DE692943C

DE692943C - Fluid-cooled barrel inserted into the cylinder of internal combustion engines

Info

Publication number: DE692943C
Application number: DE1935D0069719
Authority: DE
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1935-02-10
Filing date: 1935-02-10
Publication date: 1940-06-29

Description

In den Zylinder von Brennkraftmaschinen eingesetzte flüssigkeitsgekühlte Laufbüchse Die Erfindung bezieht sich auf eine in den Zylinder von Brennkraftniaschinen eingesetzte flüssigkeitsgekühlte Laufbüchsei welche sich mittels eines ringförmigen Bundes an ihrem Außenumfang gegen eine entsprechende Stützfläche am Zylindermantel anlegt und anihrem sich gegen den Zylinderkopf anlegenden Ende von einem Kühlmittelring umgeben ist. Die Erfindung bezweckt die Verbesserung solcher Laufbüchsen und die Verineidung der bei ihnen auftretenden Nachteile, welche darin bestehen, daß auf der Innenseite Anfressungen der Laufbüchse sich einstellen und Ölrückstände infolge überlutzung festbrennen. Des weiteren soll die Gefahr von Verziehungen und von Wärtnespannungen, welche in ungünstigen Fällen auch zu eineih Reiß-en der Büchsen führen können, auf ein Mindestmaß verringert werden.Liquid-cooled ones used in the cylinder of internal combustion engines Liner The invention relates to a cylinder in internal combustion engines used liquid-cooled liner which is by means of an annular Federal on its outer circumference against a corresponding support surface on the cylinder jacket and at its end that rests against the cylinder head of a coolant ring is surrounded. The invention aims to improve such liners and the Avoidance of the disadvantages occurring with them, which consist in the fact that on The inside of the liner will be creased and there will be oil residues as a result burn on overload. Furthermore, the risk of distortions and tension on the part of the which in unfavorable cases can also lead to the rifles tearing be reduced to a minimum.

Da sich der Verbrennungs vorgang über einen größeren Kurbelwinkel vor und nach dein oberen Kolbentotpunkt erstreckt, unter-' liegt der obere Teil der Zylinderlaufbüchse noch auf eine beträchtliche Entfernung von ihrem oberen Ende einer hohen Wärmebelastung. Die mittlere Wand:ungstemperatur nimmthierbei zunächst innerhalb dieses hochbelasteten Bereichs steil ab, um alsdann in grAßerem Abstand vom Laufbüchsenende entfernt ineine Kurve schwach abfallender Temperatur mit geringerer Wärmebelastung der Zylixiderlaufbüchse überzugehen. Die Wärmebelastung innerhalb - des oberen Teils der Zylinderlaufbüchse wird des weiteren vor allem noch dadurch erhöht, daß, wie auch Versudhe ergeben haben, der stärkste Wänneaustausch vom Gas an die Wand erst stattfindet, wenn nach der Zündung des Brennstoffes der Kolben eine gewisse größere Abwärtsbeivegung ausgeführt hat. Infolgedessen unterliegt derjenige Teil der Zyliiiderbüchse, welcher innerhalb dieser -Zeit des starksten Wärnieaustausches. vom Kolben freigelegt und damit der heißesten Zone des Verbrennungsraumes unmittelbar ausgesetzt ist, einer stark wechselnden Wärmebeanspruchung, welche lei#Iit zu unzulässigen Wärmespannungen füh- ren kann. Diese Zone erstreckt sich etwa.bis auf 1/4 bis 1/8 des Zylinderdurchmessers von dem oberen Lau#büchsenende ab gerechnet und beträgt jedenfalls ein Mehrfaches der bei Zylinderlaufbüchsen üblichen, amoberenEnde angeordneten Abstützflanschen.Since the combustion process extends over a larger crank angle before and after your piston top dead center, the upper part of the cylinder liner is still at a considerable distance from its upper end of a high thermal load. The mean wall temperature initially decreases steeply within this highly stressed area, and then at a greater distance from the liner end it changes into a curve of slightly falling temperature with less thermal stress on the cylinder liner. The heat load within - the upper part of the cylinder liner is further increased by the fact that, as Versudhe have also shown, the greatest heat exchange from the gas to the wall only takes place when the piston moves a certain larger downward movement after the fuel has been ignited Has. As a result, subject to the part of the Zyliiiderbüchse that within this - time of the strongest Wärnieaustausches. uncovered by the piston and thus the heißesten zone of the combustion chamber is directly exposed to a greatly varying thermal stress which lei # Iit can leadership ren to unacceptable thermal stresses. This zone extends to about 1/4 to 1/8 of the cylinder diameter from the upper end of the cylinder liner and is in any case a multiple of the support flanges that are customary in cylinder liners and arranged at the upper end.

