EP0816660A1 - Zylinderlaufbüchse - Google Patents

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EP0816660A1
EP0816660A1 EP97110012A EP97110012A EP0816660A1 EP 0816660 A1 EP0816660 A1 EP 0816660A1 EP 97110012 A EP97110012 A EP 97110012A EP 97110012 A EP97110012 A EP 97110012A EP 0816660 A1 EP0816660 A1 EP 0816660A1
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EP
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cylinder
cylinder liner
nickel
welding
diffused
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EP97110012A
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EP0816660B1 (de
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Otto W. Stenzel
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KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
KS Aluminium Technologie GmbH
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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
    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • 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 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention relates to an aluminum alloy manufactured cylinder liner for insertion into a Cylinder bore of an internal combustion engine or for pouring into a cylinder block.
  • Cylinder blocks with inserted or cast in liners are completed by cylinder heads, with between Cylinder block and cylinder head generally one Cylinder head gasket is used as a sealing element between cylinder block and cylinder head. It must be high Forces between cylinder head and cylinder block applied to keep up with the constantly changing load in the Incinerator to ensure a seal.
  • the used or cast cylinder liner especially on your edge area on the cylinder head side is particularly warm. Kick here Temperatures between 200 ° and 300 ° as in this area the cooling conditions are less optimal and that by the Combustion process heat output is highest here is, however, only in the direction facing away from the cylinder head can be dissipated.
  • the present invention is therefore based on the object a remedy for the problems described above create.
  • This task is accomplished by a cylinder liner at the beginning described type according to the invention solved in that they its peripheral edge area on the cylinder head side and / or in the area where the top turning point of a piston is too comes to lie, opposite the other inner wall of the sleeve is reinforced.
  • the invention prevents the edge area of the cylinder head The cylinder liner is deformed and leads to leaks. If such reinforcement in the area of the upper Reversal point of a piston is provided, the occurrence premature wear on the cylinder surface be effectively avoided.
  • a cylinder liner in which the Reinforcement from the upper edge area to the area of the top reversal point of a piston is extended in particular reaches up to 10 mm from the upper edge of the sleeve, is preferred.
  • the local gain is particularly advantageous by a copper, a nickel or a copper / nickel alloy achieved that in the basic structure of the Alloy material of the cylinder liner is diffused.
  • the nickel-copper alloy is preferably made of Welding, especially around arc welding processes diffused. But it has also proven to be beneficial proved if the area to be reinforced locally of Cylinder liner with a nickel-copper alloy is coated, which is then by means of a laser beam is branded. It can prove to be advantageous or also prove necessary that the corresponding edge area the rifle has been removed, turned off or in any way Form is reset to apply the alloy metal can.
  • the invention is furthermore in the provision of a Cylinder blocks with an inserted or cast one Cylinder liner seen in the above described manner is formed.
  • the figure shows a longitudinal section through an inventive trained cylinder liner.
  • the cylinder liner 2 consists of a known Aluminum alloy, for example that of the applicant under the Brand "Alusil” offered aluminum alloy.
  • the liner 2 is in its edge region 4 on the cylinder head side Diffusing a nickel-copper alloy into Circumferential direction reinforced. It turns out to be special advantageous if the edge area is turned first and then by reflow alloying using the arc welding process is applied, strength-increasing alloys and Aluminum alloys are used. Preferably that is so-called two-wire process applied.
  • the reinforced area extends inside the bush 2 to the area 6 of the upper one Reversal point of a piston.

