Motorblock und Zylinderkopfdichtung angeordnet ist, ^2:j

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, wobei der obere Flansch der Zylinderlaufbüchse zwischen Motorblock und Zylinderkopfdichtung eingeklemmt ist,

Fi g. 4 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Überstand der Zylinderlaufbuchse über der » oberen, einen Zylinderkopf aufnehmenden Fläche eines Motorblocks und dem durch die Zylinderlaufbüchse der Zylinderkopfdichtung übermittelten Abdichtdruck, der durch die axiale Stellung des oberen Flansches der Laufbüchse bestimmt ist,

Fig. 5 eine aufgebrochene Seitenansicht einer Zylinderlaufbüchse,

Fig. 6 eine Schnittansicht der In Fig. 1 und Fig. 5 dargestellten Zylinderlaufbüchse vor dem Aufbringen eines Zylinderkopfes,

Fi g. 7 eine Ansicht ähnlich Fi g. 6 nach dem Aufbringen des Zylinderkopfes und

Fl g. 8 eine vergrößerte Schnittansicht einer Laufbüchsenauflage mit Abdichtfläche an der Zylinderlaufbüchse.

In Flg. 1 ist ein Motorblock 2 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zusammen mit einer Zylinderlaufbuchse 4 gemäß der Erfindung dargestellt. Dei Motorblock 2 enthält eine Zylinderbohrung 6, die zwischen einer dem Aufliegen eines Zylinderkopfes dienenden Fläche 6 und einem der Aufnahme p-iner Kurbelwelle dienenden ^⁰ Bereich 10 verläuft. Ein gestrichelt dargestellter Kolben 12 Ist in an sich bekannter- jedoch nicht dargestellter Welse mit der Kurbelwelle verbunden, so daß sich der Kolben innerhalb der Zylinderlaufbuchse hin- und herbewegt, und zwar zwlsihen einer oberen, von der Kolben-Oberseite erreichten Grenze 14 und einer unteren, von Kolbenboden erreichten Grenze 16.

Der Motorblock 2 weist weiterhin eine Laufbüchsenauflage 18 auf, die zwischen den Umkehrpunkten (Grenzen 14, 16) des Kolbenhubs liegt. An der Außenseite der Zylinderlaufbuchse 4 ist eine mit dieser Auflage in Eingriff gelangende, entsprechend geforrnie Fläche 20 ausgebildet. Die Fläche 20 Ist an einer solchen axialen Position der Laufbüchse angeordnet, daß deren äußeren Ende geringfügig über die Fläche 8 des Motorblocks 2 übersteht. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck »äußere« auf eine von der Kurbelwelle des Motors weg verlaufende Richtung, während der Ausdruck »innere« sich auf eine zu dieser Kurbelwelle hin verlaufende Richtung bezieht.

Das äußere Ende der Zylinderlaufbüchse 4 Ist etwas verdickt. Der Grund hierfür wird im einzelnen weiter unten erläutert. Auf diese Weise wird ein Paß- oder Preß-Sitz mit einer mit diesem Ende In Eingriff gelangenden, zylindrischen Fläche 22 vermittelt, die auf der Innenseite der Zylinderbohrung 6 in der Nähe der Fläche 8 ausgebildet ist. Zwischen den Flächen 20 und 22 ist eine Kühlmittelleitung 24 ausgebildet, durch welche ein Kühlmittel rings um die Zylinderlaufbüchse 4 herum fließen kann, um hierdurch die in der Zylinderlaufbüchse aufgrund von Reibung und Brennstoffverbrennung erzeugte Hitze abzuführen. An der Außenseite der Zylinderlaufbüchse 4 ist eine ringförmige Ausnehmung 26 vorgesehen, welche eine Wand der Kühlmittelleitung 24 bildet. Wie weiter unten noch erläutert, erstreckt sich die axiale Länge der Kühlleitung über hSchstens 30% der gesamten axialen Länge der Laufbüchse 4. Durch diese Anordnung kann die Fläche 20 mit Bezug auf die Fläche 8 relativ hoch im Motorblock angeordnet werden, so daß zusätzlich Raum für Ö! entsteht, welcfass aus dem Ventilzugbereich 28 in den unteren Abschnitt des Motorblocks zurückfließt (Pfeile 32). Um diesen vergrößerten Ölrückfiußweg zu erhalten, befindet sich der untere oder innere Abschnitt der Zylinderlaufbüchse 4 nicht in Kontakt mit dem Motorblock, und zwar über mindestens 30% der Gesamtlänge der Laufbüchse 4 hinweg.

