WO2012159606A1 - Zylinderlaufbuchse sowie baueinheit aus mindestens einer zylinderlaufbuchse und einem kurbelgehäuse - Google Patents

Zylinderlaufbuchse sowie baueinheit aus mindestens einer zylinderlaufbuchse und einem kurbelgehäuse Download PDF

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Wolfgang Issler
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    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/12—Preventing corrosion of liquid-swept surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder liner for a cylinder crankcase of an internal combustion engine.
  • the present invention further relates to an assembly of at least one cylinder liner and a cylinder crankcase for an internal combustion engine, with at least one of the at least one cylinder liner associated coolant chamber.
  • wet and dry cylinder liners In internal combustion engines, a distinction is made between “wet” and “dry” cylinder liners.
  • wet cylinder liners a coolant space is integrated into the cylinder crankcase and formed between the cylinder crankcase and the cylinder liner.
  • the cavitation is, for example, caused by high-frequency vibrations, which are generated by the gas forces in the combustion chamber and the shock pulses in the piston side movement. These high-frequency vibrations are transmitted in particular via the cylinder liner to the coolant.
  • the extreme pressure and temperature peaks typical of cavitation cause damage in the material of the cylinder liner, in particular in the outer jacket surface.
  • the present invention is therefore based on the object, a generic cylinder liner or a generic assembly of at least one Further develop cylinder liner and a cylinder crankcase so that the risk of cavitation damage is at least reduced.
  • the solution is that at least a portion of the outer surface of the cylinder liner is surrounded by a sleeve of a metallic material.
  • the subject matter of the present invention is furthermore an assembly comprising at least one cylinder liner and a cylinder crankcase, wherein at least a portion of the outer jacket surface of the cylinder liner is surrounded by a sleeve of a metallic material facing the at least one coolant chamber.
  • the embodiment of the invention is characterized in that the outer surface of the cylinder liner is at least locally protected by an enclosure of a cavitation resistant material from cavitation damage. Damage to the cylinder liner or the structural unit according to the invention by cavitation is thereby significantly reduced.
  • the entire outer surface of the cylinder liner is surrounded by a sleeve of a metallic material to optimize the protection against cavitation damage.
  • a sleeve made of a steel material is particularly resistant to the extreme pressure and Temperaturbeetzschonne occurring during cavitation.
  • the sleeve provided according to the invention in particular protects cylinder liners consisting of a cast iron material from cavitation damage.
  • the inventively provided sleeve can be shrunk in a conventional manner to the outer surface of the cylinder liner or potted with the outer surface of the cylinder liner.
  • the sleeve surrounds at least a portion of the outer surface of the cylinder liner, it is advantageous if it is flush with the outer surface of the cylinder liner to produce a smooth outer surface.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a cylinder liner according to the invention in section
  • Figure 2 shows another embodiment of a cylinder liner according to the invention in section
  • FIG. 3 shows an assembly according to the invention with the cylinder liner according to
  • Figure 4 shows an assembly according to the invention with the cylinder liner according to
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a cylinder liner 30 according to the invention.
  • the cylinder liner 30 in the exemplary embodiment consists of a cast iron material in a manner known per se and can, for example, be produced by centrifugal casting.
  • the cylinder liner 30 has in the exemplary embodiment a shaft 31 with a circumferential flange 32. Below the flange 32, a circumferential groove 33 is provided in the shaft 31.
  • the outer circumferential surface 34 of the shaft 31 is according to the invention surrounded by a sleeve 35, which is made in the embodiment of a steel material. The sleeve 35 is pushed in the embodiment after the finishing of the cylinder liner 30 to the shaft 31 and fixed in a conventional manner by means of shrink fit.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a cylinder liner 130 according to the invention.
  • the cylinder liner 130 is in the embodiment also made of a cast iron material.
