[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinder für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] 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
Ölkohle an dem Feuersteg 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 ölkohleschicht
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 Durchmes.ser von etwa 300 mm wird e-ine 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 Reiber in der Zylinderlauffläche verursachenden Ölkohleaufbaus
nicht in befriedigender Weise erreichen läßt.
[0003] Gelöst wird das Problem eines solchen schädlichen ölkohleaufbaues 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 erweitern,
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
Rauchanteil 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.
[0004] Hier Abhilfe zu schaffen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
[0005] 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.
[0006] 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, sobald 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.
[0007] 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 Ölkohleproblems keine dem durch die US-PS 3,463,057 erreichten neuesten
Stand der Technik adäquate Lösung sein könne. Um so überraschender 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
Last-und Drehzahlbereichen sogar bessere Ergebnisse erzielbar sind.
[0008] Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, die den Ausschnitt eines
Längsschnittes durch eine Kolben-Zylinderanordnung bei Lage des Kolbens im oberen
Totpunkt darstellt.
[0009] Der Kolben 1 befindet sich in dem Zylinder 2 in seiner oberen Totpunktlage. Der Hauptdurchmesser
des Zylinders ist mit D1 angegeben. D2 ist der Durchmesser des erweiterten oberen
Bereichs des Zylinders 2. D
o 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 Dl = 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.
1. Kombination aus Zylinder (2) mit Kolben (1) in einem Bereich 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 erweiterten Bereich hineinragt, dadurch gekennzeichnet,
daß in kaltem Zustand die Differenz zwischen dem Durchmesser D des Feuersteges des
Kolbens (1) und dem 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 gekennzeichnet
, 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 gekennzeichnet
, daß die Differenz zwischen D2 und D1 zwischen 1,5 und 2,5 mm liegt.
