DE10350500A1 - Verfahren zur Vergrößerung von Motorzylinderbohrungen - Google Patents

Abstract

Es ist ein Verfahren vorgesehen, um vergrößerte Zylinderbohrungen in einem Motor, basierend auf einer Familie von Verbrennungsmotoren, auszubilden, die eine ursprüngliche Zylinderbohrungsachse für jede Bohrung besitzen, wobei jede Zylinderbohrungsachse gegen eine Vergrößerung in Richtung einer Seite begrenzt ist. Das Verfahren umfasst, dass eine Versetzungsachse vorgesehen wird, die parallel zu der ursprünglichen Zylinderbohrungsachse liegt und in Richtung einer gegenüberliegenden Seite der Zylinderbohrung um eine Abmessung beabstandet ist, die gleich einer Hälfte einer vorbestimmten Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers ist, und die vergrößerte Zylinderbohrung an der Versetzungsachse zentriert wird. Das Verfahren schützt eine minimale Wanddicke von den Zylindern zu Nockenwellenbohrungen zwischen den Zylinderbänken, während die auswärts gerichtete Vergrößerungsabmessung bevorzugt auf einen Wert begrenzt ist, der keine Änderung des Schraubenmusters des Zylinderkopfes erfordert oder die Wanddicke in anderen Abschnitten der Zylinder unter minimale Werte verringert.

Description

• Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Motoren und insbesondere ein Verfahren, um vergrößerte Zylinderbohrungen in einem Zylinderblock vorzusehen, wobei eine Bohrungsvergrößerung auf eine Seite des Zylinders beschränkt ist.
• Es ist auf dem Gebiet der Motorenkonstruktion und -herstellung bekannt, einen Zylinderblock mit einem oder mehreren Zylindern zu versehen, die in einer oder mehreren Reihen oder Bänken angeordnet sind, wobei die Zylinder auf Achsen zentriert sind, die die sich in Längsrichtung erstreckende Zentrallinie oder Zentralachse der Motorkurbelwelle schneiden, die in einem unteren Abschnitt des Blockes des Kurbelgehäuses gelagert ist. Wenn eine neue Motorenfamilie konstruiert wird, sind die Zylinderwände manchmal dicker als absolut notwendig ausgebildet, um Raum für eine spätere Erhöhung des Zylinderhubraums durch eine geeignete Erhöhung der Größe der Zylinderbohrung zu belassen. Jedoch kann an einem bestimmten Punkt eine weitere Vergrößerung der Zylinderbohrung zu einer Seite der Zylinder dadurch begrenzt werden, dass aufgrund der anfänglichen Konstruktionsmerkmale eine minimale Zylinderwanddicke erreicht wird.
• Beispielsweise können bei einem herkömmlichen obengesteuerten Motor (OHV-Motor) die Ventile durch Stößelstangen von einer Nockenwelle betätigt werden, die in einem Tunnel oder einer Serie von Bohrungen angeordnet ist, die benachbert einer Seite der Zylinder in einer Zylinderreihe positioniert sind. Bei einem V-Motor ist die Nockenwellen- Bohrung herkömmlich zwischen den in V-Stellung angewinkelten Zylinderreihen Bzw. -bänken angeordnet. Somit kann an einem bestimmten Punkt eine Vergrößerung der Zylinderbohrungen um die ursprüngliche Zylinderachse durch Verringerung der Zylinderwanddicke an dem Ort der Nockenwellenbohrung auf eine minimale Wanddickenabmessung begrenzt sein, wodurch die Möglichkeit beschränkt wird, dass der Durchmesser der Zylinderbohrung des Motors weiter erhöht wird.
• Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur Vergrößerung der Zylinderbohrungen einer Familie von Verbrennungsmotoren vor, wobei die Zylinder gegen eine Vergrößerung in Richtung einer Seite der Zylinder beispielsweise durch den Ort einer Nockenwellenbohrung oder eines Kühlmantels begrenzt sind. Wenn der Motoraufbau wie auch die Konstruktionsbedingungen dies zulassen, kann eine gewisse Vergrößerung der Zylinderbohrungen möglich werden, indem die Zylinderachse von der beschränkten Seite des Zylinders weg versetzt wird und die Bohrung um eine Größe vergrößert wird, die durch die Motorkonstruktion bzw. den Motoraufbau zulässig ist. Bevorzugt ist die Zylinderbohrungsvergrößerung auf eine Abmessung begrenzt, die vorgesehen werden kann, ohne dass eine Änderung des Schraubenmusters (bolt pattern) des Zylinderkopfes erforderlich wird. Somit kann eine größere Umkonstruktion oder Abwandlung der Motorherstellausstattung beschränkt werden. Auch ist das Ausmaß der Vergrößerung von den Orten von anderen Abschnitten des Kühlmantels in dem Motorzylinderblock abhängig. Dennoch kann, wenn es die Konstruktion der Motorfamilie zulässt, eine bestimmte größere Bohrungsvergrößerurig möglich sein, ohne dass radikale Änderungen der Motorkomponenten wie auch der Werkzeuge, die zur Herstellung der Motorenfamilie erforderlich sind, nötig werden.
• Bei einem Beispiel können die Bohrungen der Zylinder in dem Zylinderblock eines herkömmlichen obengesteuerten V-Motors so ausgebildet oder vorher vergrößert worden sein, dass die Nockenwellenbohrung eine weitere Vergrößerung der Zylinder in Richtung der Innenseite der Zylinderbänke beschränkt. Eine Vergrößerung von nur 3,0 mm in der Bohrung sieht eine wesentliche Erhöhung des Hubraums der vergrößerten Zylinder ohne Änderung des Hubes der Kolben vor. Die Motorkonstruktion kann eine Vergrößerung des Zylinderdurchmessers zulassen, indem eine neue Zylinderachse um eine Hälfe der vergrößerten Zylinderbohrung oder um einen Versetzung von 1,5 mm nach außen weg von der Innenseite der Zylinder versetzt wird. Die Zylinder werden dann an der neuen Achse gebohrt, so dass die Außenwand der vergrößerten Zylinder um 3,0 mm nach außen verschoben wird, während die Innenwand mit ihrer minimalen Dicke in der ursprünglichen Position bleibt. In diesem Fall kann die Änderung ohne Abwandlung des Schraubenmusters des Zylinderkopfes,. das durch die gegenwärtige Motorwerkzeugausstattung vorgesehen ist, und ohne Absenkung unter eine Wanddicke zwischen anderen Teilen der Zylinder und dem Wassermantel oder anderen benachbarten Hohlräumen möglich werden.
• Eine Verschiebung der Zylinderachsen nach außen bewirkt eine Versetzung der Zylinder, so dass sich die Zylinderachsen nicht mit der Achse der Nockenwelle überschneiden, wie es bei herkömmlichen Motoren der Fall ist. Stattdessen schneiden in einem V-Motor der Erfindung die Zylinderachsen der gegenüberliegenden Bänke eine Referenzlinie unterhalb und parallel zu der Kurbelwellenachse um eine kleine Abmessung beabstandet. Die Erfindung sieht den Vorteil eines verbesserten Motorhubraums ohne das Erfordernis einer grundlegenden Werkzeugneubestückung bzw. -umbestückung einer Motorfertigungsanlage vor, wenn keine herkömmlichen Verfahren zur Bohrungsvergrößerung verwendet werden können. Die relativ kleine Versetzung der Zylinderachsen kann geringfügig verschiedene Auswirkungen auf die beiden Zylinderbänke besitzen, soweit Kolbenschublasten sowie möglicherweise die Zündsteuerung betroffen sind. Jedoch überschreiten die Differenzen keine größeren Grenzen und besitzen die Vorteile in Verbindung mit einem Betrieb mit deaktivierten Zylindern, bei dem eine Zylinderbank bei einem Betrieb in einem Bereich mit niedrigerer Leistung deaktiviert ist.
• Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
• 1 ist eine Schnittansicht durch einen Zylinderblock, der für eine Familie von herkömmlichen obengesteuerten V-Motoren repräsentativ ist und gemäß der vorliegenden Erfindung abgewandelt ist.
• 2 ist eine Explosionsansicht eines OHV-Motors, der vergrößerte Zylinderbohrungen und ein repräsentatives Schraubenmuster für den Zylinderkopf eines V-6-Motors gemäß der Erfindung zeigt.
• In den Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein einen Zylinderblock für eine Familie von V-6-Motoren, wobei der Zylinderblock gemäß der Erfindung abgewandelt ist. Der Zylinderblock wird herkömmlich aus Gusseisen geformt und umfasst einen unteren Kurbelgehäuseabschnitt 12 und einen oberen Zylinderabschnitt 14.
