DE102007007977A1

DE102007007977A1 - Luftspaltisolation an einer Zylinderbüchse

Info

Publication number: DE102007007977A1
Application number: DE102007007977A
Authority: DE
Inventors: Diethard Plohberger
Original assignee: Deutz Power Systems GmbH
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 2007-02-17
Filing date: 2007-02-17
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US7726267B2; ES2384192T3; EP1965068A1; US20080196686A1; ATE549500T1; EP1965068B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einer von einem Zylinderkopf abgedeckten, flüssigkeitsgekühlten Zylinderbüchse zwischen einem unteren und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, wobei die Zylinderbüchse über einen Zylinderbüchsenbund in einem Gehäuse eingesetzt und fixiert ist und wobei in einer zylinderkopfseitigen Ausnehmung der Zylinderbüchse bei der OT-Stellung des Kolbens ein bis angenähert an eine oberste in den Kolben eingelassene Kolbenringnut ragender Einsatzring eingesetzt ist. Erfindungsgemäß wird eine derartige Brennkraftmaschine in der Form weitergebildet, dass die Verformungen im Bereich des brennraumseitigen Endes der Zylinderbüchse verringert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zylinderbüchsenbund eine Höhe aufweist, die maximal der Höhe des Einsatzrings entspricht. Weiterhin ist vorgesehen, zwischen dem Einsatzring und der Zylinderbüchse eine Isolierung vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einer von einem Zylinderkopf abgedeckten, flüssigkeitsgekühlten Zylinderbüchse zwischen einem unteren und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, wobei die Zylinderbüchse über einen Zylinderbüchsenbund in einem Gehäuse eingesetzt und fixiert ist, und wobei in einer zylinderkopfseitigen Ausnehmung der Zylinderbüchse bei der OT-Stellung des Kolbens ein bis angenähert an eine oberste in den Kolben eingelassene Kolbenringnut ragender Einsatzring eingesetzt ist.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 1 900 922 B bekannt. Der Gegenstand dieses Patents beschäftigt sich damit, eine Kolben-Zylinderbüchsen-Anordnung verfügbar zu machen, bei der trotz eines Vorhandenseins eines vergrößerten, ringförmigen Zwischenraums zwischen Kolben und Zylinderbüchse ein Ölkohlebelag, der die Zylinderinnenwand berühren könnte, in eben diesem Zwischenraum vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Innenwand der Zylinderbüchse an ihrem brennkammerseitigen Ende einen durchmesserverengten Abschnitt aufweist. Dieser Abschnitt wird durch einen in die Zylinderbüchse eingelassenen Einsatzring hergestellt, wobei der Einsatzring vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Zylinderbüchse hergestellt ist und fest in die Ausnehmung eingesetzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Brennkraftmaschine in der Form weiterzubilden, dass die Verformungen im Bereich des brennraumseitigen Endes der Zylinderbüchse verringert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Zylinderbüchsenbund eine Höhe aufweist, die maximal der Höhe des Einsatzrings entspricht. Dadurch kann im Rahmen von vorgegebenen Randbedingungen der Zylinderbüchsenbund erheblich steifer, als dies beim Stand der Technik möglich ist, ausgebildet sein. Dabei kann dann auf sonstige festigkeitssteigernde Maßnahmen, beispielsweise in der Hohlkehle der Zylinderbüchse, verzichtet werden. Es ist zwar bekannt, dass in diesem brennraumseitigen Bereich der Brennkraftmaschine hohe thermische Belastungen auftreten. Diesen thermischen Belastungen ist in der Vergangenheit entgegengewirkt worden, indem gerade in diesem Bereich eine intensive Kühlung angestrebt wurde. Eine solche intensive Kühlung macht es aber erforderlich, diesen Bereich der Zylinderbüchse entsprechend filigran auszubilden, wodurch dieser Bereich der Zylinderbüchse, beispielsweise verursacht durch die Gaskräfte in der Zylinderbüchse, verstärkt anfällig gegenüber Verzug ist. Diese Anfälligkeit wird über den Umfang der Zylinderbüchse aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken des umgebenden Kurbelgehäuses oder eines sonstigen Zwischengehäuses verstärkt. Begünstigt wird das Auftreten von den Verzug begünstigenden unterschiedlichen Wandstärken in diesem Bereich durch enge Zylinderabstände, die aufgrund des Wunsches nach kurzbauenden Brennkraftmaschinen auftreten oder sich bei Weiterentwicklungen vorhandener Brennkraftmaschinen aufgrund von Bohrungsvergrößerungen einstellen. Diese Probleme werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermieden, wobei für die Realisierung dieser Ausgestaltung zunächst die Erkenntnis nötig war, dass in der Vergangenheit die thermischen Belastungen zu sehr in den Vordergrund gestellt worden sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Einsatzring und der Zylinderbüchse eine Isolierung vorgesehen. Dadurch wird in diesem Bereich die Wärmeabfuhr von