  • the cylinder liner 130 has in the exemplary embodiment a shaft 131 with a circumferential flange 132. Below the flange 132, a circumferential groove 133 is provided in the shaft 131. A circumferential groove 136 is provided in the lower portion of the shaft 131.
  • the outer surface 134 of the shaft 131 is according to the invention partially surrounded by a sleeve 135, which is made in the embodiment of a steel material.
  • the sleeve 135 is inserted in the embodiment in the mold for the cylinder liner 130 and potted in a conventional manner with the cylinder liner 130. After finishing the cylinder liner 130 results in a smooth outer surface, which is formed by the sleeve 135 and the exposed areas of the outer lateral surface 134, wherein the sleeve 135 is flush with
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a structural unit according to the invention
  • the assembly 10 has an upper cylinder housing 11 and an adjacent lower crankcase 12.
  • the cylinder housing 11 and the crankcase 12 are made in a conventional manner preferably of a light metal alloy based on aluminum or magnesium or a cast iron alloy.
  • at least one cylinder liner 30 is used according to Figure 1.
  • the cylinder liner 30 is centered in the embodiment by means of a step 23 in the cylinder housing 11.
  • the sliding in the cylinder liners 30 pistons are connected in a known manner via a connecting rod with a crankshaft (not shown). In this case, the crankshaft is mounted in bearings 12 formed in the crankcase 12.
  • a cylinder space 30 surrounding the coolant chamber 13 is provided in the cylinder housing 1 1.
  • This coolant chamber 13 is in the form of a recess directly in the cylinder housing
  • the sleeve 35 and the inner circumferential surface 21 of the coolant chamber 13 define the same in the radial direction.
  • the coolant space is sealed up by means of the flange 32 and a cylinder head cover 17.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a structural unit 110 according to the invention for an internal combustion engine.
  • the structural unit 110 substantially corresponds to the structural unit 10 according to FIG. 3, so that identical structural elements are provided with the same reference numerals and reference is made in this regard to the description of the figures relating to FIG.
  • the assembly 110 also includes an upper cylinder housing 111 and a lower crankcase 112 adjacent thereto.
  • At least one cylinder liner 130 according to FIG. 2 is inserted in the cylinder housing 111.
  • the cylinder liner 130 is centered in the embodiment by means of a step 123 and by means of its flange 132 in the cylinder housing 111.
  • the cylinder liner 130 is further fixed by means of a cylinder head cover 117.
  • a coolant chamber 113 surrounding the cylinder liner 130 is provided in the cylinder housing 111.
  • This coolant chamber 113 is formed in the form of a recess directly in the cylinder housing 111 and surrounds the cylinder liner 130 only over the axial height of its sleeve 135.
  • the coolant in the coolant 113 existing coolant is in direct contact with the sleeve 135, which the outer surface 134 of the cylinder liner 130 surrounds.
  • the sleeve 135 and the inner circumferential surface 121 of the coolant space 113 define the same in the radial direction.
  • the outer jacket surface 34, 134 of the cylinder liner is effectively protected from cavitation damage by means of the sleeve 35, 135 provided in accordance with the invention, starting from the coolant present in the coolant chamber 13, 113.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse (30, 130) für ein Zylinderkurbelgehäuse (11, 12; 111, 112) eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche (34, 134) der Zylinderlaufbuchse (30, 130) von einer Hülse (35, 235) aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Baueinheit (10, 110) aus mindestens einer derartigen Zylinderlaufbuchse (30, 130) und einem Zylinderkurbelgehäuse (11, 12; 111, 112).

Description

Zylinderlaufbuchse sowie Baueinheit
aus mindestens einer Zylinderlaufbuchse und einem Kurbelgehäuse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Baueinheit aus mindestens einer Zylinderlaufbuchse und einem Zylinderkurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor, mit mindestens einem der mindestens einen Zylinderlaufbuchse zugeordneten Kühlmittelraum.
