DE2725059A1 - Cylinder guide sleeve for IC engine - has extension with surrounding support ring containing water cooling passages - Google Patents

Abstract

The cylinder guide sleeve (1) has a thin wall extension (3) at the end nearest the cylinder head (2). This extension has a conical outer surface. A support ring (4) is welded to the outside of the extension. The support ring forms an upper flange (5) and has a cylindrical section (6) with a conical outer face round the guide sleeve extension. Grooves (7) in the outer face of this section of the ring form a continuous helix. The helix connects a cooling water space (9) between the crankcase (8) and the guide sleeve (1) with a cooling water outlet channel (10) in the flange (5) of the support ring (4). This arrangement enables the guide sleeve to be water cooled without having to be thickened to accommodate water passages.

Description

Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraft- Water-cooled reciprocating piston

maschine mit nassen Zylinderlaufbuchsen Die Erfindung bezieht sich auf eine wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbuchsen, die mittels eines Bundes durch Verspannen zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse befestigt sind. machine with wet cylinder liners The invention relates to on a water-cooled reciprocating internal combustion engine with wet cylinder liners, by means of a collar by bracing between a cylinder head and a Crankcase are attached.

Die Leistungssteigerung von Hubkolbenbrennkraftmaschinen bezogen auf ein gleiches Hubvolumen hat hohe Wärmebelastungen der Zylinderlaufbuchsen insbesondere im Bereich des Laufbuchsenbundes zur Folge. Um die Bauteilbeanspruchung herabzusetzen, müßte die Wandstärke der Zylinderlaufbuchse entsprechend dem ansteigenden spezifischen Wärmefluß verringert werden. Diese konstruktive Maßnahme ist aber nur zum Teil realisierbar, da außerdem dafür gesorgt werden muß, daß die aus dem Gasdruck resultierende mechanische Beanspruchung durch entsprechende Abmessungen der Zylinderlaufbuchse beherrscht wird. Es ist bekannt (DT-PS 761 637), die Wärmebelastung von Zylinderlaufbuchsen durch im wesentlichen längs verlaufende Kühlwasserbohrungen zu verringern. Diese Kühlwasserbohrungen stehen einerseits mit dem Kühlwasserraum des Kurbelgehäuses und andererseits mit den Kühlwasserräumen der Zylinderköpfe in Verbindung. Eine entsprechende Ausgestaltung der Kühlwasserführung setzt jedoch große radiale Abmessungen in diesem Teil der Laufbuchse voraus, um ausreichende Strömungsquerschnitte und Wärmeaustauschflächen für den Wärmeübergang zu erzielen. Diese große Buchsenwandstärke ist auch erforderlich, um die Kühlwasserbohrungen mit ausreichender Sicherheit für die Restwandstärke fertigen zu können. Die Fertigung selbst ist sehr teuer. Außerdem ist zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit des Laufbuchsenbundes eine VeE mßerung der Bundhöhe erforderlich. Die Änderung des Laufbuchsenbundes hat demnach auch Auswirkungen auf die Gestaltung des Kurbelgehäuses und die Anordnung der Zylinderkopfschrauben. Diese Notwendigkeit der Anpassung tritt dann als großer Nachteil in Erscheinung, wenn im Zuge der Weiterentwicklung einer vorhandenen Motorbaureihe thermische Überbeanspruchungen der Zylinderlaufbuchse durch die Verwendung einer Zylinderlaufbuchse mit Kühlwasserbohrungen gesenkt werden sollen.The increase in performance of reciprocating internal combustion engines based on the same stroke volume has high thermal loads on the cylinder liners in particular in the area of the liner collar. In order to reduce the component stress, the wall thickness of the cylinder liner would have to correspond to the increasing specific Heat flow can be reduced. However, this constructive measure can only be partially implemented, since