EP1704319A1 - Zylinderkurbelgehäuse mit zylinderlaufbuchse - Google Patents

Zylinderkurbelgehäuse mit zylinderlaufbuchse

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EP1704319A1
EP1704319A1 EP04803358A EP04803358A EP1704319A1 EP 1704319 A1 EP1704319 A1 EP 1704319A1 EP 04803358 A EP04803358 A EP 04803358A EP 04803358 A EP04803358 A EP 04803358A EP 1704319 A1 EP1704319 A1 EP 1704319A1
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cylinder
cylinder liner
crankcase
liner
cylinder crankcase
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Helmut Schäfer
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DaimlerChrysler AG
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    • 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 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal

Definitions

  • the invention relates to a cylinder crankcase with at least one cylinder liner according to the preamble of claim 1.
  • cylinder liners are used in particular in light metal engines, which have a higher wear resistance than the cast material.
  • a basic challenge when casting cylinder liners into a cylinder crankcase is to create a good connection between the cylinder crankcase and the cylinder liner. As far as possible, a firm connection must be established when the cylinder crankcase is poured in.
  • An improvement in the connection between the cylinder crankcase and the cylinder liner can be achieved, for example, by surface treatment of the cylinder liner, DE 101 53 305 AI being mentioned as an example.
  • the geometrical design of the casting tool allows the melt flow to be controlled in such a way that a possible flow along the outside of the cylinder liner. high flow velocity is achieved and thereby a disruptive oxide skin on the surface of the cylinder liner is broken open.
  • DE 101 53 721 AI discloses a cylinder liner which has a chamfer on an oil space side of the cylinder crankcase.
  • the object of the invention is to provide an improved connection between the cylinder liner and the cylinder crankcase.
  • the cylinder crankcase according to claim 1 has at least one cylinder liner.
  • the following arrangement of the cylinder liners is therefore suitable for all internal combustion engines of any number with cylinder liners.
  • the cylinder liner is cast into the cylinder crankcase, the cylinder liner in the cylinder crankcase extending from a cylinder head side to an oil space side.
  • the cylinder liner has an inside that forms a so-called cylinder tube and it has an outside that is directly encapsulated by the cylinder crankcase.
  • the cylinder crankcase according to claim 1 is characterized in that the cylinder liner is longer at least at one end, that is to say either on the oil chamber side or on the cylinder head side on the inside in the axial direction than on the outside.
  • the transition from the inside to the outside is designed in the form of circumferential, concentric steps. W hen casting the casting metal in a mold cavity for forming the cylinder block makes the melt to the, already fixed in the mold cavity cylinder liner, wherein the melt flow is directed in such a way that it first is aimed at one end of the cylinder liner.
  • the melt is swirled by the steps attached to this end of the cylinder liner, as a result of which the oxide skin which is present on the surface of the cylinder liner has been broken up into this area and a better melting of the casting metal onto the cylinder liner is achieved.
  • the stepped cylinder liner according to the invention has the advantage that the cylinder liner is prevented from being set in the direction of an oil chamber of the cylinder crankcase. This is due to the fact that the area which is recessed by the stepped cylinder liner is filled with the casting metal and is therefore in a fixed connection with the actual body of the cylinder crankcase. This encapsulation prevents the cylinder liner from slipping. The graduation of the cylinder liner prevents the cylinder liner from setting more than if the liner were designed with a conventional straight bevel.
  • the step shape of the bushing end has the advantage that a melting surface, which is available to the melt for connection to the cylinder liner, is enlarged.
  • the enlargement of the melting surface compared to a 45 ° bevel with a right-angled step shape is twice the root, thus an increase of about 40%.
  • the steps are attached to the cylinder liner on an oil space side, since the sprue of the melt and thus the melt flow in most cylinder crankcases takes place from an oil space side.
  • the step is already introduced simply by tapping the cylinder liner from the tube, which can prevent an additional work step.
  • FIG. 2 an illustration of a stepped cylinder liner 3 a to c, three variations of the step shape, deviating from the rectangular step shape,
  • Fig. 4 the separation of a cylinder liner from a tube with a stepped turning tool.
  • FIG. 1 shows a schematic, simplified illustration of a cylinder crankcase with a cylinder tube 12, which is formed by a cylinder liner 2 cast into the cylinder crankcase 4.
  • the cylinder liner 2 has an end 18 which is located on a cylinder head side 6 of the cylinder crankcase 4 and it has an end 16 which is located on an oil space side 8 of the cylinder crankcase 4 (oil chamber side end 16).
  • the cylinder liner 2 has an inner side 10 which surrounds the cylinder tube 12, a piston 28 being arranged axially movable in the cylinder tube 12. Furthermore, the cylinder liner 2 has an outer side 14 to which the cylinder crankcase 4 is cast by casting.
  • the cylinder liner 2 is designed in such a way that it is longer on its inside 10 with respect to the axial direction 20 than on the outside 14. The transition takes place through, in this case four right-angled, radially rotating steps 22.
  • the arrows 30 schematically illustrate the course of a melt flow during the casting of the cylinder crankcase 4. This melt flow meets the stages 22 of the cylinder liner 2.
  • the impact of the liquid metal in this example an aluminum alloy, causes it to swirl, one on the surface of the cylinder liner adhering oxide skin is broken. When the casting metal solidifies, a firm connection is created between the cylinder liner 2 and the cylinder crankcase 4.
  • the projections 32 which form part of the cylinder crankcase 4, further prevent the cylinder liner 2 from being moved towards the oil space side 8 under the action of force. A so-called setting of the cylinder liner 2 is thus prevented.
  • FIG. 2 shows a partial section through a cylinder liner 2, which also has rectangular steps.
  • Figures 3 a to c show step shapes that differ from the rectangular cross section.
  • the step edges are rounded.
  • the steps deviate from a right angle both in the vertical and in the horizontal direction (FIGS. 3b, 3c).
  • a tube 26 is shown schematically in FIG. 4, from which a cylinder liner is separated.
  • a parting tool 24 is used, which has a stepped contour 34, which introduces the gradation 22 when the cylinder liner 2, not shown here, is turned off.
  • the stepped turning tool 24 has the advantage that the step 22 is introduced directly when the cylinder liner is turned off. A possible additional process step, which might be necessary due to the subsequent introduction of the steps, is thus avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse (4) mit mindestens einer Zylinderlaufbuchse (2), die in das Zylinderkurbelgehäuse (4) eingegossen ist. Die Zylinderlaufbuchse (2) verläuft im Zylinderkurbelgehäuse (4) von einer Zylinderkopfseite (6) zu einer Ölraumseite (8), sie weist eine Innenseite (10) und eine Aussenseite (14) auf. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zylinderlaufbuchse (2) an mindestens einem Ende entlang der Innenseite (10) in axialer Richtung (20) länger ist als an der Aussenseite (14). Der Übergang von der Innenseite (10) zur Aussenseite (14) erfolgt in umlaufenden, konzentrischen Stufen (22).

