CYLINDER AND PISTON COMBINATION FOR A DIESEL ENGINE

Abstract: 1. Combination of cylinder (2) and piston (1) in a range of cylinder diameters D1 of between 90 mm and 140 mm for diesel engines, wherein the cylinder (2) in its upper zone adjacent the cylinder heat has a larger diameter D2 , this range extending axially at most so far into the cylinder (2) that in the top dead centre position of the piston (1) the topmost ring (3) is still not yet protruding into the widened zone, characterised in that in the cold state the difference between the diameter D0 of the top land of the piston (1) and the diameter D2 in a range of 0.0045 x D1 + 1.5 to 2.5 mm, D2 - D1 amounting to at least 1 mm.

Description: Kombination aus Zylinder und Kolben für Dieselmotoren Die Erfindung betrifft einen Zylinder für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Zylinder sind aus der US-PS 2,513,492 bekannt. Die radiale Erweiterung im oberen Bereich des Zylinders hat dort den Zweck, den Aufbau von harter ölkohle am Feuersteg des in dem Zylinder laufenden Kolbens zu verhindern. Der Aufbau harter blkohle an dem Feuer Steg des Kolbens führt nämlich zu örtlichen Anpolierungen auf der Zylinderlauffläche. Die dem Feuersteg des Kolbens in seiner oberen Totlage gegen überliegende Zylindererweiterung soll den Ölkohleaufbau auf dem Zylindersteg nicht vollkommen verhindern, sondern diese Massnahme soll lediglich dazu dienen, dass sich eine weiche Clkohleschicht aufbaut. Diese weiche Schicht soll sich im Motorbetrieb kontinuierlich abbauen bzw. auf einem Mindestmass gehalten werden können und zwar derart, dass die weiche ölkohle auf der Zylinderlauffläche keine die Laufflächengeometrie nachteilig beeinflussenden Polierstellen hervorruft. Zu diesem Zweck wird in der US-PS 2,513,492 vorgeschlagen, den oben beschriebenen oberen Zylinderbereich geringfügig zu erweiteren und zwar um ein Mass, das dem sich im Motorbetrieb ergebenden Verschleiss der Zylinderlaufbahn entspricht. Bei einem Kolben mit einem Durchmesser von etwa 300 mm wird eine Erweiterung des Zylinderdurchmessers in dem betreffenden Bereich um 0,5 mm genannt. Es hat sich inzwischen gezeigt, dass die vorgeschlagene geringfügige radiale Zylindererweiterung das gesteckte Ziel der Vermeidung eines harte Reiben in der Zylinderlauffläche verursachenden ölkohleaufbaus nicht in befriedigender Weise erreichen lässt. Gelöst wird das Problem eines solchen schädlichen Ölkohle- aufbaues im Stand der Technik dagegen recht zufriedenstellend durch eine Massnahme nach der US-PS 3,463,057. Diese Massnahme besteht darin, nicht den oberen Bereich des Zylinders radial zu erweiterten, sondern vielmehr den Kolben im Feuerstegbereich radial zu verkleinern. Dabei hat sich gezeigt, dass eine geringfügige Durchmesserverkleinerung des Kolbens im Feuerstegbereich, etwa in der Grössenordnung wie bei der US-PS 2,513,492 der Zylinderdurchmesser vergrössert wird, das Problem des unschädlichen Ölkohleaufbaus nicht löst. Es ist vielmehr tatsächlich erforderlich, die Durchmesserverkleinerung im Feuerstegbereich des Kolbens in einer Grösse vorzunehmen, wie sie in der US-PS 3,463,057 angegeben ist. Danach muss die Durchmesserverkleinerung mindestens etwa 1,5 mm betragen. Diese Massnahme wird heute in der Motorentechnik mit in bezug auf den Ölkohleaufbau befriedigendem Erfolg eingesetzt. Diese Massnahme hat jedoch auf den Verbrennungsablauf, zumindest in bestimmten Last- und Drehzahlbereichen und damit bezüglich Ausbildung und Zusammensetzung des Abgases sowie des Kraftstoffverbrauchs unerfreuliche Nachteile. So enthalten die Abgase von mit solchen Kolben bestückten Motoren höhere Rauchanteile als Motoren, bei denen der Feuerstegbereich der Kolben nicht in einem derart grossen Masse verkleinert ist. Der Rauch anteil muss nicht nur in bezug auf die Luftreinhaltungsvorschriften gesenkt werden, sondern er zeigt auch an, dass wegen der nicht optimalen Verbrennung der Kraftstoff nicht optimal in Antriebsleistung umgesetzt wird. Hier Abhilfe zu schaffen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Gelöst wird sie nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 dadurch, dass die nach der US-PS 2,513,492 an sich bekannte obere Zylindererweiterung nicht auf das dort angegebene geringfügige Erweiterungsmass beschränkt wird, sondern in einer Grössenordnung erfolgt wie sie in der US-PS 3,463,057 angegeben ist. Dies bedeutet, dass die Durchmessererweiterung in dem durch die Gattung des Anspruchs 1 festgelegten Zylinderbereich mindestens 1,0 mm beträgt und bis auf 2,5 mm hinauf gehen kann. Als besonders zweckmässig haben sich Durchmessererweiterungen zwischen 1,5 und 2 mm gezeigt. Die erfindungsgemässe Lösung bietet gegenüber derjenigen nach der US-PS 3,463,057 den Vorteil, dass der zur Vermeidung des Aufbaus einer harten Ölkohle am Feuerstegbereich des Kolbens erforderliche relativ grosse Spaltraum nur bei Lage des Kolbens im oberen Totpunkt vorliegt. Bei Abwärtsbewegung des Kolbens verschwindet dieser grosse Spalt jedoch, sohald der Feuersteg des Kolbens den erweiterten Bereich des Zylinders verlässt. Dadurch wird der Rauchanteil im Abgas gegenüber einem Motorbetrieb mit einem nach der US-PS 3,463,057 ausgebildeten Kolben ganz erheblich verbessert. Dieses Ergebnis ist insgesamt insofern überraschend, als die Fachwelt bisher annahm, dass der Ölkohleaufbau in dem zur Vermeidung von örtlichen Polierstellen in der Zylinderlauffläche erforderlichen Masse nur durch eine radiale Feuerstegverkleinerung unter Einhaltung der in der US-PS 3,463,057 angegebenen Mindestmasse erreichbar sei, während Zylinderausnehmungen gemäss der US-PS 2,513,492 generell zur Lösung des öIkohle- problems keine dem durch die US-PS 3,463,057 erreichten neues ten Stand der Technik adäquate Lösung sein könne. Um so über rauchender ist es, dass mit einer radialen Erweiterung des Zylinders in seinem oberen Bereich bei richtiger, von den. damaligen Werten abweichender Dimensionierung nicht nur gleichwertige , sondern in bezug auf das Abgasverhalten und zum Teil auch auf den Verbrauch zumindest in bestimmten Lastund Drehzahlbereichen sogar bessere Ergebnisse erzielbar sind. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, die den Ausschnitt eines Längsschnittes durch eine Kolben Zylinderanordnung bei Lage des Kolbens im oberen Totpunkt darstellt. Der Kolben 1 befindet sich in dem Zylinder 2 in seiner oberen Totpunktlage. Der Hauptdurchmesser des Zylinders ist mit D7 angegeben. D2 ist der Durchmesser des erweiterten oberen Bereichs des Zylinders 2. Do ist der Durchmesser des Feuerstegs des Kolbens 1. Axial erstreckt sich die Höhe der Zylindererweiterung maximal so weit, dass der oberste Kolbenring 3 des Kolbens 1 in dessen oberer Totpunktlage gerade noch nicht in den erweiterten Bereich hineinragt. Bei einem Durchmesser von Di = 100 mm beträgt die Differenz zwischen den Durchmessern D2 und D1 im vorliegenden Fall 1,6 mm und zwischen den Durchmessern D1 und Do im Kaltzustand 0,45 mm.

