EP4153855A1 - Zylinderlaufbuchse oder zylinder für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Zylinderlaufbuchse oder zylinder für einen verbrennungsmotor

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EP4153855A1
EP4153855A1 EP21745965.0A EP21745965A EP4153855A1 EP 4153855 A1 EP4153855 A1 EP 4153855A1 EP 21745965 A EP21745965 A EP 21745965A EP 4153855 A1 EP4153855 A1 EP 4153855A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
cylinder liner
insulation
liner
dead center
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Application number
EP21745965.0A
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English (en)
French (fr)
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EP4153855B1 (de
Inventor
Thomas Bastuck
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Federal Mogul Burscheid GmbH
Original Assignee
Federal Mogul Burscheid GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Federal Mogul Burscheid GmbH filed Critical Federal Mogul Burscheid GmbH
Publication of EP4153855A1 publication Critical patent/EP4153855A1/de
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Publication of EP4153855B1 publication Critical patent/EP4153855B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • 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 
    • F02F1/18—Other cylinders

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder liner or cylinder for an internal combustion engine.
  • the friction within the piston-piston ring-cylinder system can be divided into contact friction, mixed friction and hydrodynamic friction.
  • the proportion of hydrodynamic friction takes up a large part of the total friction. This is one of the main reasons why ever lower viscosities are being sought for engine oils, because hydrodynamic friction is proportionally dependent on the oil viscosity.
  • the oil viscosity in turn, depends on the temperature. Since the cylinder temperature along the stroke position is usually highest at top dead center and lowest towards the crankcase at bottom dead center, the oil viscosity at top dead center is low, with the oil viscosity increasing continuously towards bottom dead center.
  • hydrodynamic friction is proportionally dependent on the piston speed. Because piston speed is highest in the middle of the piston stroke, you want low oil viscosity there to get low hydrodynamic friction.
  • a cylinder liner of a reciprocating combustion engine known, which is used in a machine frame.
  • the cylinder liner is in operative connection with a heat pipe which is essentially in the form of a jacket and which extends from a cooling water space to or into the collar, the heat pipe having means in its interior, e.g. a capillary structure, which transport the liquid heat transfer medium even against the force of gravity allow along the cylinder tube.
  • DE 102 25 062 B4 already discloses a cylinder liner of a reciprocating internal combustion engine, which has at least a first coolant duct in the area of a top dead center of a piston movement of a piston of the reciprocating internal combustion engine and a group of second coolant ducts in the central liner area and in the area of a bottom dead center of a piston movement of a piston Reciprocating internal combustion engine are assigned.
  • the technical task of the invention is to optimize the oil viscosity along the stroke position.
  • the invention relates to a cylinder liner or a cylinder for an internal combustion engine, comprising an inner side which forms a running surface, the cylinder liner or the cylinder having at least one thermal insulation which extends in the circumferential direction around the cylinder liner or around the cylinder, wherein the insulation is spaced radially outward from the tread.
  • the advantage of the cylinder liner according to the invention or the cylinder according to the invention is that heat dissipation via the cylinder liner is reduced by insulation in the cylinder liner, resulting in lower oil viscosity and thus lower hydrodynamic friction in this area.
  • the insulation of the cylinder liner or the cylinder can be continuous or also extend only in sections around the cylinder liner or the cylinder. In an exemplary embodiment of the cylinder liner or cylinder, the insulation forms a closed ring that extends around the entire cylinder liner or cylinder.
  • the insulation is honeycomb or mesh-shaped and runs around the entire cylinder liner or cylinder.
  • honeycomb or mesh form compared to a closed ring form of insulation is that with such insulation, the webs carry loads caused by piston movement in the cylinder liner or cylinder. This reduces deformation and extends the life of the cylinder liner or cylinder.
  • the cylinder liner or cylinder has an exterior with the insulation exposed on the exterior.
  • An insulation that is exposed on the outside of a cylinder liner or cylinder is advantageous in terms of production and maintenance.
  • the exposed insulation can also be created by painting or the like.
  • the cylinder liner or the cylinder has an outer side, with the insulation being arranged between the running surface and the outer side.