it must also be ensured that the mechanical Stress controlled by the corresponding dimensions of the cylinder liner will. It is known (DT-PS 761 637), the thermal load on cylinder liners to be reduced by essentially longitudinal cooling water bores. These Cooling water bores are on the one hand with the cooling water space of the crankcase and on the other hand in connection with the cooling water spaces of the cylinder heads. One However, a corresponding design of the cooling water supply implies large radial dimensions in this part of the liner advance to have sufficient flow cross-sections and To achieve heat exchange surfaces for the heat transfer. This large bushing wall thickness is also required to make the cooling water wells with sufficient safety for to be able to manufacture the remaining wall thickness. The manufacturing itself is great expensive. In addition, to achieve sufficient strength of the liner collar an increase in the waistband height is required. The change in the liner collar has accordingly also effects on the design of the crankcase and the arrangement the cylinder head bolts. This need for adjustment then occurs as a major one Disadvantage in appearance if in the course of the further development of an existing engine series thermal overloading of the cylinder liner through the use of a Cylinder liner with cooling water holes are to be lowered.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden und möglichst ohne nennenswerte Änderungen der äußeren Abmessungen einer Zylinderlaufbuchse, insbesondere der Höhe des Auflagebundes und der radialen Wandstärke im gekühlten Bereich eine Senkung der thermischen Beanspruchung zu erzielen, wobei ein ausreichender Schutz gegenüber mechanischer Überbeanspruchung besteht.It is therefore an object of the present invention to provide those described above Avoid difficulties and, if possible, without any noticeable changes in the external environment Dimensions of a cylinder liner, in particular the height of the support collar and the radial wall thickness in the cooled area reduces the thermal stress to achieve, with sufficient protection against mechanical overload consists.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylinderlaufbuchse an dem dem Zylinderkopf benachbarten Ende eine Verjüngung ihres Außendurchmessers mit einer zylindrischen oder konischen Paßfläche aufweist, die von einem den Bund bildenden Stützring umgeben ist und daß der Stützring an seiner mit der Paßfläche der Zylinderlaufbuchse korrespondierenden Innenmantelfläche und/oder die Paßfläche zumindest eine Nut zur Kühlwasserführung aufweist, die zylinderkopfseitig im Bereich des Stützringes in zumindest einen Kühlwassersammelkanal mündet. Mit der beschriebenen Ausführung einer Zylinderlaufbuchse in Verbundbauweise können größere Wärmestromdichten, die bei hohen Leistungen pro Hubvolumen auftreten, beherrscht werden, ohne daß die höheren thermischen Belastungen zu Rissen in der Zylinderlaufbuchse führen.The object is achieved according to the invention in that the cylinder liner at the end adjacent to the cylinder head a tapering of its outer diameter having a cylindrical or conical mating surface, the collar of one forming support ring is surrounded and that the support ring on its with the mating surface the inner circumferential surface and / or the mating surface corresponding to the cylinder liner has at least one groove for guiding the cooling water, the cylinder head side in the area of the support ring opens into at least one cooling water collecting duct. With the described Execution of a cylinder liner in composite construction can achieve higher heat flux densities, which occur at high performances per stroke volume can be mastered without the higher thermal loads lead to cracks in the cylinder liner.