Um besser zu verstehen, wie die erfindungsgemäße Zylinderlaufbüchse entsprechend Fig. 1 in der Lage ist, die manchmal einander widersprechenden Ziele bezüglich geringer Kosten, Einfachheit und hoher Leistung in optimaler Weise zu erreichen, wird nachstehend auf die in Fig. 2 und 3 dargestellten, herkömmlichen Zylinderlaufbüchsen Bezug genommen. Fi.g 2 zeigt im Schnitt den oberen Teil 34 einer herkömmlichen Zylinderlaufbüchse, die im Zylinderhohlraum 36 eines Motorblocks 38 angeordnet ist. Der Zylinderhohlraum 36 (Zylinderbohrung) ist bei 40 auf einen größeren Durchmesser aufgebohrt und nimmt einen oberen Anschlagsflansch 42 der Zylinderlaufbüchse auf. Die axlaie Länge des Flansche.-: 42 übersteigt die axiale Länge der Ausfräsung 40 Km einen bestimmten Betrag X. Hierdurch ist eine konzentrierte Druckkraft zwischen Motorblock, Flansch 42, dem Rand 44 einer Zylinderkopfdichtung und dem Motor- oder Zylinderkopf 46 gewährleistet, wenn diese Elemente durch Bolzen 48, von denen in Fig. 2 und 3 lediglich ein Bolzen dargestellt ist, zusammengespann werden. Wie In Flg. 3 dargestellt, bewirkt das nach unten gerichtete Festspannen des Zylinderkopfes 46 eine Verformung des Randes 44 der Zylinderkopfdichtung, so daß der angestrebte Abdichtdruck der Zylinderkopfdichtung um den gesamten Umfang der Zylinderlaufbuchse herum erreicht wird. Das anfängliche Anpressen der Zylinderkopfdichtung, wie in Flg. 3 dargestellt, stellt einen nominellen, die Zylinderlaufbüchse belastenden Druck auf den Dichtungsrand 44 her. Dieser Abdichtdruck variiert jedoch während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen aufgrund dreier, voneinander unabhängiger Faktoren, nämlich: thermische Ausdehnung des Flansches 44 in axialer Richtung, graduelle Abnutzung des Flansches 44, was zu einer geringfügigen Verkürzung des Flansches In axialer Richtung führt, und Verbrennungsgasdruck Innerhalb des Zylinders, der bestrebt ist, die Druckkräfte auf den Rand der Zylinderkopfdichtung zu verringern.

Wenn man die dynamischen Verhältnisse des auf die. Zylinderkopfdichtung einwirkenden Druckes verstehen

will, muß man auch beachten, daß die Fertigungstoleranzen In der Überstehlänge X eine Variation In dem nominellen Dichtungsdruck verursachen, welcher dem Rand 44 der Zylinderkopfdichtung bei einem bestimmten Drehmoment mitgeteilt wird, mit dem die Schraubbolzen 48 angezogen sind.