In Verbrennungsmotoren werden„nasse" und„trockene" Zylinderlaufbuchsen unterschieden. Bei nassen Zylinderlaufbuchsen ist ein Kühlmittelraum in das Zylinderkurbelgehäuse integriert und zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und der Zylinderlaufbuchse ausgebildet. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Zylinderlaufbuch- se, die in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel steht, durch Kavitation im Kühlmittel beschädigt wird. Die Kavitation wird bspw. durch hochfrequente Schwingungen, hervorgerufen, die durch die Gaskräfte im Brennraum und die Stoßimpulse bei der Kolbenseitenbewegung erzeügt werden. Diese hochfrequenten Schwingungen werden insbesondere über die Zylinderlaufbuchse auf das Kühlmittel übertragen. Die bei einer Kavitation typischen extremen Druck- und Temperaturspitzen rufen dabei Beschädigungen im Werkstoff der Zylinderlaufbuchse, insbesondere in der äußeren Mantelfläche, hervor. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn die Zylinderlaufbuchse aus einem Gusseisenwerkstoff hergestellt ist, da dieser Werkstoff aufgrund der Graphiteinschlüsse (Kugelgraphit oder Lamellengraphit) eine vergleichsweise inhomogene Struktur aufweist. Diese inhomogene Struktur ist für derartige extreme Druck- und Temperaturspitzen besonders anfällig, so dass Werkstoffpartikel aus der Zylinderlaufbuchse herausbrechen können. Daraus kann sich ein Loch in der Zylinderwand entwickeln, wodurch Kühlmittel in Richtung des Brennraums austreten kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zylinderlaufbuchse bzw. eine gattungsgemäße Baueinheit aus mindestens einer Zylinderlaufbuchse und einem Zylinderkurbelgehäuse so weiterzubilden, dass die Gefahr von Kavitationsschäden zumindest verringert wird.
Die Lösung besteht darin, dass zumindest ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse von einer Hülse aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Baueinheit aus mindestens einer Zylinderlaufbuchse und einem Zylinderkurbelgehäuse, wobei zumindest ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse von einer dem mindestens einen Kühlmittelraum zugekehrten Hülse aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die äußere Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse zumindest lokal durch eine Umhüllung aus einem kavitationsresistenten Werkstoff vor Kavitationsschäden geschützt wird. Eine Beschädigung der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse bzw. der erfindungsgemäßen Baueinheit durch Kavitation wird dadurch deutlich verringert.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zweckmäßigerweise ist die gesamte äußere Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse von einer Hülse aus einem metallischen Werkstoff umgeben, um den Schutz vor Kavitationsschäden zu optimieren. Eine Hülse aus einem Stahlwerkstoff ist besonders widerstandsfähig gegenüber den bei Kavitation auftretenden extremen Druck- und Temperaturbeaufschlagungen.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Hülse schützt insbesondere aus einem Gusseisenwerkstoff bestehende Zylinderlaufbuchsen vor Kavitationsschäden.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Hülse kann in an sich bekannter Weise auf die äußere Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse aufgeschrumpft oder mit der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse vergossen sein. Wenn die Hülse zumindest einen Teilbereich der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse umgibt, ist es von Vorteil, wenn sie mit der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse bündig abschließt, um eine glatte Außenfläche zu erzeugen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse im Schnitt;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse im Schnitt;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Baueinheit mit der Zylinderlaufbuchse gemäß
Figur 1 in einer Teildarstellung im Schnitt;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Baueinheit mit der Zylinderlaufbuchse gemäß