  • the insulation is designed as an evacuated or fluid-filled cavity.
  • Vacuum thermal insulation insulates thermally by reducing the heat transport caused by the gas molecules in the air.
  • the vacuum can prevent convection and, on the other hand, the thermal conduction of the gas molecules.
  • An example for preventing the thermal conduction of the gas molecules is the design of a Dewar vessel.
  • the cavity is filled with insulating material.
  • the running surface has a length L in the axial direction, with the insulation starting at a distance of 5-30%, preferably 10-25%, particularly preferably 15-20%, and extending from there extends in the crankcase direction.
  • the running surface having the maximum length L is measured from the upper or combustion chamber-side edge of the cylinder liner or the cylinder.
  • the area of isolation is defined according to the previous feature because it does not make sense to start earlier due to the piston crown land heights since piston rings are not in the hydrodynamic area of engagement there.
  • the temperature should be dissipated for cooling.
  • the running surface has a piston stroke length K between a top dead center and a bottom dead center in the axial direction, with the insulation being spaced at a distance of 5 to 30%, preferably 10-25%, particularly preferably 15 20%, from top dead center spaced begins and extends from there towards the bottom dead center.
  • the piston stroke length K relates to a piston movement of an engine for which the cylinder liner or the cylinder is intended.
  • the area of isolation is defined according to the previous feature because it does not make sense to start earlier due to the piston crown land heights since piston rings are not in the hydrodynamic area of engagement there.
  • the temperature should be dissipated for cooling. The insulation can even extend beyond bottom dead center.
  • a radial thickness of the insulation and/or a thermal resistance of the insulation increases in the axial direction from a combustion chamber in the direction of a crankcase and/or first increases and then decreases again.
  • the advantage of an increasing and/or first increasing and then decreasing radial thickness of the insulation and/or the thermal resistance of the insulation in the axial direction from a combustion chamber in the direction of a crankcase is that an oil viscosity is optimally adapted to the operating conditions.
  • the insulation is at a maximum of 85-95%, preferably 88-92%, particularly preferably 89-91% of an operating temperature in an area of the running surface in which a top land of a piston is located in conventional cylinder liners or Cylinders located at a top dead center arranged.
  • the insulation is defined in operating temperature ranges according to the above feature, since cooling is required in higher operating temperature ranges and heat dissipation must therefore not be reduced.
  • At least one insulation is divided into 2-6 sections in the axial direction and/or at least one insulation circumferentially divided into 2-72 sections or subsections thereof.
  • Isolation both in the axial and in the circumferential direction can be optimally adapted to the operating conditions in order to influence the oil viscosity on the running surface in such a way that friction is reduced.
  • the axial direction is the stroke direction. Sections in the axial direction are separated by webs or insulated to different degrees, and sections in the circumferential direction are also separated by webs or insulated to different degrees.
  • the advantage of the webs is a load absorption, which is caused by a piston movement in the cylinder liner or the cylinder. This reduces deformation and extends the life of the cylinder liner or cylinder.
  • the insulating material is selected from or consists of the group consisting of plastic, foam glass, titanium, mineral / glass wool, ceramic particles, composite materials, perlite and / or porous or foamed metal such as cast iron, metal spray coatings or alloys.
  • the insulating material has a porosity of between 20-80%, preferably 40-80%, particularly preferably 60-80%.
  • An insulating effect can easily be adapted to operational requirements due to the porosity.
  • the cylinder liner or the cylinder is produced by 3D printing and/or the insulation is produced by spraying metal and ceramic.
  • 3D printing can produce any structure on demand with minimal material consumption to be realized. However, preferably only the insulation is printed or sprayed.
  • the material of the insulation has no porosity but conducts less heat than a material of the cylinder liner.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a cylinder liner with thermal insulation
  • FIG. 2 shows a sectional view of a cylinder liner with material used in the thermal insulation.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a cylinder liner according to an embodiment of the invention.
  • the cylinder liner has an inside 2, which forms a running surface for a piston, an outside 6 and a surrounding insulation 4.
  • a circumferential projection which causes a cylinder liner to be inserted into an engine block with a precise fit.
  • a rectangular recess all around which is provided for a fire ring.