Gegenüber bekannten Ausführungen einteiliger Zylinderlaufbuchsen mit Bohrungskühlung, bietet die beschriebene Ausführungsform der Verbundbauweise den Vorteil, daß eine entsprechend ausgeführte Zylinderlaufbuchse den gleichen Einbauraum in das Kurbelgehäuse beansprucht wie einteilige konventionelle Zylinderlaufbuchsen mit Außenwandkühlung. Bei der Verbundbauweise übernimmt der Stützring den überwiegenden Teil der mechanischen Belastung, so daß die Laufbuchse im oberen Bereich mit sehr dünner Wandstärke ausgeführt werden kann. Bei gleicher Wärme stromdichte entstehen aufgrund des kürzeren Wärmestromweges geringere Temperaturdifferenzen und folglich sind die aus der thermischen Belastung resultierenden Wärmespannungen geringer. Außerdem wird durch die Kühlwasserführung mit Hilfe der Nuten eine intensive Kühlung des Bundes erzielt, wodurch hohe Temperaturdifferenzen zwischen dem Bund und der Auflagefläche des Kurbelgehäuses vermieden werden, die anderenfalls zu einer Reibbewegung zwischen den Bauteilen und zur Zerstörung der Auflageflächen führen würde. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Nuten ein- oder mehrgängig schraubenförmig verlaufend herzustellen. Die Nuten lassen sich dabei am Stützring durch Hinterdrehung fertigen und können entsprechend ihrer Gestalt zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums führen und eine wirksame Abschirmung des Bundes gegen einfallende Wärme ergeben.Compared to known designs, one-piece cylinder liners with Borehole cooling, the embodiment of the composite construction described offers the The advantage that a correspondingly designed cylinder liner has the same installation space stressed into the crankcase like one-piece conventional cylinder liners with external wall cooling. In the composite construction, the support ring takes on the predominant part Part of the mechanical load, so that the liner in the upper area with very thin wall thickness can be performed. With the same heat current density arise due to the shorter heat flow path, lower temperature differences and consequently the thermal stresses resulting from the thermal load are lower. In addition, the cooling water supply with the help of the grooves provides intensive cooling of the federal government, causing high temperature differences between the federal government and the Contact surface of the crankcase can be avoided, which would otherwise lead to a frictional movement between the components and would lead to the destruction of the bearing surfaces. In further An embodiment of the invention provides that the grooves are single-threaded or multi-threaded to make progressive. The grooves can be turned back on the support ring manufacture and can, depending on their shape, lead to high flow velocities of the coolant lead and an effective shielding of the federal government against incident Heat.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die radiale Abmessung des Stützringes kleiner als 10 % des Innendurchmessers der Zylinderlaufbuchse ist. Die Zylinderlaufbuchse soll dabei im Bereich der Paßfläche eine Wandstärke von etwa 3 % ihres Innendurchmessers haben. Durch eine entsprechende Gestaltung des Bundes der Zylinderlaufbuchse lassen sich die Außenabmessungen konventioneller Zylinderlaufbuchsen ohne Bundkühlung einhalten. Die Materialeigenschaften des Stützringes werden ausschlißelich auf die auftretenden mechanischen Beanspruchungen abgestimmt, während die Materialauswahl für die Zylinderlaufbuchse im Hinblick auf die Sicherstellung einer guten Laufeigenschaft für den Kolben getroffen werden kann.It is also provided that the radial dimension of the support ring is smaller than 10% of the inner diameter of the cylinder liner. The cylinder liner should have a wall thickness of about 3% of its inner diameter in the area of the mating surface to have. Let the collar of the cylinder liner be designed accordingly the external dimensions of conventional cylinder liners are maintained without flange cooling. The material properties of the support ring are exclusively based on the occurring mechanical stresses matched, while the material selection for the cylinder liner with a view to ensuring good running properties for the piston can be taken.

Es wird außerdem vorgeschlagen, daß der Stützring auf der Paßfläche der Zylinderlaufbuchse'durch Hartlöten, Elektronenstrahlschweißen, Reibschweißen oder Sprengplattieren befestigt ist. Zur Verhinderung der Einwirkung von Verbrennungsgasen auf die Paß fläche wird das zylinderkopfseitige Ende des zwischen dem Hohlzylinder und dem Stützring gebildeten Spaltes durch Aufwalzen, Verstemmen oder eine zusätzliche Schweißnaht verschlossen.It is also proposed that the support ring on the mating surface the cylinder liner by brazing, electron beam welding, friction welding or explosive cladding is attached. To prevent the effects of combustion gases on the mating surface is the end of the cylinder head side between the hollow cylinder and the support ring formed gap by rolling, caulking or an additional Weld seam closed.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an embodiment is shown in simplified form.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt einer Zylinderlaufbuchse mit einem auf einer konischen Paßfläche der Zylinderlaufbuchse angeordneten Stützring.The figure shows a longitudinal section through the upper portion of a Cylinder liner with a on a conical mating surface of the cylinder liner arranged support ring.

