EP3298261A1 - Zylinderbohrung für ein zylindergehäuse eines verbrennungsmotors sowie anordnung aus einer derartigen zylinderbohrung und einem kolben - Google Patents

Zylinderbohrung für ein zylindergehäuse eines verbrennungsmotors sowie anordnung aus einer derartigen zylinderbohrung und einem kolben

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EP3298261A1
EP3298261A1 EP16724044.9A EP16724044A EP3298261A1 EP 3298261 A1 EP3298261 A1 EP 3298261A1 EP 16724044 A EP16724044 A EP 16724044A EP 3298261 A1 EP3298261 A1 EP 3298261A1
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EP
European Patent Office
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cylinder bore
cylinder
piston
diameter
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16724044.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Bischofberger
Stefan Gaiselmann
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3298261A1 publication Critical patent/EP3298261A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication
    • 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 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • 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
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0084—Pistons  the pistons being constructed from specific materials

Definitions

  • Cylinder bore for a cylinder housing of an internal combustion engine and arrangement of such a cylinder bore and a piston
  • the present invention relates to a cylinder bore having a cylinder surface for a cylinder housing of an internal combustion engine, wherein in the cylinder bore, an upper reversal point and a lower reversal point are defined, in which
  • the speed reaches zero, and the piston reaches a maximum speed in a range between the upper turning point and the lower turning point.
  • a generic cylinder bore is disclosed, for example, in DE 10 2012 201 342 A1.
  • the cylinder surface of such a cylinder bore has in
  • DE 103 60 148 A1 discloses a cylinder bore with a cylinder surface into which microstructures are introduced at the top and bottom dead center.
  • cylinder running surfaces should have a defined roughness in order to optimize the lubrication between the cylinder running surface and the piston rings of the piston guided in the cylinder bore, since lubricating oil is accommodated in the depressions of such cylinder running surfaces.
  • it is required to reduce the roughness of the cylinder surfaces, in order to minimize friction in this way.
  • Cylinder surface should be applied to ensure optimum guidance of the piston in the cylinder.
  • reduces friction by increasing the clearance between the piston skirt and the cylinder surface can be.
  • a measure is in practice only limited feasible.
  • Inversion point must be closely managed to effectively avoid noise.
  • a freely movable piston in the region between the upper and lower reversal point is exposed to significant lateral accelerations and thereby still tends to form noise.
  • the object of the present invention is thus to develop a generic cylinder bore for an internal combustion engine such that the friction losses between the cylinder surface and piston skirt are reduced as possible without the leadership of the piston in the cylinder during engine operation
  • the solution is that formed within the area at least two circumferential recesses whose diameter is greater than the diameter of the cylinder bore above the range and greater than the diameter below the range.
  • the subject of the present invention is furthermore an arrangement of a cylinder bore according to the invention and a piston.
  • cylinder bore both in one Engine block recorded cylinder liner as well as an introduced directly into the engine block hole understood.
  • cylinder surface is in
  • the solution according to the invention is characterized in that at least in a part of that region of the cylinder bore, in which in the engine operation of the piston guided therein up and down in the region of its piston shaft its maximum
  • the cylinder bore according to the invention has at least two recesses with a larger diameter than above and below this range. In this area, the friction is minimized according to the invention, since the lubricant film thickness is increased. This reduces the hydrodynamic friction component between the piston skirt and the cylinder running surface. Furthermore, the friction behavior between piston rings and cylinder surface is improved.
  • the piston skirt is guided at least partially in the cylinder, since there are running surface areas between the depressions which are in close sliding contact with the piston skirt. At the same time the game is between
  • Piston shaft and cylinder surface in the range of high piston speed increased by the inventively provided wells.
  • an effective reduction of the friction between piston skirt and cylinder surface is achieved.
  • the piston by the occurrence of a outgoing of the adjacent cylinders or the movement of a vehicle
  • Transverse accelerations is deflected so that the piston shaft abuts the cylinder surface and thereby causes unwanted noise.
