DE19754008C2 - Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit ei­ nem als Gaswechselelemente Ventile aufnehmenden Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Hubkolbenbrennkraftmaschinen der vorgenannten Art sind aus der DE 42 30 528 A1 bekannt. Bei dieser Lösung sind die ausgehend vom Kurbelgehäuseunterteil bis in den Zylinderkopf sich er­ streckenden, in dessen dem Kurbelgehäuse zugewandten, unteren Bereich verankerten Zuganker über Muttern gegen untere Lager­ deckel der Kurbelwellenlager verspannt, die ihrerseits vom Kur­ belgehäuse umschlossen sind, das seinerseits nach unten über eine Ölwanne abgeschlossen ist. Die Zuganker sind nur nach Ent­ fernen der Ölwanne zugänglich und die Ölwanne sowie auch der die Ölwanne tragende Teil des Kurbelgehäuses sind ihrerseits unabhängig von den Zugankern über Schraubverbindungen gehalten. Sie tragen damit allenfalls indirekt zur Abstützung der kurbel­ gehäuseseitig über die Zuganker aufzubringenden Spannkräfte bei, so dass anderweitig für die notwendige Abstützung der La­ gerstühle gesorgt werden muss, was zusätzliche aussteifende Massnahmen bedingt.

Im Hinblick auf eine zusätzliche Aussteifung des Kurbelgehäuses im Bereich seiner Lagerstühle ist es bekannt, im Übergang des Kurbelgehäuses auf die Ölwanne eine plattenförmige oder scha­ lenförmige Versteifung vorzusehen, die im Falle der EP 0 663 522 B1 die Zusatzfunktion hat, eine gegenüber dem Kurbelgehäuse verbreiterte Befestigungsbasis für die Ölwanne zu bieten, und die im Falle der EP 0 515 773 B1 Prall- bzw. Leitflächen für das Öl bildet, durch die der Ölsammelraum gegen den Bewegungs­ bereich der Kurbelwelle abgegrenzt werden und eine einer soge­ nannten Trockensumpfschmierung ähnliche Funktion erreicht wer­ den soll.

Desweiteren ist es aus der DE 31 42 327 A1 bekannt, die Ölwanne doppelwandig zu gestalten und den zwischen Innenschale und Au­ ßenschale der Ölwanne liegenden Raum für die Durchführung von Kühlmittel zu nutzen. Zugleich soll diese Doppelschaligkeit mit elastischer Abstützung der Aussenschale gegen die Innenschale der Geräuschdämmung dienen, weshalb auch lediglich die Innen­ schale gegen das Kurbelgehäuse befestigt ist, die Aussenschale aber von der Innenschale über die elastischen Mittel getragen ist.

Mit der DE 43 19 082 A1 ist ferner noch eine Hubkolbenbrenn­ kraftmaschine mit einteiligem und einschaligem, um die Kurbel­ welle herum geführtem Kurbelgehäuse und in einem Stück mit dem Kurbelgehäuse ausgeführten Leiterrahmen bekannt, das durch au­ ßenliegende, angegossene, zwischen Zylinderkopfebene und Lei­ terrahmen verlaufende Ölkanäle zusätzlich ausgesteift ist und das bodenseitig Zugriffsbohrungen aufweist, die auf eine das Kurbelgehäuse nach unten überdeckende Ölwanne ausmünden. Vom Kurbelgehäuse umschlossen und lediglich gegen einen oberen Be­ festigungsflansch abgestützt sind die Lagerstühle der Kurbel­ welle, die über zu den Zugriffsöffnungen koaxiale Spannschrau­ ben gegen die gehäuseseitigen Flansche verspannt sind und die ihrerseits koaxial zu Zylinderkopfschrauben liegen, über welche der Zylinderkopf gegen das Kurbelgehäuse von der Gegenseite verspannt ist. Ein Kurbelgehäusekonzept dieser Art bietet schon aufgrund der Einteiligkeit und der dadurch erreichten Ausstei­ fungseffekte in Verbindung mit dem Leiterrahmen gute Vorausset­ zungen für eine gute Akustik, bedingt aber unter Fertigungs- und Montagegesichtspunkten gewisse Einschränkungen.