In der Figur ist mit 1 eine Zylinderlaufbuchse bezeichnet, die an ihrem einem Zylinderkopf 2 benachbarten Ende eine Verjüngung ihres Außendurchmessers mit einer konischen Paßfläche 3 aufweist.In the figure, 1 denotes a cylinder liner, which on its end adjacent to a cylinder head 2 has a tapering of its outer diameter having a conical mating surface 3.

Auf dieser konischen Paßfläche 3 ist durch Hartlöten, Sprengplattieren, Elektronenstrahl- oder Reibschweißen ein Stützring 4 befestigt, der einen Bund 5 bildet. Der Stützring 4 hat eine ebenfalls konische, parallel zur Paßfläche 3 verlaufende Innenmantelfläche 6, die Nuten 7 aufweist, welche schraubenförmig von einem zwischen der Zylinderlaufbuchse 1 und einem Kurbelgehäuse 8 gebildeten Kühlwasserraum 9 zu im Bund 5 des Stützringes 4 angeordneten Kühlwassersamrnelkanälen 10 führen. Die Kühlwasersammelkanäle 10 münden in einen Ringsammelraum 11, der durch einen am Umfang des Bundes 5 befestigten, im Querschnitt gesehen U-förmigen Kühlwassersammelring 12 gebildet wird. An den Ringsammelraum 11 ist ein nicht dargestellter Stutzen angeschlossen, der das Kühlwasser in den Zylinderkopf 2 oder eine ebenfalls nicht dargestellte Kühlwassersammelleitung leitet. Das zylinderkopfseitige Ende eines nach der Montage des Stützringes 4 auf der Paßfläche 3 zwischen diesen Bauteilen möglicherweise auftretenden Spaltes 13 ist durch eine zusätzliche Schweißnaht 14 verschlossen, so daß keine Verbrennungsgase an die Paßfläche 3 gelangen können.On this conical mating surface 3 is by brazing, explosive plating, Electron beam or friction welding, a support ring 4 is attached, which has a collar 5 forms. The support ring 4 also has a conical one that runs parallel to the mating surface 3 Inner circumferential surface 6, which has grooves 7 which are helically formed by a between the cylinder liner 1 and a crankcase 8 formed cooling water space 9 to lead in the collar 5 of the support ring 4 arranged Kühlwassersamrnelkanäle 10. the Cooling water collecting ducts 10 open into an annular collecting space 11, the by one attached to the circumference of the collar 5, seen in cross section, U-shaped Cooling water collecting ring 12 is formed. A not shown is attached to the annular collecting chamber 11 Nozzle connected, which the cooling water in the cylinder head 2 or one as well coolant water manifold, not shown, conducts. The end on the cylinder head side one after the assembly of the support ring 4 on the mating surface 3 between these components Any gap 13 that may occur is due to an additional weld seam 14 closed so that no combustion gases can reach the mating surface 3.

Wie aus der Figur hervorgeht, läßt sich durch die Verbundbauweise der Zylinderlaufbuchse 1 mit dem Stützring 4 eine besonders intensive Kühlung der Zylinderlaufbuchse im Bereich ihres Bundes 5 schaffen. Die entsprechend ausgeführte Zylinderlaufbuchse 1 benötigt dabei den gleichen Einbauraum wie konventionelle Laufbuchse ohne Bundkühlung in das Kurbelgehäuse, so daß bei einer Verbesserung der Kühlung an einer bestehenden Motorenbaureihe keine Änderung der Abmessungen des Kurbelgehäuses 9 erforderlich ist. Der Stützring 4, der den überwiegenden Teil der mechanischen Belastung übernimmt, läßt sich bei geringem fertigungstechnischen Aufwand mit den Nuten 7, dem Kühlwassersammelkanal 10 und dem Ringsammelraum 11 versehen.As can be seen from the figure, the composite construction the cylinder liner 1 with the support ring 4 a particularly intensive cooling of the Create cylinder liner in the area of your collar 5. The correspondingly executed Cylinder liner 1 requires the same installation space as conventional liner without collar cooling in the crankcase, so that with an improvement in the cooling no change in the dimensions of the crankcase on an existing engine series 9 is required. The support ring 4, which is the predominant part of the mechanical Load takes over, can be with little manufacturing effort with the Grooves 7, the cooling water collecting duct 10 and the annular collecting space 11 are provided.