  • Reversal points of the cylinder bore are preferably identical, i. they have the same dimensions. It is further preferred that the diameters in the region of the upper and lower reversal point of the cylinder bore are constant in order to ensure optimum guidance of the piston shaft in the cylinder bore.
  • the diameter of the cylinder bore in at least a portion of the range between the upper reversal point and the lower reversal point by 5 ⁇ to 30 ⁇ is greater than the diameter of the cylinder bore above and / or below this range.
  • transitions between the depressions according to the invention and the partial surfaces of the cylinder running surface located above or below the recess are preferably rounded. This has the advantage that, in the cylinder bore formed according to the invention, the piston or the piston rings pass the recess provided according to the invention in a constantly sliding manner.
  • the roughness R z of the cylinder surface is less in the region of the depression than in the regions outside the depression.
  • the roughness R z in the region of the depression provided according to the invention is preferably smaller than 3 ⁇ m, particularly preferably smaller than 1 ⁇ m, in particular smaller than ⁇ m, ⁇ .
  • a preferred development consists in that the cylinder running surface, at least in the area of its partial surfaces outside the inventively provided Groove a greater hardness (measured according to Vickers or Brinell) than in the area of the depression. This can, for example, by means of a known per se
  • Induction hardening process can be achieved.
  • the entire cylinder running surface may have a greater hardness than the material of the cylinder bore in the region to which the piston has no contact, for example.
  • the material of a cylinder liner may be achieved.
  • the inventive arrangement of a cylinder bore and a piston may, for example, comprise a piston whose piston shaft is made of a steel material and / or at least one piston ring at least in the contact area to the cylinder surface with a prepared by a PVD process CrN coating or DLC coating is provided.
  • the present invention is particularly suitable for internal combustion engines for motor vehicles with at least two cylinders.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Cylinder bore in the form of a cylinder liner with piston guided up and down with a correlated thereto speed profile of the piston skirt in engine operation;
  • Figure 2 shows another embodiment of an inventive
  • Cylinder bore in the form of a cylinder liner with piston guided up and down with a correlated thereto speed profile the piston shaft in engine operation.
  • the cylinder bore 10 according to the invention shown in Figure 1 is designed in the form of a cylinder liner 11.
  • the cylinder liner 11 may, for example, consist of a cast iron material, in the exemplary embodiment of a cast iron material with lamellar graphite, and may be produced, for example, in a centrifugal casting process.
  • the cylinder liner 1 1 has in the exemplary embodiment a shaft 12 with a circumferential flange 13 and a cylinder surface 14.
  • a piston 20 is guided in engine operation upwards or downwards, the piston rings 21 and a piston shaft 22 has.
  • the piston skirt 22 moves along the cylinder surface 14 between an upper reversal point OS and a lower reversal point US, where the piston 20 reaches a velocity v 0 which approaches zero.
  • On the piston 20 itself is the point of minimum speed at the highest loaded point of the
  • Piston shaft 22 defined. Within a range 15 between the upper turning point OS and the lower turning point US, the piston shaft 22 reaches a higher speed v at maximum speed in engine operation
  • the invention provides that two circumferential depressions 18a, 18b are provided which have a diameter D2a, D2b
  • Diameters D2a, D2b and the diameters D1 and D3 is preferably 5 ⁇ to 30 ⁇ .
  • tread portions 14a, 14b of the cylinder surface 14 are formed, which are in frictional contact with the piston rings 21 during engine operation.
  • diameters D1 and D3 are identical Dimensions on.
  • the diameters D1 and D3 are also constant over their heights h1 and h3.
  • Tread region 14c which is in frictional contact with the piston rings 21 during engine operation. This means that the piston 20 in the engine operation safely along the
  • Tread areas 14a, 14b, 14c is guided, so that a deflection of the
  • Piston shaft 22 is avoided due to possibly occurring lateral accelerations.
  • the cylinder bore 1 10 according to the invention shown in Figure 2 is also in the form of a cylinder liner 1 1 1 executed.