  • This fire ring prevents a hard carbon deposit from forming on the top land of the piston. This is achieved through a compared to the diameter of the cylinder bore smaller inner diameter of the fire ring. When the piston passes the top dead center, the fire ring scrapes the unwanted carbon deposits from the piston and prevents deposits from forming on the top land.
  • a circumferential thermal insulation which is designed as a cavity.
  • the cavity has a rectangular cross-section and has wall thicknesses on the inside 2 and on the outside 6 which have the same constant radial thickness.
  • the running surface length L and the piston stroke length K can be seen.
  • the running surface length L extends in the axial direction over the entire cylinder liner, the piston stroke length K only to the end of the cavity. This means that the bottom dead center corresponds to the bottom of the thermal insulation.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a cylinder liner according to another embodiment of the invention.
  • the cylinder liner has an inside 2, which forms a running surface for a piston, an outside 6 and a peripheral insulation 4.
  • a circumferential thermal insulation which is formed by inserting material into a cavity.
  • the cavity has a rectangular cross section, is arranged on the outside 6 of the cylinder liner, and has a wall thickness to the inside 2 which has a constant radial thickness.
  • the outer diameter of the material insert is equal to the outer diameter of the cylinder liner at the respective location.
  • the running surface length L and the piston stroke length K can be seen.
  • the running surface length L extends in the axial direction over the entire cylinder liner, the piston stroke length K only to the end of the cavity. This means that the bottom dead center corresponds to the bottom of the thermal insulation.

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Abstract

Offenbart wird eine Zylinderlaufbuchse oder ein Zylinder für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Innenseite (2), die eine Lauffläche bildet, wobei die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder wenigstens eine thermische Isolation (4) aufweist, die sich in Umfangsrichtung um die Zylinderlaufbuchse oder um den Zylinder erstreckt, wobei die Isolation (4) in Radialrichtung nach außen von der Lauffläche beabstandet angeordnet ist.

Description

ZYLINDERLAUFBUCHSE ODER ZYLINDER FÜR EINEN
VERBRENNUNGSMOTOR
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse oder einen Zylinder für einen V erbrennungsmotor .
Stand der Technik
Die Reibung innerhalb des Kolben-Kolbenring-Zylinder Systems lässt sich in Kontaktreibung, Mischreibung und hydrodynamische Reibung einteilen. Der Anteil der hydrodynamischen Reibung nimmt dabei einen Großteil der Gesamtreibung ein. Das ist einer der wesentlichen Gründe, warum für Motorenöle immer niedrigere Viskositäten angestrebt werden, denn die hydrodynamische Reibung ist proportional von der Ölviskosität abhängig. Die Ölviskosität ist wiederum temperaturabhängig. Da die Zylindertemperatur entlang der Hubposition in der Regel im oberen Totpunkt am höchsten und in Richtung Kurbelgehäuse am unteren Totpunkt am niedrigsten ist, ergibt sich eine niedrige Ölviskosität am oberen Totpunkt, wobei die Ölviskosität in Richtung unterer Totpunkt kontinuierlich zunimmt.
Des Weiteren ist die hydrodynamische Reibung proportional abhängig von der Kolbengeschwindigkeit. Da die Kolbengeschwindigkeit in der Mitte des Kolbenhubs am höchsten ist, möchte man dort eine geringe Ölviskosität haben, um eine geringe hydrodynamische Reibung zu erzielen.
Aus Reibungssicht ist eine hohe Ölviskosität in den Totpunkten zur Reduzierung von Kontaktreibung ideal und eine niedrige Ölviskosität in Richtung Mitte der Zylinderlaufbuchse zur Reduzierung von hydrodynamischer Reibung ideal.
Aus der DE 27 34 254 Al ist bereits eine Zylinderlaufbuchse einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine bekannt, die in einem Maschinengesteli eingesetzt ist. Die Zylinderlaufbuchse steht mit einem im wesentlichen mantelförmig ausgebildeten Wärmerohr in Wirkverbindung, das von einem Kühlwasserraum bis an bzw. in den Bund reicht, wobei das Wärmerohr in seinem Inneren Mittel, z.B. eine Kapillarstruktur, aufweist, die einen Transport des flüssigen Wärmeträgers auch gegen die Schwerkraft entlang des Zylinderrohres ermöglichen.
