DE10021198B4

DE10021198B4 - Zylinder-Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10021198B4
Application number: DE2000121198
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Schöffmann; Gerd Blaindorfer; Frank Dipl.-Ing. Beste; Ugur Dipl.-Ing. Ergezen
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1999-05-04
Filing date: 2000-05-03
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2020-05-04
Also published as: AT3675U1; DE10021198A1

Abstract

Zylinder-Kurbelgehäuse (401) für eine Brennkraftmaschine in Leichtbauweise mit zumindest einem in eine Außenstruktur (402) eingegossenen Eingussstück (404), wobei Außenstruktur (402) und Eingussstück (404) aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, mit Hauptlagerwänden (403) zur Abstützung der Kurbelwelle, wobei zumindest eine Hauptlagerwand (403) ein Eingussstück (404) aufweist, welches zumindest teilweise in die Außenstruktur (403) eingegossen ist. Um Gewicht einzusparen und trotzdem hohe Verbrennungsdrücke zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Eingussstücke (404) mehrerer Kurbelwellenlager (415) über Verbindungsstege (421, 422) miteinander verbunden sind und vorzugsweise ein Tragskelett (423) ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinder-Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine in Leichtbauweise mit zumindest einem in eine Außenstruktur eingegossenen Eingussstück, wobei Außenstruktur und Eingussstück aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, mit Hauptlagerwänden zur Abstützung der Kurbelwelle, wobei zumindest eine Hauptlagerwand ein Eingussstück aufweist, welches zumindest teilweise in die Außenstruktur eingegossen ist, wobei die Eingussstücke mehrerer Kurbelwellenlager über Verbindungsstege miteinander verbunden sind und ein Tragskelett ausbilden.
Brennkraftmaschinen mit hohem Verbrennungsdruck, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, weisen aus Festigkeitsgründen einen hohen Anteil an Eisenwerkstoffen und somit ein relativ hohes Gewicht auf. Verschiedene Ansätze zur Reduzierung des Gewichtes sind bekannt.

Aus der AT 002 544 U1 ist ein Zylinder-Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit einer Zylinderblock und Kurbelwellenlagerwände beinhaltenden Tragstruktur und eine diese zum Teil umgebende Außenstruktur bekannt, wobei die Tragstruktur und die Außenstruktur aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Die Tragstruktur und die Außenstruktur spannen dabei im Bereich des Zylinderblockes einen Kühlwasserraum auf. Um Gewicht einzusparen, ist die Außenstruktur durch vorgeformte, schalenartige und dünnwandige Verkleidungsteile gebildet.

Weiters ist aus der EP 0 554 575 B1 eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Zylinderbüchsenblock in einem Zylinderblockkörper eingegossen ist. Der Zylinderbüchsenblock ist dabei aus einem Material geformt, welches eine größere Festigkeit aufweist, als das um den Zylinderbüchsenblock gegossene Material. Der Zylinderbüchsenblock übernimmt hier die Tragfunktion für die Abstützung der Zündkraft und der Kolben.

Aus der DE 1 751 919 A ist ein Zylinderblock mit Kurbelgehäuse bekannt, bei dem der Kurbeltrieb durch ein getrennt herzustellendes Formteil aus Blech oder Kunststoff besteht. Zylinderblock und Lagerkörper, die die Lagerschalen aufnehmen, sind aus einem Gussteil hergestellt.

Die GB 2 147 662 A beschreibt einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine mit einem skelettartigen Tragrahmen aus Metall und einer diese umgebenden Außenstruktur aus Kunststoff. Der Tragrahmen beinhaltet die gesamten Hauptlagerwände und um eine Grundplatte angeordnete hohlzylindrische Säulen zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben, welche sich zwischen der Hauptlagerebene und der Zylinderkopfebene erstrecken. Da die die Stützkräfte für die Kurbelwelle aufnehmenden Hauptlagerwände zur Gänze durch den massiven Tragrahmen gebildet sind, wird das Einsparungspotential an Gewicht aber nicht voll ausgenutzt.

