DE2725059A1

DE2725059A1 - Wassergekuehlte hubkolbenbrennkraftmaschine mit nassen zylinderlaufbuchsen

Info

Publication number: DE2725059A1
Application number: DE19772725059
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Keylwert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1978-12-14

Description

Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraft-
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt einer Zylinderlaufbuchse mit einem auf einer konischen Paßfläche der Zylinderlaufbuchse angeordneten Stützring.
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.
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.
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.
L e e rus e i t e

Claims

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.
2. Wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7) ein-oder mehrgängig schraubenförmig verlaufend angeordnet ist.
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.
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.
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.
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.