dem Zylinderbrennraum in die Zylinderbüchse bzw. das umgebende Gehäuse deutlich (um bis zu 30%) verringert, so dass im Ergebnis dieser Bereich nicht so intensiv gekühlt werden muss. Durch die Reduzierung der notwendigen Kühlraumfläche in diesem Bereich kann die Zylinderbüchse in diesem Bereich massiver und verwindungssteifer ausgebildet sein. Die durch die Isolierung auftretenden höheren Temperaturen in dem Zylinderbrennraum können durch eine Intensivierung der Kühlung insbesondere im Bereich des Zylinderkopfs und sonstige Maßnahmen, beispielsweise durch eine angepasste Abstimmung der Verbrennung, zumindest teilweise aufgefangen werden, so dass sich zum Beispiel bezüglich der Abgasemissionen und dem Verbrauch keine Nachteile ergeben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Isolierung eine Luftspaltisolierung, die vorzugsweise als zumindest eine umlaufende Vertiefung in dem Außenumfang des Einsatzringes oder in dem Innenumfang der Ausnehmung, beispielsweise durch entsprechende Materialrücknahme, ausgebildet ist. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung hier auch kombinierte Ausgestaltungen, also beispielsweise in den Außenumfang des Einsatzrings und den Innenumfang der Ausnehmung angeordnete Vertiefungen, vorgesehen sein, wobei darauf zu achten ist, dass einerseits eine gute Isolationswirkung erzielt wird, andererseits der Einsatzring fest in der Zylinderbüchse gehalten wird.
In weiterer Ausgestaltung kann die Isolierung durch einen zusätzlichen Isolierring zwischen dem Einsatzring und der Zylinderbüchse gebildet sein. Hierzu kommt beispielsweise ein Keramikmaterial in Frage. Der Vorteil eines zusätzlichen Ringes besteht in der dadurch erreichten zusätzlichen Abstützung des Einsatzrings in der Zylinderbüchse und der insgesamt noch zusätzlich weiter versteiften Zylinderbüchse.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung des brennraumseitigen Endes einer Zylinderbüchse mit in die Zylinderbüchse eingelassener Luftspaltisolierung und
2 eine Schnittdarstellung des brennraumseitigen Endes einer Zylinderbüchse mit in die Zylinderbüchse eingelassener Luftspaltisolierung mit in den Einsatzring eingelassener Luftspaltisolierung.
1 zeigt eine Schnittdarstellung des brennraumseitigen Endes einer Zylinderbüchse 1 einer insbesondere gasbetriebenen Brennkraftmaschine. Die Zylinderbüchse 1 weist einen Zylinderbüchsenbund auf, der zwischen einem Zylinderkopf 3 und einem Gehäuse 4, insbesondere einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine, eingespannt ist. Zur Abdichtung der Zylinderbüchse 1 gegenüber dem Zylinderkopf 3 ist zwischen diesen Bauteilen eine Zylinderkopfdichtung 5 angeordnet, die so angeordnet ist, das keine Verspannung des Zylinderbüchsenbundes auftritt. Zwischen der Zylinderbüchse 1 und dem Gehäuse 4 ist ein Wassermantel 6 angeordnet, der mit Kühlwasser beschickt wird, und der sich bis unterhalb des Zylinderbüchsenbundes 2 erstreckt.
In die Zylinderbüchse 2 ist auf der dem Zylinderkopf 3 zugewandten Seite eine Ausnehmung 7 eingearbeitet, die sich von dem zylinder kopfseitigen Ende der Zylinderbüchse 1 bis in einen Bereich unterhalb des gehäuseseitigen Endes des Zylinderbüchsenbundes 2 erstreckt. In diese Ausnehmung 7 ist ein Einsatzring 8 eingelassen, der vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Zylinderbüchse 1, beispielsweise Gusseisen, hergestellt ist. Der Einsatzring 8 weist an seinem Außenumfang eine Luftspaltisolierung auf, die im Ausführungsbeispiel in Form von drei ringförmigen umlaufenden Vertiefungen 9 in den Einsatzring 8 eingelassen sind. Der Einsatzring 8 weist bevorzugt einen Innendurchmesser auf, der geringfügig kleiner als der der Zylinderbüchse 1 in dem Bereich unterhalb der Ausnehmung 7 ist. Dieser Vorstand des Einsatzrings 8 bewirkt, dass sowohl an dem in den Einsatzring 8 eintauchenden Feuersteg des Kolbens 10 anhaftende Ölkohle abgeschabt wird (selbstverständlich auch an dem Einsatzring 8 anhaftende Ölkohle). Die Eintauchtiefe des Kolbens 10 in den Einsatzring ist so ausgelegt, dass ein in eine obere Kolbenringnut 11 eingesetzter Kolbenring 12 bei der oberen Totpunktlage (OT-Lage) des Kolbens in der Zylinderbüchse gerade nicht mit dem Einsatzring 8 in Berührung gelangt.
Die Dicke des Einsatzrings 8 liegt bevorzugt im Bereich von 10%–15% der Gesamtdicke des Zylinderbüchsenbundes 2 einschließlich der Dicke der Ausnehmung 7. Die Ringe des Einsatzrings 8 sind um ca. 20% größer als die Höhe des Zylinderbüchsenbundes 2.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem gemäß 1 dadurch, dass die Vertiefungen 9 in die Ausnehmung 7 der Zylinderbüchse 1 eingelassen, beispielsweise eingedreht, sind.
Die Vertiefungen weisen in beiden Ausgestaltungen eine Tiefe von bis zu 20% der Dicke des Einsatzringes auf. Weiterhin erstrecken sich die Vertiefungen insgesamt bis zu 75% der Höhe des Einsatzringes.

