DE2030983A1

DE2030983A1 - Zylinderbuchsenhalterung

Info

Publication number: DE2030983A1
Application number: DE19702030983
Authority: DE
Inventors: John Maxwell Stratton Michael Kaywood Peona IU Bailey (V St A)
Original assignee: Caterpillar Tractor Co , Peoria, 111 (VStA)
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1970-06-23
Publication date: 1971-01-07
Also published as: US3568573A; JPS4922963B1; GB1306545A; FR2052887A5; BE752518A; CA924599A

Description

Zylinderbüchsenhalterung

Motorblöcke, die Zylinderbüchsen verwenden^ sind für .gewöhnlieh mit Bohrungserweiterungen in der oberen Fläche des Motorblocks versehen, in denen die Flansοhen der Zylinderbuchsen sitzen. In vielen Fällen steht die ©tiere Fläche jedes** Flansches der Zylinderbüchse etwas über, die obere Fläche -des-Motorbl-ocks. ab, um zu .gestatten, daß ein Dichtungsring zwischen dem Zylinderkopf und dem.Flansch der Zylinderbuchse zusammengedrückt-, wird, um. eine Abdichtung für Verbrennungsgasβ hervorzurufen. Bei Motoren mit .mehreren* Zylinderbuchsen* führen- die Bearbeitungstoleranzen der *Bohrungsertreiterungen und der. Flanschen, der Zylinderbüchsen dazu, daß einige Zylinderbuchsen weiter über die obere Fläche des Motorblocks abstehen, als aniere» Wenn dies dor Fall ist,, bewirkt .das Aufschrauben des Zylinderkopf s auf den Motorblock, daß die weiter .-abstehenden Zylinder--.büchsen ihre jeweiligen BohrungierweitöronJ¹¹ größerem Belaitamgea auesetzen, als die Zylinderbüchsen,. -dleAreniger weit hervorstehen.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hammann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, TH ERESI ENSTRASSE 33 · Taltfom 2t 1203 · Telsgramm-Adroiittaipoili/MüncJien laytr. V«r«inibank München, Zweiflit. Otkar-von-Millcr-Rine, Kto.-Mr. SS24» · Poifidttdc-Konfoi MOndian Nr. 103397

OpptnautrlOroi PATENTANWALT DR, REINHOLD KHMIDT

Das relativ hohe Sohraulöendrehmoment, das erforderlich ist, um eine angemessene Abdichtung der Kopfiiehtung zu gewährleisten, führt oft zu einer übermäßigen Spannung in der Bohrungserweiterung,, und während ies Motortetrietoes führen zyklische und Wärmespannungen zu Hissen'der Erweiterungsbohrungen des Motorblookes, was zu dem Verlust des Vorsprungs der Zylinderbuchse und aur fehlerhaften Verbrennung®-» abdichtung führt.

Um diese Probleme zu überwinden, halsen ^arsehiedene Konstrtnk» tionen eine Stahlplatte vörtieaciet;, die auf ier oberen Fläche des Zylinderlloeks aufliegt und ©ine Bohrung und ©ine Er= woiterungsbohrung aufweist, die gleichachsig nit jeder Zylinderbohrting angeoria^t ist₉ wobei dar Flansch i©r ZyIin~ derbiichse im ier Bohriasagsari/eitemang <ä®r Platt© gohaltart wird» Es hat sich jedoch hsrarasgestelltj, daß Motorsm dieser Eonstriiktiom weiterhin trots tier größeren Festigkeit gar Eißtoiliaiig as öer Bohrraigs©rw©iterssiag übt Stahlplatte Meigt©m₀

Bei anderem Esastriiktioaea ist si-jigj<sh©m ü®m und dem Zylinderkopf @ia© Atostamisolbeiaa v"©rw®nd©t χ-ΐ@τά®Ώ.

Wotiei die ZyilnderMohs© aiaf ©iaor awis©Sa©Eag©l®gtQm V@r=» söhleiSplatt© oäer iirslst aiaf iQm Eylim(i©rtlools oraflag.

