DE1158780B

DE1158780B - Strain-regulating insert for light metal cylinders of piston engines used in conjunction with light metal cylinder heads

Info

Publication number: DE1158780B
Application number: DEM45588A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Pohl
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1960-06-10
Filing date: 1960-06-10
Publication date: 1963-12-05
Also published as: GB935370A

Description

Dehnungsregelnde Einlage für in Verbindung mit Leichtmetallzylinderköpfen verwendete Leichtmetallzylinder von Kolbentnaschinen Bei in Verbindung mit Leichtmetallzylinderköpfen verwendeten Leichtmetallzylindem von thermisch hochbeanspruchten Kolbenmaschinen, insbesondere von luftgekühlten Brennkraftmaschinen, kommen nicht selten Aufweitungen der kopfseitigen Enden der Zylinderbohrungen vor, die darauf zurückzuführen sind, daß die im Betriebszustand heißeren und sich daher stärker ausdehnenden Zylinderköpfe durch Reibschluß auf das Kopfende des Zylinders radial nach außen gerichtete Kräfte übertragen.Expansion-regulating insert for in connection with light metal cylinder heads light metal cylinders used by piston machines in connection with light metal cylinder heads used light metal cylinders of thermally highly stressed piston engines, in particular from air-cooled internal combustion engines, it is not uncommon for expansions to occur the head-side ends of the cylinder bores, which can be traced back to that the cylinder heads are hotter in the operating state and therefore expand more forces directed radially outward by frictional engagement on the head end of the cylinder transfer.

Es ist bereits bekannt, die Wärmeausdehnung von Leichtmetallzylindem dadurch zu hemmen, daß man in den Zylinderkörper Einlagen aus einem Werkstoff mit kleinerem Wärmeausdehnungsbeiwert als dem des Zylinderwerkstoffes eingießt. Durch diese bekannte Maßnahme kann selbstverständlich auch dem schädlichen Einfluß der Zylinderkopfausdehnung auf dem Zylinder entgegengewirkt werden, jedoch ist sie nicht geeignet, die Ursache, nämlich das Wirksamwerden starker Kräfte, die von der Zylinderkopfausdehnung herrühren, zu vermeiden. Außerdem ist es in den seltensten Fällen möglich, derartige Einlagen so zu gestalten, daß sie bis unmittelbar zu der Berührungsfläche zwischen Zylinder und Zylinderkopf reichen, in der die genannten Kräfte angreifen. It is already known to inhibit the thermal expansion of light metal cylinders by pouring inserts made of a material with a smaller coefficient of thermal expansion than that of the cylinder material into the cylinder body. This known measure can of course also counteract the harmful influence of the cylinder head expansion on the cylinder, but it is not suitable for avoiding the cause, namely the effect of strong forces resulting from the cylinder head expansion. In addition, it is seldom possible to design such inserts in such a way that they extend directly to the contact surface between the cylinder and the cylinder head in which the aforementioned forces act.

Bei ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen mit Leichtmetallköpfen und mit separaten Graugußbüchsen ausgestatteten Leichtmetallzylindem ist es auch bereits bekannt, zwischen Kopf und Zylinder eine aus Grauguß oder Stahl bestehende Einlage einzuspannen, welche die Ventilsitze enthält. Der Zweck dieser Einlage besteht ausschließlich darin, die Ventilsitze in einem vom Zylinderkörper getrennten Teil vorzusehen, um dadurch den Zylinderkörper selbst zu entlasten und um im Bedarfsfall die Ventilsitze leicht auswechseln zu können. Die Einla-e hat keinen Einfluß auf die Wänneausdehnung der Zylinderbohrung, da diese ja in der ebenfalls aus Grauguß oder Stahl bestehenden Zylinderbüchse gebildet ist und daher ohnehin nur in der gleichen Weise der Wärmeausdehnung unterworfen ist wie die Einlage. g Dagegen hemmt die Einlag ge bis zu einem gewissen Grad die Wärmeausdehnung des Zylinderkopfes und des Leichtmetallmantels des Zylinders. Da ihre mit diesen Teilen in Berührung kommenden Flächen beiderseits glatt und eben sind, ist diese Wirkung nicht differenziert, d. h. die Einlage wirkt auf den Zylinderkopf und auf den Leichtmetallmantel des Zylinders in gleicher Weise ein und wird daher auch von beiden Teilen her durch Reaktionskräfte beansprucht, die unter Umständen zu einer unerwünschten Verforinung der Einlage führen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer aus Zylinder und Zylinderkopf der eingangs beschriebenen Art bestehenden Anordnung die Wärmeausdehnung des Leichtmetallzylinders so wirksam zu hernmen, daß eine Ausweitung des oberen Teiles der Zylinderbohrung unterbleibt, ohne dabei das dehnungshemmende Element auch durch Kräfte zu belasten, die von dem sich bei Erwärmung besonders stark ausdehnenden und verhältnismäßig steifen Zylinderkopf ausgehen.In valve-controlled internal combustion engines with light metal heads and light metal cylinders equipped with separate gray cast iron bushings, it is also already known to clamp an insert made of gray cast iron or steel which contains the valve seats between the head and the cylinder. The purpose of this insert is solely to provide the valve seats in a separate part from the cylinder body in order to relieve the cylinder body itself and to be able to easily replace the valve seats if necessary. The inlet has no influence on the thermal expansion of the cylinder bore, since it is formed in the cylinder liner, which is also made of gray cast iron or steel and is therefore only subject to thermal expansion in the same way as the insert. On the other hand, the insert inhibits the thermal expansion of the cylinder head and the light metal jacket of the cylinder to a certain extent. Since their coming into contact with these parts surfaces are smooth and flat on both sides, this effect is not differentiated, d. H. the insert acts on the cylinder head and on the light metal jacket of the cylinder in the same way and is therefore also subjected to reaction forces from both parts, which under certain circumstances can lead to undesired deformation of the insert. The invention is based on the object, in an arrangement consisting of a cylinder and cylinder head of the type described at the outset, to prevent the thermal expansion of the light metal cylinder so effectively that the upper part of the cylinder bore does not expand without loading the expansion-inhibiting element with forces that start from the cylinder head, which expands particularly strongly and is relatively stiff when heated.