Demgemäß sind bei den bekannten Einrichtungen, bei welchen sich die Abstützfläche in der Näheder oberen Endfläche der Zylinderlaufbüchse befindet, erhöhte Wärmespannungen nicht zu vermeiden, da sich die Quer--schnitte der Laufbüchse innerhalb der gefährdeten Zone stark verändern und eine gleichmäßige Kühlung nicht möglich ist. So ist z. B. eine in den, Zylinder von Brennkraftmaschinen eingesetzte flüssigkeitsgekühlte Laufbüchse bekannt, deren oberes Ende sich mittels eines ringf6rmigen Bundes gegen eine entsprechende Abstützfläche am Zylindermantel anlegt und bei welcher sich der flanschartige Bund zur Erzeugung eines Kühlwasserkanals gegen die obere Endfläche verjüngt. Bei dieser bekannten Anordnung besitzt je- doch der obere Bund im wesentlichen nur die Dicke eines normalen Flansches, so daß sich die Abstützfläche für den Bund nur in geringer Entfernung von der nach dem Zylinderkopf zu gelegenen Endfläche der Lauf-'bü.chse und nicht außerhalb der heißesten Zone des Verbrennungsrautnes, sondern gerade in der Zone stärksten Wärmeaustausches zwischen Gas und Wandung befindet. An der Abstützflache des Bundes verringert-sich der Querschnitt der Laufbüchse noch innerhalb der heißesten Zone des Verbrennungsraumes auf eine wesentlich geringere Wandstärke, so daß die Wärmeabfuhr ungleichmäßig ist und Wärmespannungen nicht zu vermeiden sind. Diese werden noch dadurch vermehrt, daß die Kühlwasserkanäle sehr eng sind und außerordentlich verschiedene Querschnitte besitzen. Weder ist eine den Wärmebeanspr-t#-chungen angepaßte Ausbildung der Zylinderbüchse noch eine gleichmäßige Kühlunginnerhalb der gefährdeten Zone vorhanden.Accordingly, in the known devices in which the support surface is in the vicinity of the upper end surface of the cylinder liner, increased thermal stresses cannot be avoided, since the cross-sections of the liner change significantly within the endangered zone and uniform cooling is not possible. So is z. B. a liquid-cooled liner used in the cylinder of internal combustion engines is known, the upper end of which rests against a corresponding support surface on the cylinder jacket by means of an annular collar and in which the flange-like collar tapers towards the upper end surface to create a cooling water channel. In this known arrangement, the upper collar JE substantially but has only the thickness of an ordinary flange, so that the supporting surface for the collar only a short distance to the cylinder head to be situated end face of the run-'bü.chse from the outside and not the hottest zone of the combustion chamber, but just in the zone of the strongest heat exchange between gas and wall. At the support surface of the collar, the cross-section of the liner is reduced to a significantly smaller wall thickness within the hottest zone of the combustion chamber, so that the heat dissipation is uneven and thermal stresses cannot be avoided. These are increased by the fact that the cooling water channels are very narrow and have extremely different cross-sections. There is neither a design of the cylinder liner that is adapted to the thermal stresses nor uniform cooling within the endangered zone.

Bei anderen Maschinen mit flüssigkeits. gekühlten Zylindern 'befindet sich zwar eine Abstützfläche der als Laufflächen dienenden Zylinderteile in einer wesentlichen Entfernung vom Zylinderkopf; es handelt sich je- doch in diesem Fall nicht um eingesetzte flüssigkeitsgekühlte Laufbüchs-en im eigeentlichen Sinne, da sie gehäuseförmig ausgehildet und zwischen dem Zylindergehäuse und dem Zylinderkäpf als Teil des tragenden Gehäuses zwischengeschaltet: sind. Aucli besitzt der eingesetzte.Zwischenteil an seinem oberen Ende eine in die äußere Wandung des Kühlwassermantels übergehende flanschförmige Abschlußwandung, so daß seine als Lauffläche dienende Innenwandung ebenfalls innerhalb der heißesten Zone des Verbrennungsraumes starke ungleichmäßige Querschnitts,änderungen zwischen der Abstützfläche des Bundes und dem oberen Ende der Zyliiiderbüchse besitzt.For other machines with liquid. Cooled cylinders' there is indeed a support surface of the cylinder parts serving as running surfaces at a substantial distance from the cylinder head; it is not JE but in this case used in the liquid-cooled-en Laufbüchs eigeentlichen sense since they ausgehildet housing shaped and interposed between the cylinder housing and the Zylinderkäpf as part of the bearing housing: are. At its upper end, the inserted intermediate part has a flange-shaped end wall that merges into the outer wall of the cooling water jacket, so that its inner wall, which serves as a running surface, also has strong uneven cross-section within the hottest zone of the combustion chamber, changes between the support surface of the collar and the upper end of the Cyliiiderbüchse owns.

