EP0046505B1 - Zylinder für Hubkolbenmaschinen - Google Patents

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EP0046505B1
EP0046505B1 EP81105586A EP81105586A EP0046505B1 EP 0046505 B1 EP0046505 B1 EP 0046505B1 EP 81105586 A EP81105586 A EP 81105586A EP 81105586 A EP81105586 A EP 81105586A EP 0046505 B1 EP0046505 B1 EP 0046505B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
ring
cylinder head
barrel
reciprocating piston
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Expired
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EP81105586A
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English (en)
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EP0046505A1 (de
Inventor
Rolf Dipl.-Ing. Eckert
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/04—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for air cooling

Definitions

  • the invention relates to a cylinder for reciprocating piston machines with the features specified in the preamble of the first claim.
  • a generic internal combustion engine is known from DE-A 2 729 230. Parts of the cylinder and the exhaust gas channel which come into contact with the combustion gases are lined with a lining, in particular ceramic, which is suitable for thermal insulation.
  • a lining in particular ceramic, which is suitable for thermal insulation.
  • generic DE-A 2 729 230 deals with the problem of how this lining is to be attached to the walls of the piston, cylinder and cylinder head without the considerable difficulties arising from the different thermal expansion of the individual materials.
  • a resiliently deformable adhesive is proposed, since the lining always lies against the cylinder head or cylinder material on at least one side.
  • a cylinder is known in which a clamped ring between the cylinder head and cylinder tube is made of a material of higher strength and / or higher thermal conductivity than the rest of the cylinder.
  • This solves the problem of enabling improved heat dissipation from the cylinder head and lowering the wall temperature in the area of the highest position of the upper piston ring.
  • a special ribbing serves to further promote the transfer of heat to the cooling air.
  • Such increased heat dissipation in the area of the combustion chamber wall also has disadvantages.
  • increased fuel condensation and flame extinguishing on the extremely cooled inner wall of the cylinder and correspondingly higher HC emissions can be expected in cold start and part-load operation.
  • the high heat dissipation reduces the efficiency due to the reduced combustion chamber temperature.
  • the invention is based on the object of arranging a ceramic ring arranged in the region between the cylinder head and the cylinder tube in such a way that tensions between the cylinder head and the cylinder tube are reduced as far as possible due to different thermal expansion.
  • the large forces exerted by the cylinder head screws only act as compressive forces on the ceramic part, for which the material is well suited. This eliminates the fastening problems known from DE-A 2 729 230.
  • the forces caused by the combustion chamber pressure cause an undesirable tensile stress in the material, which, however, is completely evenly distributed due to the ring shape.
  • the ring is preferably designed such that it is not overrun by the upper piston ring, which could lead to damage even at very small joint steps. At the same time, this ensures that the upper piston ring rests on a well-cooled part of the combustion chamber wall at top dead center, so that overheating with the risk of oil carbon deposits is avoided.
  • the ceramic ring has the advantage that the heat flow from the cylinder head to the cylinder tube is prevented, so that the undesired additional heating of the cylinder tube in its upper region is avoided.
  • radial tension between the cylinder head and the heat-insulating ring is reduced by an interposed washer, which forms two sliding planes for micro-displacements, while the same can be achieved for stresses between the cylinder tube and the heat-insulating ring by an additional washer.
  • Sheet steel is well suited as a material for this.
  • the ceramic ring is preferably simply inserted with appropriate fitting parts between the cylinder head and the cylinder tube and is fully or partially exposed to the cooling medium.
  • the cylinder head and cylinder tube can usually be clamped or screwed together.
  • the ring is smooth and cylindrical on the outside even when the cylinder tube is otherwise ribbed.
  • the single figure shows an axial section through a cylinder head 1, a cylinder tube 2 and a ring 3 made of ceramic. Between the ring 3 and the cylinder head 1 there is an annular disc 4, while another ring plate 5 is shown exclusively in the left half of the section between the ring 3 and the cylinder head 2.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinder für Hubkolbenmaschinen mit den im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Merkmalen.