In diesen Fällea war ii© ©ra£

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Bei den oibem Ibesoiirielsemea- Varl)QQ0QriBEig©]ffi ®Twi®m si ο In ii© Abdichtung fir VerbrQsmasgsgas© al© mioEiit ©FfolgFQioia höhere Zylimäerii'iaoto ®ffsi©lf WQE⁵^Qm₀ heü(S oraiQs alofe ala verhältnismäßig

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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient eine verformbare Dichtung, die in einer Nut auf der oberen Fläche der Zylinderbüchse angeordnet ist, als eine Verbrennungsabdichtung, die sich der Nut anpaßt und eine Abdichtung an der unteren Fläche des Zylinderkopfs bildet, solange die auf die Zylinderbüchse wirkende Last die Zylinderbuchse in einer Metall—zu-Metal!-Berührung mit der Bodenfläche des Zylinderkopfs hält. Einstückig mit dem Zylinderblock ausgebildete Säulen wirken als Sitze für die Zylinderbuchsen. Wenn der Zylinderkopf auf den Block aufgesetzt wird, wird ein axialer Druck auf die Zylinderbuchsen und Säulen ausgeübt, so daß sie als eine steife Feder wirken«

Um die übermäßigen Belastungen auszugleichen, die auf die am weitesten aus dem Zylinderblock hervorstehenden Zylinderbüchsen infolge der Bearbeitungstoleranzen ausgeübt würden, kann ein nachgiebiges Abstandsstück zwischen der Büchsen— schulter und dem Säulensitz verwendet werden, um bei einer bestimmten Belastung, nachzugeben und eine begrenzte und gleiche Belastung auf allen Zylinderbüohsen aufrecht zu erhalten, unabhängig von dem Drehmoment, das beim Festziehen des Zylinderkopfs an dem Block erforderlich ist.

Während des Motorbetriebs wird die Zylinderbüchse und die Säule in axialer Richtung durch Wärme ausgedehnt, was dazu führt, daß das Abstandsstück noch etwas mehr zusammengedrückt wird. Wenn der Motor abkühlt und eine Zusammenziehung stattfindet, würde die nachlassende Belastung der Säule und der Zylinderbuchse dieser gestatten, die Berührung mit dem Zylinderkopf zu verlieren, wenn nicht der Umstand bestünde, daß die Säule und die Zylinderbüchse, die in axialer Richtung zusammengedrückt worden sind, um als eine Feder zu wirken, nachgeben, um einen Druck an dem Zylinderkopf auf» recht zu erhalten. Somit .werden die Zylinderbüchse und ihre

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verformbare Dichtung daran gehindert, die Berührung mit dem Zylinderkopf zu verlieren.

In einer anderen abgewandelten Ausführungsform könnte das nachgiebige Abstandsstück durch ein wahlweise eingesetztes massives Abstandsstück ersetzt werden. Bei Verwendung mit mehreren Zylinderbuchsen wurden die Abstandstücke so ausgewählt, daß sich ein gleicher Vorsprung der Zylinderbüchsen über dem Motorblock ergibt, wodurch ein gleicher Kopfdruck auf alle Zylinderbuchsen gewährleistet würde» Wie in dem zuvor kurz beschriebenen Ausführuögsbeispiel gewährleistet das elastische Nachgeben jeder Zylinderbüchse und Säule die Metall-zu-Metall-Beriihrung zwischen der oberen Fläche des Büchsenflansches und der unteren Fläche des Zylinderkopfes.

Es wurde ferner festgestellt, daß durch die Form der weiter unten ausführlicher zu beschreibenden. Ausführraxgsbeispiele der Erfindung die Kerblbeanspruehungen durch das Wegfallen der Bohrungserweiterungen ausscheiden, daß ferner die Notwendigkeit für die Ausbildung eines Flansches am oberen Ende der Zylinderbuchse entfällt, und daß eine wesentlich verbesserte Kühlung des oberen Endes der Zylinderbuchse ermöglicht wird® Dieses letztere Merkmal ergibt eine Verringerung der termischen zyklischen Beanspruchung der Verbrennungsdichtung, da der gesamte obere. Teil der Zylinderbüchse nunmehr gekühlt werden kann»