Description

Zylinderkurbelgehäuse mit Zylinderlaufbuchse
Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens einer Zylinderlaufbuchse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Begegnung der hohen Verschleißbedingung, die in modernen Motoren im Bereich der Zylinderlauffläche auftreten, werden insbesondere in Leichtmetallmotoren Zylinderlaufbuchsen eingesetzt, die gegenüber dem Umgussmaterial eine höhere Verschleißbeständigkeit aufweisen.
Eine grundsätzliche Herausforderung beim Eingießen von Zylinderlaufbuchsen in ein Zylinderkurbelgehäuse besteht darin, eine gute Verbindung zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und der Zylinderlaufbuchse zu schaffen. Hierbei muss bereits beim Eingießen des Zylinderkurbelgehäuses möglichst eine feste Verbindung hergestellt werden.
Eine Verbesserung der Verbindung zwischen Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderlaufbuchse kann beispielsweise durch eine Oberflächenbehandlung der Zylinderlaufbuchse erzielt werden, hierbei sei exemplarisch die DE 101 53 305 AI genannt. Andererseits kann durch die geometrische Ausgestaltung des Gießwerkzeuges der Schmelzenfluss in derart gesteuert werden, dass entlang der Außenseite der Zylinderlaufbuchse eine mög- liehst hohe Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird und dadurch eine störende Oxidhaut auf der Oberfläche der Zylinderlaufbuchse aufgebrochen wird. Ein Beispiel für diese Maßnahme wird in der DE 101 53 721 AI gegeben. In der DE 198 53 803 Cl ist eine Zylinderlaufbuchse offenbart, die an einer Olraumseite des Zylinderkurbelgehäuses eine Fase aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte An- bindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Zylinderkurbelgehäuse bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens einer Zylinderlaufbuchse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das Zylinderkurbelgehäuse nach Patentanspruch 1 weist mindestens eine Zylinderlaufbuchse auf. Die folgende Anordnung der Zylinderlaufbuchsen ist somit für alle Brennkraftmaschinen beliebiger Anzahl von mit Zylinderlaufbuchsen geeignet. Die Zylinderlaufbuchse ist in das Zylinderkurbelgehäuse eingegossen, wobei die Zylinderlaufbuchse im Zylinderkurbelgehäuse von einer Zylinderkopfseite zu einer Olraumseite verläuf . Die Zylinderlaufbuchse weist eine Innenseite auf, die ein sogenanntes Zylinderrohr bildet und sie weist eine Außenseite auf, die von Zylinderkurbelgehäuse direkt umgössen ist.
Das Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Zylinderlaufbuchse an mindestens einem Ende, d.h. entweder ölraumseitig oder zylinderkopfseitig an der Innenseite, in axialer Richtung gesehen, länger ist als an der Außenseite. Hierbei ist der Übergang von der Innenseite zur Außenseite in Form von umlaufenden, konzentrischen Stufen ausgestaltet. Beim Eingießen des Gießmetalls in einen Formhohlraum zur Ausbildung des Zylinderkurbelgehäuses trifft die Schmelze auf die, bereits im Formhohlraum fixierte Zylinderlaufbuchse, wobei der Schmelzenfluss in derart gerichtet ist, dass er zuerst auf ein Ende der Zylinderlaufbuchse zielt. Durch die Stufen, die an diesem Ende der Zylinderlaufbuchse angebracht sind, wird die Schmelze verwirbelt, wodurch die Oxidhaut, die auf der Oberfläche der Zylinderlaufbuchse vorhanden ist, in diesen Bereich aufgebrochen wurde und ein besseres Anschmelzen des Gieß etalles an die Zylinderlaufbuchse erzielt wird.
Gegenüber einer Zylinderlaufbuchse, die an ihrer Unterseite rechtwinklig ausgestaltet ist, weist die erfindungsgemäße abgestufte Zylinderlaufbuchse den Vorteil auf, dass ein Setzen der Zylinderlaufbuchse in Richtung eines Ölraumes des Zylinderkurbelgehäuses unterbunden wird. Dies liegt daran, dass der Bereich, der durch die abgestufte Zylinderlaufbuchse ausgespart ist, durch das Gießmetall ausgefüllt ist und somit im festen Zusammenhang mit dem eigentlichen Körper des Zylinderkurbelgehäuses steht. Ein Abrutschen der Zylinderlaufbuchse wird durch diesen Umguss verhindert. Durch die Abstufung der Zylinderlaufbuchse wird ein Setzen der Zylinderlaufbuchse stärker unterbunden, als wenn die Buchse mit einer herkömmlichen geraden Fase ausgestaltet wäre.
