DE19841102C1 - Kurbelgehäuse - Google Patents

Abstract

In einem Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine sind zur Bildung von Zylindern Zylinderlaufbuchsen angeordnet. Um die Zylinderlaufbuchsen ist in ihrem oberen Bereich wenigstens ein separat vom Kurbelgehäuse ausgebildetes Verstärkungselement mit wenigstens annährend dem Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchsen entsprechenden Bohrungen angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Patentan­ spruch 1 näher definierten Art.

Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Brennkraft­ maschinen mit Kurbelgehäusen aus Leichtmetallwerkstof­ fen, ist es im allgemeinen notwendig, Zylinderlauf­ buchsen einzusetzen, da der Werkstoff des Kurbelgehäu­ ses selbst für eine Verwendung als Zylinderlaufbahn keine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist. Da­ bei ist jedoch insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem die Zylinderlaufbuchsen einander am nächsten liegen, also im sogenannten Zwickelbereich, die ther­ mische Standfestigkeit des Werkstoffes der Zylinder­ laufbuchsen nicht ausreichend.

Bei einem qualitativ hochwertigen Grundmaterial für das Kurbelgehäuse kann es ausreichend sein, durch aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Beschich­ tungsverfahren eine Laufschicht auf das Grundmaterial aufzubringen. Solche Beschichtungsverfahren können beispielsweise das Nikasil-Beschichtungsverfahren, Plasmaspritzen oder PVD-Spritzen sein.

Hier ergeben sich jedoch, insbesondere bei der Verwen­ dung von Nikasil-Beschichtungen, giftige Prozeßabfälle und ein damit verbundenes hohes Umweltrisiko.

Weiterhin ist es bekannt, sogenannte Preforms, die beispielsweise aus Lokasil bestehen können, als Zylin­ derlauffläche zu verwenden. Dies wird insbesondere bei Druckgießverfahren und teilweise auch bei Sandgießver­ fahren durchgeführt.

Hierbei müssen jedoch nachteiligerweise Einschränkun­ gen bei der Gestaltung sowie hohe Werkzeugkosten hin­ genommen werden.

Zusätzlich ist bei sämtlichen Lösungen mit Zylinder­ laufbuchsen der Festsitz der Zylinderlaufbuchsen sowie die Festigkeit derselben kritisch, und es sind dadurch sehr häufig sehr große Abstände der einzelnen Zylinder voneinander notwendig, um durch eine ausreichende Ma­ terialmenge die gewünschte Festigkeit zu erhalten. Ein weiterer Nachteil ist die schlechte Kühlung im Zwic­ kelbereich, wodurch insbesondere bei im Druckgießver­ fahren hergestellten Brennkraftmaschinen oder bei schlecht gekühlten Zylinderlaufbuchsen hohe Tempera­ turbelastungen auftreten. Es ergeben sich durch diese hohen Temperaturbelastungen große, temperaturabhängige Unrundheiten und eine abnehmende Festigkeit der Zylin­ derlaufbuchsen.

Um dennoch eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, müssen in solchen Fällen die Zylinderlaufbuchsen nach­ teiligerweise sehr dickwandig und, wie bereits oben erwähnt, mit einem großen Abstand voneinander ausge­ führt werden.

Aus der DE-PS 117 899 ist es bekannt, Laufbuchsen und einen diese umgebenden und mit diesen einen Kühlraum bildenden Kühlmantel im dem Brennraum abgewandten End­ bereich miteinander zu verbinden. Im dem Brennraum zugewandten Endbereich verfügt der Kühlmantel über einen innenliegenden Flansch mit hohlzylinderförmiger Bohrung, der (unter Abdichtung) an den Laufbuchsen anliegt. Der Flansch bildet eine mechanische Verstär­ kung der Laufbuchsen. Problematisch ist die Herstel­ lung und Fertigung der beteiligten Bauteile sowie de­ ren Montage, beispielsweise der Bohrungen.