Die verschiedenen, oben erwähnten Faktoren können am besten mit Bezug auf Fig. 4 verstanden werden, In welcher eine grafische Darstellung die Beziehung zwischen dem Überstehen der Zylinderlaufbuchse über die am Zylinderkopf anliegende Fläche des Motorblocks und dem auf den Rand der Zylinderkopfdichtung Infolge eines bestimmten, beim Anziehen der Bolzen 48 durch die Zylinderlaufbüchse aufgebrachten Druck zeigt. Im einzelnen bedeutet p„ den nominellen Druck, der erwünscht Ist, um den Rand der Zylinderkopfdichtung am Platz zu halten, während p, und pi die oberen und unteren, nominellen Drucke wiedergeben, welche als Folge von Variationen im Überstand der Zylinderlaufbuchse über die Oberfläche des Motorblocks aufgrund von Fertigungstoleranzen akzeptierbar sind. Wenn die Zylinderlaufbüchse einen oberen Flansch 42 hat, wie dies In Fig. 2 und 3 dargestellt Ist, ist dieser obere Flansch ziemlich inkompresslbel. Somit führt eine kleine Fertigungstoleranz zu einer größeren Variation im nominalen Abdichtdruck, wie dies durch die Linie /, dargestellt Ist. Unter der Annahme, daß p, und pi die akzeptablen nominellen Variationsgrenzen im anfänglichen Dichtungsdruck darstellen, würde das Ausmaß der zulässigen Fertigungstoleranz in dem nominellen Überstand d, der Büchse über die Oberfläche des Motorblocks eine Strecke sein, die auf einer In Fig. 4 angegebenen, horizontalen Achse durch den Buchstaben ni\ angegeben ist. Jedoch müssen, wie oben erwähnt, bestimmte dynamische Verhältnisse in Betracht gezogen werden, die in Flg. 4 durch den einhüllenden Rahmen E, angegeben sind. In diesem Rahmen sind die relativen Einflüsse der thermischen Ausdehnung, der Abnutzung und der Verbrennungsdruckentladung, wie oben definiert, durch die entsprechend bezeichnenden Pfeile wiedergegeben. Somit bestimmt der Rahmen £, die extremen oberen und unteren Drücke, die auf den Rand der Zylinderkopfdichtung durch eine Zylinderlaufbüchse aufgebracht werden, welche einen oberen Flansch besitzt, der über die Oberfläche des Motorblocks über einen Betrag zwischen idi-m,) und (d, + mi) vorsteht. Frühere Erfahrungen mit ZyIInderlaulbüchsen dieser Art haben ergeben, daß es schwierig ist. die Toleranzen In dem geforderten Bereich zu halten. Werden die Überstandstoleranzen größer, kann die Dichtung Schaden nehmen oder der Motorblock im ^x Bereich der den Flansch 42 aufnehmenden Ausfräsung reißen.

Der Rahmen Ei zeigt den dynamischen Dichtungsdruck, der auf eine Zylinderlaufbuchse mit einem Abstützbund aufgebracht wird, der seinerseits etwa in der ^d5 Mitte der axialen Länge der Laufbuchse angeordnet ist. Wie zu erwarten, wird die thermische Ausdehnung der Laufbüchse zwischen Bund und Zylinderkopfdichtungsrand ein sehr viel größerer Einfiußfaktor. während der Abnutzungsfaktor relativ konstant bleibt und der auf die *° Verbrennungsdruckentladung bezogene Faktor kleiner wird. Jedoch resultiert die größere Kompressibilität einer Zylinderlaufbuchse mit einem in der Mitte angeordneten Abstützbund in einer unterschiedlichen, linearen Beziehung zwischen der Überstandslänge und dem nominellen Druck, der bei dem ursprünglichen Zusammenbau und Anziehen der Bolzen 48 auf den Rand der Zylinderkopfdichtung aufgebracht wird. Diese unterschiedliche

65 lineare Beziehung Ist durch die Linie I₁ in Flg. 4 darge stellt. Aufgrund dieser geänderten Beziehung kann da; Ausmaß der zulässigen Fertigungstoleranz bezüglich de; Überstands der Zylinderlaufbuchse über die am Zylinder kopf anliegende, obere Fläche des Motorblocks bei elnerr In der Mitte angeordneten Abstützbund sehr viel grfißei sein als bei einer Zylinderlaufbuchse mit oben angeordnetem Anschlagsflansch 42. Dies ergibt sich aus elnerr Vergleich der zulässigen Überstandsvariation m₂ bei elnei Zylinderlaufbüchse mit in der Mitte angeordnetem Abstützbund mit der kleineren Variation m, bei einei Zylinderlaufbüchse mit oben angeordnetem Flansch 42. Wenn größere Toleranzen zugelassen werden, lassen sich jedoch erhebliche Beträge bei den Herstellungskosten einsparen. Fi g. 4 zeigt ferner noch einen Rahmen £Ί, dei für den dynamischen Dichtungsdruck repräsentativ ist. wie er auf den Rand einer Zylinderkopfdichtung von einer Zylinderlaufbuchse aufgebracht wird, die ihrerseits an Ihrer Untfir«rilp mjt Blnfim Aiiflippfiflansch vprsnhpn ist. Die zulässige Toleranz im zulässigen Überstand w, der Zylinderlaufbüchse mil einem solchen unteren Flansch ist größer als mit einem mlttlg angeordneten Abstützbund oder einem an der Oberseite liegenden Flansch 42.