Gegenüber einer geraden Fase weist die Stufenform des Buchsenendes noch den Vorteil auf, dass eine Anschmelzoberfläche, die der Schmelze zur Verbindung mit der Zylinderlaufbuchse zur Verfügung steht, vergrößert wird. Beispielsweise beträgt die Vergrößerung der Anschmelzoberfläche gegenüber einer 45°-Fase bei einer rechtwinkligen Stufenform das wurzelzweifache, demnach also eine Vergrößerung um etwa 40%. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Stufen an die Zylinderlaufbuchse an einer Olraumseite angebracht, da der Anguss der Schmelze und somit der Schmelzenstrom bei den meisten Zylinderkurbelgehäusen von einer Olraumseite her erfolgt. Grundsätzlich kann es jedoch auch zweckmäßig sein, bei einer anderen Angießtechnik die Zylinderkopfseite der Zylinderlaufbuchse stufig auszugestalten. In diesem Fall würde bezüglich des Angießens der Schmelze die selbe vorteilhafte Wirkung, nämlich das bessere Angießen bei einer höheren Angießoberfläche erzielt.
Es hat sich sowohl von der Seite der Herstellungstechnik als auch von der Wirkungsweise der Stufen im eingegossenen Zustand herausgestellt, dass eine vorteilhafte Anzahl an Stufen pro Ende zwischen zwei und sechs beträgt.
Insbesondere wenn die Zylinderlaufbuchse von einem Rohr abgetrennt wird, ist es hierfür zweckmäßig, einen gestuften Abstechmeißel anzuwenden. Hierbei wird allein durch das Abstechen der Zylinderlaufbuchse von dem Rohr bereits die Stufung eingebracht, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt verhindern kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert .
Dabei zeigen:
Fig. 1, eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein Zylinderkurbelgehäuse mit einer Zylinderlaufbuchse,
Fig. 2, eine Darstellung einer gestuften Zylinderlaufbuchse Fig. 3 a bis c, drei Variationen der Stufenform, abweichend von der rechteckigen Stufenform,
Fig. 4, das Abtrennen einer Zylinderlaufbuchse von einem Rohr mit einem abgestuften Drehmeißel .
In Figur 1 ist eine schematisierte, vereinfachte Abbildung eines Zylinderkurbelgehäuses mit einem Zylinderrohr 12, das von einer, in das Zylinderkurbelgehäuse 4 eingegossenen Zylinderlaufbuchse 2 gebildet wird, dargestellt. Die Zylinderlaufbuchse 2 weist ein Ende 18 auf, das sich an einer Zylinderkopfseite 6 des Zylinderkurbelgehäuses 4 befindet und sie weist ein Ende 16 auf, das sich an einer Olraumseite 8 des Zylinderkurbelgehäuses 4 befindet (ölraumseitiges Ende 16) .
Die Zylinderlaufbuchse 2 weist eine Innenseite 10 auf, die das Zylinderrohr 12 umgibt, wobei in dem Zylinderrohr 12 ein Kolben 28 axial bewegbar angeordnet ist. Ferner weist die Zylinderlaufbuchse 2 eine Außenseite 14 auf, an die das Zylinderkurbelgehäuse 4 durch Umgießen angegossen ist.
Am ölraumseitigen Ende 16 ist die Zylinderlaufbuchse 2 in derart ausgestaltet, dass sie an ihrer Innenseite 10 bezüglich der axialen Richtung 20 länger ist als an der Außenseite 14. Der Übergang erfolgt durch, in diesem Fall vier rechtwinklige, radial umlaufenden Stufen 22.
Die Pfeile 30 veranschaulichen schematisch den Verlauf eines Schmelzenstroms beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses 4. Dieser Schmelzenstrom trifft auf die Stufen 22 der Zylinderlaufbuchse 2. Durch das Auftreffen des flüssigen Metalles, in diesem Beispiel eine Aluminiumlegierung, wird dieses verwirbelt, wobei eine, auf der Oberfläche der Zylinderlaufbuchse anhaftende Oxidhaut aufgebrochen wird. Beim Erstarren des Gießmetalles entsteht eine feste, durch Legieren hervorgegangene Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 2 und dem Zylinderkurbelgehäuse 4.
Die Vorsprünge 32, die einen Teil des Zylinderkurbelgehäuses 4 bilden, verhindern weiterhin, dass die Zylinderlaufbuchse 2 unter Krafteinwirkung in Richtung der Olraumseite 8 bewegt wird. Somit wird ein sogenanntes Setzen der Zylinderlaufbuchse 2 verhindert.
In Figur 2 ist ein Teilschnitt durch eine Zylinderlaufbuchse 2 dargestellt, die ebenfalls rechtwinklige Stufen aufweist.
Die Figuren 3 a bis c zeigen Stufenformen, die von dem rechtwinkligen Querschnitt abweichen. Grundsätzlich kann es zweckmäßig sein, dass wie in Figur 3 dargestellt, die Stufenkanten abgerundet sind. Ebenfalls kann es zweckmäßig sein, insbesondere unter Berücksichtung der Fertigungstechnik, dass die Stufen sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung von einer Rechtwinkligkeit abweichen (Figur 3b, 3c) .
In Figur 4 ist schematisch ein Rohr 26 dargestellt, von dem eine Zylinderlaufbuchse abgetrennt wird. Hierzu wird ein Abstechmeißel 24 eingesetzt, der eine gestufte Kontur 34 aufweist, die beim Abdrehen der hier nicht dargestellten Zylinderlaufbuchse 2 die Abstufung 22 einbringt. Der gestufte Drehmeißel 24 hat den Vorteil, dass die Stufung 22 direkt beim Abdrehen der Zylinderlaufbuchse eingebracht wird. Ein möglicher zusätzlicher Verfahrensschritt, der eventuell durch das nachträgliche Einbringen der Stufen nötig wäre, wird so vermieden.