Zum allgemeinen Stand der Technik bei Zylinderlauf­ buchsen bzw. Kurbelgehäusen mit Zylinderlaufbuchsen wird des weiteren auf die Druckschriften EP 07 44 541, JP 59-3142 A und JP 5-321751 A verwiesen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurbel­ gehäuse für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem unter Einsatz eines einfach herzustellenden und/oder montierbaren Versteifungselementes der Zylin­ derlaufbuchsen möglichst große Zylinderbohrungsdurch­ messer bei möglichst geringen Zylinderabständen und gleichzeitig großer Stabilität und Verschleißfestig­ keit der Zylinderlaufbuchsen realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anbringung eines Verstär­ kungselements im oberen Bereich der Zylinderlaufbuch­ sen ergibt sich eine sehr gute Versteifung der Zylin­ derlaufbuchsen und somit eine Erhöhung der Festigkeit derselben. Die Zylinderlaufbuchsen können sehr viel hohen Drücken ausgesetzt werden bzw. dünnwandig ausge­ bildet sein, da das Verstärkungselement eine weitaus größere Festigkeit als die Zylinderlaufbuchsen selbst aufweisen kann, weil es nicht gleichzeitig als Reib­ partner für den Kolben dienen muß oder als Kühlmantel dienen muß und so das Material für das Verstärkungs­ element ausschließlich nach Festigkeitsgesichtspunkten ausgewählt werden kann.

Durch die erfindungsgemäß möglichen dünnwandigeren Zylinderlaufbuchsen sind größere Durchmesser der Zy­ linderbohrungen und somit ein größerer Hubraum der Brennkraftmaschine bei gleicher Baugröße derselben möglich. Die um das Verstärkungselement vergrößerte Wandstärke im oberen Bereich der Zylinderlaufbuchsen erhöht dabei nicht nur die Festigkeit der Zylinder­ laufbuchsen, sondern trägt gleichzeitig auch zur Stei­ gerung der Formbeständigkeit derselben bei, beispiels­ weise im Bezug auf Unrundheiten.

Infolge der separaten Ausbildung des Verstärkungsele­ ments ist dieses auf besonders einfache Weise und/oder sehr genau fertigbar. Das erfindungsgemäße Verstär­ kungselement kann infolge dessen separaten Ausbildung beabstandet zu einem Kühlmantel bzw. einer Zylinder­ bank angeordnet sein, so daß Durchtrittsöffnungen zu oberhalb des Verstärkungselementes angeordneten gebil­ det sind. Die Montage des Verstärkungselementes ist durch die erfindungsgemäße Gestaltung desselben ein­ fach, da eine Vormontage oder eine integrale Fertigung der Laufbuchsen und des Kühlmantels bzw. der Zylinder­ bank 2 in einem ersten Arbeitsschritt erfolgen kann und zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt die ge­ wünschte Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Laufbuchse durch Aufschieben des Verstärkungsele­ mentes von oben auf die Laufbuchsen erzielt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist weiterhin das Verstärkungselement unabhängig vom Kühlmantel oder anderen beteiligten Bauteilen demontierbar.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung kann vorgesehen sein, daß wenigstens eine Zylin­ derbank mit mehreren Zylinderlaufbuchsen vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement einen brillenartigen Aufbau aus mehreren zusammenge­ faßten Verstärkungsringen aufweist.

Durch das brillenartige Verstärkungselement werden somit alle Zylinderlaufbuchsen einer Zylinderbank zu­ sammengefaßt und die Festigkeit jeder einzelnen Zylin­ derlaufbuchse erhöht. Dadurch ergibt sich im oberen Bereich des Kurbelgehäuses, also demjenigen Bereich, in welchem der Zylinderkopf aufgesetzt wird, eine sehr gute Auflagefläche für eine Zylinderkopfdichtung. Es kann somit auch bei den erfindungsgemäß möglichen ge­ ringen Zylinderabständen eine sehr gute Abdichtung zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf stattfinden.

Durch das brillenartige Verstärkungselement ist des weiteren im oberen Bereich der Zylinderlaufbuchsen am Umfang derselben kein Wasserraum mehr vorgesehen, was die Problematik bezüglich der Abdichtung des Kurbelge­ häuses gegenüber dem Zylinderkopf noch weiter ent­ schärft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un­ teransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spiel.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch ein Kurbelgehäu­ se mit einem um die Zylinderlaufbuchsen ange­ ordneten brillenartigen Verstärkungselement,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das brillenartige Verstär­ kungselement und