  • the cylinder liner 1 1 1 may, for example. From a cast iron material, in the embodiment of a
  • Cast iron material with lamellar graphite exist and can, for example, in one
  • the cylinder liner 1 1 in the exemplary embodiment, a shaft 1 12 with a peripheral flange 1 13 and a cylinder surface 1 14 on.
  • the piston shaft 22 moves along the cylinder surface 1 14 between an upper reversal point OS and a lower reversal point US, where the piston 20 reaches a speed v 0 , which goes to zero.
  • the point of minimum velocity is defined at the highest loaded point of the piston skirt 22.
  • the piston shaft 22 reaches a higher speed v at maximum speed in engine operation
  • the invention provides that three circumferential recesses 1 18a, 1 18b, 1 18c are provided, which have a diameter D2a, D2b and D2c, which are larger than the diameter D1 above the range 1 15 and the diameter D3 below the range 1 15.
  • the difference between the diameters D2a, D2b, D2c and the diameters D1 and D3 is preferably 5 ⁇ to 30 ⁇ .
  • tread areas 1 14a, 1 14b of the cylinder surface 1 14 are formed, which are in frictional contact with the piston rings 21 during engine operation.
  • the diameters D2a, D2b, D2c have identical dimensions.
  • the diameters D1 and D3 have identical dimensions.
  • the diameters D1 and D3 are also constant over their heights h1 and h3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderbohrung (10, 110) mit einer Zylinderlauffläche (14, 114) für ein Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors, wobei in der Zylinderbohrung (10, 110) ein oberer Umkehrpunkt (OS) und ein unterer Umkehrpunkt (US) definiert sind, an denen im Motorbetrieb ein in der Zylinderbohrung (10, 110) auf und ab bewegter, Kolbenringe (21) und einen Kolbenschaft (22) aufweisender Kolben (20) eine Geschwindigkeit (V0) erreicht, die gegen Null geht, und wobei der Kolben (20) in einem Bereich (15, 115) zwischen dem oberen Umkehrpunkt (OS) und dem unteren Umkehrpunkt (US) im Motorbetrieb eine maximale Geschwindigkeit (Vmax) erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bereichs (15, 115) mindestens zwei umlaufende Vertiefungen (18a, 18b; 118a, 118b, 118c) ausgebildet sind, deren Durchmesser (D2a, D2b, D2c) größer ist als der Durchmesser (D1) der Zylinderbohrung (10, 110) oberhalb des Bereichs (15, 115) und größer ist als der Durchmesser (D3) unterhalb des Bereichs (15, 115).

Description

Zylinderbohrung für ein Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors sowie Anordnung aus einer derartigen Zylinderbohrung und einem Kolben
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderbohrung mit einer Zylinderlauffläche für ein Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors, wobei in der Zylinderbohrung ein oberer Umkehrpunkt und ein unterer Umkehrpunkt definiert sind, an denen im
Motorbetrieb ein in der Zylinderbohrung auf und ab bewegter Kolben eine
Geschwindigkeit erreicht, die gegen Null geht und wobei der Kolben in einem Bereich zwischen dem oberen Umkehrpunkt und dem unteren Umkehrpunkt eine maximale Geschwindigkeit erreicht.
Eine gattungsgemäße Zylinderbohrung ist bspw. in der DE 10 2012 201 342 A1 offenbart. Die Zylinderlauffläche einer derartigen Zylinderbohrung weist in
unterschiedlichen Höhenbereichen lokal unterschiedliche Rauheitsstrukturen auf.
Die DE 103 60 148 A1 offenbart eine Zylinderbohrung mit einer Zylinderlauffläche, in die am oberen bzw. unteren Totpunktbereich Mikrostrukturen eingebracht sind.