• Der Kurbelgehäuseabschnitt umfasst eine untere Seite 16 mit Querstegen 18, von denen jeder eine zentrale Ausnehmung 20 zur Auf nahme eines Hauptlagerdeckels, der nicht gezeigt ist, besitzt, nämlich einen für jeden Steg. Ein halbkreisförmiger Ausschnitt 22 ist über der Ausnehmung 20 zentriert und sorgt für eine Rückhaltung eines die Kurbelwelle lagernden Lagereinsatzes, wobei ein entsprechender zusammenpassender Einsatz in einer Ausnehmung in einem zugeordneten Lagerdeckel, der nicht gezeigt ist, gelagert ist. Der Ausschnitt 22 ist an einer längsgerichteten Kurbelwellenachse 24 zentriert, die in einer horizontalen Ebene 25 der Ausnehmungen 20 und auch in einer zentralen vertikalen Ebene 26 des Zylinderblockes liegt. Bei der Montage wird eine Kurbelwelle drehbar in den Lagereinsätzen befestigt, die in den verschiedenen Stegen 18 wie auch zugeordneten Lagerdeckeln des Motors, die nicht gezeigt sind, vorgesehen sind.
• Eine bogenförmige gestrichelte Linie 28 stellt die Zwischenraumlinie für Gegengewichte und zugeordnete Abschnitte für Pleuelstangen dar, die mit den nicht gezeigten Kurbelkröpfungen des Motors drehbar sind.
• Der Zylinderabschnitt 14 des Motorblockes 10 umfasst rechte und linke Bänke 30, 32, wobei jede Bank mit drei in Längsrichtung ausgerichteten Zylindern 34 versehen ist. Bei ursprünglichen Modellen der Motorenfamilie, für die der Motorblock hergestellt wurde, wurden die Zylinderbohrungen an Ursprungsachsen 36 zentriert, die so orientiert waren, dass sie sich mit der Kurbelwellenachse 24 überschnitten haben, so dass die Zylinder unter einem rechten Winkel zu der nicht gezeigten Kurbelwelle zentriert sind. Die Zylinder umfassen Außenwände 38, die vollständig oder teilweise mit Kühlmänteln oder Wassermänteln 40 zur Kühlung der Zylinder während des Motorbetriebs umgeben sind. In einem zentralen Raum 42 zwischen den Zylinderbänken 30, 32 verbinden Stege 44 die Bänke, und es sind Nockenwellenbohrungen 46 vorgesehen, um eine die Ventile betätigende Nockenwelle, die nicht gezeigt ist, drehbar zu lagern.
• Bei der Montage eines Motors 50 sind, wie teilweise in 2 gezeigt ist, die Außenenden der Zylinder 34 durch Zylinderköpfe 52 geschlossen. Stoßstellen zwischen den Köpfen und dem Zylinderkopf werden durch Kopfdichtungen abgedichtet, die nicht gezeigt sind, und die Köpfe werden an dem Block durch Schrauben oder Bolzen, die nicht gezeigt sind, gehalten, die sich durch oder in Bolzenöffnungen 54 in den Zylinderköpfen und Bolzenöffnungen 56 in dem Zylinderblock erstrecken. Diese Öffnungen sind in einem fixierten Muster angeordnet, das als das Schraubenmuster für den Zylinderkopf bezeichnet wird und das für eine enge Befestigung der Köpfe an dem Zylinderblock mit angemessenem Druck sorgt, der auf die Kopfdichtungen ausgeübt wird, um eine Rückhaltung der Zylinderkompressions- wie auch Zünddrücke sicherzustellen.
• Für eine Motorenfamilie mit relativ großer Produktion ist die Werkzeugausstattung zum Gießen der Zylinderblockvorsprünge wie auch der Bearbeitung der Bolzenöffnungen in dem Motorblock und den Zylinderköpfen darauf begrenzt, das fixierte Zylinderkopfschraubenmuster der ursprünglichen Konstruktion der Motorenfamilie vorzusehen. Demgemäß können Änderungen des Schraubenmusters für den Zylinderkopf einen großen Werkzeugausstattungs- wie auch Konstruktionsaufwand erfordern, der bei der Abwandlung der Motorkonstruktion vermieden werden soll.
