EP0063258A1

EP0063258A1 - Kombination aus Zylinder und Kolben für Dieselmotoren

Info

Publication number: EP0063258A1
Application number: EP82102544A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Dipl. Ing. Rein
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1982-03-26
Publication date: 1982-10-27
Also published as: EP0063258B1; DE3115709A1; DE3264515D1; BR8202219A

Abstract

Zylinder (2) für Verbrennungsmotoren, der in seinem oberen an dem Zylinderkopf angrenzenden Bereich einen um 1,5 mm bis 2,5 mm größeren Durchmesser D2 aufweist, wobei sich dieser Bereich axial höchstens so weit in den Zylinder (2) hinein erstreckt, daß der oberste Ring (3) des in dem Zylinder (2) laufenden Kolbens (1) mit seiner Oberflanke gerade noch nicht in den erweiterten Bereich hineinragt. Der sich durch die Zylindererweiterung ergebende Spalt zwischen Feuersteg des Kolbens (1) und Zylinderwand bei Lage des Kolbens (1) im oberen Totpunktbereich soll den Aufbau einer harten festhaftenden, an der Zylinderlaufbahn verschleißend wirkenden Ölkohleschicht verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Zylinder sind aus der US-PS 2,513,492 bekannt. Die radiale Erweiterung im oberen Bereich des Zylinders hat dort den Zweck, den Aufbau von harter Ölkohle am Feuersteg des in dem Zylinder laufenden Kolbens zu verhindern. Der Aufbau harter Ölkohle an dem Feuersteg des Kolbens führt nämlich zu örtlichen Anpolierungen auf der Zylinderlauffläche. Die dem Feuersteg des Kolbens in seiner oberen Totlage gegen- überliegende_.Zylindererweiterung soll den ölkohleaufbau auf dem Zylindersteg nicht vollkommen verhindern, sondern diese Maßnahme soll lediglich dazu dienen, daß sich eine weiche ölkohleschicht aufbaut. Diese weiche Schicht soll sich im Motorbetrieb kontinuierlich abbauen bzw. auf einem Mindestmaß gehalten werden können und zwar derart, daß die weiche ölkohle auf der Zylinderlauffläche keine die Laufflächengeometrie nachteilig beeinflussenden Polierstellen hervorruft. Zu diesem Zweck wird in der US-PS 2,513,492 vorgeschlagen, den oben beschriebenen oberen Zylinderbereich geringfügig zu erweiteren und zwar um ein Maß, das dem sich im Motorbetrieb ergebenden Verschleiß der Zylinderlaufbahn entspricht. Bei einem Kolben mit einem Durchmes.ser von etwa 300 mm wird e-ine Erweiterung des Zylinderdurchmessers in dem betreffenden Bereich um 0,5 mm genannt. Es hat sich inzwischen gezeigt, daß die vorgeschlagene geringfügige radiale Zylindererweiterung das gesteckte Ziel der Vermeidung eines harte Reiber in der Zylinderlauffläche verursachenden Ölkohleaufbaus nicht in befriedigender Weise erreichen läßt.
Gelöst wird das Problem eines solchen schädlichen ölkohleaufbaues im Stand der Technik dagegen recht zufriedenstellend durch eine Maßnahme nach der US-PS 3,463,057. Diese Maßnahme besteht darin, nicht den oberen Bereich des Zylinders radial zu erweitern, sondern vielmehr den Kolben im Feuerstegbereich radial zu verkleinern. Dabei hat sich gezeigt, daß eine geringfügige Durchmesserverkleinerung des Kolbens im Feuerstegbereich, etwa in der Größenordnung wie bei der US-PS 2,513,492 der Zylinderdurchmesser vergrößert wird, das Problem des unschädlichen ölkohleaufbaus nicht löst. Es ist vielmehr tatsächlich erforderlich, die Durchmesserverkleinerung im Feuerstegbereich des Kolbens in einer Größe vorzunehmen, wie sie in der US-PS 3,463,057 angegeben ist. Danach muß die Durchmesserverkleinerung mindestens etwa 1,5 mm betragen. Diese Maßnahme wird heute in der Motorentechnik mit in bezug auf den Ölkohleaufbau befriedigendem Erfolg eingesetzt. Diese Maßnahme hat jedoch auf den Verbrennungsablauf, zumindest in bestimmten Last- und Drehzahlbereichen und damit bezüglich Ausbildung und Zusammensetzung des Abgases sowie des Kraftstoffverbrauchs unerfreuliche Nachteile. So enthalten die Abgase von mit solchen Kolben bestückten Motoren höhere Rauchanteile als Motoren, bei denen der _Feuerstegbereich der Kolben nicht in einem derart großen Maße verkleinert ist. Der Rauchanteil muß nicht nur in bezug auf die Luftreinhaltungsvorschriften gesenkt werden, sondern er zeigt auch an, daß wegen der nicht optimalen Verbrennung der Kraftstoff nicht optimal in Antriebsleistung umgesetzt wird.