Schließlich ist mit der DE 31 22 533 A1 eine weitere Hubkolben­ brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der der über den Zy­ linderkopf abgedeckte Zylinderblock einen Teil des Kurbelgehäu­ ses bildet und bei der zwischen den Zylindern liegenden Lager­ brücken die Kurbelwellenlager zugeordnet sind, die eine obere und eine untere Lagerschale aufweisen, von denen die oberen La­ gerschalen gegen die Lagerbrücken verspannt sind. Dies ge­ schieht in einer ersten Ausgestaltung direkt über den Zylinder­ kopf durchsetzende Kopfschrauben, die als Zuganker kopfseitig gegen den Zylinderkopf abgestützt sind und mit ihrem Gewinde­ schaft in Gewindebohrungen der oberen Lagerschalen einge­ schraubt werden. Diese Gewindebohrungen dienen von der Gegen­ seite als Aufnahme für entgegengesetzt angesetzte Kopfschrau­ ben, über die die jeweilige untere Lagerschale gegen die obere Lagerschale verspannt wird. Zur Ausrichtung der Lagerschalen gegeneinander und gegenüber dem Zylinderblock als Teil des Kur­ belgehäuses dienen zu den jeweiligen Schrauben koaxiale Pass­ büchsen.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Funktion dieser Pass­ büchsen zur Ausrichtung der Lagerdeckel gegeneinander und ge­ genüber dem Zylinderblock als Teil des Kurbelgehäuses von einer den oberen Lagerdeckel durchsetzenden, mit Innengewinde verse­ henen Gewindehülse übernommen, die benachbart zum Kurbelgehäuse einen gegen den oberen Lagerdeckel sich abstützenden Bund auf­ weist und in die den unteren Lagerdeckel gegen den oberen La­ gerdeckel verspannende Kopfschrauben eingeschraubt werden. Von der Gegenseite werden die kopfseitig sich gegen den Zylinder­ kopf abstützenden und den Zylinderblock als Teil des Kurbelge­ häuses durchsetzenden, einen Zuganker bildenden Kopfschrauben eingeschraubt, so dass der obere Lagerdeckel über den unteren Lagerdeckel unter Vermittlung der Passbüchsen als Gewindebüch­ sen gegen den Zylinderblock verspannt ist.

Zur Reduzierung der Schallabstrahlung und zur Aussteifung von Kurbelgehäusen von Brennkraftmaschinen ist es aus der DE 43 24 609 A1 bekannt, diese mit Hochversteifungen im Bereich der Hauptlagerebenen sowie mit in Motorlängsrichtung verlaufenden Längsversteifungen zu versehen, wobei Hoch- und Längsverstei­ fungen als Hohlträger ausgebildet sind, von denen jeweils eine Wand Bestandteil der Seitenwand des Kurbelgehäuses ist und die untereinander strömungsverbunden sind.

Zur Gestaltung von Kurbelgehäusen ist es ferner bekannt (DE 33 21 751 C2), den Kurbelgehäuseboden bereichsweise einer Hüllkur­ ve der Kurbelwangen nachzuführen, derart, dass in Verbindung mit seitlichen Leitrippen enge Führungsspalte zur Förderung des rücklaufenden Öles über die Kurbelwangen in Richtung auf einen Ölsammelraum und von dort in Richtung auf einen tiefer liegen­ den Ölsumpf gegeben sind. Die der Kontur der Hüllkurve folgende Bodenform führt in Verbindung mit seitlich nach unten ragenden Wandungsteilen zur Bildung einer gegenüber der verrundeten, un­ teren Kurbelgehäusekontur eingezogenen Nische, die zur Unter­ bringung von Nebenaggregaten genutzt werden kann und die in Vervollständigung der kurvigen Kurbelgehäusekontur durch einen Deckel abgedeckt ist.

Bekannt ist es weiter für Getriebegehäuse (DE 196 04 886 A1) zur Abdeckung einer stirnseitigen Getriebewand, die Lagerboh­ rungen aufnimmt, einen topfartigen Deckel zu verwenden, der über einen Randflansch seiner umlaufenden Topfwand gegen einen Flansch der abzudeckenden Getriebewand zu verschrauben ist. Der Deckel ist mit zusätzlichen Versteifungsrippen versehen, die aufragend vom Topfboden zwischen den Topfwänden verlaufen. Be­ reichsweise bilden die Rippen Wandabschnitte von in den Topfbo­ den eingezogenen Schächten, die gegen die Getriebewand in Schraubenpfeifen auslaufen, wodurch über der Flanschverschrau­ bung entsprechende Verschraubungen eine zusätzliche Abstützung der Getriebewand gegen den Deckel im Bereich dieser Schächte erfolgt.