Aus Gründen, die weiter unten noch erläutert werden, machen jedoch andere Konstruktionsüberlegungen die Anwendung eines an der Unterseite einer Zylinderlaufbüclvi angeordneten Anschlagflansches weniger wünschenswert als einen Abstützbund In der Mitte der Zylinderlaufbüchse. Nach sehr sorgfältigen Untersuchungen wurde gefunden, daß lediglich e'er obere Abschnitt einer Zylinderlaufbüchse einem KChlmlttelfluß unterworfen werden muß, um die Temperaturen über die gesamte Länge der Laufbüchse hinweg innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten, die durch die Materialien, aus denen der Motor besteht, vorgeschrieben sind. Insbesondere wurde gefunden, daß die axiale Länge der ringförmigen Ausnehmung 26 in Fi g. 1 nicht mehr als 30% der gesamten axialen Länge der Zylinderlaufbuchse betragen muß, solange der Kühlmittelfluß In der Nähe des äußeren Endes der Zylinderlaufbüchse vorgesehen wird. Wenn auf diese Weise die tatsächlich direkt dem Kühlmittelstrom ausgesetzte Fläche der Zylinderlaufbuchse beschränkt wird, kann die gesamte Kühlflußkapazität des Motorkühlsystems reduziert werden. Eine Reduzierung bezüglich Größe und Kapazität des Kühlsystems kann einen merklichen Einfluß bei der Reduzierung der ursprünglichen Gestehungskosten eines Motors haben. Wenn darüber hinaus der Kühlmittelfluß zum oberen Abschnitt der Zylinderlaufbuchse beschränkt wird, ist es auch möglich, die Laufbüchse so im Motorblock anzuordnen, daß die unteren oder inneren 40% der Zylinderlaufbüchse keinen Kontakt mit dem Motorblock haben. Durch diese Anordnung wird noch ein anderer wichtiger Vorteil erreicht, der darin besteht, daß die Ölrückflußleitungen durch den Motorblock erheblich gegenüber bekannten Konstruktionen erweitert werden können, wodurch die Gefahr eines unzureichenden Schmiermittelflusses durch den Motor beseitigt ist.

Es wurde gefunden, daß die Ausbildung der Zylinderlaufbuchse gemäß Fig. 1. die mit größeren Einzelheiten in Fig. 5 dargestellt ist, eine Optimierung der verschiedenen, oben erwähnten Konstruktionsfaktoren vermittelt. Die Zylinderlaufbüchse 50 gemäß Fig. 5 umfaßt einen hohlzylindrischen Körper mit einem inneren Laufbüchsenabschnitt 52 und einem äußeren Laufbüchsenabschnitt 54. Eine zylindrische, am Kolben anliegende Innenwand 56 der Zylinderlaufbüchse 50 erstreckt sich