Figur 2 in einer Teildarstellung im Schnitt.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 30. Die Zylinderlaufbuchse 30 besteht im Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise aus einem Gusseisenwerkstoff und kann bspw. im Schleudergussverfahren hergestellt werden. Die Zylinderlaufbuchse 30 weist im Ausführungsbeispiel einen Schaft 31 mit einem umlaufenden Flansch 32 auf. Unterhalb des Flanschs 32 ist im Schaft 31 eine umlaufende Hohlkehle 33 vorgesehen. Die äußere Mantelfläche 34 des Schafts 31 ist erfindungsgemäß von einer Hülse 35 umgeben, die im Ausführungsbeispiel aus einem Stahlwerkstoff hergestellt ist. Die Hülse 35 wird im Ausführungsbeispiel nach der Fertigbearbeitung der Zylinderlaufbuchse 30 auf den Schaft 31 aufgeschoben und in an sich bekannter Weise mittels Schrumpfsitz fixiert. Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 130. Die Zylinderlaufbuchse 130 besteht im Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem Gusseisenwerkstoff. Die Zylinderlaufbuchse 130 weist im Ausführungsbeispiel einen Schaft 131 mit einem umlaufenden Flansch 132 auf. Unterhalb des Flanschs 132 ist im Schaft 131 eine umlaufende Hohlkehle 133 vorgesehen. Eine umlaufende Nut 136 ist im unteren Bereich des Schaftes 131 vorgesehen. Die äußere Mantelfläche 134 des Schafts 131 ist erfindungsgemäß teilweise von einer Hülse 135 umgeben, die im Ausführungsbeispiel aus einem Stahlwerkstoff hergestellt ist. Die Hülse 135 wird im Ausführungsbeispiel in die Gießform für die Zylinderlaufbuchse 130 eingelegt und in an sich bekannter Weise mit der Zylinderlaufbuchse 130 vergossen. Nach der Fertigbearbeitung der Zylinderlaufbuchse 130 ergibt sich eine glatte äußere Oberfläche, die von der Hülse 135 und den frei liegenden Bereichen der äußeren Mantelfläche 134 gebildet wird, wobei die Hülse 135 bündig mit der Mantelfläche 134 abschließt.
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit
10 für einen Verbrennungsmotor. Die Baueinheit 10 weist ein oberes Zylindergehäuse 11 und ein daran angrenzendes unteres Kurbelgehäuse 12 auf. Das Zylindergehäuse 11 und das Kurbelgehäuse 12 bestehen in an sich bekannter Weise bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung auf der Basis von Aluminium oder Magnesium oder aus einer Gußeisenlegierung. Im Zylindergehäuse 11 ist mindestens eine Zylinderlaufbuchse 30 gemäß Figur 1 eingesetzt. Die Zylinderlaufbuchse 30 ist im Ausführungsbeispiel mittels einer Stufe 23 im Zylindergehäuse 11 zentriert. Die in den Zylinderlaufbuchsen 30 gleitenden Kolben sind in bekannter Weise über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden (nicht dargestellt). Dabei ist die Kurbelwelle in im Kurbelgehäuse 12 ausgebildeten Lagerstellen 14 gelagert.
Zur Kühlung der Zylinderlaufbuchse 30 während des Betriebs ist im Zylindergehäuse 1 1 ein die Zylinderlaufbuchse 30 umgebender Kühlmittelraum 13 vorgesehen. Dieser Kühlmittelraum 13 ist in Form einer Ausnehmung direkt im Zylindergehäuse
11 ausgebildet und umgibt die Zylinderlaufbuchse 30 entlang nahezu ihrer gesamten axialen Höhe. Erfindungsgemäß steht das im Kühlmittelraum 13 vorhandene Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Hülse 35, welche die äußere Mantelfläche 34 der Zylinderlaufbuchse 30 umgibt. Die Hülse 35 und die innere Mantelfläche 21 des Kühlmittelraums 13 begrenzen denselben in radialer Richtung. Der Kühlmittelraum ist nach oben mittels des Flansches 32 und eines Zylinderkopfdeckels 17 dicht abgeschlossen.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit 110 für einen Verbrennungsmotor. Die Baueinheit 110 entspricht im Wesentlichen der Baueinheit 10 gemäß Figur 3, so dass gleiche Strukturelemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich auf die Figurenbeschreibung zu Figur 3 verwiesen wird. Die Baueinheit 110 weist ebenfalls ein oberes Zylindergehäuse 111 und ein daran angrenzendes unteres Kurbelgehäuse 112 auf. Im Zylindergehäuse 111 ist mindestens eine Zylinderlaufbuchse 130 gemäß Figur 2 eingesetzt. Die Zylinderlaufbuchse 130 ist im Ausführungsbeispiel mittels einer Stufe 123 sowie mittels ihres Flansches 132 im Zylindergehäuse 111 zentriert. Die Zylinderlaufbuchse 130 ist ferner mittels eines Zylinderkopfdeckels 117 fixiert.