Als ein weiterer Vorteil' fährt die Einführung des unteren Teils der Zylinderbuchse in die Bohrung der. Sfiwile iazuj, daß ein diokerer Querschnitt des unteren Teils des Zylinders Säule und Zylinderbuchse z«88nn©»g©noi«i©n =· gescünaffiem wird, was zur Wirkung- hat, daß der uatee Abschnitt ü@a Zylinders gegen Erschütterungen gekämpft ist« Es ist

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festgestellt worden, daß die Erschütterung des Zylinders in einem Bereich, in dem er einem sich schnell bewegenden Kühlmittelstrom ausgesetzt ist, zur Hohlraumbildung in dem Kühlmittel in diesem Bereich führt, und daß diese Hohlraumbildung eine Erosion der Zylinderbüchse an ihrer Oberfläche ergibt. Daher würde der Wandteil des Zylinders, dessen Dicke verringert ist, größeren Erschütterungen ausgesetzt werden und daher einer größeren Erosion unterworfen werden. Bei der Form der vorliegenden Erfindung wird jedoch der dünnere Wandteil der Zylinderbüchse innerhalb der Wand der Säule gehalten, um zum Zwecke der Dämpfung von Erschütterungen über die gesamte Länge der ^fylinderbüchse einen praktisch gleichmäßigen Querschnitt zu erhalten.

Als einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung gestattet es die Form der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, daß die Zylinderbuchsen in dem Zylinderblock naher aneinander angeordnet werden können, als es bisher möglich war, so daß bei einem Motor mit gegebener Länge ein größerer Hubraum ermöglicht wird.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen sind

Fig. 1 eine senkrechte Querschnittsansioht einer Motorzylinderblock- und Zylinderkopfanordnung, die die vorliegende Erfindung enthält,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zylinderblock- und Büohsenanordnung, entlang der Linie II-II in Fig. 1,

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Fig. 3 eine Ansicht der Zylinderblock- und Buchsenanordnung entlang der Linie III^III in Fig. i und

Fig. 4-7 Veranschaulichungen von verschiedenen Ausführungsformen der Abstandseinrichtung, die verwendet werden kann, um die Zylinderbuchse gegenüber ihren Halterungsteilen genau auszurichten und zu halten«

Wie in den Fig. 1-3 gezeigt, ist ein Zylinderkopf Ii auf einem Motorblock 13 angebracht, in dem eine oder mehrere Zylinderbuchsen 15 gehaltert sind«

Genauer gesagt weist der Zylinderblock eine Anzahl von Säulen 17 auf·, deren Anzahl gleich der Anzahl der zu bHl te ro den Zylinderbuchsen ist» Die Säulen i? kennen durch einen Steg 19 verbunden sein, der so ausgebildet sein Icann,, daß die oberen Enden der Zylinderbuchsen nahe aneinander liegen können, wie ©s in Fig» 2 gezeigt ist. Ein Dichtungsring 21 ist zwischen dem Zylinderblock und dem Kopf angeordnet, um Wasserdurchginge 23 nnü Öldurohgänge 25 gegeneinander abzudichten. Wie es aus Figo 1 ersichtlich ist, gelangt das Kühlmittel, das iureh die Durchgänge 23 strömt, durch Durchgänge 27 in den Zylinderkopf, so daß der gesamte obere Teil der Zylinderbuchsen gekühlt werden kann®

Eine verformbarβ Dichtung 29» die aus Aluminium oder einem anderen Stoff, wie zum Beispiel Yespel bestehen kann, ist in einer Nut 31 in «3er oberen Fläche jeder Zylinderbuchse angebracht, so daß sie an der unteren Fläch® 33 des Zylinderkopf s anliegt.

Jede Zylinderbuchse weist ferner einen unteren Teil 35 «Bit verringertem Querschnitt auf, der int der jeweiligen Säule sitzt, und der sich daraus ergebend® Schulterabsohnitt 37

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der Zylinderbuchse sitzt auf einemmchgiebigen Abstandsstück 39. Das untere Ende des Abschnitts 35 mit verringertem Querschnitt kann mit O-Ringen 41 abgedichtet werden, um das Wasser in den Durchgängen 23 und das Öl in den Kurbelgehäuse getrennt voneinander zu halten.