Claims

Patentansprüche
Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens einer Zylinderlaufbuchse (2) , die in das Zylinderkurbelgehäuse (4) eingegossen ist und die Zylinderlaufbuchse (2) im Zylinderkurbelgehäuse (4) von einer Zylinderkopfseite (6) zu einer Olraumseite (8) verläuft, wobei die Zylinderlaufbuchse (2) eine Innenseite (10) aufweist, die ein Zylinderrohr (12) bildet und eine Außenseite (14) aufweist, die vom Zylinderkurbelgehäuse (4) umgössen ist, dadurch gekennzeichnet dass die mindestens eine Zylinderlaufbuchse (2) an mindestens einem Ende (16,18) an der Innenseite (10) in axialer Richtung länger ist als an der Außenseite (14) und dass der Übergang von der Innenseite (10) zur Außenseite (14) in Form von umlaufenden, konzentrischen Stufen (22) erfolgt .
Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das mindestens eine, Stufen (22) aufweisende Ende (16,18) der Zylinderlaufbuchse (2) ein ölraumseitiges Ende (16) ist.
Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Anzahl der Stufen (22) pro Ende (16,18) zwischen 2 und 6 beträgt.
Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Stufen (22) durch einen gestuften Abstechmeißel (24) in die Zylinderlaufbuchse (2) eingebracht werden.
Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die Stufen (22) durch einen gestuften Abstechmeißel (24) in die Zylinderlaufbuchse (2) beim Abtrennen der Zylinderlaufbuchse (2) von einem Rohr (26) eingebracht werden.
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