Claims: Ansprüche 1. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) in einem Be reich für den Durchmesser D1 des Zylinders zwischen 90 mm und 140 mm für Dieselmotoren, bei der der Zylinder (2) in seinem oberen an den Zylinderkopf angrenzenden Bereich einen grösseren Durchmesser D2 aufweist, wobei sich dieser Bereich axial höchstens so weit in den Zylinder (2) hinein erstreckt,dass in der oberen Totpunktlage des Kolbens (1) dessen oberster Ring (3) gerade noch nicht in den erwei terten Bereich hineinragt, dadurch g e k e n n z e i ch n e t , dass in kaltem Zustand die Differenz zwischen dem Durchmesser D des Feuersteges des Kolbens (1) und dem 0 Durchmesser D2 in einem Bereich von 0,0045 x D1 + 1,5 bis 2,5 mm liegt, wobei D2 - D1 mindestens 1 mm beträgt. 2. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Differenz zwischen D2 und D1 mindestens 1,5 mm beträgt. 3. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Differenz zwischen D2 und D1 zwischen 1,5 und 2,5 mm liegt.

Inventors: REIN, WOLFGANG, DIPL. ING.
Applicants: MAHLE GMBH
Application year: 1982
Main classification: F02F1
IPC codes: F02B3, F02B77, F02F1, F02F3