In der Regel sollen Zylinderlaufflächen eine definierte Rauheit aufweisen, um die Schmierung zwischen der Zylinderlauffläche und den Kolbenringen des in der Zylinderbohrung geführten Kolbens zu optimieren, da in den Vertiefungen derartiger Zylinderlaufflächen Schmieröl aufgenommen ist. Für moderne Verbrennungsmotoren wird allerdings gefordert, die Rauheit der Zylinderlaufflächen zu reduzieren, um auf diese Weise die Reibung zu minimieren. Mit dieser Maßnahme wird aber die
Schmierung zwischen der Zylinderlauffläche und den Kolbenringen beeinträchtigt. Daneben ist zu beachten, dass der Kolbenschaft möglichst eng an der
Zylinderlauffläche anliegen sollte, um eine optimale Führung des Kolbens im Zylinder zu gewährleisten. Andererseits ist es bekannt, dass durch eine Vergrößerung des Spiels zwischen dem Kolbenschaft und der Zylinderlauffläche die Reibung reduziert werden kann. Infolge der hierdurch induzierten verstärkten Sekundärbewegung des Kolbens und der dadurch verursachten Geräuschbildung ist eine solche Maßnahme in der Praxis nur beschränkt umsetzbar.
Hierzu wird in der DE 10 2008 026 146 A1 vorgeschlagen, dass im Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Umkehrpunkt der Zylinderdurchmesser größer ausgebildet ist als an den Umkehrpunkten selbst. Dabei wird von der Überlegung ausgegangen, dass der Kolben nur im Bereich des oberen und unteren
Umkehrpunkts eng geführt werden muss, um eine Geräuschbildung wirkungsvoll zu vermeiden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei mehrzylindrigen Motoren oder Motoren, die während des Betriebs zusätzlich von äußeren Kräften beeinflusst werden ein im Bereich zwischen dem oberen und unteren Umkehrpunkt frei beweglicher Kolben erheblichen Querbeschleunigungen ausgesetzt ist und dadurch trotzdem zu Geräuschbildung neigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine gattungsgemäße Zylinderbohrung für einen Verbrennungsmotor derart weiterzuentwickeln, dass die Reibungsverluste zwischen Zylinderlauffläche und Kolbenschaft möglichst reduziert werden, ohne im Motorbetrieb die Führung des Kolbens im Zylinder zu
beeinträchtigen und eine unerwünschte Geräuschbildung zu verursachen. Ferner soll die Schmierung zwischen der Zylinderlauffläche und dem Kolbenschaft bzw. der Kolbenringe gewährleistet bleiben.
Die Lösung besteht darin, dass innerhalb des Bereichs mindestens zwei umlaufende Vertiefungen ausgebildet sind, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Zylinderbohrung oberhalb des Bereichs und größer ist als der Durchmesser unterhalb des Bereichs.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einer erfindungsgemäßen Zylinderbohrung und einem Kolben.
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff„Zylinderbohrung" sowohl eine in einem Motorblock aufgenommene Zylinderlaufbuchse als auch eine unmittelbar in den Motorblock eingebrachte Bohrung verstanden. Als„Zylinderlauffläche" wird im
Folgenden in beiden Fällen die Oberfläche der Zylinderlaufbuchse bzw. der unmittelbar in den Motorblock eingebrachten Bohrung verstanden.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest in einem Teil desjenigen Bereichs der Zylinderbohrung, in dem im Motorbetrieb der darin auf und ab geführte Kolben im Bereich seines Kolbenschafts seine maximale
Geschwindigkeit erreicht, die erfindungsgemäße Zylinderbohrung mindestens zwei Vertiefungen mit einem größeren Durchmesser aufweist als ober- und unterhalb dieses Bereiches. In diesem Bereich ist erfindungsgemäß die Reibung minimiert, da die Schmierfilmdicke vergrößert ist. Dadurch verringert sich der hydrodynamische Reibungsanteil zwischen dem Kolbenschaft und der Zylinderlauffläche. Ferner ist das Reibungsverhalten zwischen Kolbenringen und Zylinderlauffläche verbessert.