• An einem bestimmten Punkt in dem Konstruktions- oder Abwandlungsverlauf einer Motorenfamilie, die auf dem Zylinderblock 10 basiert, können die Nockenwellenbohrungen 46 oder die Wassermäntel 40 oder beide eine Begrenzung bezüglich einer Vergrößerung oder weiteren Vergrößerung der Motorzylinderbohrungen um die ursprünglichen Achsen 36 herum darstellen. Dies erfolgt an einem Punkt, wenn die Zylinderwand 38 beispielsweise an dem Ort der Nockenwellenbohrungen 46 eine minimale Dicke erreicht, über die hinaus die Zylinderbohrungen nicht weiter vergrößert werden können, ohne eine Verringerung unter die minimale Wanddicke für die Zylinder zu bewirken.
• Die 1 und 2 zeigen einen solchen Zustand bei der Konstruktion und / oder Entwicklung einer Motorenfamilie. Die Wände 38 der Zylinder haben an dem Ort der Nockenwellenbohrungen 36 eine minimale Dicke erreicht, während die ursprünglichen Zylinder, die durch gestrichelte Linien 58 in 2 dargestellt sind, an den ursprünglichen Zylinderachsen 36 zentriert sind, wie in 1 gezeigt ist.
• Bei der Überlegung, wie die Zylinderbohrungen ohne große Abwandlung der Motorkonstruktion weiter erweitert werden können, wurde erkannt, dass die Zylinder um eine kleine Größe, wie beispielsweise 3,0 mm, nach außen vergrößert werden können, ohne dass eine Abwandlung des Schraubenmusters des Zylinderkopfes nötig wird oder übermäßig dünne Zylinderwände benachbart der Wassermäntel 40 an anderen Orten in den Zylinderblock bewirkt werden. Demgemäß wurde die Motorkonstruktion geändert, indem die Zylinderbohrungsachsen 60 nach außen versetzt vorgesehen wurden. Die Achsen 60 wurden um eine Abmessung X versetzt, die gleich einer Hälfte der Abmessung der Zunahme des Bohrungsdurchmessers der Zylinder 34 relativ zu den ursprünglichen Zylindern 58 der Motorfamilie ist. Die Versetzung der Bohrungsachsen erfolgt in einer Richtung nach außen zu den Außenseiten der Zylinder und weg von den Innenseiten der Zylinder, an denen die Wände mit minimaler Dicke benachbart der Nockenwellenbohrungen angeordnet sind. An dem neuen Ort schneiden die Bohrungsachsen 60 eine in Längsrichtung gerichtete Referenzlinie 62, die parallel zu der Kurbelwellenachse 24 liegt und sich um eine vertikale Abmessung Y unter die Achse 24 erstreckt.
• Um die Abwandlung der Motorblockkonstruktion zu vervollständigen; werden die vergrößerten Zylinder 34 an den versetzten Bohrungsachsen 60 zentriert bearbeitet, so dass die Innenwände der Zylinder bei der gewünschten minimalen Dicke bleiben, während die Dicke der Außenwände der Zylinder um die Größe der Zylindervergrößerungsabmessung verringert werden. Diese Vergrößerung ist in der Konstruktionsphase durch die Gestaltung anderer Aspekte des Zylinderblockes auf eine Größe beschränkt, die an keiner Stelle um den Zylinder herum eine minimale Wanddicke überschreitet.
• Aufgrund des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden die Zylinder ausreichend vergrößert, um eine wesentliche Zunahme des Zylinderhubraums der vergrößerten Motorzylinder vorzusehen. Diese Vergrößerung ist darauf begrenzt, eine Verringerung der Zylinderwanddicken unter gewünschte minimale Werte zu vermeiden und eine Änderung des Schraubenmusters des Motorzylinderkopfes zu vermeiden, was einen übermäßigen Werkzeugaufwand erfordern würde. Eine gewisse Abwandlung der Zylinderkopfkonstruktion und / oder -bearbeitung kann abhängig von der Form der Motorbrennkammern erforderlich werden. Auch werden größere- Kolben und Kolbenringe für das Motormodell mit vergrößertem Hubraum basierend auf der ursprünglichen Motorfamilienkonstruktion erforderlich. Jedoch ist eine wesentliche Zunahme des Motorhubraums mit begleitenden Kraft- und Leistungszuwächsen und mit einem Minimum an Aufwand für neues Werkzeug vorgesehen.
• Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei angemerkt, dass innerhalb des Schutzumfanges der beschriebenen erfinderischen Konzepte zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt anzusehen, sondern besitzt den vollständigen Schutzumfang, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche zugelassen wird.