1: Zylinderbüchse
2: Zylinderbüchsenbund
3: Zylinderkopf
4: Gehäuse
5: Zylinderkopfdichtung
6: Wassermantel
7: Ausnehmung
8: Einsatzring
9, 9a: Vertiefungen
10: Kolben
11: Kolbenringnut
12: Kolbenring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1900922 B [0002]

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einer von einem Zylinderkopf abgedeckten, flüssigkeitsgekühlten Zylinderbüchse zwischen einem unteren und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, wobei die Zylinderbüchse über einen Zylinderbüchsenbund in einem Gehäuse eingesetzt und fixiert ist, und wobei in einer zylinderkopfseitigen Ausnehmung der Zylinderbüchse ein bei der OT-Stellung des Kolbens bis angenähert an eine oberste in den Kolben eingelassene Kolbenringnut ragender Einsatzring eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderbüchsenbund (2) eine Höhe aufweist, die maximal der Höhe des Einsatzrings (8) entspricht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einsatzring (8) und der Zylinderbüchse (1) eine Isolierung vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung eine Luftspaltisolierung ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspaltisolierung als zumindest eine Vertiefung (9) in den Außenumfang des Einsatzrings (8) eingelassen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspaltisolierung als zumindest eine Vertiefung (9a) in den Innenumfang der Ausnehmung (7) eingelassen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung durch einen zusätzlichen Isolierring gebildet ist.