DE3020774A1

DE3020774A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine mit dreheinrichtung fuer die kolbenringe

Info

Publication number: DE3020774A1
Application number: DE19803020774
Authority: DE
Inventors: Alfons-Theodor Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Schulze-Isfort
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1980-05-31
Filing date: 1980-05-31
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE3020774C2; DK219181A; JPS5720535A

Description

Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Dreheinrichtung
für die Kolbenringe Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in Zylindern arbeitenden, jeweils mehrere hintereinander angeordnete Kolbenringe tragenden Kolben und mit Zylinderinnenwänden, die zur Erzielung einer Haftung für einen Schmierölfilm sowohl unterhalb als auch oberhalb von Gaswechselöffnungen eine Feinrillung besitzen.
Eine Brennkraftmaschine mit derartigen Merkmalen ist aus der DE-PS 1 046 396 bekannt. Die dort offenbarte Feinrillung an den Zylinderinnenwänden ist ein zügig; die Rillen derselben besitzen eine unterschiedliche Rauhungstiefe. Darüber hinaus kann diese DE-PS jedoch keinen Hinweis auf die vorliegende Erfindung geben.
Es sind desweiteren bereits eine Vielzahl von Kolbenringdrehvorrfchtungen vorgeschlagen, bei denen die Kolbenringe entweder rein mechanisch oder durch Einwirkung von Druck, resultierend aus den Verbrennungsgasen, in Drehung versetzt werden.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Kolbenringe mit einfachen Mitteln in Drehung versetzbar sind.
Diese Aufgabe ist bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens im Bereich unterhalb der Gaswechselöffnungen eine vielzügige Feinrillung mit Rillen vorgesehen ist, die gegenüber jenen der anderen Feinrillung eine erheblich größere Steigung besitzen und im Betrieb der Maschine mit von abrasiven Bestandteilen durchsetztem Schmieröl gefüllt sind, das infolge seiner in diesem Bereich erhöhten Viskosität sowie mit den abrasiven Bestandteilen eine Verbindung zu den Kolbenringen für deren Antrieb herstellt und letztere im Zusammenwirken mit den drallerzeugenden Rillen der Feinrillung bei Kolbenhubbewegungen unterhalb der Gaswechselöffnungen aufgrund dort fehlender bzw. geringer Gasdruckdifferenz in Drehung versetzt.
Ausgestaltungen und Vorteile dieser Lösung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Zylinderbuchse im Schnitt mit im unteren Totpunkt befindlichen Kolben, Fig. 2 eine vergrößerte, jedoch nicht maßstäbliche Darstellung einer Zylinderinnenwand im Bereich des in Fig. 1 mit A bezeichneten Detailausschnittskreises, Fig. 3 eine vergrößerte, jedoch nicht maßstäbliche Darstellung einer Zylinderinnenwand mit Schmierölfilm und Kolbenring nach der Erfindung entsprechend dem in Fig. 1 mit B bezeichneten Detailausschnittskreis.
In Fig. 1 sind mit 1 eine Zylinderbuchse eines Zylinders einer desweiteren nicht dargestellten Zweitakt-Brennkraftmaschine, mit 2 die Zylinderinnenwand, mit 3 Einlaßöffnungen, mit 4 Auslaßöffnungen und mit 5 ein in der Zylinderbuchse 1 arbeitender Kolben bezeichnet.
Der in Fig. 1 in unterer Totpunktlage dargestellte Kolben 5 besitzt in seinem Kolbenoberteil 6 mehrere, im gezeigten Fall fünf, eingeformte, hintereinander angeordnete Nuten, in die herkömmliche Kolbenringe 7 mit entsprechendem Spiel eingesetzt sind.
Zur Erzielung einer Haftung für einen Schmierölfilm besitzt die Zylinderinnenwand 2 eine Feinrillung, wobei diese von den Unterkanten der Einlaßöffnungen 3 bis hin zur Oberseite der Zylinderbuchse eine andere Struktur aufweist als im Bereich unterhalb der Gaswechselöffnungen. Die Struktur der im oberen Teil derZylinderbuchse an der Zylinderinnenwand 2 befindlichen Feinrillung ist vergrößert in Fig. 2 gezeigt.
Die in diesem Bereich - siehe Detailausschnitt A von Fig. 1 - mit 8 bezeichnete Feinrillung ist ein zügig ausgebildet, das heißt, eine einzige Rille 9 derselben verläuft ausgehend von der Oberseite der Zylinderbuchse 1 in Form einer ununterbrochenen Schraubenlinie mit gleichbleibender Steigung vornehmlich bis hin zu den Unterkanten der Einlaßöffnungen 3. Diese Feinrillung 8 ist dadurch erhältlich, daß zunächst mit einem spanabhebenden Werkzeug die einzige Rille 9 derselben mit einem kontinuierlichen Vorschub in die zunächst grob vorgearbeitete Zylinderbuchse eingeschnitten wird und anschließend die Spitzen durch nachfolgendes Honen weggearbeitet werden. Diese Feinrillung wird in Fachkreisen aufgrund der vorgenannten Herstellungsschritte mit "wave-cut"-Profil bezeichnet. Bei einem Zylinderbuchsenbohrungsdurchmesser von 700 mm ist für die Feinrillung 8 beispielsweise eine Steigung von 7 mm, eine Rillenschnittiefe von etwa 0,02 bis 0,04 mm, sowie zum Erhalt eines bogenförmigen Rillenprofils am Schnittwerkzeug ein Radius von etwa 150 mm vorgesehen.