Aus der DE 102 25 062 B4 ist bereits eine Zylinderlaufbuchse einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, der mindestens ein erster Kühlmittelkanal im Bereich eines oberen Totpunkts einer Kolbenbewegung eines Kolbens der Hubkolbenbrennkraftmaschine und eine Gruppe zweite Kühlmittelkanäle im mittleren Laufbuchsenbereich und im Bereich eines unteren Totpunkts einer Kolbenbewegung eines Kolbens der Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet sind.
Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ölviskosität entlang der Hubposition zu optimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine Zylinderlaufbuchse oder einen Zylinder für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Innenseite, die eine Lauffläche bildet, wobei die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder wenigstens eine thermische Isolation aufweist, die sich in Umfangsrichtung um die Zylinderlaufbuchse oder um den Zylinder erstreckt, wobei die Isolation in Radialrichtung nach außen von der Lauffläche beabstandet angeordnet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse oder des erfindungsgemäßen Zylinders liegt darin, dass eine Wärmeabfuhr über die Zylinderlaufbuchse durch eine Isolation in der Zylinderlaufbuchse verringert wird, damit sich dadurch eine niedrigere Ölviskosität und somit geringere hydrodynamische Reibung in diesem Bereich ergibt. Die Isolation der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders kann durchgehend sein oder sich auch nur abschnittsweise um die Zylinderlaufbuchse oder den Zylinder erstrecken. In einer beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders bildet die Isolation einen geschlossenen Ring, der sich um die gesamte Zylinderlaufbuchse oder den gesamten Zylinder erstreckt.
Dadurch, dass die Isolation einen geschlossenen Ring um die gesamte Zylinderlaufbuchse oder den gesamten Zylinder bildet, wird eine optimale Isolation erzielt, ohne dass in Zwischenräumen Wärmeaustausch stattfinden kann.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders ist die Isolation wabenförmig oder netzförmig und läuft um die gesamte Zylinderlaufbuchse oder den Zylinder herum.
Der Vorteil einer Waben- oder Netzform im Vergleich zu einer Isolation in Form eines geschlossenen Rings ist, dass die Stege bei einer solchen Isolation Lasten aufnehmen, die durch eine Kolbenbewegung in der Zylinderlaufbuchse oder dem Zylinder entstehen. Dadurch werden Verformungen verringert und die Lebensdauer der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders verlängert.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders weist die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder eine Außenseite auf, wobei die Isolation an der Außenseite freiliegt.
Eine an einer Zylinderlaufbuchsen- oder Zylinderaußenseite freiliegende Isolation ist fertigungs- und wartungstechnisch vorteilhaft. Dabei kann die freiliegende Isolation auch durch Lackieren o.ä. erzeugt werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders weist die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder eine Außenseite auf, wobei die Isolation zwischen der Lauffläche und der Außenseite angeordnet ist. In einer anderen beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders ist die Isolation als evakuierter oder fluidgefullter Hohlraum ausgeführt.
Vakuum Wärmedämmung dämmt thermisch, indem der durch die Gasmoleküle der Luft bedingte Wärmetransport reduziert wird. Zum einen kann das Vakuum Konvektion und zum anderen die Wärmeleitung der Gasmoleküle unterbinden. Ein Beispiel für das Unterbinden der Wärmeleitung der Gasmoleküle ist die Ausführung eines Gefäßes nach Dewar.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders ist der Hohlraum von isolierendem Material ausgefüllt.
Vorteile eines Ausfullens des Hohlraums der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders mit isolierendem Material, wie z.B. Glaswolle, Asbest, o.ä., sind zu verzeichnen in Hinblick auf Kosten, Wartung und Fertigung.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders weist die Lauffläche in Axialrichtung eine Länge L auf, wobei die Isolation in einem Abstand von 5- 30 %, bevorzugt 10-25 %, besonders bevorzugt 15-20 %, beginnt und sich von dort aus in Kurbelgehäuserichtung erstreckt.