Erfindungsgemäß wird der Kolbenschaft zumindest partiell im Zylinder geführt, da zwischen den Vertiefungen Laufflächenbereiche vorhanden sind, die in engem Gleitkontakt mit dem Kolbenschaft stehen. Zugleich wird das Spiel zwischen
Kolbenschaft und Zylinderlauffläche im Bereich hoher Kolbengeschwindigkeit durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Vertiefungen vergrößert. Damit wird eine wirksame Verminderung der Reibung zwischen Kolbenschaft und Zylinderlauffläche erreicht. Zugleich wird vermieden, dass der Kolben durch das Auftreten einer von den Nachbarzylindern oder der Bewegung eines Fahrzeugs ausgehenden
Querbeschleunigungen derart ausgelenkt wird, dass der Kolbenschaft an der Zylinderlauffläche anschlägt und dadurch eine unerwünschte Geräuschbildung verursacht.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorzugsweise sind die Durchmesser der erfindungsgemäß vorgesehenen
umlaufenden Vertiefungen identisch, d.h. sie weisen gleiche Abmessungen auf. Diese Maßnahme vereinfacht die Herstellung der erfindungsgemäßen Zylinderbohrung. Auch die Durchmesser im Bereich des oberen und unteren
Umkehrpunkts der Zylinderbohrung sind bevorzugt identisch, d.h. sie weisen gleiche Abmessungen auf. Ferner ist bevorzugt, dass die Durchmesser im Bereich des oberen und unteren Umkehrpunkts der Zylinderbohrung konstant sind, um eine optimale Führung des Kolbenschaft in der Zylinderbohrung zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der Zylinderbohrung in zumindest einem Teil des Bereichs zwischen dem oberen Umkehrpunkt und dem unteren Umkehrpunkt um 5μηη bis 30μηη größer als der Durchmesser der Zylinderbohrung oberhalb und/oder unterhalb dieses Bereichs. Für den Fachmann überraschend hat sich dieser Wert im Motorbetrieb als optimaler Kompromiss zwischen möglichst reduzierter Reibung und noch zuverlässig funktionierender Kolbenführung ergeben.
Die Übergänge zwischen den erfindungsgemäßen Vertiefungen und den darüber bzw. darunter liegenden Teilflächen der Zylinderlauffläche außerhalb der Vertiefung sind vorzugsweise verrundet ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass in der erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderbohrung der Kolben bzw. die Kolbenringe die erfindungsgemäß vorgesehene Vertiefung stetig gleitend passieren.
Vorzugsweise ist die Rauheit Rz der Zylinderlauffläche im Bereich der Vertiefung geringer als in den Bereichen außerhalb der Vertiefung. Für den Fachmann überraschend hat sich gezeigt, dass eine Reduzierung der Rauheit im Bereich der erfindungsgemäß vorgesehenen Vertiefung zusätzlich zu einer signifikanten
Reduzierung der Reibung zwischen der Zylinderlauffläche und dem Kolben bzw. den Kolbenringen führt.
Die Rauheit Rz im Bereich der erfindungsgemäß vorgesehenen Vertiefung ist bevorzugt kleiner als 3μηη, besonders bevorzugt kleiner als 1 μιτι, insbesondere kleiner als Ο,δμιτι.
Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass die Zylinderlauffläche zumindest im Bereich ihrer Teilflächen außerhalb der erfindungsgemäß vorgesehenen Vertiefung eine größere Härte (gemessen nach Vickers oder Brinell) aufweist als im Bereich der Vertiefung. Dies kann bspw. mittels eines an sich bekannten
Induktionshärtungsverfahrens erreicht werden. Selbstverständlich kann auch die gesamte Zylinderlauffläche eine größere Härte aufweisen als der Werkstoff der Zylinderbohrung in dem Bereich, zu dem der Kolben keinen Kontakt hat, bspw. der Werkstoff einer Zylinderlaufbuchse.