über die gesamte axiale Länge des hohlzyllndrlschen Körpers. In der Nähe des Inneren (unteren) Teils des äußeren Laufbüchsenabschnitts 54 ist ein radial vorspringender AbstUtzbunrl 58 an der Außenseite des Abschnitts 54 ausgebildet. Dieser Bund weist eine an der Laufbuchsenauflage 18 (Flg. D aufliegende Dlchtungsfläche 60 auf, wobei die Laufbüchsenauflage an der Innenseite der Zylinderführung 6 des Motorblocks 2 (Flg. 1) ausgebildet Ist. Wie Im nachstehenden noch erläutert, hat sich die Konfiguration dieser Laufbüchsenauflage und der benachbarten Teile an der Außenfläche der Zylinderlaufbuchse bei einem befriedigenden Betrieb dieser Büchse als extrem wichtig erwiesen. Im einzelnen Ist eine zylindrische Aussparung 61 an der Außenfläche der Laufbuchse unterhalb der Abdichtfläche 60 angeordnet. Die υ zylindrische Aussparung 61 dient dazu, ein aushärtbares Plastikmaterial aufzunehmen, welches solange plastisch bleibt, als die Zylinderlaufbüchse In den Zylinderhohlraum mit Preß-Sltz eingefügt wird. Wenn das Material anschließend aushärtet, bildet es einen extrem starren Abstandhalter zwischen Zylinderlaufbuchse und Motorblock, wodurch der Zylinderlaufbuchse eine radiale Abstützung erteilt ist. Während das aushärtbare Material In seinem plastischen Zustand der in einen Motorblock mit Preß-Sltz einzubringenden Zylinderlaufbüchse kelnen Widerstand bietet, führt doch die anschließende Aushärtung des Materials zu einer extrem steifen Abstützung zwischen Laufbüchse und Motorblock, und zwar über die gesamte axiale Länge der ringförmigen Dlchtungsfläche 82 (Fl g. 6) hinweg.

Am "ußersten Ende des Laufbüchsenabschnittes 54 ist ein ringförmiger Vorsprung 62 an der Außenseite der Laufbuchse ausgebildet, der als Verstärkungs- und Befestigungsmittel dient und in erster Linie mit Reibung an der Innenseite des Zylinderhohlraums 6 anliegt und eine Dichtung gegenüber dem Kühlmittel bildet. Darüber hinaus leistet dieser Haltevorsprung auch den deformierenden Kräften widerstand, die sich aus der Brennstoffverbrennung Im hohlzylindrischen Körper der Zylinderlaufbüchse 50 ergeben. Besonders hohe Verbrennungsdrücke «ο treten vor allem In der Nähe der oberen Grenze des Kolbenhubs auf, da natürlich die größte Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches an dieser Stelle auftritt. Auch die Zündung des Gemisches, die den Gasdruck weiter erhöht, findet an dieser Stelle statt. Um einen extrem « dicken, äußeren Rand an der Zylinderlautbüchse zu vermelden, ist es erforderlich, auf den Motorblock zurückzugreifen, um einen Widerstand gegenüber radialer Expansion der Zylinderlaufbüchse in der Nähe des äußersten Endes der Büchse zu schaffen. Es ist ferner so erwünscht, eine radiale Verschiebung des äußeren Endes der Zylinderlaufbüchse zu vermeiden, um eine Relativbewegung zwischen Laufbuchse und Rand der Zylinderkopfdichtung auszuschalten, wobei die Dichtung das obere Ende des Kolbenzylinders abschließt.

Neben den obigen Überlegungen ist es wesentlich, daß die Zylinderlaufbuchse sehr genau in der Zylinderbohrung an wenigstens einer Stelle ihrer axialen Länge positioniert ist. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß man einen Teil der Laufbüchse geringfügig größer ^M als den entsprechenden Teil der Zylinderbohrung ausbildet, um hierdurch zu erreichen, daß die Zylinderlaufbüchse mit Preß-Sitz in der Zylinderbohrung gehalten und hierdurch die Laufbüchse genau in die gewünschte Position gezwungen ist. Ein solcher Preß-Sitz wird häufig ^κ an der Laufbüchsenauflage vorgesehen. Es wurde nun jedoch gefunden, daß ein Preß-Sltz unterhalb des Abstutzbundes 58 zu einer unannehmbaren Verformung der zylindrischen Fläche 56 führt, wodurch die Lebensdauer der Kolbenringe erheblich herabgesetzt wird. Dementsprechend wird erfindungsgemäß die den Preßoder Paß-Sitz ausblldendeOberfläche an der Außenseite des stirnseitigen Vorsprungs 62 ausgebildet. Eine sorgfältige Untersuchung der axialen Länge, über die hinweg der Preß-Sltz ausgebildet sein sollte, um ein optimale Passung zu vermitteln, führte zu dem Ergebnis, daß die axiale Länge des Preß-Sltzes sich über eine axiale Länge hinweg erstrecken sollte, die wesentlich kleiner als diejenige axiale Länge Ist, Ober die hinweg es erwünscht Ist, den Motorblock als radialen Verformungswiderstand am oberen Ende der Zylinderlaufbuchse zu benutzen. Mit anderen Worten: es wurde gefunden, daß das Ausmaß des vom Motorblock vermittelten Widerstandes gegenüber einer radialen Expansion des oberen Endes einer Zylinderlaufbuchse, die auf Verbrennungsgasdruck an diesem Punkt zurückgeht, erheblich größer sein sollte als die optimale Axiallänge über die hinweg ein Preß-Sltz auftreten kann, ohne übermäßige Kräfte beim Einbau oder Ausbau der Zylinderlaufbüchse zu verursachen.