Wenn der Zylinderkopf 11 auf den Block 13 aufgeschraubt wird und die Schraubbolzen angezogen werden, wird zwischen den oberen Flächen 43 der Zylinderbüchsen und der unteren Fläche 33 des Zylinderkopfs eine Last ausgeübt. Diese Last bewirkt ein Zusammendrücken der Verbrennungssitze 29» bis eine Metallzu-Metal!-Berührung zwischen dem Kopf und der Zylinderbuchse an jeder Fläche 43 der Zylinderbüchse stattfindet. Wenn die Schraubbolzen noch fester angezogen werden, findet ein elastisches Nachgeben der Büchse 15 und der Säule 17 statt, und bei einer bestimmten Belastung beginnt das Abstandsstück 39 nachzugeben. Durch weiteres Anziehen des Kopfes an dem Block wird nicht eine größere Kraft auf die Fläche 43 des Zylinderkopfs ausgeübt, sondern stattdessen geben die Abstandstücke 39 unter der erhöhten Kraft weiter nach. Das Festziehen des Kopfes an dem Zylinderblock bewirkt ferner, daß der Dichtungsring 21 zusammengedrückt wird, um vollständig die Durchgänge 23 und 27 gegenüber den Durchgängen 25 abzudichten.

Wenn der Motor läuft, kühlt das durch die Durchgänge 23 strömende Wasser den oberenjTeil der Zylinderbüchse und strömt durch den Zwischenraum, der von dem äußeren Umfang der Zylinderbuchse und einer Bohrung 47 in dem Zylinderblock toestimmt wird, und strömt danach in die Durchgänge 27 in dem Zylinderkopf.

Die infolge des Motorbetriebs erzeugte Wärme bewirkt die axiale Ausdehnung der Zylinderbuchse 15 und der Säule 17t wodurch das Abstandsstück 39 weiter verformt wird. Bei den

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späteren Abkühlen des Motors mit der sich daraus ergebenden Zusammenziehung der Büchse und der Säule können sich jedoch die Flächen 33 und 43 nicht voneinander trennen, da die vorbestimmte Grenze des Kachgebens des Abstandsstückes 39 einen Vorspannungszustand an der Büchse und an der Säule erzeugt
hat, der dazu dient, die Zylinderbuchse ständig an den Kopf anzudrücken, wodurch verhindert wird, daß die Verbrennungsdichtung 29 leckt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß im Bedarfsfall das Prinzip
des nachgiebigen Abstandsstückes zur Halterung entweder
des unteren Endes einer Zylinderbüchse in einer Bohrungserweiterung an dem unteren Ende der Zylinderbüchsemteohrung
in dem Zylinderblock verwendet werden könnte, oder zur Halterung eines Flansches an der Oberseite der Zylinderbüchse
in einer Bohrungserweiterisng an der Oberseite der Zylinderblockbohrung. Beide dieser abgewandelten Möglichkeiten
könnten auch mit einer zusammendrückbaren Verbrennungsdichtung in der oberen Fläche der Zylinderbüchse verwendet
werden, mit zumindest einem gewissen Grad der Vorspannung
der Büchse, um eine Verbrennungadichtung aufrecht zu erhalten, wenn der Motor kalt ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, kann das nachgiebige Abstandsstück die einfache Form eines hohlen O-Ririges haben» Wie in den
in Fig. 4-6 veranschaulichten Ausführungsformen der nachgiebigen Halterung gezeigt, können jedoch die nachgiebigen
Abstandsstücke 139,'239 bzw. 339 mit einem daran geformten
Elastomerteil 151» 251 bzw. 35i ausgebildet werden«. Bei jeder dieser Ausführungsformen ergibt das Elastomerteil eine
Abdichtung zwischen den Wasserdürohgängen und der Zylinderbüchse, wodurch sich die Verwendung von O-Ringen 41 aa üeu
unteren Ende der ZylindertoMohe© erübrigt·

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Als eine weitere Alternative zu der oben beschriebenen Abstandseinrichtung zur Halterung der Zylinderbüchse 15 gegenüber der Säule 17 veranschaulicht Fig. 7 einen nicht nachgiebigen Abstandsring 439 mit einer Dicke, die gewählt worden ist, um Abmessungstoleranzen zu korrigieren. Derartige Abstandsringe würde im Hinblick auf ihre Dicke gemäß der tatsächlichen Länge jeder Zylinderbüchse von Fall zu Fall ausgewählt werden, so daß sich ein gleichmäßiges Hervorstehen aller Zylinderbüchsen über den oberen Teil des Zylinderblocks ergibt.