Fig. 3 einen Teil des Kurbelgehäuses mit dem um die Zylinderlaufbuchsen angeordneten erfindungsge­ mäßen Verstärkungselement in einem Schnitt nach der Linie III-III aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Kurbelgehäuse durch einen Horizon­ talschnitt durch eine Zylinderbank 2 dargestellt. Das Kurbelgehäuse 1 ist Teil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Zylinder­ bank 2 weist sechs Zylinder 3 auf, welche jeweils durch Zylinderlaufbuchsen 4 gebildet sind. Insgesamt weist die vorliegende Brennkraftmaschine zwölf Zylin­ der 3 auf zwei Zylinderbänke 2 aufgeteilt auf, der Einfachheit halber ist hier jedoch nur die eine Zylin­ derbank 2 dargestellt. Selbstverständlich sind jedoch auch beliebige andere Anzahlen von Zylindern 3 mög­ lich.

Um die sechs Zylinderlaufbuchsen 4 ist in ihrem oberen Bereich ein brillenartiges Verstärkungselement 5 ange­ ordnet, welches insgesamt sechs Bohrungen 6 aufweist, in welchen sich die Zylinderlaufbuchsen 4 befinden. Auf diese Weise werden die Zylinderlaufbuchsen 4 zu­ sammengefaßt und jede für sich verstärkt. Selbstver­ ständlich ist auch die andere, nicht dargestellte Zy­ linderbank mit einem identisch ausgebildeten bril­ lenartigen Verstärkungselement 5 versehen. Im oberen Bereich des Kurbelgehäuses 1 befindet sich zwischen dem Verstärkungselement 5 und dem Kurbelgehäuse 1 ein Wasserraum 7, in welchem Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Zylinderlaufbuchsen 4 strömt.

Liegt in einer nicht dargestellten Ausführungsform eine Brennkraftmaschine mit nur einem Zylinder 3 vor, so braucht selbstverständlich kein brillenartiges Ver­ stärkungselement 5 vorgesehen sein, sondern lediglich ein Verstärkungsring 8. Man könnte auch sagen, daß das Verstärkungselement 5 aus so vielen einzelnen Verstär­ kungsringen 8 zusammengesetzt ist, wie die Zylinder­ bank 2 Zylinder 3 aufweist. Dies ist in Fig. 2 gut erkennbar, wo das Verstärkungselement 5 für sich dar­ gestellt ist.

Die Bohrungen 6 des Verstärkungselements 5 weisen zu­ sammen mit dem Außendurchmesser der Zylinderlaufbuch­ sen 4 jeweils eine Preßpassung auf, wodurch beispiels­ weise eine Überdeckung im Bereich von 20 bis 70 µm gegeben ist. Dadurch sind die Zylinderlaufbuchsen 4 sehr stramm in dem Verstärkungselement 5 befestigt.

In demjenigen Bereich, in welchem zwei benachbarte Zylinderlaufbuchsen 4 einander am nächsten liegen, verbreitert sich das Verstärkungselement 5 jeweils zwischen den zwei entsprechenden Zylinderlaufbuchsen 4 in senkrechter Richtung der Längsachse der Zylinder­ bank 2. Dieser Bereich wird im allgemeinen Zwickelbe­ reich genannt und stellt den am höchsten belasteten Bereich des Kurbelgehäuses 1 dar.

Das Verstärkungselement 5 besteht im vorliegenden Fall aus einem Leichtmetallwerkstoff bzw. einer Leichtme­ tallegierung, wie z. B. SAE 390. Alternativ kann das Verstärkungselement 5 auch aus einem Stahlwerkstoff oder anderen geeigneten Werkstoffen bestehen. Die Her­ stellung des Verstärkungselements 5 erfolgt durch Stanzen und es müssen lediglich die Bohrungen 6 bear­ beitet werden, um die notwendige Genauigkeit für die Passung mit den Zylinderlaufbuchsen 4 zu erreichen.

Das Kurbelgehäuse 1 besteht ebenfalls aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einem Alumini­ umwerkstoff, der in diesem Fall jedoch geringere Fe­ stigkeitseigenschaften aufweisen muß als der Werkstoff des Verstärkungselements 5. Dadurch kann für das Kur­ belgehäuse 1 ein kostengünstigeres Material verwendet werden. Die Zylinderlaufbuchsen 4 bestehen ebenfalls aus einem Leichtmetallwerkstoff, wiederum insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, der gleichzeitig gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften aufweisen sollte.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Kurbelgehäuse 1 im Bereich eines der Zylinder 3. Die Zylinderlaufbuch­ sen 4 sind als halbnasse Zylinderlaufbuchsen 4 ausge­ bildet und sind jeweils an einem Absatz 9 abgestützt, der durch das obere Ende des Kurbelgehäuses 1 gebildet wird. Selbstverständlich sind jedoch auch andere an sich bekannte Bauformen der Zylinderlaufbuchsen 4 denkbar, wie z. B. nasse oder trockene Zylinderlauf­ buchsen 4.

