DE3134771A1

DE3134771A1 - Zylinderbuchse fuer brennkraftkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE3134771A1
Application number: DE19813134771
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Hinz; Richard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Kochendörfer
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5300 Bonn; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1981-09-02
Filing date: 1981-09-02
Publication date: 1983-03-17
Also published as: DE3134771C2

Description

Beschreibung :
Zylinderbuchse für Brennkraftkolbenmaschinen Die Erfindung betrifft eine Zylinderbuchse für Brennkraftkolbenmaschinen, insbesondere für Otto- und Dieselmotoren.
Bei diesen Maschinen bildet die Zylinderbuchse den größten Teil der Wandungsfläche des Brennraumes und die Gleitführungsbahn für den Kolbenschaft mit den Kolbenringen. Infolge des Arbeitsprozesses der Brennkraftkolbenmaschine bildet sich ein Temperaturgefälle über die Zylinderbuchsenlängsachse, womit eine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Zylinderbuchse verbunden ist. Um dies zu verringern,werden Zylinderbuchsen üblicherweise so gekühlt, daß sich eine möglichst konstante Temperaturverteilung über deren Längsachse einstellt. Jedoch weisen die bisher bekannten Konstruktionen von Zylinderbuchsen trotz gezielter Kühlung der Zylinderbuchse ein Temperaturgefälle von ca. 700 auf und führen somit zu einem großen Laufspiel des Kolbens in der Zylinderbuchse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderbuchse herzustellen, die über ihre Längsachse eine konstante thermische Radialdehnung aufweist, die insbesondere an die radiale Dehnung des Kolbens angepaßt ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Zylinderbuchse der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie von einer Bandage umgeben ist, deren thermische Ausdehnung in radialer Richtung geringer ist als die der Zylinderbuchse, daß die von der Bandage hervorgerufene Ausdehnungsbehinderung über die Länge der Zylinderbuchse verschieden ist und daß die Bandage aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Um eine unterschiedliche Ausdehnungsbehinderung über die Länge der Zylinderbuchse zu erreichen, kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, daß die Dicke der Bandage über die Länge der Zylinderbuchse verschieden ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Bandage über die Länge der Zylinderbuchse verschieden ist.
Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß über die Länge der Bandage verschiedene Fasern in den Faserverbundwerkstoff eingelegt werden, oder daß die Faseranordnung unterschiedlich gewählt wird.
Wesentlich ist bei allen Konstruktionen, daß die Bandage die Ausdehnung der Zylinderbuchse behindert, und zwar in dem brennraumnahen Teil, der höhere Temperaturen erreicht, stärker als in dem brennraumfernen Teil, der normalerweise niedrigere Temperaturen aufweist. Auf diese-Weise wird.
es möglich, daß trotz unterschiedlicher Temperaturen eine gleiche Radialdehnung der Zylinderbuchse auftritt.
Vorzugsweise wird ein Teil der Bandage über die gesamte Länge der Zylinderbuchse konstant gehalten, so daß durch die hieraus resultierende konstante Behinderung der radialen Ausdehnung der Zylinderbuchse das radiale Ausdehnungsverhalten der Zylinderbuchse an das radiale Ausdehnungsverhalten des Kolbens angepaßt ist.
Durch die über die gesamte Länge der Zylinderbuchse konstante radiale Ausdehnung, die zudem vorzugsweise auch noch an die radiale Ausdehnung des Kolbens angepaßt ist, ergibt sich ein wesentlich geringeres Laufspiel des Kolbens in der Zylinderbuchse, so daß die seitlichen Aufschlagkräfte beim Wechsel der Anlageseite des Kolbens verringert werden. Dies führt auch zu einer Verringerung der Kolbengeräusche. Mit dem geringeren Laufspiel ist weiterhin eine Verringerung der Schadstoffemission verbunden. Außerdem ist eine Gewichtsersparnis der Zylinderbuchse durch die Anwendung leichter Faserverbundwerkstoffe möglich.