Dieser offensichtliche Widerspruch wurde, wie In Fig. S dargestellt, dadurch gelöst, daß am Vorsprung 62 ein Paar ringförmiger. In axialem Abstand gelegener, zylindrischer Flächen vorgesehen wird, wobei der Außendurchmesser dieser Flächen größer als irgendein anderer Teil der Zylinderlaufbüchse 50 Ist. Ferner sind die Außendurchmesser dieser Flächen auch etwas größer als der Innendurchmesser der entsprechenden Fläche 22 des Zylinderhohlraums 6. Um den Einbau der Zylinderlaufbuchse In den Motorblock gemäß Flg. 1 zu erleichtern, ist der Außendurchmesser des Abstutzbundes 58 geringfügig kleiner als der Durchmesser der Räche 22, so daß beim Einbau der Zylinderlaufbüchse der Bund 58 diesen Teil der Zylinderbohrung nicht berührt. Die beiden vorerwähnten, ringföntiig-zyiindrisehcri Flächen 64 sind durch eine kreisförmige Aussparung 66 getrennt. Diese Aussparung hat eine ausreichende Tiefe, um gegenüber der Fläche 22 der Zylinderbohrung 6 einen Freiraum zu schaffen. Die kreisförmige Aussparung 66 dient der Aufnahme aushärtbaren Plastikmaterials, beispielsweise LOCTITE, welches während des Einpassens der Zylinderlaufbüchse In die Zylinderbohrung Im plastischen Zustand bleibt. Anschließend härtet dieses Material aus und vermittelt eine Abdichtung gegenüber dem Kühlmittel sowie In zweiter Linie eine radiale Abstützung für den äußeren Abschnitt der Zylinderlaufbüchse in der Nähe der Fläche 22. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die axiale Länge e der kreisförmigen Aussparung 66 etwa gleich 1,5 mal der Summe der axialen Längen (c + d) der zylindrischen Flächen 64.

An der äußeren, axialen Stirnfläche des Laufbüchsenabschnitts 54 ist eine Lippe 68 vorgesehen, die der Ablenkung von Verbrennungsgas dient. Hierdurch werden Verbrennungsgase vom Rand der Zylinderkopfdichtung abgelenkt, welche die Zylinderlaufbüchse berührt. Es ist jedoch zu beachten, daß die axiale Länge der Lippe 68 kleiner als die Länge der Zylinderlaufbüchsendichtung im zusammengepreßten Zustand ist und daß sie daher niemals in Kontakt mit dem Zylinderkopf gelangt.

Der Übersichtlichkeit halber sind die relativen Größen der verschiedenen Teile der Zylinderlaufbüchse aus Fig. 5 nachstehend in Tabellenform zusammengestellt.

Abmessungstabelle

Teilebezeichnung

Abmessung (mm)