Die DE 34 26 208 C1 beschreibt ein Kurbelwellenlager aus einer Leichtmetall-Legierung mit einem Lagerdeckel, in welchem ein eisenmetallischer Kern eingegossen ist. Dadurch soll Geräusche verursachendes Lagerspiel vermieden werden.

Weiters zeigt die DE 198 10 464 C1 ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit Eingussteilen, welche jeweils im Bereich der Lagerstellen für die Kurbelwelle in dem Kurbelgehäuse-Oberteil eingegossen sind. Da die Eingussteile für jede Lagerstelle als separate, räumlich voneinander getrennte Glieder ausgebildet sind, wird durch die Eingussteile die Steifigkeit des Kurbelgehäuses nur unwesentlich verbessert.

Durch die bekannten Zylinder-Kurbelgehäuse aus verschiedenen Werkstoffen lässt sich bereits eine gewisse Gewichtsreduktion erzielen.

Die DE 34 36 872 C2 offenbart eine Brennkraftmaschine in Leichtbauweise der eingangs genannten Art. Durch die ein Tragskelett bildenden Eingussstücke kann die Steifigkeit des Kurbelgehäuses erhöht und Gewicht reduziert werden.

Aus der DE 195 40 763 C1 ist ein Gehäuse für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, welches aus einem aus Graugusswerkstoff gefertigten Innenteil und einem darum gegossenen Außenteil aus einem Leichtmetallwerkstoff besteht. Die Ölverteilerleiste ist dabei einteilig mit dem Innenteil ausgeführt.

Die DE 40 27 242 A1 beschreibt einen Zylinderblock für Kraftfahrzeugmotoren ohne jegliche Eingussstücke. Um die Stabilität der Kurbelwellenlager zu erhöhen, wird vorgeschlagen, die untere Kurbelwellenlagerschale durch Längsstege zu verbinden.

Auch aus der EP 0 038 560 A1 ist es ebenfalls bekannt, die Lagerbügel mehrerer Kurbelwellenlager durch Längsstege miteinander zu verbinden und als einteiliges Aluminiumgussstück auszuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Gewicht einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art weiterhin zu reduzieren, trotzdem aber hohe Zylinderdrucke zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass an jedem Eingussstück ein in eine Lagerbügel-Außenstruktur, eines struktursteifen Bauteiles eingegossenes Lagerbügel-Eingussstück befestigt ist, wobei Lagerbügel-Eingussstücke mehrerer Kurbelwellenlager über Verbindungsstege miteinander verbunden sind und ein Tragskelett ausbilden, und dass das Eingussstück und/oder das Lagerbügel-Eingussstück doppelwandig ausgeführt ist und zwei miteinander verbundene, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Wandbereiche aufweist. Durch die entstehende skelettartige Bauweise, bei der die Hauptlagerwände über die Verbindungsstege miteinander verbunden sind, wird einerseits die Steifigkeit erhöht und andererseits das Eingießen der Eingussstücke bzw. Lagerbügel-Eingussstücke in die Außenstruktur bzw. in die Lagerbügel-Außenstruktur erleichtert, da die Position der Eingussstücke bzw. Lagerbügel-Eingussstücke zueinander genau definiert ist. Um Schmierölleckage zufolge Trennfugen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn eine Ölverteilerleiste einteilig mit den Eingussstücken ausgebildet ist. Es werden dabei nur mehr die hochbeanspruchten Teile, welche die Kurbelwelle abstützen und die Verankerung für den Zylinderkopf bilden, als Eingussstücke ausgeführt, während die Außenstruktur selbst aus einem Werkstoff mit geringerem Gewicht ausgeführt werden kann.

Um eine sichere Befestigung des Zylinderkopfes bzw. der Lagerbügel zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Eingussstück Schraubenbutzen zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben und/oder von Kurbelwellenlagerschrauben aufweist. Auch das Lagerbügel-Eingussstück weist Schraubenbutzen zur Aufnahme von Kurbelwellenlagerschrauben auf.

Eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht ergibt sich, wenn das Eingussstück und/oder das Lagerbügel-Eingussstück eine Gitterstruktur aufweist und die säulenartigen Schraubenbutzen über Stege miteinander verbunden sind. Genauso ist es möglich, dass das Eingussstück und/oder das Lagerbügel-Eingussstück einwandig ausgeführt ist und einen mittigen, normal zur Kurbelwellenachse angeordneten Wandbereich aufweist und vorzugsweise – in einem Querschnitt in einer durch die Kurbelwellenachse und eine Zylinderachse gebildeten Motorlängsebene betrachtet – ein I- oder T-Profil aufweist.

Dadurch, dass das Eingussstück und/oder das Lagerbügel-Eingussstück doppelwandig ausgeführt ist und zwei miteinander verbundene, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Wandbereiche aufweist, kann das Gewicht bei hoher Festigkeit auf das Mindestmaß reduziert werden. Eine hohe Struktursteifigkeit wird erzielt, wenn das Eingussstück und/oder das Lagerbügel-Eingussstück – in einem Querschnitt in einer durch die Kurbelwellenachse und eine Zylinderachse gebildeten Motorlängsebene betrachtet – ein U-Profil aufweist. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Zwischenraum zwischen den beiden Wandbereichen mit dem Werkstoff der Außenstruktur ausgegossen ist.

Genauso kann vorgesehen sein, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Wandbereichen des Lagerbügel-Eingussstückes mit dem Werkstoff der Lagerbügel-Außenstruktur ausgegossen ist.

Bei Brennkraftmaschinen mit V-förmig angeordneten Zylindern ist vorgesehen, dass jedes Eingussstück zwei Paare von Schraubenbutzen für Zylinderkopfschrauben aufweist, wobei die Paare von Schraubenbutzen zueinander entsprechend dem V-Winkel geneigt und in unterschiedlichen Normalebenen auf die Kurbelwellenachse angeordnet sind.

Die Außenstruktur bzw. die Lagerbügel-Außenstruktur besteht vorzugsweise zumindest überwiegend aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium, oder aus Kunststoff. Eine Gewichtseinsparung lässt sich aber auch bei Außenstrukturen aus Grauguss erreichen, da diese durch die Eingussstücke viel dünnwandiger und ohne konstruktive Verstärkungsrippen oder dergleichen ausgeführt werden können. Als Werkstoff für die Eingussstücke und/oder Lagerbügel-Eingussstücke wird Stahlguss oder Grauguss mit Lamellengraphit, Kugelgraphit oder Vermikulargraphit verwendet.

