DE102011102203A1

DE102011102203A1 - Zylinderlaufbuchse sowie Baueinheit aus mindestens einer Zylinderlaufbuchse und einem Kurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102011102203A1
Application number: DE102011102203A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Issler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-05-21
Filing date: 2011-05-21
Publication date: 2012-11-22
Also published as: JP2014516131A; CN103608574A; BR112013029890A2; KR20140034212A; EP2715097A1; WO2012159606A1; US20140102401A1

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

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 Zylinderlaufbuchse, 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 erzeugt 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:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse im Schnitt;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse im Schnitt;
3 eine erfindungsgemäße Baueinheit mit der Zylinderlaufbuchse gemäß 1 in einer Teildarstellung im Schnitt;
4 eine erfindungsgemäße Baueinheit mit der Zylinderlaufbuchse gemäß 2 in einer Teildarstellung im Schnitt.
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.
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.
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 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 11 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.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit 110 für einen Verbrennungsmotor. Die Baueinheit 110 entspricht im Wesentlichen der Baueinheit 10 gemäß 3, so dass gleiche Strukturelemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich auf die Figurenbeschreibung zu 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 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

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.
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.
Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35, 135) aus einem Stahlwerkstoff besteht.
Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (30, 130) aus einem Gusseisenwerkstoff besteht.
Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35) auf die äußere Mantelfläche (34) der Zylinderlaufbuchse (30) aufgeschrumpft ist.
Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (135) mit der äußeren Mantelfläche (134) der Zylinderlaufbuchse (130) vergossen ist.
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.
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 Zylindedaufbuchse (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.
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.
Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35, 135) aus einem Stahlwerkstoff besteht.
Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (30, 130) aus einem Gusseisenwerkstoff besteht.
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.