Die maximale Länge L aufweisende Lauffläche wird dabei von der oberen bzw. brennraumseitigen Kante der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders gemessen. Der Bereich der Isolation ist gemäß dem vorstehenden Merkmal definiert, da es nicht sinnvoll ist, aufgrund der Kolbenfeuersteghöhen früher zu beginnen, da Kolbenringe sich dort nicht im hydrodynamischen Eingriffsbereich befinden. Zudem soll im Feuerstegbereich ja gerade Temperatur zur Kühlung abgeführt werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders weist die Lauffläche in Axialrichtung eine Kolbenhublänge K zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt auf, wobei die Isolation in einem Abstand von 5 bis 30 %, bevorzugt 10-25 %, besonders bevorzugt 15-20 %, von dem oberen Totpunkt beabstandet beginnt und sich von dort aus in Richtung des unteren Totpunkts erstreckt.
Die Kolbenhublänge K betrifft dabei eine Kolbenbewegung eines Motors, für den die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder bestimmt ist. Der Bereich der Isolation ist gemäß dem vorstehenden Merkmal definiert, da es nicht sinnvoll ist, aufgrund der Kolbenfeuersteghöhen früher zu beginnen, da Kolbenringe sich dort nicht im hydrodynamischen Eingriffsbereich befinden. Zudem soll im Feuerstegbereich ja gerade Temperatur zur Kühlung abgefuhrt werden. Die Isolation kann sich dabei sogar über den unteren Totpunkt hinaus erstrecken.
In einer anderen beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders nimmt eine radiale Dicke der Isolation und / oder ein Wärmewiderstand der Isolation in Axialrichtung von einem Brennraum in Richtung eines Kurbelgehäuses zu und / oder erst zu und dann wieder ab.
Der Vorteil einer zu- und /oder erst zu- und dann wieder abnehmenden radialen Dicke der Isolation und / oder des Wärmewiderstandes der Isolation in Axialrichtung von einem Brennraum in Richtung eines Kurbelgehäuses ist, dass eine Ölviskosität optimal auf die Betriebsbedingungen angepasst ist.
In einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders ist die Isolation bei maximal 85-95 %, bevorzugt 88-92 %, besonders bevorzugt 89-91 % einer Betriebstemperatur in einem Bereich der Lauffläche, in dem sich ein Feuersteg eines Kolbens bei herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen oder Zylindern an einem oberen Totpunkt befindet, angeordnet.
Die Isolation ist in Betriebstemperaturbereichen gemäß dem vorstehenden Merkmal definiert, da in höheren Betriebstemperaturbereichen gekühlt werden muss und ein Wärmeabfluss deshalb nicht verringert werden darf.
In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders ist mindestens eine Isolation in Axialrichtung in 2-6 Abschnitte unterteilt und / oder mindestens eine Isolation in Umfangsrichtung in 2-72 Abschnitte oder Unterbereiche davon unterteilt.
Eine Isolation sowohl in Axial- als auch in Umfangsrichtung kann optimal an die Betriebsbedingungen angepasst werden, um die Ölviskosität an der Lauffläche derart zu beeinflussen, dass eine Reibung reduziert wird. Die Axialrichtung ist dabei die Hubrichtung. Abschnitte in Axialrichtung sind dabei durch Stege getrennt oder unterschiedlich stark isoliert und Abschnitte in Umfangsrichtung sind ebenfalls durch Stege getrennt oder unterschiedlich stark isolieret. Der Vorteil der Stege ist eine Lastaufnahme, die durch eine Kolbenbewegung in der Zylinderlaufbuchse oder dem Zylinder entsteht. Dadurch werden Verformungen verringert und die Lebensdauer der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders verlängert.
In einer anderen beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders wird das isolierende Material ausgewählt aus oder besteht aus der Gruppe umfassend Kunststoff, Schaumglas, Titan, Mineral- / Glaswolle, Keramikpartikel, Verbundwerkstoffe, Perlit und / oder poröses oder geschäumtes Metall wie Gusseisen, Metallspritzschichten oder Legierungen.
In einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders weist das isolierende Material eine Porosität zwischen 20-80 %, bevorzugt 40-80 %, besonders bevorzugt 60-80 % auf.
Eine Isolationswirkung kann durch die Porosität leicht an die betriebsbedingten Anforderungen angepasst werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders ist die Zylinderlaufbuchse oder Zylinder durch 3D-Druck hergestellt und / oder die Isolation durch Spritzen von Metall und Keramik hergestellt.
Durch 3D-Druck kann mit geringem Materialverbrauch jede beliebige Struktur auf Abruf verwirklicht werden. Vorzugsweise wird jedoch nur die Isolation gedruckt bzw. gespritzt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders weist das Material der Isolation keine Porosität auf, leitet jedoch weniger Wärme als ein Material der Zylinderlaufbuchse.
Durch geringere Porosität ist eine Lastaufnahme uneingeschränkt möglich, wodurch Verformungen verringert werden und die Lebensdauer der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders verlängert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren genauer beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Zylinderlaufbuchse mit einer thermischen Isolation, und Fig. 2 eine Schnittansicht einer Zylinderlaufbuchse mit Materialeinsatz in der thermischen Isolation zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Zylinderlaufbuchse gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung. Die Zylinderlaufbuchse hat eine Innenseite 2, die eine Lauffläche für einen Kolben bildet, eine Außenseite 6 und eine umlaufende Isolation 4.
Am oberen Ende der Zylinderlaufbuchse auf der Außenseite 6 befindet sich ein umlaufender Vorsprung, der bewirkt, dass eine Zylinderbuchse passgenau in einen Motorblock eingefügt werden kann. Ferner befindet sich am oberen Ende der Zylinderlaufbuchse auf der Innenseite 2 eine umlaufende rechteckige Aussparung, die für einen Feuerring vorgesehen ist. Dieser Feuerring verhindert, dass sich ein harter Ölkohlebelag am Feuersteg des Kolbens bildet. Erreicht wird dies durch einen im Vergleich zum Durchmesser der Zylinderbohrung kleineren Innendurchmesser des Feuerrings. Durchläuft der Kolben den oberen Totpunkt, schabt der Feuerring die unerwünschten Ölkohleablagerungen vom Kolben, bzw. verhindert, dass sich Ablagerungen am Feuersteg bilden können.
In einem von Oberseite und Unterseite beabstandeten mittleren Bereich der Zylinderlaufbuchse befindet sich eine umlaufende thermische Isolation, die als Hohlraum ausgebildet ist. Der Hohlraum weist einen rechteckigen Querschnitt auf und hat Wandstärken zur Innenseite 2 und zur Außenseite 6, die eine gleiche konstante radiale Dicke aufweisen.
Weiterhin sind Laufflächenlänge L und Kolbenhublänge K zu sehen. Die Laufflächenlänge L erstreckt sich dabei in axialer Richtung über die ganze Zylinderlaufbuchse, die Kolbenhublänge K lediglich bis zum Ende des Hohlraums. Das bedeutet, dass der untere Totpunkt dem unteren Ende der thermischen Isolation entspricht.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Zylinderlaufbuchse gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung. Die Zylinderlaufbuchse hat eine Innenseite 2, die eine Lauffläche für einen Kolben bildet, eine Außenseite 6 und eine umlaufende Isolation 4.
Am oberen Ende der Zylinderlaufbuchse auf der Außenseite 6 befindet sich ebenfalls ein umlaufender Vorsprung, der bewirkt, dass eine Zylinderbuchse passgenau in einen Motorblock eingefugt werden kann. Ferner befindet sich am oberen Ende der Zylinderlaufbuchse auf der Innenseite 2 ebenfalls eine umlaufende rechteckige Aussparung, die für einen Feuerring vorgesehen ist.