a b c d e
f
g
i\

'2 ti ti

'S

132

108

12

68

12

10,49
9,49
7,49
9,99

10

15

Wie aus Flg. 6 hervorgeht. Ist der hohlzylindrische Körper der Zylinderlaufbuchse 50 mit Preß-Sltz, jedoch In unkomprimierter Position In der Zylinderbohrung 70 eines Motorblocks 72 gehalten, bevor die Zylinderkopfschrauben 74 angezogen werden. Vor Ausbildung des Preß-Sltzes wird ein aushärtbares Plastikmaterial 76 auf einer ringförmigen Dichtfläche 82 und In der Ausnehmung 66 abgeschieden, um die oben beschriebene, radiale Abstützung zu vermitteln, ohne dabei jedoch die Preß-Sitz-Eigenschaften der Zylinderlaufbüchse zu beeinträchtigen. Wie in Fig. 6 dargestellt, Ist unterhalb einer Anschlagfläche 80, die der Auflage 18 In Flg. 1 entspricht, eine ringförmige Dichtwand 78 vorgesehen. Eine entsprechende, ringförmige Dichtwand 82 ist unterhalb der Aussparung 61 auf der Außenseite der Zylinderlaufbuchse SO unterhalb des Abstatzbundes 58 vorgesehen. Der Außendurchmesser der Fläche 82 Ist derart, daß gegenüber der Dichtwand 78 ein Freiraum verbleibt, so daß ein Anliegen der Laufbüchse Im Zyllnderhohlraum 70 während der Ausbildung des Preß-Sltzes verhindert Ist. Die Anordnung eines Freiraums an dieser Stelle erwies sich solange als wünschenswert, wie die Abdlchtfläche 60 und die Anschlagsfläche 80 gestaltet sind, um zu gewährleisten, daß die Kontaktstelle zwischen diesen Flächen entlang der äußersten, inneren Spitze 84 der Anschlagfläche auftritt. Der Weg, auf dem dies erreicht wird, wird Im einzelnen weiter unten angegeben. Unter diesen Umständen ergibt sich die kleinste Verformung so der den Kolben führenden Fläche 56. Wahlwelse können die Flächen 60 und 80 auch so geformt werden, daß sich eine Kontaktlinie ergibt, die stets an der außen gelegenen Kante 86 der Fläche 60 liegt. In diesem Falle sollten die Flächen 78 und 82 so dimensioniert sein, daß sie einen Sitz mit Übermaß ergeben, um das Ausmaß an Deformation bei einem .Minimum zu halten, welches während des Zusammenbaues und des Eindrückens der Zylinderlaufbuchse In den Motorblock auftritt.

Wenn zwischen den Flächen 78 und 82 ein Freiraum geschaffen ist, wird in die Aussparung 61 ein aushärtbares Plastikmaterial eingegeben, um nach Aushärtung eine zusätzliche radiale Abstützung zu ergeben sowie eine Gegenabdichtung zu derjenigen, die zwischen den Flächen 60 und 80 ausgebildet ist. Um den Aufbau eines übermäßigen (Flüssigkeits-) Druckes zu vermelden, der auf ein Überfließen aushärtbaren Plastikmaterials zurückgeht, kann eine zweite, tiefere, ringförmige Abdichtungsaussparung 88 vorgesehen werden, die überschüssiges Plastikmaterial während des anfänglichen Einsetzens der Zylinderlaufbüchse In den Hohlraum 70 aufnimmt. Die Aussparung 88 kann alternativ auch für die Aufnahme eines nachgiebigen Dichtrings verwendet ',verdsn, urn sine weitere S'.cherh?!'. 2<"-gen das Auslaufen von Kühlmitteln aus der Kühlleitung 90 zu bieten.

Fig. 7 zeigt die gegenseitigen Beziehungen der verschiedenen, in Flg. 6 dargestellten Einzelteile nach dem Anziehen der Schraubbolzen 74. Es ist festzustellen, daß die Überstehlänge X aus Flg. 6 beträchtlich auf einen Wert Y reduziert ist, und zwar aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit der Zylinderlaufbüchse zwischen Ihrem äußersten Ende und der Fläche 60. Die Strecken X und Y sind auf der Zeichnung stark vergrößert dargestellt. Ein typischer Wert für /V Ist 0,1 bis 0,2 mm. Im zusammengepreßten Zustand gemäß Fi g. 7 bilden die Flächen 60 und 80 eine kühlmitteldichte Abdichtung. Da während der zyklischen thermischen Belastung der Zylinderlaufbüchse keine Relativbewegung zwischen diesen Flächen auftritt, Ist die Gefahr einer Beschädigung der Dichtung stark herabgesetzt.