Die Erfindung lässt sich für alle Brennkraftmaschinen mit zumindest einer Zylinderreihe, also sowohl für Reihenmotoren, als auch für V-Motoren anwenden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine Schrägansicht des erfindungsgemäßen Zylinder-Kurbelgehäuse,
2 eine Schrägansicht von Eingussstücken dieses Zylinder-Kurbelgehäuses,
3 das Zylinder-Kurbelgehäuse in einem Querschnitt gemäß der Linie III-III in den 5 und 6,
4 das Zylinder-Kurbelgehäuse in einem Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in 5 und 6,
5 das Zylinder-Kurbelgehäuse in einem Längsschnitt gemäß der Linie V-V in 3 und 4 und
6 das Zylinder-Kurbelgehäuse in einem Längsschnitt gemäß der Linie VI-VI in 3 und 4.
Das in den Figuren dargestellte Zylinder-Kurbelgehäuse 401 ist in Leichtbauweise ausgeführt und weist eine Außenstruktur 402 aus Aluminium oder Magnesium auf. Im Bereich der Hauptlagerwände 403 ist jeweils in die Außenstruktur 402 ein Eingussstück 404 eingegossen, wobei das Eingussstück 404 Schraubenbutzen 405 zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben 406 aufweist. Weiterhin weist das Eingussstück 404 Schraubenbutzen 407 zur Aufnahme von Kurbelwellenlagerschrauben 408 auf, über welche ein in eine Lagerbügel-Außenstruktur 409 eingegossenes Lagerbügel-Eingussstück 410 am Zylinder-Kurbelgehäuse 401 befestigt werden kann. Die Lagerbügel-Außenstruktur 409 kann durch einzelne Lagerbügel, oder einem struktursteifen, mehrere Lagerbügel miteinander verbindenden Bauteil 411, wie beispielsweise einen Leiterrahmen, gebildet sein. Wie das Eingussstück 404, so weist auch jedes Lagerbügel-Eingussstück 410 Schraubenbutzen 412 zur Aufnahme der Kurbelwellenlagerschrauben 408 auf.
Die 1 und 3 bis 6 zeigen ein Zylinder-Kurbelgehäuse 401 für eine Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylindern 419. Dabei sind die im Bereich der Hauptlagerwände 403 angeordneten Eingussstücke 404 über Verbindungsstege 421, 422 miteinander zu einem Tragskelett 423 verbunden, wie aus 2 ersichtlich ist. Die Verbindungsstege 421, 422 befinden sich im Bereich von Schraubenbutzen 405 für nicht weiter dargestellte Zylinderkopfschrauben. Das gesamte Tragskelett 423 ist in die Außenstruktur 402 des Zylinder-Kurbelgehäuses 401 eingegossen. Einstückig mit den Eingussstücken 404 ist eine Ölverteilerleiste 416 ausgebildet, welche im Bereich jedes Eingussstückes 404 über jeweils einen in das Eingussstück 404 integrierten Ölzuführkanal 417 mit dein jeweiligen Kurbelwellenlager 415 strömungsverbunden ist. Die Ölverteilerleiste 416 bildet zugleich eine Längsversteifung für das Tragskelett 423.
Jedes Eingussstück 404 ist im Ausführungsbeispiel einwandig ausgebildet und weist im Bereich der Hauptlagerebene 415a einen etwa mittigen Wandbereich 404a auf. Im Bereich dieses Wandbereiches 404a sind weitere Schraubenbutzen 407 zur Aufnahme von Kurbelwellenlagerschrauben 408 vorgesehen. Im Bereich der Kurbelwellenlager 415 schließen an die mittleren Wandbereiche 404a zylindrische Wandbereiche 404b zur Aufnahme von nicht weiter dargestellten Lagerschalen für das Kurbelwellenlager 415 an (6). Das Eingussstück 404 ist entsprechend dem aus den 1 und 2 hervorgehenden Zylinderversatz der Zylinder 419 von gegenüberliegenden Zylinderbänken geschwungen geformt, so dass die Schraubenbutzen 405, die unterschiedlichen Zylinderbänken angehören, in unterschiedlichen Normalebenen außerhalb der Hauptlagerebene angeordnet sind.
Über die Kurbelwellenlagerschrauben 408 werden in eine Lagerbügel-Außerstruktur 409 eines struktursteifen Bauteiles 411 eingegossene Lagerbügel-Eingussstücke 410 am Tragskelett 423 befestigt. Die Lagerbügel-Eingussstücke 410 sind im vorliegenden Fall doppelwandig ausgeführt und weisen in einem Schnitt in der Motorlängsebene 418a oder in der Motorhochebene 418b einen im wesentlichen U-formigen Querschnitt auf. Genauso ist aber auch ein I-, T-, oder Doppel T-Profil möglich. Die beiden von einander beabstandeten parallelen Wandbereiche 410a und 410b befinden sich jeweils in Normalebenen 401a, 401b auf die Kurbelwel lenachse 418 und sind über einen Wandbereich 410c im Bereich des jeweiligen Kurbelwellenlagers 415 miteinander verbunden. Der Zwischenraum zwischen den Wandbereichen 410a, 410b und 410c sowie zwischen den Schraubenbutzen 412 zur Aufnahme der Kurbelwellenlagerschrauben 408 ist mit dem Werkstoff der Lagerbügel-Außenstruktur 409 ausgefüllt. Durch den zylindrischen Wandbereich 410c wird eine zusätzliche Abstützung für das Kurbelwellenlager 415 erreicht.
Die Außenstruktur 402 und/oder die Lagerbügel-Außenstruktur 409 besteht aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium, oder aus Kunststoff. Als Werkstoff für das Eingussstück 404 und das Lagerbügel-Eingussstück 410 kann Stahlguss, aber auch Gusseisen mit Lamellengraphit, mit Kugelgraphit oder mit Vermikulargraphit eingesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Zylinder-Kurbelwellengehäuse 401 können bei geringem Motorgewicht hohe Zylinderdrücke realisiert werden. Das Zylinder-Kurbelgehäusekonzept eignet sich daher besonders für selbstzündende Brennkraftmaschinen.