Die erfindungsgemäße Anordnung aus einer Zylinderbohrung und einem Kolben kann bspw. einen Kolben umfassen, dessen Kolbenschaft aus einem Stahlwerkstoff besteht und/oder bei dem zumindest ein Kolbenring zumindest im Kontaktbereich zur Zylinderlauffläche mit einer mittels eines PVD-Verfahrens hergestellten CrN- Beschichtung oder DLC-Beschichtung versehen ist. Durch diese Maßnahmen wird die Reibung zwischen dem Kolbenschaft bzw. den Kolbenringen und der
Zylinderlauffläche weiter reduziert. Es hat sich außerdem gezeigt, dass durch diese Beschichtung der Laufflächenverschleiß sowohl der Kolbenringe als auch der Zylinderbohrung zusätzlich reduziert wird.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei Zylindern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Zylinderbohrung in Form einer Zylinderlaufbuchse mit darin auf und ab geführtem Kolben mit einem hierzu korrelierten Geschwindigkeitsprofil des Kolbenschafts im Motorbetrieb;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Zylinderbohrung in Form einer Zylinderlaufbuchse mit darin auf und ab geführtem Kolben mit einem hierzu korrelierten Geschwindigkeitsprofil des Kolbenschafts im Motorbetrieb.
Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Zylinderbohrung 10 ist in Form einer Zylinderlaufbuchse 1 1 ausgeführt. Die Zylinderlaufbuchse 1 1 kann bspw. aus einem Gusseisenwerkstoff, im Ausführungsbeispiel aus einem Gusseisenwerkstoff mit Lamellengraphit, bestehen und kann bspw. in einem Schleudergussverfahren hergestellt werden. Die Zylinderlaufbuchse 1 1 weist im Ausführungsbeispiel einen Schaft 12 mit einem umlaufenden Flansch 13 sowie eine Zylinderlauffläche 14 auf.
In der Zylinderlaufbuchse 1 1 ist im Motorbetrieb ein Kolben 20 aufwärts bzw. abwärts geführt, der Kolbenringe 21 sowie einen Kolbenschaft 22 aufweist. Im Motorbetrieb bewegt sich der Kolbenschaft 22 entlang der Zylinderlauffläche 14 zwischen einem oberen Umkehrpunkt OS und einem unteren Umkehrpunkt US, wo der Kolben 20 eine Geschwindigkeit v0 erreicht, die gegen Null geht. Am Kolben 20 selbst ist der Punkt minimaler Geschwindigkeit an der am höchsten belasteten Stelle des
Kolbenschafts 22 definiert. Innerhalb eines Bereichs 15 zwischen dem oberen Umkehrpunkt OS und dem unteren Umkehrpunkt US erreicht der Kolbenschaft 22 im Motorbetrieb eine höhere Geschwindigkeit v mit einer maximalen Geschwindigkeit
Vmax-
In diesem Bereich 15 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwei umlaufende Vertiefungen 18a, 18b vorgesehen sind, die einen Durchmesser D2a, D2b
aufweisen, die größer sind als der Durchmesser D1 oberhalb des Bereichs 15 und der Durchmesser D3 unterhalb des Bereichs 15. Die Differenz zwischen den
Durchmessern D2a, D2b und den Durchmessern D1 bzw. D3 beträgt vorzugsweise 5μηη bis 30μηη.
Oberhalb und unterhalb des Bereichs 15 sind Laufflächenbereiche 14a, 14b der Zylinderlauffläche 14 ausgebildet, die im Motorbetrieb mit den Kolbenringen 21 in Reibkontakt stehen.
Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass die Durchmesser D2a, D2b identische
Abmessungen aufweisen. Ebenso weisen die Durchmesser D1 und D3 identische Abmessungen auf. Die Durchmesser D1 und D3 sind ferner über ihre Höhen h1 bzw. h3 konstant.
Zwischen den Vertiefungen 18a, 18b befindet sich ein weiterer umlaufender
Laufflächenbereich 14c, der im Motorbetrieb in Reibkontakt mit den Kolbenringen 21 steht. Das bedeutet, dass der Kolben 20 im Motorbetrieb sicher entlang der
Laufflächenbereiche 14a, 14b, 14c geführt ist, so dass eine Auslenkung des
Kolbenschafts 22 aufgrund ggf. auftretender Querbeschleunigungen vermieden wird.