L e e rus e i t eL e rus e i t e

Claims (6)

Patentansprüche Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbuchsen, die mittels eines Bundes durch Verspannen zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (1) an dem dem Zylinderkopf (2) benachbarten Ende eine Verjüngung ihres Außendurchmessers mit einer zylindrischen oder konischen Paßfläche (3) aufweist, die von einem den Bund (5) bildenden Stützring (4) umgeben ist, und daß der Stützring (4) an seiner mit der Paßfläche (3) der Zylinderlaufbuchse (1) korrespondierenden InnenmantelfIäche (6) und/oder die Paßfläche (3) zumindest eine Nut (7) zur Kühiwasserführung aufweisen, die einerseits an den Kühlwasserraum (9) angeschlossen ist und andererseits zylinderkopfseitig im Bereich des Stützringes (4) in zumindest einen Kühiwassersammelkanal (10) mündet. Claims Water-cooled reciprocating internal combustion engine with wet Cylinder liners, which are clamped between a cylinder head by means of a collar and a crankcase, characterized in that the cylinder liner (1) at the end adjacent to the cylinder head (2) a tapering of its outer diameter having a cylindrical or conical mating surface (3), which of one of the Collar (5) forming the support ring (4) is surrounded, and that the support ring (4) on his with the mating surface (3) of the cylinder liner (1) corresponding inner jacket surface (6) and / or the mating surface (3) have at least one groove (7) for guiding the cooling water, which is connected on the one hand to the cooling water space (9) and on the other hand on the cylinder head side in the area of the support ring (4) opens into at least one Kühiwassersammelkanal (10). 2. Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7) ein-oder mehrgängig schraubenförmig verlaufend angeordnet ist.2. Water-cooled reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized characterized in that the groove (7) is arranged to run in a single or multiple threads in a helical manner is. 3. Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abmessung des Stützringes (4) kleiner als 10 X des Innendurchmessers der Zylinderlaufbuchse (1) ist.3. Water-cooled reciprocating internal combustion engine according to one of the claims 1 or 2, characterized in that the radial dimension of the support ring (4) is less than 10 X the inner diameter of the cylinder liner (1). 4. Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (1) im Bereich der Paßfläche (3) eine Wandstärke von etwa 3 % ihres Innendurchmessers hat.4. Water-cooled reciprocating internal combustion engine according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the cylinder liner (1) in the area of the mating surface (3) has a wall thickness of about 3% of its inner diameter. 5. Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (4) auf der Paßfläche (3) der Zylinderlaufbuchse (1) durch Hartlöten, Elektronenstrahlschweißen, Reibschweißen oder Sprengplattieren befestigt ist.5. Water-cooled reciprocating internal combustion engine according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the support ring (4) on the mating surface (3) of the Cylinder liner (1) by brazing, electron beam welding, friction welding or explosive cladding is attached. 6. Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zylinderkopfseitige Ende des zwischen der Zylinderlaufbuchse (1) und dem Stützring (4) gebildeten radialen Spaltes (13) durch Aufwalzen, Verstemmen oder eine zusätzliche Schweißnaht (14) verschlossen ist.6. Water-cooled reciprocating internal combustion engine according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the end of the cylinder head between the Cylinder liner (1) and the support ring (4) formed through the radial gap (13) Rolling on, caulking or an additional weld seam (14) is closed.