Claims

Zylinder-Kurbelgehäuse (401) für eine Brennkraftmaschine in Leichtbauweise mit zumindest einem in eine Außenstruktur (402) eingegossenen Eingussstück (404), wobei Außenstruktur (402) und Eingussstück (404) aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, mit Hauptlagerwänden (403) zur Abstützung der Kurbelwelle, wobei zumindest eine Hauptlagerwand (403) ein Eingussstück (404) aufweist, welches zumindest teilweise in die Außenstruktur (402) eingegossen ist, wobei die Eingussstücke (404) mehrerer Kurbelwellenlager (415) über Verbindungsstege (421, 422) miteinander verbunden sind und ein Tragskelett (423) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Eingussstück (404) ein in eine Lagerbügel-Außenstruktur (409), eines struktursteifen Bauteiles (411) eingegossenes Lagerbügel-Eingussstück (410) befestigt ist, wobei Lagerbügel-Eingussstücke (410) mehrerer Kurbelwellenlager (415) über Verbindungsstege miteinander verbunden sind und ein Tragskelett ausbilden, und dass das Eingussstück (404) und/oder das Lagerbügel-Eingussstück (410) doppelwandig ausgeführt ist und zwei miteinander verbundene, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Wandbereiche (410a, 410b) aufweist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölverteilerleiste (416) einteilig mit den Eingussstücken (404) ausgebildet ist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerbügel-Eingussstück (410) Schraubenbutzen (412) zur Aufnahme von Kurbelwellenlagerschrauben (408) aufweist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussstück (404) Schraubenbutzen (405, 407) zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben (406) und/oder Kurbelwellenlagerschrauben (408) aufweist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussstück (404) und/oder das Lagerbügel-Eingussstück (410) eine Gitterstruktur aufweist und die säulenartigen Schraubenbutzen (412) über Stege miteinander verbunden sind.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussstück (404) und/oder das Lagerbügel-Eingussstück (410) einwandig ausgeführt ist und einen mittigen, normal zur Kurbelwellenachse (418) angeordneten Wandbereich (404a) aufweist und vorzugsweise – in einem Querschnitt in einer durch die Kurbelwellenachse (418) und eine Zylinderachse (419a) gebildeten Motorlängsebene (418a) betrachtet – ein I- oder T-Profil aufweist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussstück und/oder das Lagerbügel-Eingussstück (410) – in einem Querschnitt in einer durch die Kurbelwellenachse (418) und eine Zylinderachse (419a) gebildeten Motorlängsebene (418a) betrachtet – ein U-Profil aufweist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Wandbereichen des Eingussstücks (404) mit dem Werkstoff der Außenstruktur (402) ausgegossen ist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Wandbereichen (410a, 410b) des Lagerbügel-Eingussstückes (410) mit dem Werkstoff der Lagerbügel-Außenstruktur (409) ausgegossen ist.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, für Brennkraftmaschinen mit V-förmig angeordneten Zylindern (419), dadurch gekennzeichnet, dass jedes Eingussstück (404) zwei Paare von Schraubenbutzen (405) für Zylinderkopfschrauben aufweist, wobei die Paare von Schraubenbutzen (406) zueinander entsprechend dem V-Winkel geneigt und in unterschiedlichen Normalebenen auf die Kurbelwellenachse (418) angeordnet sind.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (402) und/oder die Lagerbügel-Außenstruktur (409) zumindest überwiegend aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium oder Magnesium, oder aus Kunststoff besteht.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (402) und/oder die Lagerbügel-Außenstruktur (409) zumindest überwiegend aus Gusseisen besteht.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussstück (404) und/oder das Lagerbügel-Eingussstück (410) aus Stahlguss besteht.
Zylinder-Kurbelgehäuse (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussstück (404) und/oder das Lagerbügel-Eingussstück (410) aus Gusseisen mit Lamellengraphit, mit Kugelgraphit oder mit Vermikulargraphit besteht.