Vorteilhaft ist es, wenn die Zylinderbuchse aus einem keramischen Werkstoff besteht. In diesem Fall hat die Bandage auch die Aufgabe, durch eine entsprechende Druckvorspannung der keramischen Zylinderbuchse die Kräfte aufzunehmen, die durch den Verbrennungsdruck entstehen. Somit wird eine Zugbeanspruchung der Zylinderbuchse vermieden.
Die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.
Die Zeichnung zeigt eine Mittelschnittansicht eines Zylihderblocks eines Reihenmotors mit eingesetzten, nassen Zylinderbuchsen, Kolben und Pleuel.
Eine Zylinderlaufbuchse 1 aus einem hochtemperaturbeständigen und verschleißfestem Metall, beispielsweise aus Grauguß, weist an ihrem oberen Ende einen flanschförmigen Bund 2 auf, der sich beim Einsetzen der Zylinderlaufbuchse in einen Zylinderblock 3 und einer entsprechenden Schulter 4 desselben abstützt. Zwischen Laufbuchse 1 einerseits und Zylinderblock 3 andererseits befindet sich ein ringförmiger Hohlraum 5, der gegenüber der Zylinderlaufbuchse 1 mittels Dichtungen 6 und 7 abgedichtet ist. Der Hohlraum 5 dient der Aufnahme einer Kühlflüssigkeit.
Im Innern der Zylinderlaufbuchse ist in an sich bekannter Weise ein Kolben 8 mit Kolbenringen 9 längsverschieblich gelagert, der in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise drehbeweglich-mit einem Pleuel 10 verbunden ist.
Gemäß der Erfindung ist die Laufbuchse an ihrer Außenseite von einer Bandage 11 umgeben, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Laufbuchse erstreckt und aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Vorzugsweise verlaufen die Fasern in dem Faserverbundwerkstoff in Umfangsrichtung der Zylinderbuchse.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Bandage 11 ist kleiner als der der Laufbuchse 1. Vorzugsweise kommen hierzu Faserverbundwerkstoffe mit Kohlefasern zn betracht, da deren thermischer Ausdehnungskoeffizient in Faserrichtung nahe Null liegt.
Als Matrixmaterial können temperaturbeständige Modifikationen der Duromere Epoxid, Polyester oder Polyimide sowie hochtemperaturbeständige Thermoplaste, wie Polycarbonate oder Polysulfone Verwendung finden. Als besonderer Kohlefaserverbundwerkstoff, der sich als Werkstoff für die Bandage 11 eignet, sei noch kohlefaserverstärkter Kohlenstoff aufgeführt. Dieser Werkstoff zeichnet sich insbesondere durch seine hohe Temperaturfestigkeit aus.
Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Siliziumkarbid-oder kohlestoffverstärktem Glas für die Bandage 11.
Durch die unterschiedliche Dicke der Bandage 11 über die Länge der Zylinderlaufbuchse ist die Ausdehnungsbehinderung, die die Laufbuchse durch die Bandage 11 erfährt, im brennraumnahen, wärmeren Bereich größer als im brennraumfernen, kühleren Bereich. Dies führt insgesamt zu einer über die gesamte Länge der Laufbuchse konstanten Radialaufweitung der Laufbuchse.
Die Laufbuchse selbst kann auch aus einem keramischen Werkstoff gefertigt sein, insbesondere aus Siliziumnitrit oder Siliziumkarbid.
Leerseite

Claims

Patentansprüche: Zylinderbuchse für eine Brennkraftkolbenmaschine, insbesondere für Otto- und Dieselmotoren, d a d u r c h gekennzeichnet, daß sie von einer Bandage (11) umgeben ist, deren thermische Ausdehnung in radialer Richtung geringer ist als die der Zylinderbuchse (1), daß die von der Bandage (11) hervorgerufene Ausdehnungsbehinderung über die Länge der Zylinderbuchse (1) verschieden ist und daß die Bandage (11) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
2. Zylinderbuchse nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß die Dicke der Bandage (11) über die Länge der Zylinderbuchse (1) verschieden ist.
3. Zylinderbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Bandage (11) über die Länge der Zylinderbuchse (1) verschieden ist.
4. Zylinderbuchse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbuchse (1) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
5. Zylinderbuchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage (11) die Zylinderbuchse (1) mit einer bestimmten Vorspannung umgibt.