• Zusammengefasst ist ein Verfahren vorgesehen, um vergrößerte Zylinderbohrungen in einem Motor basierend auf einer Familie von Verbrennungsmotoren auszubilden, die eine ursprüngliche Zylinderbohrungsachse für jede Bohrung besitzen, wobei jede Zylinderbohrung gegen eine Vergrößerung in Richtung einer Seite begrenzt ist. Das Verfahren umfasst, dass eine Versetzungsachse vorgesehen wird, die parallel zu der ursprünglichen Zylinderbohrungsachse liegt und in Richtung einer gegenüberliegenden Seite der Zylinderbohrung um eine Abmessung beabstandet ist, die gleich einer Hälfte einer vorbestimmten Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers ist, und die vergrößerte Zylinderbohrung an der Versetzungsachse zentriert wird. Das Verfahren schützt eine minimale Wanddicke von den Zylindern zu Nockenwellenbohrungen zwischen den Zylinderbänken, während die auswärts gerichtete Vergrößerungsabmessung bevorzugt auf einen Wert begrenzt ist, der keine Änderung des Schraubenmusters des Zylinderkopfes erfordert oder die Wanddicke in anderen Abschnitten der Zylinder unter minimale Werte verringert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ausbilden zumindest einer vergrößerten Zylinderbohrung eines Motors basierend auf einer Familie von Verbrennungsmotoren, die eine ursprüngliche Zylinderbohrungsachse für jede Bohrung besitzen, wobei eine Vergrößerung jeder Zylinderbohrung in Richtung einer ihrer Seiten begrenzt ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Versetzungsachse vorgesehen wird, die parallel zu der ursprünglichen Zylinderbohrungsachse angeordnet und in Richtung einer der einen Seite entgegengesetzten Seite der Zylinderbohrung um eine Abmessung beabstandet ist, die gleich einer Hälfte einer vorbestimmten Bohrungsdurchmesservergrößerung ist; und die vergrößerte Zylinderbohrung an der Versetzungsachse zentriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor einen Zylinderkopf mit einem fixierten Schraubenmuster für den Zylinderkopf besitzt, das die vorbestimmte Vergrößerung jedes Zylinderbohrungsdurchmessers in einer Richtung zu der gegenüberliegenden Seite des Zylinders erlaubt, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, dass die Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers auf eine Abmessung begrenzt wird, die durch das fixierte Schraubenmuster für den Zylinderkopf zugelassen wird, so dass eine Änderung des Zylinderkopfschraubensmusters für die Motorenfamilie vermieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motorenfamilie eine Zylinderblockkonfiguration besitzt, die eine vorbestimmte Vergrößerung jedes Zylinderbohrungsdurchmessers in einer Richtung zu der entgegengesetzten Seite des Zylinders erlaubt, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, dass die Durchmesservergrößerung auf eine Abmessung begrenzt wird, die durch die Zylinderblockkonfiguration zugelassen wird, so dass eine Änderung der Blockkonfiguration vermieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass ein Zylinderblock vorgesehen wird, der eine Nockenwellenbohrung benachbart von jeder vergrößerten Zylinderbohrung umfasst, wobei der Zylinder wie auch die Nockenwellenbohrungen eine minimale Wanddicke entlang der einen Seite des Zylinders definieren.
5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: ein Zylinderblock mit einem Paar von in V-Stellung angewinkelten Zylinderbänken mit zumindest einer vergrößerten Zylinderbohrung in jeder Bank und einer Nockenwellenbohrung zwischen den Bänken vorgesehen wird, die mit den Zylinderbohrungen eine minimale Wanddicke entlang der Innenseiten der Zylinder definiert, wobei ursprüngliche Achsen der Zylinderbohrungen der Motorenfamilie eine Längsachse einer Kurbelwellenbohrung schneiden; versetzte Zylinderbohrungsachsen für jeden der vergrößerten Zylinder vorgesehen werden, die in Richtung der Außenseiten der Zylinder um Abmessungen beabstandet sind, die gleich einer Hälfte einer vorbestimmten Vergrößerung des Zylinderbohrungsdurchmessers sind, wobei die Versetzungsachsen eine Längsreferenzlinie überschneiden, die parallel zu und unterhalb der Kurbelwellenachse angeordnet ist; und die vergrößerten Zylinderbohrungen an den Versetzungsachsen zentriert werden.