Hier Abhilfe zu schaffen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Gelöst wird sie nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 dadurch, daß die nach der US-PS 2,513,492 an sich bekannte obere Zylindererweiterung nicht auf das dort angegebene geringfügige Erweiterungsmaß beschränkt wird, sondern in einer Größenordnung erfolgt wie sie in der US-PS 3,463,057 angegeben ist. Dies bedeutet, daß die Durchmessererweiterung in dem durch die Gattung des Anspruchs 1 festgelegten Zylinderbereich mindestens 1,0 mm beträgt und bis auf 2,5 mm hinauf gehen kann. Als besonders zweckmäßig haben sich Durchmessererweiterungen zwischen 1,5 und 2 mm gezeigt.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet gegenüber derjenigen nach der US-PS 3,463,057 den Vorteil, daß der zur Vermeidung des Aufbaus einer harten ölkohle am Feuerstegbereich des Kolbens erforderliche relativ große Spaltraum nur bei Lage des Kolbens im oberen Totpunkt vorliegt. Bei Abwärtsbewegung des Kolbens verschwindet dieser große Spalt jedoch, sobald der Feuersteg des Kolbens den erweiterten Bereich des Zylinders verläßt. Dadurch wird der Rauchanteil im Abgas gegenüber einem Motorbetrieb mit einem nach der US-PS 3,463,057 ausgebildeten Kolben ganz erheblich verbessert.
Dieses Ergebnis ist insgesamt insofern überraschend, als die Fachwelt bisher annahm, daß der ölkohleaufbau in dem zur Vermeidung von örtlichen _Polierstellen in der Zylinderlauffläche erforderlichen Maße nur durch eine radiale Feuerstegverkleinerung unter Einhaltung der in der US-PS 3,463,057 angegebenen Mindestmaße erreichbar sei, während Zylinderausnehmungen gemäß der US-PS 2,513,492 generell zur Lösung des Ölkohleproblems keine dem durch die US-PS 3,463,057 erreichten neuesten Stand der Technik adäquate Lösung sein könne. Um so überraschender ist es, daß mit einer radialen Erweiterung des Zylinders in seinem oberen Bereich bei richtiger, von den. damaligen Werten abweichender Dimensionierung nicht nur . gleichwertige , sondern in bezug auf das Abgasverhalten und zum Teil auch auf den Verbrauch zumindest in bestimmten Last-und Drehzahlbereichen sogar bessere Ergebnisse erzielbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, die den Ausschnitt eines Längsschnittes durch eine Kolben-Zylinderanordnung bei Lage des Kolbens im oberen Totpunkt darstellt.
Der Kolben 1 befindet sich in dem Zylinder 2 in seiner oberen Totpunktlage. Der Hauptdurchmesser des Zylinders ist mit D1 angegeben. D2 ist der Durchmesser des erweiterten oberen Bereichs des Zylinders 2. D_o ist der Durchmesser des Feuerstegs des Kolbens 1. Axial erstreckt sich die Höhe der Zylindererweiterung maximal so weit, daß der oberste Kolbenring 3 des Kolbens 1 in dessen oberer Totpunktlage gerade noch nicht in den erweiterten Bereich hineinragt. Bei einem Durchmesser von Dl = 100 mm beträgt die Differenz zwischen den Durchmessern D2 und D1 im vorliegenden Fall 1,6 mm und zwischen den Durchmessern D1 und Do im Kaltzustand 0,45 mm.

Claims

1. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) in einem Bereich für den Durchmesser D1 des Zylinders zwischen 90 mm und 140 mm für Dieselmotoren, bei der der Zylinder (2) in seinem oberen an den Zylinderkopf angrenzenden Bereich einen größeren Durchmesser D2 aufweist, wobei sich dieser Bereich axial höchstens so weit in den Zylinder (2) hinein erstreckt,daß in der oberen Totpunktlage des Kolbens (1) dessen oberster Ring (3) gerade noch nicht in den erweiterten Bereich hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß in kaltem Zustand die Differenz zwischen dem Durchmesser D des Feuersteges des Kolbens (1) und dem Durchmesser D2 in einem Bereich von 0,0045 x D1 + 1,5 bis 2,5 mm liegt, wobei D2 - D1 mindestens 1 mm beträgt.

2. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenz zwischen D2 und D1 mindestens 1,5 mm beträgt.

3. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenz zwischen D2 und D1 zwischen 1,5 und 2,5 mm liegt.