Der Wasserraum 7 befindet sich somit bei der halbnas­ sen Zylinderlaufbuchse 4 nicht nur, wie in Fig. 1 dar­ gestellt, im oberen Bereich zwischen dem Verstärkungs­ teil 5 und dem Kurbelgehäuse 1 sondern auch, wie in Fig. 3 erkennbar, zwischen den einzelnen Zylinderlauf­ buchsen 4, jedoch in Achsrichtung der Zylinder 3 be­ trachtet nur im mittleren Bereich der Zylinderlauf­ buchsen 4. Somit ist eine ausreichende Kühlung sämtli­ cher Zylinder 3 gewährleistet.

In Fig. 3 ist des weiteren zu erkennen, daß das Ver­ stärkungselement 5 eine relativ geringe Höhe, nämlich zwischen 5 und 10 mm aufweist. Die Zylinderlaufbuchse 4 ist in demjenigen Bereich, an dem sie von dem Ver­ stärkungselement 5 umgeben ist, mit einer reduzierten Wandstärke ausgebildet, welche ohne das Verstärkungs­ element 5 dem auftretenden Zünddruck nicht standhalten würde.

Durch die beschriebene Anordnung ist es möglich, klei­ nere Abstände der Zylinder 3 voneinander zu realisie­ ren und somit eine sehr kurz bauende Brennkraftmaschi­ ne herzustellen, die in demjenigen Bereich mit der höchsten Belastung, nämlich jeweils dem Zwickelbereich zwischen zwei Zylinderlaufbuchsen 4, eine besonders hohe Steifigkeit bzw. Festigkeit aufweist.

Claims (12)

1. Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine, in wel­ chem zur Bildung von Zylindern Zylinderlaufbuchsen angeordnet sind, wobei um die Zylinderlaufbuchsen (4) in ihrem oberen Bereich wenigstens ein Ver­ stärkungselement (5) mit wenigstens annähernd dem Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchsen (4) ent­ sprechenden Bohrungen (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Verstärkungselement (5) als separa­ tes Bauteil ausgebildet ist.

2. Kurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zylinderbank (2) mit mehreren Zy­ linderlaufbuchsen (4) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement (5) einen brillenartigen Aufbau aus mehreren zusammengefaß­ ten Verstärkungsringen (5) aufweist.

3. Kurbelgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zylinderbänke (2) vorgesehen sind, in wel­ chen jeweils ein Verstärkungselement (5) um die jeweiligen Zylinderlaufbuchsen (4) vorgesehen ist.

4. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Bohrungen (6) des Ver­ stärkungselements (5) jeweils eine Preßpassung ge­ genüber dem Außendurchmesser der Zylinderlaufbuch­ sen (4) aufweist.

5. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in demjenigen Bereich, in welchem zwei benachbarte Zylinderlaufbuchsen (4) einander am nächsten lie­ gen, das Verstärkungselement (5) in senkrechter Richtung zu der Längsachse der Zylinderbank (2) verbreitert ist.

6. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) eine Höhe im Bereich zwischen 5 bis 10 mm aufweist.

7. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) aus einer Leichtme­ tallegierung besteht.

8. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) aus einem Stahlwerk­ stoff besteht.

9. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zylinderlaufbuchse (4) als halbnasse Zylinderlaufbuchse ausgebildet ist, wel­ che an einem Absatz des Kurbelgehäuses (1) abge­ stützt ist.

10. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zylinderlaufbuchse (4) in dem­ jenigen Bereich, in dem sie von dem Verstärkungs­ element (5) umgeben ist, eine reduzierte Wandstär­ ke aufweist.

11. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (1) aus einem Leichtmetallwerk­ stoff, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, besteht.

12. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zylinderlaufbuchse (4) aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus ei­ nem Aluminiumwerkstoff, besteht.