Zur Kühlung der Zylinderlaufbuchse 130 während des Betriebs ist im Zylindergehäuse 111 ein die Zylinderlaufbuchse 130 umgebender Kühlmittelraum 113 vorgesehen. Dieser Kühlmittelraum 113 ist in Form einer Ausnehmung direkt im Zylindergehäuse 111 ausgebildet und umgibt die Zylinderlaufbuchse 130 nur über die axiale Höhe ihrer Hülse 135. Erfindungsgemäß steht das im Kühlmittelraum 113 vorhandene Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Hülse 135, welche die äußere Mantelfläche 134 der Zylinderlaufbuchse 130 umgibt. Die Hülse 135 und die innere Mantelfläche 121 des Kühlmittelraums 113 begrenzen denselben in radialer Richtung.
Im Ergebnis ist die äußere Mantelfläche 34, 134 der Zylinderlaufbuchse mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Hülse 35, 135 wirksam vor Kavitationsschäden geschützt, die von dem im Kühlmittelraum 13, 113 vorhandenen Kühlmittel ausgehen.

Claims

Patentansprüche
1. Zylinderlaufbuchse (30, 130) für ein Zylinderkurbelgehäuse (11 , 12; 111 , 112) eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche (34, 134) der Zylinderlaufbuchse (30, 130) von einer Hülse (35, 235) aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist.
2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte äußere Mantelfläche (34) der Zylinderlaufbuchse (30) von einer Hülse (35) aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist.
3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35, 135) aus einem Stahlwerkstoff besteht.
4. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (30, 130) aus einem Gusseisenwerkstoff besteht.
5. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35) auf die äußere Mantelfläche (34) der Zylinderlaufbuchse (30) aufgeschrumpft ist.
6. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (135) mit der äußeren Mantelfläche (134) der Zylinderlaufbuchse (130) vergossen ist.
7. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (135) zumindest einen Teilbereich der äußeren Mantelfläche (134) der Zylinderlaufbuchse (130) umgibt und mit der äußeren Mantelfläche (134) der Zylinderlaufbuchse (130) bündig abschließt.
8. Baueinheit (10, 110) aus mindestens einer Zylinderlaufbuchse (30, 130) und einem Zylinderkurbelgehäuse (11 , 12; 111 , 112) für einen Verbrennungsmotor, mit mindestens einem der mindestens einen Zylinderlaufbuchse (30, 130) zugeordneten Kühlmittelraum (13, 113), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche (34, 134) der Zylinderlaufbuchse (30, 130) von einer dem mindestens einen Kühlmittelraum (13, 113) zugekehrten Hülse (35, 135) aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist.
9. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte äußere Mantelfläche (34) der Zylinderlaufbuchse (30) von einer dem mindestens einen Kühlmittelraum (13) zugekehrten Hülse (35) aus einem metallischen Werkstoff umgeben ist.
10. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35, 135) aus einem Stahlwerkstoff besteht.
11. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (30, 130) aus einem Gusseisen Werkstoff besteht.
12. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (135) zumindest einen Teilbereich der äußeren Mantelfläche (134) der Zylinderlaufbuchse (130) umgibt und mit der äußeren Mantelfläche (134) der Zylinderlaufbuchse (130) bündig abschließt.
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