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Abstract

Um Dichtungsprobleme bei einem Zylinder mit einer aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderlaufbüchse (2) zu vermeiden, wird diese erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Zylinderlaufbüchse (2) in ihrem zylinderkopfseitigen Randbereich (4) und/oder in dem Bereich (6), in dem der obere Umkehrpunkt eines Kolbens zu liegen kommt, in Umfangsrichtung verstärkt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Zylinderlaufbüchse zum Einsetzen in eine Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors oder zum Eingießen in einen Zylinderblock.
Zylinderblöcke mit eingesetzten oder eingegossenen Laufbüchsen werden durch Zylinderköpfe abgeschlossen, wobei zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf im allgemeinen eine Zylinderkopfdichtung eingesetzt ist, die als Dichtelement zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf dient. Es müssen hohe Kräfte zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock aufgewendet werden, um auch bei der ständig wechselnden Belastung im Verbrennungsbetrieb eine Abdichtung zu gewährleisten. Insbesondere im Hochleistungsbereich wird die eingesetzte oder eingegossene Zylinderlaufbüchse vor allem an ihrem zylinderkopfseitigen Randbereich besonders warm. Hier treten Temperaturen Zwischen 200° und 300° auf, da in diesem Bereich die Kühlverhältnisse weniger optimal sind und die durch den Verbrennungsprozeß entstehende Wärmeleistung hier am höchsten ist jedoch nur in der vom Zylinderkopf abgewandten Richtung abgeführt werden kann.
Bei den auftretenden Temperaturen zwischen 200° und 300° nimmt die Warmfestigkeit der verschleißarmen Aluminiumwerkstofflegierungen deutlich ab. Es wird häufig beobachtet, daß infolge der reduzierten Warmfestigkeit und des Kriechverhaltens der verwendeten Aluminiumlegierungswerkstoffe im Laufe des Betriebs eine Verformung der Aluminiumlaufbüchse auftritt. Die für eine hinreichende Abdichtung zwischen Zylinder bzw. Zylinderrohr und Zylinderkopf erforderliche Spannung geht dann verloren, so daß es zu Undichtigkeiten zwischen dem Brennraum und dem Kühlwassermantel oder zwischen den Brennräumen benachbarter Zylinder kommt.
Es wird desweiteren häufig beobachtet, daß im Bereich des oberen Umkehrpunktes eines Kolbens aufgrund der bei jedem Umkehrvorgang auftretenden Haftreibung verglichen mit den nur durch Gleitreibung beanspruchten Laufflächenbereichen der Büchse stärkere Abnutzungserscheinungen auftreten, die zu einer starken Beeinträchtigung und Beanspruchung des oberen Kolbenrings führen. Sowohl die Lebensdauer des Kolbens als auch der Zylinderlauffläche werden hierdurch herabgesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abhilfe für die vorstehend geschilderten Probleme zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Zylinderlaufbüchse der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie in ihrem zylinderkopfseitigen umlaufenden Randbereich und/oder in dem Bereich, in dem der obere Umkehrpunkt eines Kolbens zu liegen kommt, gegenüber der übrigen Büchseninnenwandung verstärkt ist.
Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine an sich bekannte Zylinderlaufbüchse lokal, nämlich im Randbereich und/oder im Bereich des oberen Umkehrpunkts des Kolbens in Umfangsrichtung zu verstärken.
Durch die Festigkeitserhöhung, die durch eine Wärmebehandlung allein nicht erreicht werden könnte, da die Betriebstemperaturen zu hoch liegen, so daß eine Festigkeitserhöhung reversibel wäre, wird erfindungsgemäß verhindert, daß sich der zylinderkopfseitige Randbereich der Zylinderlaufbüchse verformt und so zu Undichtigkeiten führt. Wenn eine solche Verstärkung im Bereich des oberen Umkehrpunkts eines Kolben vorgesehen wird, kann das Auftreten vorzeitiger Abnutzungserscheinungen an der Zylinderlauffläche wirksam vermieden werden.
Es versteht sich, daß eine Zylinderlaufbüchse, bei der die Verstärkung vom oberen Randbereich bis in den Bereich des oberen Umkehrpunkts eines Kolbens erstreckt ist, also inbesondere bis 10 mm vom oberen Büchsenrand wegreicht, bevorzugt wird.
Die lokale Verstärkung wird in besonders vorteilhafter Weise durch eine Kupfer-, eine Nickel- oder eine Kupfer-/Nickellegierung erreicht, die in das Grundgefüge des Legierungsmaterials der Zylinderlaufbüchse eindiffundiert ist.
Die Nickel-Kupferlegierung wird vorzugsweise durch Aufschweißen, insbesondere um Lichtbogenschweißverfahren eindiffundiert. Es hat sich aber auch als vorteilhaft erwiesen, wenn der lokal zu verstärkende Bereich der Zylinderlaufbüchse mit einer Nickel-Kupferlegierung beschichtet wird, die dann mittels eines Laserstrahls eingebrannt wird. Es kann sich dabei als vorteilhaft oder auch als erforderlich erweisen, daß der entsprechende Randbereich der Büchse zuvor abgetragen, abgedreht oder in irgendeiner Form zurückgesetzt wird, um das Legierungsmetall aufbringen zu können.
Die Erfindung wird desweiteren in der Bereitstellung eines Zylinderblocks mit einer eingesetzten oder eingegossenen Zylinderlaufbüchse gesehen, die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet ist.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Zylinderlaufbüchse.
Die Zylinderlaufbüchse 2 besteht aus einer an sich bekannten Aluminiumlegierung, bspw. der von der Anmelderin unter der Marke "Alusil" angebotenen Aluminiumlegierung. Die Laufbüchse 2 ist in ihrem zylinderkopfseitigen Randbereich 4 durch Eindiffundieren einer Nickel-Kupferlegierung in Umfangsrichtung verstärkt. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn der Randbereich zuerst abgedreht wird und dann durch Aufschmelzlegieren im Lichtbogenschweißverfahren aufgebracht wird, wobei festigkeitserhöhende Legierungen sowie Aluminiumlegierungen verwendet werden. Vorzugsweise wird das sog. Zweidrahtverfahren angewandt. Der verstärkte Bereich reicht im Inneren der Büchse 2 bis in den Bereich 6 des oberen Umkehrpunkts eines Kolbens.

Claims (6)

  1. Aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Zylinderlaufbüchse (2) zum Einsetzen in eine Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors oder zum Eingießen in einen Zylinderblock, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchse (2) in ihrem zylinderkopfseitigen, umlaufenden Randbereich (4) und/oder in dem Bereich (6), in dem der obere Umkehrpunkt eines Kolbens zu liegen kommt, gegenüber der übrigen Büchseninnenwandung verstärkt ist.
  2. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der lokalen Verstärkung eine Kupfer-, Nickel- oder Nickel-Kupferlegierung in das Grundgefüge des Legierungsmaterials eindiffundiert ist.
  3. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Kupferlegierung durch Aufschweißen eindiffundiert ist.
  4. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Kupferlegierung durch Lichtbogenschweißen, Plasmaschweißen oder Laserimpulsschweißen eindiffundiert ist.
  5. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Kupferlegierung mittels eines Laserstrahls eingebrannt ist.
  6. Zylinderblock, gekennzeichnet durch eine eingesetzte oder eingegossene Zylinderlaufbüchse (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.
EP97110012A 1996-07-02 1997-06-19 Zylinderlaufbüchse Expired - Lifetime EP0816660B1 (de)

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