Demgegenüber sieht die Erfindung eine solche Ausbildung der flüssigkeitsgekühlten Laufbüchse vor, bei welcher der ringförmige Bund der Laufbüchse außerhalb der heißesteit Zone des Verbrennungsraumes, also in einer Entfernung von ungefähr 1/3 bis 1/2 des Zylinderdurchmessers von der nach dem Zylinderkopf zu gelegenen Endfläche der Laufbüchsey, angleor-dnet ist, wobei der zwischen dem Bund und der genannten Endfläche der Laufbüchse befindliche, eine im wesentlichen glatte äußere Oberfläche aufweisende Teil der Laufbüchse sich in Form eines schlanken, von einem breiten Kühlmittelring umgebenen Kegels auf geringe Wandstärke verjüngt. Um die Wandstärke der Laufbüchse am oberen Ende möglichst gering zu halten, gleichzeitig jedoch eine wirksame Dichtung zu gewährleisten, ragt der obere nutenlose Büchsenrand der Laufbüchse zweckmäßig in eine im Deckel vorgesehene- Ringnut hinein.In contrast, the invention provides such a design of the liquid-cooled liner in which the annular collar of the liner outside the hottest zone of the combustion chamber, i.e. at a distance of about 1/3 to 1/2 of the cylinder diameter from the end face of the cylinder head Laufbüchsey, angleor-dnet, wherein the part of the liner located between the collar and said end face of the liner and having a substantially smooth outer surface tapers to a thin wall thickness in the form of a slim cone surrounded by a wide coolant ring. In order to keep the wall thickness of the liner as small as possible at the upper end, but at the same time to ensure an effective seal, the upper grooveless liner edge of the liner expediently protrudes into an annular groove provided in the cover.

Durch die Herauslegung der Stätzfläche für die Zylinderlaufbüchse aus der heißesten -Zone --des Verhrennungsraumes, d.h. durcb Anordnung der Abstützflache in einer solchen Entfernung von der oberen Endfläche der Laufbüchse, daß sie außerhalb der höchsten Wandtemperaturen (und außerhalb des stärksten Wärmeaustausches) liegt und zur Zeit des stärkstenWärrneaustausches nvischendem Gas und -der Wandung vom Kolben noch mit -Sicherheit abgedeckt ist, -werden die Nachteile unzulässiger Wärniebe#spruchungenund ungenügender Kühlung des gefährdeten Teils der Zylinderlaufbüchse vermieden. Durch die schlanke kegelförmi#ge Gestalt des oberen Endes der Zylinderlaufbüchse zwischen dem Bund und der EndflÄche wird ferner eine den Wandtemperaturen im -wesentlichen entsprechende Kühlwirkung durch den umgebenden breiten Kühlmittelring in der Weise erzielt, d#ß an den Stellen hoher Wandtemperaturen ein schnellerer-Wärmeabfluß als an denSt-ellen niederer Wandtemperaturen erfolgt, so daß im Verein mit der Vermeidung von s#charfen Querschnittsänderungen innerhalb; der gefährdeten Zone eine möglichst gleichmäßige Wärmebelas#tung erzielt wird. Gefährliche Wärmespannungen, -welche ein den Betrieb störendes Unrundwerden oder Verziehen der LaufbÜchse hervorrufen oder sogar zu einem Reißen derselben-führen können, iverden dadurch praktisch vollständig unterbunden.By laying out the seating surface for the cylinder liner from the hottest zone - of the compression space, i.e. through the arrangement of the support surface at such a distance from the upper end face of the liner that it is outside the highest wall temperatures (and outside the strongest heat exchange) and at the time of the strongest heat exchange between the gas and the wall from the Piston is still covered with security, the disadvantages of impermissible heat stresses and insufficient cooling of the endangered part of the cylinder liner avoided. By the slender conical shape of the upper end of the cylinder liner between the federal government and the end surface is also an essential part of the wall temperatures corresponding cooling effect through the surrounding wide coolant ring in the way achieved, d # ß at the points of high wall temperatures a faster heat dissipation than takes place at the points of lower wall temperatures, so that in conjunction with the avoidance of s # sharp cross-section changes within; the endangered zone as much as possible uniform heat load is achieved. Dangerous thermal stresses, -what cause the liner to become out-of-round or warp, which would interfere with operation or even lead to a rupture of the same, iverden practically completely prevented.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