In einem von Oberseite und Unterseite beabstandeten mittleren Bereich der Zylinderlaufbuchse befindet sich eine umlaufende thermische Isolation, die durch Materialeinsatz in einen Hohlraum ausgebildet ist. Der Hohlraum weist einen rechteckigen Querschnitt auf, ist an der Außenseite 6 der Zylinderlaufbuchse angeordnet, und hat eine Wandstärke zur Innenseite 2, die eine konstante radiale Dicke aufweist. Der Außendurchmesser des Materialeinsatzes ist gleich dem Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse an der jeweiligen Stelle. Weiterhin sind Laufflächenlänge L und Kolbenhublänge K zu sehen. Die Laufflächenlänge L erstreckt sich dabei in axialer Richtung über die ganze Zylinderlaufbuchse, die Kolbenhublänge K lediglich bis zum Ende des Hohlraums. Das bedeutet, dass der untere Totpunkt dem unteren Ende der thermischen Isolation entspricht.
Bezugszeichenliste
2 Innenseite
4 thermische Isolation 6 Außenseite

Claims

Ansprüche
1. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Innenseite (2), die eine Lauffläche bildet, wobei die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder wenigstens eine thermische Isolation
(4) aufweist, die sich in Umfangsrichtung um die Zylinderlaufbuchse oder um den Zylinder erstreckt, wobei die Isolation (4) in Radialrichtung nach außen von der Lauffläche beabstandet angeordnet ist.
2. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolation (4) einen geschlossenen Ring bildet, der sich um die gesamte Zylinderlaufbuchse oder den gesamten Zylinder erstreckt.
3. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolation (4) wabenförmig oder netzförmig ist und um die gesamte Zylinderlaufbuchse oder den Zylinder herumläuft.
4. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder eine Außenseite (6) aufweist, wobei die Isolation (4) an der Außenseite freiliegt.
5. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zylinderlaufbuchse oder der Zylinder eine Außenseite (6) aufweist, wobei die Isolation (4) zwischen der Lauffläche und der Außenseite angeordnet ist.
6. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach Anspruch 1, wobei die Isolation (4) als evakuierter oder fluidgefullter Hohlraum ausgeführt ist.
7. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum von isolierendem Material ausgefullt ist.
. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lauffläche in Axialrichtung eine Länge L aufweist, wobei die Isolation in einem Abstand von 5-30 %, bevorzugt 10-25 %, besonders bevorzugt 15-20 %, beginnt und sich von dort aus in Kurbelgehäuserichtung erstreckt. . Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lauffläche in Axialrichtung eine Kolbenhublänge K zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt aufweist, wobei die Isolation in einem Abstand von 5 bis 30 %, bevorzugt 10-25 %, besonders bevorzugt 15-20 %, von dem oberen Totpunkt beabstandet beginnt und sich von dort aus in Richtung des unteren Totpunkts erstreckt.
10. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine radiale Dicke der Isolation (4) und / oder ein Wärmewiderstand der Isolation (4) in Axialrichtung von einem Brennraum in Richtung eines Kurbelgehäuses zunimmt und / oder erst zunimmt und dann wieder abnimmt.
11. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolation (4) bei maximal 85-95 %, bevorzugt 88-92 %, besonders bevorzugt 89-91 % einer Betriebstemperatur in einem Bereich der Lauffläche, in dem sich ein Feuersteg eines Kolbens bei herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen oder Zylindern an einem oberen Totpunkt befindet, angeordnet ist.
12. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Isolation (4) in Axialrichtung in 2-6 Abschnitte unterteilt ist und / oder mindestens eine Isolation (4) in Umfangsrichtung in 2-72 Abschnitte unterteilt ist.
13. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend Kunststoff, Schaumglas, Titan, Mineral- / Glaswolle, Keramikpartikel, Verbundwerkstoffe, Perlit und / oder poröses oder geschäumtes Metall wie Gusseisen, Metallspritzschichten oder Legierungen. 14. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material eine Porosität zwischen 20-80 %, bevorzugt 40-80 %, besonders bevorzugt 60-80 % aufweist.
15. Zylinderlaufbuchse oder Zylinder nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Zylinderlaufbuchse oder Zylinder durch 3D-Druck hergestellt ist und / oder die
Isolation durch Spritzen von Metall und Keramik hergestellt ist.
EP21745965.0A 2020-08-25 2021-07-15 Zylinderlaufbuchse oder zylinder für einen verbrennungsmotor Active EP4153855B1 (de)

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