Durch das nachfolgende Honen ergeben sich bei dieser Feinrillung 8 glatte Zylinderinnenwandteile mit einer Breite von etwa 1 bis 2 mm. Die Steigung der Feinrillung ist so bemessen, daß in jedem Bewegungszustand des Kolbens wenigstens zwei hintereinander angeordnete Rillen der Feinrillung von jedem der Kolbenringe 7 voll überdeckt sind.
Dengegendber besitzt die Feinrillung erfindungsgemäß wenigstens im Bereich unterhalb der Gaswechselöffnungen 3, 4 eine andere Struktur - siehe Fig. 3 -; sie ist vielzügig ausgebildet, in Fig. 3 mit 10 bezeichnet und besitzt Rillen 10/1, 10/2, 10/3 bis 10/n, die eine erheblich größere Steigung als jene Rillen 9 (Fig. 2) der im oberen Teil der Zylinderbuchse-1 angeordneten Feinrillung 8 besitzen, wobei n die Anzahl der Züge angibt. Als Beispiel sei bei einem Zylinderbuchsenbohrungsdurchmesser von 700 mm eine Zuganzahl von n 3 20 der vielzügigen Feinrillung 10 sowie eine Steigung von deren Rillen 10/1 bis 10/n von etwa 1/5 bis 1/2 des Bohrungsdurchmessers der Zylinderbuchse 1 angegeben.
Die vielzügige Feinrillung 10 ist dabei in einem Bereich 11 an der Zylinderinnenwand 2 vorgesehen, der aus Fig. 1 ersichtlich und wenigstens so groß bemessen ist, daß alle Kolbenringe 7 bei in unterer Totpunktlage befindlichen Kolben - wie in Fig. 1 gezeigt -innerhalb dieses Bereiches 11 liegen. Die Rillen 10/1 bis 10/n besitzen dabei eine solche Form, daß sich bei der Feinrillung 10 an der Zylinderinnenwand 2 ein sägezahnähnliches Profil ergibt; die einzelnen Rillen sind dabei jeweils in ihrem oberen Teil tiefer in die Wand der Zylinderbuchse 1 eingeschnitten und münden zum Zylinderboden hin gerichtet in den Zylinderinnenraum aus. Die Rillen 10/1 bis 10/n der Feinrillung 10 werden rechts- oder linksgängig, je nachdem welche Kolbenringdrehrichtung erwünscht ist, mit entsprechenden Formschnittwerkzeugen in die Wand der Zylinderbuchse eingeschnitten. Anschließend werden die Spitzen der Rillen durch Feinstbehandlung der Zylinderinnenwand, beispielsweise Honen, weggenommen. Nach dieser Feinstbehandlung besitzen die Rillen der Feinrillung 10 beispielsweise bei einem Bohrungsdurchmesser von 700 mm der Zylinderbuchse 1 eine maximale Tiefe von einem bis mehreren Zehntel Millimetern.
Die Zylinderbuchse ist in nicht dargestellter Weise an eine Schmierölversorgung angeschlossen, so daß sich im Betrieb der Brennkraftmaschine an ihrer Zylinderinnenwand 2 ein Schmierölfilm ausbildet, der eine besonders gute Haftung durch die Feinrillungen 8 und 10 besitzt und deren Rillen 9 bzw. 10/1 bis 10/n ausfüllt. Im Bereich 11, in dem die erfindungsgemäße Feinrillung 10 an der Zylinderinnenwand 2 angeordnet ist, besitzt das Schmieröl unter anderem wegen der hier herrschenden niedrigeren Temperaturen eine höhere Viskosität als in den näher am Brennraum gelegenen Bereichen. Außerdem ist das in Fig. 3 im Bereich 11 mit 12 bezeichnete Schmieröl von abrasiven Bestandteilen 13 durchsetzt, bei denen es sich um kleinste Partikel bestehend aus Verbrennungsrückständen von Kraftstoff und Schmieröl, ferner ausgeschiedenen Kraftstoffzusätzen wie Schwefel-,Kadmium-, Vanadiumparikel oder Kalksteinpartikel, sowie Verschleißpartikel aus der Zylinderbuchseninnenwand 2, den Kolbenringen 7 und dem-Kolben 5 handelt. Dieses Schmieröl 12 stellt mit seiner im Bereich 11 erhöhten Viskosität und den genannten abrasiven Bestandteilen eine Verbindung zu den Kolbehringen 7 für deren Antrieb her und versetzt letztere erfinaungsgemäß im Zusammenwirken mit den drallerzeugenden Rillen 10/1 bis TO/n der Feinrillung 10 bei Kolbenhubbewegungen unterhalb der Gaswechselöffnungen 3, 4 aufgrund dort fehlender bzw. geringer Gasdruckdifferenz in Drehung. Es kommt dabei jener Sachverhalt zum Tragen, daß die Kolbenringe 7 bei unterhalb der Gaswechselöffnungen 3, 4 befindlicher Lage keiner bzw. nur einer geringen Gasdruckdifferenz ausgesetzt sind und somit der Widerstand, den sie einer Drehung entgegensetzen, in diesem Bereich am geringsten ist, so daß auch nur relativ kleine Kräfte aufzubringen sind, um sie in Drehung zu versetzen. Diese Kräfte werden vom Schmieröl 12 und dessen abrasiven Bestandteilen 13 durch Friktion mit den Kolbenringen 7 aufgebracht, welch letztere bei Kolbenhubbewegungen unterhalb der Gaswechselöffnungen durch die in den drallerzeugenden Rillen 10/1 bis 10/n der Feinrillung 10 geführten abrasiven Bestandteile 13 des Schmieröles 12 mitgenommen und um ein gewisses Maß verdreht werden.
Mit der Erfindung sind somit in vorteilhafter Weise komplizierte und aufwendige Kolbenringdreheinrichtungen wirksam vermieden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine sichere Kolbenringdrehung gewährleistet; letzteres wiederum führt zu einer Erhöhung der Standzeiten der Verschleißteile im Arbeitszylinder, einerseits wegen der Reinigungswirkung zwischen den Kolbenringen und den Ringnuten und andererseits wegen der sich stets ändernden Ringstoßstellungen.