In dem Zylinder-a mit dem Zylinderkopf b gleitet der Kolbene. Die eingesetzte Zylinderlaufbüchsetl weist einen oberen konisch-en Teild, und in der Entfernung von etwa 1/,3 bis 1/2 des Zylinderdurchniessers vom oberen -Ende, also außerhalb der heißesten Zone des Verbrennungsraunies, einen Bundd2 auf.-Die Wandstärke des oberen Teilsdt nimmt hierbei vom oberen, sich gegen den Zylinderkopf anlegenden Ende der Büchse bis zum Bundd2 in Form eines schlanken Kegels allmählich zu, so daß ein der Wärmebelastung entsprechender Würnieabfluß stattfindenkann. Der sich verjüngende Teil der Büchse -wird hierbei über seine ganze Länge von einem breiten Kühlwasserstrome gleichmäßig wirksam und unmittelbar um:flossen, wobei er dntsprechend der nach oben zunehmenden stärkeren WärfnAelastung auch einer nach oben zunehmenden Kühlwirkung unterliegt.The piston slides in cylinder-a with cylinder head b. The cylinder liner used has an upper conical part, and at a distance of about 1/3 to 1/2 of the cylinder diameter from the upper end, i.e. outside the hottest zone of the combustion chamber, a collar d2.-The wall thickness of the upper part increases gradually from the upper end of the liner, which rests against the cylinder head, to the collard2 in the form of a slender cone, so that an outflow of heat corresponding to the heat load can take place. The tapering part of the liner is immediately and uniformly effective over its entire length by a broad stream of cooling water, whereby it is also subject to a cooling effect that increases as the heat load increases upwards.

Bei der Ausführung nach Abb. i stützt sich die Zylinderlaufbüchse mit ihrem oberen Ende unter Zwischenschaltung einer Dichtung gegen die untere ebene Fläche des Zylinderkopfes ab. Diese Ausführung kommt für Reihenmotoren und Blockaufführungen hauptsächlich in Frage.In the version according to Fig. I, the cylinder liner is supported with its upper end with the interposition of a seal against the lower level Surface of the cylinder head. This version is used for in-line engines and block versions mainly in question.

Bei der Ausführung nach Abb. 2 greift das obere Ende der Zylinderlaufbüchse ineine Dichtungsring aufnehmende Ringnut/ des Zylinderkopfes ein, so daß ein dichter Abschluß und ein günstigerer Wärmeabfluß gewährleistet ist. Sie ist vorwiegend für Bauformen geeignet,- bei denen für jeden Zylinder ein besonderer Zylinderkopf vorgesehen ist.In the embodiment according to Fig. 2, the upper end of the cylinder liner engages in a sealing ring receiving annular groove / of the cylinder head, so that a tight seal and a more favorable heat dissipation is guaranteed. It is suitable mainly f or designs, - where a special cylinder head is provided for each cylinder.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Liquid-cooled liner inserted in the cylinder of internal combustion engines, which by means of a ring-shaped collar rests on its outer circumference against a corresponding support surface on the cylinder jacket and is surrounded by a coolant ring at its end resting against the cylinder head, because, through-marked, that the annular collar (d2) of the liner (d) is outside the hottest zone of the combustion chamber, i.e. at a distance of about 1/3 to 1/2 of the cylinder diameter from the end face of the liner after the cylinder head (b) and the part (d,) of the liner, which is located between the collar and said end face of the liner and has a substantially smooth outer surface, tapers to a small wall thickness in the form of a slender cone surrounded by a wide coolant ring.

2. Liner according to claim i, characterized in that the upper grooveless # e liner edge of the liner (d) protrudes into an annular groove provided in the cover (b).