Auch bei Verwendung des nicht nachgiebigen Abstandsringes könnte die Zylinderbuchse durch das Festziehen des Zylinderkopfes an dem Block vorgespannt werden, wodurch die Verbrennungsdichtung aufrecht erhalten wird, wenn der Motor kalt ist.

Damit sind erfindungsgemäß verschiedene Ausführungsformen eines neuartigen und verbesserten Prinzips der Zylinderbüchsenhai terung geschaffen worden/ die einen eohten technischen Fortschritt ergeben.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock und einer darin sgebildeten Zylinderbohrung, gekennzeichnet durch eine

rohrförmige Säule (l?) in der Bohrung, die von einer Stelle in Nähe des einen Endes der Bohrung zu einer Stelle zwischen den Enden der Bohrung verläuft, ©ine Zylinderbüchse (15) in der Bohrung, eine an der Zylinderbüchse ausgebildete Endfläche (43) einen Abschnitt (35) der Zylinderbüchse mit verringertem Durchmesser, der in die rohrförmige Säule gleitend eingeführt ist, eine Schulter (37) an der Zylinderbüchse in Nähe eines Endes des Abschnittes (35) mit verringertem Durchmesser, die mit der Säule (17) zusammenwirkt, um die Zylinderbüchse in der Bohrung zu haltern,, und eine zwischen der Säule und der Schulter angeordnete Einrichtung (39) zur Bestimmung der Stellung der Endfläche (43) der Zylinderbüchse gegenüber einem entsprechenden Ende der Bohrung.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Stellung ein nachgiebiges Abstandsstück (39) ist.

3· Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzelehnet* daß ein Dichtungsetoff (l51_s 251» 351) mit dem nachgiebigen Abstandsstück verbunden ist»

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß die Einrichtung zur Steilungsbestimauiig eine Atostandseinrichtung ist, die gemäß der Abmessungstoierams ausgewählt wird, die bei der Herstellung der besonderen ZyIluderbüchse ' entstanden ist.

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5. Verbrennungsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endfläche (43) der Zylinderbüchse ein verformbarer Dichtungsring (29) angeordnet ist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Zylinderblock ein Zylinderkopf angeordnet ist, daß an dem Zylinderblock Mittel ausgebildet sind, die an derEndfläche der Zylinderbüchse anliegen, und daß die Einrichtung zur Stellungsbestimmung mit einem vorbestimmten Nachgebedruck hergestellt sind, so daß der Druck, der von den Teilen des Zylinderkopfes, die auf der Endfläche der Zylinderbüchse aufliegen, auf diese ausgeübt wird, ein elastisches Nachgeben in der ZyIInderbüchse hervorruft.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein"verformbarer Dichtungsring (29) zwischen den auf der Zylinderbüchse aufliegenden Teilen des Zylinderkopfes und der Endfläche der Zylinderbuchse angeordnet ist.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastomeres Dichtungsteil zwischen der die Stellung der Zylinderbüchse bestimmenden Einrichtung und der Zylinderbüchse angeordnet ist.

9. Verbrennungsmotor mit einer Zylinderbohrung und einer Zylinderbüchse in der Zylinderbohrung, gekennzeichnet durch eine in der Zylinderbohrung angeordnete Einrichtung zur Halterung der Zylinderbuchse in der Bohrung und eine nachgiebige Abstandseinrichtung, die zwischen der Zylinderbüchse und derJHalterungseinrichtung angeordnet ist.

10. Verbrennungemotor nach Anspruch 9, daduroh gekennzeichnet, daß in einem Ende der Zylinderbuchse eine verformbare Dichtung angeordnet ist.

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