Claims

Patentansprüche: Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in Zylindern arbeitenden, jeweils mehrere hintereinander angeordnete Kolbenringe tragenden Kolben und mit Zylinderinnenwänden, die zur Erzielung-einer Haftung für einen Schmierölfilm sowohl unterhalb als auch oberhalb von Gaswechselöffnungen eine Feinrillung besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im Bereich unterhalb der Gaswechselöffnungen (3, 4) eine vielzügige'Feinrillung (10) mit Rillen (10/1 bis 10/n) vorgesehen ist, die gegenüber jenen der anderen Feinrillung (8) eine erheblich größere Steigung besitzen und im Betrieb der Maschine mit von abrasiven Bestandteilen (13) durchsetztem Schmieröl (12) gefüllt sind, das infolge seiner in diesem Bereich erhöhten Viskosität sowie mit den abrasiven Bestandteilen eine Verbindung zu den Kolbenringen (7) für deren Antrieb herstellt und letztere im Zusammenwirken mit den drallerzeugenden Rillen (10/1 bis 10/n) der Feinrillung (10) bei Kolbenhubbewegungen unterhalb der Gaswechselöffnungen aufgrund dort fehlender bzw. geringer Gasdruckdifferenz in Drehung versetzt.
2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vielzügige Feinrillung (10) eine Zuganzahl von etwa n = 20 aufweist.
3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Rillen (10/1 bis 19/n) der vielzügigen Feinrillung (10) etwa 1/5 bis 1/2 eines Zylinderbohrungsdurchmessers beträgt.
4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vielzügige Feinrillung (10) wenigstens in einem Bereich (11) an der Zylinderinnenwand (2)-vorgesehen ist, der so groß ist,-daß alle Kolbenringe (7) bei in unterer Totpunktlage befindlichem Kolben (5) innerhalb dieses Bereiches (11) liegen.
5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, -dadurch -gekennzeichnet; daß die Rillen (10/1 bis 10/n) der vielzügigen Feinrillung (10) an der Zylinderinnenwand (2) ein sägezahnähnliches Profil ergeben, wobei die einzelnen Rillen jeweils in ihrem oberen Teil tiefer in die Zylinderwand eingeschnitten sind und zum Zylinderboden hin gerichtet in den Zylinderinnenraum ausmünden sowie die Spitzen der Rillen durch Feinstbehandlung der Zylinderinnenwand, beispielsweise Honen, weggenommen sind.