In Fig. 8 ist die Art und Weise dargestellt. In welcher ein Kontakt zwischen den Flächen 60 und 80 entlang der innersten Kante 84 der Fläche 80 gewährleistet ist. Insbesondere ist die Fläche 80 innerhalb von Toleranzgrenzen ausgebildet, die einerseits durch eine senkrecht zur Mittelachse der Zylinderbohrung 70 verlaufende Ebene 94 und andererseits durch einen Kegelstumpf bestimmt sind, dessen Achse mit der Mittelachse der Zylinderbohrung zusammenfällt und dessen Scheitel dem äußeren Ende der Zylinderbohrung 70 zugewandt ist. Die Fläche 60 Ist ihrerseits innerhalb von Toleranzgrenzen ausgebildet, die einerseits bestimmt sind durch eine senkrecht zur Mittelachse der Zylinderlaufbuchse verlaufende Ebene 96 und andererseits durch einen Kegelstumpf, dessen Achse mit der Mittelachse der Zylinderlaufbüchse zusammenfällt und dessen Scheitel dem inneren Ende der Zylinderlaufbüchse zugekehrt ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zylinderlaufbüchse für die zwischen einem Zylinderkopf und einer Kurbelwelle sich erstreckende Zylinderbohrung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei welcher zwischen einem äußeren, dem Zylinderkopf zugekehrten Laufbüchsenabschnitt und einem inneren, der Kurbelwelle zugekehrten, ohne Wärmekontakt frei in die Zylinderbohrung ragenden Laufbüchsenabschnitt ein radial nach außen vorstehender Abstützbund vorgesehen ist und dieser Bund zur Anlage an einer zwischen den Stirnseiten der Zylinderbohrung angeordneten, radial nach einwärts vorspringenden Anschlagfläche zur Anlage kommt, und bei welcher ferner der äußere Laufbüchsenabschnitt durch ein Kühlmittel kühlbar und die obere Stirnseite verbrennungsgasdicht gegen den Zylinderkopf abdichtbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der$u8ere Laufbüchsenabschnitt (54) weist zylinderkopfseitig an seinem Ende einen radial nach außen vorstehenden, ringförmigen Vorsprung (62) auf, der kühlmitteldicht mit Preßsitz ohne Radialauflage mit axialer Beweglichkeit in die Zylinderbohrung (70; 6) einpreßbar ist (Fig. 5);

b) eine am Abstützbund <58) vorgesehene Fläche (60) liegt bei in die Zylinderbohrung (70; 6) eingespannter Laufbüchse (SO) kühlmitteldicht an der Anschlagfläche (80) an (Fig. 5);

c) eine vom Kühlmittel kontaktierte, zwischen dem Vorsprung (62) und dem Bund (58) gelegene, ringförmige Ausr.ehmuc j (26) der Laufbüchse (4) ersteckt sich über höchstend 30% der gesamten Laufbüchsenlänge (Fi g. ί)

d) der innere, frei in die Zylinderbohrung (70) ragende Laufbüchsenabschnitt (52) hat eine axiale Länge, die wenigstend 30% der Gesamtlänge der Laufbüchse beträgt (Fig. 5).

2. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Vorsprung (62) zwei zylindrische Flächen (64) afuweist, die durch eine ringförmige Aussparung (66) voneinander getrennt sind, wobei die axiale Gesamtausdehnung der beiden Flächen (64) zusammen höchstens 50% der axialen Gesamtbreite des Vorsprungs ist (Fig. 5).

3. Zylinderlaufbüchse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußerste Endbereich der Laufbüchse (50) mit vorbestimmter Länge (X, Y) über die den Zylinderkopf (46) tragende Fläche (8) eines die Zylinderbohrung (70) aufweisenden Motorblocks (72) vorsteht (Fig. 6; 7).

4. Zylinderlaufbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3. gekennzeichnet durch eine an der Außenseite unterhalb des Bundes (58) vorgesehene, ringförmige Aussparung (88) zum Einfüllen aushärtbaren Plastik-Abdichtmaterials (76) (Fig. 6).

5. Zylinderlaufbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Bundes (58) kleiner als der Innendurchmesser der Zyiinderbohrung (70) Ist (Flg. 6).