Erfindungsgemäß bedient man sich zur Lösung dieser Aufgabe ebenfalls einer ringscheibenförmigen Eiseneinlage, die zwischen den Zylinder und den Zylinderkopf eingespannt wird und vorzugsweise aus Federstahl besteht. Dabei ist jedoch diese Einlage so ausgestaltet, daß sie auf ihrer dem Zylinderkopf zugekehrten Seite einen niedrigen, auf ihrer dem Zylinder zugekehrten Seite dagegen einen hohen Reibwert aufweist oder formschlüssig in das kopfseitige Ende des Zylinders eingreift bzw. dieses umgreift.According to the invention, one also makes use of this object to achieve this an annular disc-shaped iron insert, which is between the cylinder and the cylinder head is clamped and preferably consists of spring steel. However, this is the case Insert designed so that it has a on its side facing the cylinder head low, on the other hand, a high coefficient of friction on the side facing the cylinder or engages positively in the head end of the cylinder or this embraces.

Diese Ausbildung bewirkt, daß die, sei es durch Glättung oder durch Aufbringen eines entsprechenden Belages, reibungsarin gemachte Oberfläche ein Gleiten des sich beim Erhitzen auf Betriebswärme ausdehnenden und umgekehrt beim Erkalten wieder zusammenziehenden Zylinderkopfes gegenüber dem Einlagering ermöglicht, während andererseits die weniger glatte am Zylinder anliegende Fläche der zwischen dem Zylinder und dem Zylinderkopf eingeklemmten Einlage weitgehend verhindert, daß sich das kopfseitige Ende des Zylinders relativ zur Einlage verschieben kann. Infolgedessen wirkt die Einlage wegen ihrer relativ niedrigen eigenen Wärmeausdehnung dehnungshemmend auf den Zylinder. Wegen ihrer hohen Festigkeit und Streckgrenze und weil sie nur durch die Reaktionskräfte belastet ist, die der in seiner Wänneausdehnung gehemmte Zylinder ausübt, kann sie das auch bei verhältnismäßig kleinen Abmessungen tun. Dabei hat man es in der Hand, die angegebene Wirkung unter Berücksichtigung der auf die Einlagen wirkenden Einspanndrücke durch entsprechende Gestaltung der Oberflächen sowie durch mehr oder weniger starke Bemessung der Einlagenquerschnitte weitgehend zu variieren, z. B. derart, daß die durch Reibschluß vom Zylinderkopf auf die Einlage noch übertragenen Kräfte eine Dehnung der Einlage nur in solchem Ausmaß zulassen, daß die Durchmesservergrößerung etwa der natürlichen Wänneausdehnung des Leichtmetallzylinderkörpers an dessen der Kurbelwelle zugewandtem Ende entspricht.This design has the effect that the surface, made with friction, be it by smoothing or by applying a corresponding coating, enables the cylinder head, which expands to operating heat when heated and, conversely, contracts again when cooled, to slide against the insert ring, while on the other hand the less smooth one adjacent to the cylinder Area of the insert clamped between the cylinder and the cylinder head largely prevents the head end of the cylinder from being able to move relative to the insert. As a result, the insert has a stretch-inhibiting effect on the cylinder because of its relatively low inherent thermal expansion. Because of its high strength and yield strength and because it is only loaded by the reaction forces exerted by the cylinder, which is inhibited in its thermal expansion, it can do this even with relatively small dimensions. This one has it in hand to vary the claimed effect taking into account the forces acting on the deposits Einspanndrücke by appropriate design of the surfaces as well as by more or less severe assessment of deposits largely cross-sections, eg. B. in such a way that the forces still transmitted by frictional engagement from the cylinder head to the insert allow the insert to expand only to such an extent that the increase in diameter corresponds approximately to the natural expansion of the light metal cylinder body at the end facing the crankshaft.

Weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes werden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.Further features of the subject matter of the invention are based on exemplary embodiments explained, which are shown in the drawing.

In dieser zeigen Fig. 1 und 2 ausschnittweise je einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Zylinders mit Kopf und zwischengelegter Einlage, während Fig. 3 in etwas größerem Maßstab einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Einlage darstellt. 1 and 2 each show excerpts from a longitudinal section through an exemplary embodiment of a cylinder with a head and an interposed insert, while FIG. 3 shows, on a somewhat larger scale, a section through another exemplary embodiment of an insert.

Gemäß Fig. 1 ist zwischen dem Leichtmetallzylinderkopf 1 und dem Leichtmetallzylinder 2 einer Kolbenmaschine eine ringscheibenförmige Einlage 3 aus Stahl zingespannt, deren dem Kopf 1 zugewandte Seite g glatt ausgebildet ist, während die dem Zylinder 2 zugewandte Seite konzentrische Profilstege 31 aufweist, die sich durch den Druck, mit dem der Zylinderkopf durch nicht dargestellte Schrauben gegen den Zylinder angepreßt wird, in den Zylinderwerkstoff eingraben. Dadurch werden Relativbewegungen zwischen der Einlage3 und dem kopfseitigen Ende des Zyhnders31 verhindert, während andererseits die glatte, dem Zylinderkopf zugewandte Seite der Einlage infolge ihres geringen Reibwertes nur verhältnismäßig kleine Kräfte aufnehmen kann und daher nach Überschreitung dieser Kräfte ein Gleiten des sich bei Erwärmung ausdehnenden oder beün Erkalten schrumpfenden Zylinderkopfes zuläßt. Eine übertragung der Wärmeausdehnung des Zylinderkopfes auf den Zylinder ist dadurch weitgehend unterbunden.According to Fig. 1 , an annular disc-shaped insert 3 made of steel is zingespensioned between the light metal cylinder head 1 and the light metal cylinder 2 of a piston machine , the side g facing the head 1 being smooth, while the side facing the cylinder 2 has concentric profile webs 31 which extend through the The pressure with which the cylinder head is pressed against the cylinder by screws (not shown) dig into the cylinder material. This prevents relative movements between the insert3 and the head-side end of the cylinder31, while on the other hand the smooth side of the insert facing the cylinder head can only absorb relatively small forces due to its low coefficient of friction and therefore, once these forces are exceeded, the sliding of the element, which expands or becomes thin when heated, is prevented Cooling shrinking cylinder head allows. This largely prevents the thermal expansion of the cylinder head from being transferred to the cylinder.

Beim Beispiel nach Fig. 2 weist die Einlage 3 eine Schulter 32 auf, die sich gegen die Außenfläche des Zylinders 2 anlegt und dessen Wänneausdehnung dadurch hemmt. Der die Schulter bildende Teil der Einlage ist außerdem zu einer Kühlrippe 33 erweitert.In the example according to FIG. 2, the insert 3 has a shoulder 32 which rests against the outer surface of the cylinder 2 and thereby inhibits its thermal expansion. The part of the insert that forms the shoulder is also widened to form a cooling rib 33.

Beim Beispiel nach Fig. 3 trägt die dem Zylinder zugewandte Seite der Einlage 3 einen Belag 34 aus Kupfer od. dgl., während die dem Zylinderkopf zugewandte Seite einen Belag 35 mit guten Gleiteigenschaften, z. B. aus einem Graphit oder Molybdändisulfid enthaltenden Werkstoff aufweist.In the example according to FIG. 3 , the side of the insert 3 facing the cylinder carries a coating 34 made of copper or the like, while the side facing the cylinder head has a coating 35 with good sliding properties, e.g. B. comprises a graphite or molybdenum disulfide-containing material.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Strain-regulating insert for light metal cylinders of piston engines used in connection with light metal cylinder heads, characterized in that the insert is designed in a manner known for cylinders with a separate liner as an annular disk to be clamped between the cylinder and cylinder head, which is made of a material with a smaller coefficient of thermal expansion than that of the Cylinder material and with a high yield point, e.g. B. made of spring steel, and that it has a low coefficient of friction on its side facing the cylinder head, but a high coefficient of friction on its side facing the cylinder or engages positively in the head-side end of the cylinder.

2. Strain-regulating insert according to spoke 1, characterized in that it is rough on its side facing the cylinder, for. B. provided with concentric profile webs, on the other hand, is smooth on the side facing the cylinder head. 3. Strain-regulating insert according to claim 1, characterized in that it has on its side facing the cylinder a covering (34) made of a material with poor sliding properties, for. B. made of copper, on the other hand, on its side facing the cylinder head, a coating (35) with good sliding properties z. B. carries a synthetic resin-graphite mixture.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1028 3 86; Patent Specification No. 13 604 of the Office for Invention and Patents in the Soviet Occupation Zone of Germany; British Patent No. 430 274.