Die in Figur 2 dargestellte erfindungsgemäße Zylinderbohrung 1 10 ist ebenfalls in Form einer Zylinderlaufbuchse 1 1 1 ausgeführt. Die Zylinderlaufbuchse 1 1 1 kann bspw. aus einem Gusseisenwerkstoff, im Ausführungsbeispiel aus einem
Gusseisenwerkstoff mit Lamellengraphit, bestehen und kann bspw. in einem
Schleudergussverfahren hergestellt werden. Die Zylinderlaufbuchse 1 1 1 weist im Ausführungsbeispiel einen Schaft 1 12 mit einem umlaufenden Flansch 1 13 sowie eine Zylinderlauffläche 1 14 auf.
In der Zylinderlaufbuchse 1 1 1 ist im Motorbetrieb ein Kolben 20 aufwärts bzw.
abwärts geführt, der Kolbenringe 21 sowie einen Kolbenschaft 22 aufweist. Im
Motorbetrieb bewegt sich der Kolbenschaft 22 entlang der Zylinderlauffläche 1 14 zwischen einem oberen Umkehrpunkt OS und einem unteren Umkehrpunkt US, wo der Kolben 20 eine Geschwindigkeit v0 erreicht, die gegen Null geht. Am Kolben 20 selbst ist der Punkt minimaler Geschwindigkeit an der am höchsten belasteten Stelle des Kolbenschafts 22 definiert. Innerhalb eines Bereichs 1 15 zwischen dem oberen Umkehrpunkt OS und dem unteren Umkehrpunkt US erreicht der Kolbenschaft 22 im Motorbetrieb eine höhere Geschwindigkeit v mit einer maximalen Geschwindigkeit
Vmax-
In diesem Bereich 1 15 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass drei umlaufende Vertiefungen 1 18a, 1 18b, 1 18c vorgesehen sind, die einen Durchmesser D2a, D2b und D2c aufweisen, die größer sind als der Durchmesser D1 oberhalb des Bereichs 1 15 und der Durchmesser D3 unterhalb des Bereichs 1 15. Die Differenz zwischen den Durchmessern D2a, D2b, D2c und den Durchmessern D1 bzw. D3 beträgt vorzugsweise 5μηη bis 30μηη.
Oberhalb und unterhalb des Bereichs 1 15 sind Laufflächenbereiche 1 14a, 1 14b der Zylinderlauffläche 1 14 ausgebildet, die im Motorbetrieb mit den Kolbenringen 21 in Reibkontakt stehen.
Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass die Durchmesser D2a, D2b, D2c identische Abmessungen aufweisen. Ebenso weisen die Durchmesser D1 und D3 identische Abmessungen auf. Die Durchmesser D1 und D3 sind ferner über ihre Höhen h1 bzw. h3 konstant.
Zwischen den Vertiefungen 1 18a, 1 18b, 1 18c befinden sich zwei weitere
umlaufender Laufflächenbereich 1 14c, 1 14d, die im Motorbetrieb in Reibkontakt mit den Kolbenringen 21 stehen. Das bedeutet, dass der Kolben 20 im Motorbetrieb sicher entlang der Laufflächenbereiche 1 14a, 1 14b, 1 14c, 1 14d geführt ist, so dass eine Auslenkung des Kolbenschafts 22 aufgrund ggf. auftretender
Querbeschleunigungen vermieden wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Zylinderbohrung (10, 1 10) mit einer Zylinderlauffläche (14, 1 14) für ein
Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors, wobei in der Zylinderbohrung (10, 1 10) ein oberer Umkehrpunkt (OS) und ein unterer Umkehrpunkt (US) definiert sind, an denen im Motorbetrieb ein in der Zylinderbohrung (10, 1 10) auf und ab bewegter, Kolbenringe (21 ) und einen Kolbenschaft (22) aufweisender Kolben (20) eine Geschwindigkeit (V0) erreicht, die gegen Null geht, und wobei der Kolben (20) in einem Bereich (15, 1 15) zwischen dem oberen Umkehrpunkt (OS) und dem unteren Umkehrpunkt (US) im Motorbetrieb eine maximale Geschwindigkeit (vmax) erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bereichs (15, 1 15) mindestens zwei umlaufende Vertiefungen (18a, 18b; 1 18a, 1 18b, 1 18c) ausgebildet sind, deren Durchmesser (D2a, D2b, D2c) größer ist als der Durchmesser (D1 ) der Zylinderbohrung (10, 1 10) oberhalb des Bereichs (15, 1 15) und größer ist als der Durchmesser (D3) unterhalb des Bereichs (15, 1 15).
2. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Durchmesser (D2a, D2b, D2c) gleiche Abmessungen aufweisen.
3. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Durchmesser (D1 , D3) gleiche Abmessungen aufweisen.
4. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Durchmesser (D1 , D3) über ihre axiale Höhe (h1 , h3) konstant sind.
5. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchmesser (D2a, D2b, D2c) der Zylinderbohrung (10, 1 10) um 5μηη bis 30μηη größer ist als der Durchmesser (D1 ) der Zylinderbohrung (10, 1 10) oberhalb des Bereichs (15, 1 15) und/oder der Durchmesser (D3) unterhalb des Bereichs (15, 1 15).
6. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit Rz der Zylinderlauffläche (14, 1 14) im Bereich der Vertiefungen (18a, 18b;
1 18a, 1 18b, 1 18c) geringer ist als in den Bereichen außerhalb der Vertiefungen (18a, 18b; 1 18a, 1 18b, 1 18c).
7. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit Rz der Zylinderlauffläche (14, 1 14) im Bereich der Vertiefungen (18a, 18b;
1 18a, 1 18b, 1 18c) kleiner als 3μηη ist.
8. Zylinderbohrung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit Rz der Zylinderlauffläche (14, 1 14) im Bereich der Vertiefungen (18a, 18b;
1 18a, 1 18b, 1 18c) kleiner als 1 μηη ist.
9. Zylinderbohrung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit Rz der Zylinderlauffläche (14, 1 14) im Bereich der Vertiefungen (18a, 18b, 18c) kleiner als Ο,δμιτι ist.
10. Zylinderbohrung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Zylinderlauffläche (14, 1 14) zumindest in Bereich ihrer Teilflächen außerhalb der Vertiefung eine größere Härte (nach Vickers oder Brinell) aufweist als im Bereich der Vertiefungen (18a, 18b; 1 18a, 1 18b, 1 18c).
1 1 . Anordnung aus einer Zylinderbohrung (10, 1 10) mit einer Zylinderlauffläche (14, 1 14) für ein Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors und einem Kolben (20), wobei in der Zylinderbohrung (10, 1 10) ein oberer Umkehrpunkt (OS) und ein unterer Umkehrpunkt (US) definiert sind, an denen im Motorbetrieb der in der Zylinderbohrung (10, 1 10) auf und ab bewegte, Kolbenringe (21 ) und einen Kolbenschaft (22) aufweisender Kolben (20) eine Geschwindigkeit (V0) erreicht, die gegen Null geht, und wobei der Kolben (20) in einem Bereich (15, 1 15) zwischen dem oberen Umkehrpunkt (OS) und dem unteren Umkehrpunkt (US) im Motorbetrieb eine maximale Geschwindigkeit (vmax) erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bereichs (15, 1 15) mindestens zwei umlaufende Vertiefungen (18a, 18b; 1 18a, 1 18b, 1 18c) ausgebildet sind, deren Durchmesser (D2a, D2b, D2c) größer ist als der Durchmesser (D1 ) der
Zylinderbohrung (10, 1 10) oberhalb des Bereichs (15, 1 15) und größer ist als der Durchmesser (D3) unterhalb des Bereichs (15, 1 15).
12. Anordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Kolbenschaft (22) aus einem Stahlwerkstoff besteht.
13. Anordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolbenring (21 ) zumindest in seinem Kontaktbereich zur Zylinderlauffläche (14, 1 14) mit einer mittels eines PVD-Verfahrens hergestellten CrN-Beschichtung oder DLC-Beschichtung versehen ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1 1 für einen Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei Zylindern.
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