Bei beiden Ausgestaltungen ist der die Lagerung der Kurbelwelle tragenden Teil des Kurbelgehäuses von einer Ölwanne nach unten abgedeckt und in der Höhe bis in den mittleren Höhenbereich der Zylinder überdeckt, so dass sich im Überdeckungsbereich ein quasi doppelschaliges Kurbelgehäuse ergibt. Der so erreichte Aufbau der Hubkolbenbrennkraftmaschine ist insgesamt verhält­ nismäßig komplex und wenig montagefreundlich, wobei die den Zy­ linderkopf durchsetzende und kopfseitig am Zylinderkopf anset­ zende Anordnung der als Zuganker dienenden Kopfschrauben im Be­ reich des Zylinderkopfes zusätzliche konstruktive Einschränkun­ gen bedingt.

Bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird durch die Verwendung durchlaufender Zuganker und deren Verankerung im dem Kurbelgehäuse zugewandten Zylinderkopfbe­ reich der Zylinderkopfbereich von der Gegenseite her freigehal­ ten und es wird dadurch die funktionsgerechte Anordnung der Gaswechselsteuerelemente und der diesen zugeordneten Steuer­ glieder erleichtert, zudem auch eine gute Zugänglichkeit für Montage und Service sichergestellt. Gegebenenfalls können die Gaswechselelemente und Steuerglieder auch in einer vorgefertig­ ten Einheit zusammengefasst und so mit dem Zylinderkopf verbun­ den werden.

Diese Vorteile sollen erfindungsgemäß erhalten bleiben, zu­ gleich soll aber durch die erfindungsgemäß Lösung das Kurbelge­ häuse akustisch optimiert und besonders steif ausgestaltet wer­ den, bei guten Voraussetzungen für Service und Montage.

Erreicht wird dies bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Hierbei wirkt sich die Doppelwandigkeit des Kurbelgehäuseunter­ teiles grundsätzlich günstig aus. Durch die Verbindung der bei­ den Wandteile, von denen der eine den äusseren Kurbelgehäusebo­ den und der andere den Kurbelwannenboden bildet, ergibt sich aber zusätzlich eine wechselseitige Aussteifung mit entspre­ chender Einbeziehung dieser Wandteile in die Tragkonstruktion, so dass eine besonders steife Einheit entsteht, die zur Aus­ steifung des Kurbelgehäuses insgesamt beiträgt. Über die vorge­ sehenen Einzüge des Kurbelgehäusebodens gegen den Kurbelwannen­ boden im Bereich der Lagerstühle entstehen zudem Aufnahmen für die Schraubelemente der Zuganker, die von aussen zugänglich sind, so dass der Service ebenso wie die Montage erleichtert wird und insbesondere auch eine Kontrolle der Spannung der Zu­ ganker jederzeit möglich ist, ohne in den Aufbau der Brenn­ kraftmaschine eingreifen zu müssen. Die Einzüge ermöglichen darüber hinaus auch eine angestrebte, möglichst kurze Zuganker­ länge, wobei über die Zuganker das Kurbelgehäuseunterteil ins­ gesamt verspannt ist und eine gesonderte Ölwanne ebenso weg­ fällt wie eine gesonderte Befestigung für diese.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im übrigen wird die Erfindung nachfol­ gend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 3 den Motorblock einer Hubkolbenbrenn­ kraftmaschine, aufgebaut aus einem Zylinderkopf (Fig. 1) und einem Kurbelgehäuse, das aus einem Kurbelgehäuse­ oberteil (Fig. 2) und einem Kurbelgehäuseunterteil (Fig. 3) besteht, wobei die Darstellung jeweils schematisiert und perspektivisch ist,

Fig. 4 eine schematisierte und vereinfachte Schnittdar­ stellung des Kurbelgehäuseunterteils entsprechend einer Schnittführung IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung entspre­ chend der Schnittlinie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt durch den Zylinderkopf gemäß Fig. 1 im Bereich eines Nockenwellenlagerbockes, wie durch die Schnittlinie VI-VI in Fig. 1 angedeutete und

Fig. 7 eine Ansicht des Kurbelgehäuseoberteiles gemäß Fig. 2, wobei lediglich der Bereich um den mittleren Zylin­ der der insgesamt dreizylindrigen Brennkraftmaschine dar­ gestellt ist.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen in Fig. 1 den Zylinderkopf 1 und in Fig. 2 und 3 das Kurbelgehäuseoberteil 2 und das Kurbelge­ häuseunterteil 3 eines Kurbelgehäuses einer dreizylindrigen Brennkraftmaschine mit Wasserkühlung und dem Zylinder­ kopf 1 zugeordneten, nicht dargestellten Gaswechselsteuer­ elementen.