  • Aus der DE-A 2 729 230 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei sind mit den Brenngasen in Kontakt gelangende Teile des Zylinders sowie des Abgaskanals mit einer zur Wärmeisolierung geeigneten Verkleidung, insbesondere Keramik, ausgekleidet. Speziell beschäftigt sich die gattungsgemäße DE-A 2 729 230 mit dem Problem, wie diese Auskleidung an den Wandungen von Kolben, Zylinder und Zylinderkopf zu befestigen seien, ohne daß die erheblichen Schwierigkeiten, die durch die unterschiedliche Wärmedehnung der einzelnen Materialien entstehen, auftreten. Hierzu wird ein nachgiebig verformbarer Haftstoff vorgeschlagen, da die Auskleidung zumindest auf einer Seite immer am Zylinderkopf- bzw. Zylindermaterial anliegt.
  • Aus der DE-A 2 630 225 ist hingegen ein Zylinder bekannt, bei dem ein eingespannter Ring zwischen Zylinderkopf und Zylinderrohr aus einem Material höherer Festigkeit und/oder höherer Wärmeleitfähigkeit als der übrige Zylinder hergestellt ist. Hiermit wird die Aufgabe gelöst, eine verbesserte Wärmeableitung aus dem Zylinderkopf zu ermöglichen und die Wandtemperatur im Bereich der Höchstlage des oberen Kolbenringes abzusenken. Eine besondere Verrippung dient hierbei zur weiteren Förderung des Wärmeübergangs an die Kühlluft. Eine derart verstärkte Wärmeabfuhr im Bereich der Brennraumwandung hat auch Nachteile. Zum einen ist im Kaltstart- und Teillastbetrieb mit verstärkter Brennstoffkondensation und Flammenverlöschung an der extrem gekühlten Zylinderinnenwand und dementsprechend höherer HC-Emission zu rechnen. Zum anderen wird durch die starke Wärmeableitung der Wirkungsgrad infolge der herabgesetzten Brennraumtemperatur gesenkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Bereich zwischen Zylinderkopf und Zylinderrohr angeordneten Keramikring derart anzuordnen, daß Spannungen zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung möglichst abgebaut werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die durch die Zylinderkopfschrauben ausgeübten großen Kräfte wirken ausschließlich als Druckkräfte auf das Keramikteil, für deren Aufnahme der Werkstoff gut geeignet ist. Dadurch entfallen die aus der DE-A 2 729 230 bekannten Befestigungsprobleme. Die durch den Brennraumdruck verursachten Kräfte bewirken im Material eine unerwünschte Zugspannung, die sich jedoch durch die Ringform vollkommen gleichmäßig verteilt. Dabei ist '--r Ring vorzugsweise so ausgeführt, daß er nicm vom oberen Kolbenring überlaufen wird, was bereits bei sehr kleinen Fugenstufen zu Schäden führen könnte. Gleichzeitig wird damit sichergestellt, daß der obere Kolbenring im oberen Totpunkt an einem gut gekühlten Teil der Brennraumwand anliegt, so daß sich eine Überhitzung mit der Gefahr des Ölkohleansatzes vermieden wird. Darüber hinaus hat der Keramikring den Vorteil, daß der Wärmefluß vom Zylinderkopf zum Zylinderrohr unterbunden wird, so daß die unerwünschte zusätzliche Aufheizung des Zylinderrohres in seinem oberen Bereich unterbleibt.
  • Radiale Spannung zwischen Zylinderkopf und wärmedämmendem Ring werden erfindungsgemäß durch eine zwischengelegte Ringscheibe, die zwei Gleitebenen für Mikroverschiebungen bildet, abgebaut, während das gleiche für Spannungen zwischen Zylinderrohr und wärmedämmendem Ring durch eine zusätzliche Ringscheibe erreicht werden kann. Als Material hierfür ist Stahlblech gut geeignet.
  • Der Keramikring ist vorzugsweise mit entsprechenden Einpaßteilen einfach zwischen Zylinderkopf und Zylinderrohr eingesetzt und ganz oder teilweise dem Kühlmedium ausgesetzt. Zylinderkopf und Zylinderrohr können dabei üblicherweise miteinander verspannt oder verschraubt sein. Zur deutlichen Verringerung des Wärmeübergangs an der Außenseite ist der Ring auch bei ansonsten verripptem Zylinderrohr an seiner Außenseite glatt und zylindrisch ausgeführt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten, schematischen Ausführungsbeispielsnähererläutert.
  • Die einzige Figur zeigt einen Axialschnitt durch einen Zylinderkopf 1, ein Zylinderrohr 2 und einen Ring 3 aus Keramik. Zwischen dem Ring 3 und dem Zylinderkopf 1 befindet sich eine Ringscheibe 4, während ausschließlich in der linken Hälfte des Schnittes zwischen dem Ring 3 und dem Zylinderkopf 2 ein weiteres Ringblech 5 gezeigt ist.
  • Im Zylinderkopf 1 sind der Einlaß- 6 und Auslaßkanal 7 mit eingesetzten Ventilsitzen 8 und 9 zu erkennen. Mit 10 ist die Lage des oberen Kolbenringes im oberen Totpunkt bezeichnet.

Claims (4)

1. Zylinder für Hubkolbenmaschinen mit einem zur Wärmedämmung aus Keramik hergestellten Ring (3), der zwischen Zylinderkopf (1) und Zylinderrohr (2) angeordnet ist und einen Teil der Zylinderinnenwandung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3) nicht in das Zylinderrohr (2) eingelassen ist, sondern als ein den obersten Zylinderabschnitt allein bildendes Element ausgebildet ist.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ring (3) und dem Zylinderkopf (1) eine Ringscheibe (4) angeordnet ist.
3. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Ringes (3) ganz oder teilweise dem Kühlmedium, insbesondere Kühlluft, direkt ausgesetzt ist.
4. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Ringes (3) zylindrisch und glatt ist.
EP81105586A 1980-08-23 1981-07-16 Zylinder für Hubkolbenmaschinen Expired EP0046505B1 (de)

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DE3031926 1980-08-23

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EP0046505A1 EP0046505A1 (de) 1982-03-03
EP0046505B1 true EP0046505B1 (de) 1984-03-14

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