Das Kurbelgehäuseunterteil 3 weist Lagerstühle 4 mit La­ geraufnahmen 5 für eine nicht dargestellte, in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verlaufende Kurbelwelle auf, und diese Lagerstühle 4 liegen zwischen seitlichen Tragbalken 6 und 7 (siehe hierzu insbesondere Fig. 5), die bevorzugt als Aggregateaufnahmen, so beispielsweise für eine Ölpumpe 8 dienen und an die radial innen ein Kurbelwannenboden 9 anschließt, zu dem ein Kurbelgehäuseboden beabstandet an­ gebracht ist, der mit 10 bezeichnet ist und der im wesentli­ chen in Verlängerung der radial äußeren Seiten der Tragbal­ ken 6 und 7 angeordnet ist, wobei dieser Kurbelgehäusebo­ den 10 in Fig. 3 mit einem Abschnitt 11 sichtbar ist, der über den in der Darstellung gemäß Fig. 3 vorne liegenden Lager­ stuhl 4 axial vorsteht. Der Abstand zwischen dem Kurbel­ wannenboden 9, der in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 nur mit einer Begrenzungslinie erkennbar ist, und dem Kur­ belgehäuseboden 10 nimmt gegen das in der Darstellung ge­ mäß Fig. 3 rückwärtige Ende des Kurbelgehäuseunterteiles 3 zu, wie ein Vergleich der Fig. 4 und 5 zeigt, wobei durch die Absenkung im rückwärtigen Bereich ein Ölsumpf 12 entsteht, während der durch den Kurbelwannenboden 9 be­ grenzte Bereich, in dem die Kurbelwelle liegt, im wesentli­ chen ölfrei gehalten ist, so daß die erfindungsgemäße dop­ pelwandige Ausgestaltung des Kurbelgehäuseunterteiles eine Trockensumpfschmierung ermöglicht, bei der die Öl­ förderung über die Ölpumpe 8 vorgenommen wird. Der Zu­ lauf auf die Ölpumpe 8 erfolgt über einen aus Fig. 4 ersicht­ lichen Kanal 13, der an eine Sammelrinne 14 anschließt, die den Kurbelwannenboden 9 untergreifend im Bereich von dessen Anschluß an den Tragkanal 7 vorgesehen ist, wobei der Kurbelwannenboden 9 in nicht dargestellter Weise im Anschlußbereich an den Tragkanal 7 auf den Sammelkanal 14 Ölrücklauföffnungen aufweist.

Wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, ist der Kurbelge­ häuseboden 10 im Bereich der Lagerstühle 4 gegen den Kur­ belwannenboden 9, der die Lagerstühle 4 an der Unterseite im wesentlichen umgreift, eingezogen, wobei pfeifenartige Aufnahmen 15 entstehen, die gegen die Umgebung der Brennkraftmaschine offen sind und an den Lagerstühlen 4 enden. Auf diese pfeifenartigen Aufnahmen 15 münden die in den Lagerstühlen 4 vorgesehenen Aufnahmebohrungen 16 für hier nicht dargestellte Zuganker aus, wobei die Auf­ nahmebohrungen 16 in Richtung auf das Kurbelgehäuse­ oberteil 2 auf im Querschnitt erweiterte Schächte 17 aus­ münden, denen im Kurbelgehäuseoberteil 2 schachtartige Ausnehmungen 18 entsprechen, die im Querschnitt großer sind als die durch sie hindurchzuführenden Zuganker. Hier­ durch können die Ausnehmungen 18 nicht nur die Zuganker aufnehmen, sondern Zusatzfunktionen erfüllen, so bei­ spielsweise als Rücklaufbohrungen für umlaufendes Öl und/­ oder als Entlüftungsöffnungen dienen.

Den Aufnahmebohrungen 16 im Kurbelgehäuseunterteil 3 entsprechen für die nicht dargestellten Zuganker im Zylin­ derkopf 1, wie in Fig. 6 dargestellt, Sacklochbohrungen 19, die im Bereich der Lagerbrücken 20 des Zylinderkopfes 1 vorgesehen sind, die Lagerstellen 21 für nicht dargestellten Nockenwellen enthalten. Wie Fig. 7 veranschaulicht, liegen die zylinderkopfseitigen Sacklochbohrungen 19 und die Aufnahmebohrungen 16 im Kurbelgehäuseunterteil bezo­ gen auf die Längserstreckung der Brennkraftmaschine in zur Längsmittelebene der Brennkraftmaschine parallelen Ebe­ nen, welche die jeweilige Zylinderbohrung 22 etwa tangie­ ren, so daß sich sehr günstige Abstützverhältnisse ergeben, wobei dadurch, daß die nicht dargestellten Zuganker zylin­ derkopfseitig lediglich von der Unterseite des Zylinderkop­ fes her zugänglich sind und unterhalb der Ebene der Lager­ stellen 21 für die Nockenwellen enden, für die Anbringung der Nockenwellen und deren Lagerung in den Lagerböcken 20 die größtmögliche Gestaltungsfreiheit gegeben ist.

Für die Montage können die Zylinderköpfe mit den in diese eingesetzten Zugankern auf das Kurbelgehäuseober­ teil 2 aufgesetzt werden, wobei die Zuganker das Kurbelge­ häuseoberteil 2 und das Kurbelgehäuseunterteil 3 durchdrin­ gen und über ihre in die Aufnahmen 15 hineinragenden En­ den verspannt werden können, wobei die Verspannung über herkömmliche Muttern oder dergleichen erfolgen kann.

Der Aufbau der Brennkraftmaschine bei der erfindungs­ gemäßen Lösung ist sehr einfach gestaltet, wobei das Kur­ belgehäuseoberteil 2 zwischen Zylinderkopf 1 und Kurbel­ gehäuseunterteil 3 lediglich eingespannt und keinen Zug­ kräften unterworfen ist. Schwellende von Druck auf Zug wechselnden Belastungen können damit weitgehend ver­ mieden werden. Zylinderkopfseitig ergibt die erfindungsge­ mäße Ausgestaltung breiteste Gestaltungsmöglichkeiten, wobei die Führung der Zuganker auch gewährleistet, daß diese thermisch nur gering und entsprechend in den jeweili­ gen Bauteilen belastet sind. Infolgedessen sind durch die er­ findungsgemäße Lösung auch die temperaturbedingten Spannungsschwankungen gering, da die Erwärmung der Zuganker homogen und gleichzeitig mit den Gehäuseteilen erfolgt. Dadurch ergeben sich auch im zeitligen Ablauf gleichmäßige Spannungen in den Bauteilen.

Claims (4)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem als Gaswechselsteuere­ lemente Ventile aufnehmendem Zylinderkopf und einem eine Kur­ belwelle aufnehmenden Kurbelgehäuse, bei der der Zylinderkopf und das aus einem Kurbelgehäuseoberteil und einem Kurbelgehäu­ seunterteil bestehende Kurbelgehäuse durchgehend über Zuganker gegeneinander verspannt sind, die in dem unteren, dem Kurbelge­ häuse zugewandten Bereich des Zylinderkopfes verankert und im Bereich des Kurbelgehäuseunterteiles gegen Lageraufnahmen der Kurbelwelle bildende Lagerstühle verspannt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kurbelgehäuseunterteil (3) doppelwandig ausgebildet ist und zur Begrenzung der Kurbelwanne einen die Lagerstühle (4) umschliessenden Kurbelwannenboden (9) aufweist, zu dem ein äusserer Kurbelgehäuseboden (10) beabstandet angeordnet ist und
dass der Kurbelgehäuseboden (10) im Bereich von die Lagerstühle (4) durchsetzenden Bohrungen (16) für die Zuganker gegen den Kurbelwannenboden (9) eingezogen ist, derart, dass die den Zu­ gankern zugehörigen Schraubelemente in taschenförmig eingezoge­ nen Aufnahmen (15) liegen, die durch die Lagerstühle (4) be­ grenzt sind.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker in den Zylinderkopf (1) eingeschraubt sind.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderkopfseitige Verschraubung der Zuganker unter­ halb der Lagerebene von im Zylinderkopf (1) angeordneten, der Gaswechselsteuerung zugeordneten Nockenwellen liegt.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker in Sacklochbohrungen (19) des Zylinderkopfes (1) eingeschraubt sind.