DE3233578C2

DE3233578C2 - Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen

Info

Publication number: DE3233578C2
Application number: DE3233578A
Authority: DE
Inventors: Heribert Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Kubis; Josef Ing.(grad.) 8540 Rednitzhembach Winter
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1985-09-12
Also published as: SE8304091D0; IT1164344B; JPS59131745A; FR2532992A1; IT8322335A1; US4616603A; JPS6346261B2; IT8322335A0; SE456837B; FR2532992B1; SE8304091L; GB2130644A; SU1215628A3; DE3233578A1; GB2130644B; GB8324321D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen, insbesondere für Nutzfahrzeuge. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine soll eine Verringerung der Baulänge oder Vergrößerung des Hubvolumens bei gegebener Baulänge erreicht werden, ohne daß dabei eine komplizierte Herstellung in Kauf genommen zu werden braucht, durch welche das spätere Ausfallrisiko der Motoren erhöht bzw. deren sichere Funktion in Frage gestellt werden könnte. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die einzelnen Zylinderlaufbüchsen (1) jeweils einen unterhalb des jeweiligen Kühlwasserraumes (14) liegenden Auflagebund (1a) aufweisen, und daß die Abdichtung der Kühlwasserräume (14) zu den einzelnen Zylinderköpfen (2) hin jeweils über einen im oberen Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen für die Laufbüchsen (1) vorgesehenen Dichtbund (8), welcher jeweils zwischen den Zylindern als Steg (9) ausgebildet ist, unter Verwendung von mindestens eines O-Ringes (6) zwischen Zylinderlaufbüchse (1) und Dichtbund (8), erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen, bei der die einzelnen Zylinderlaufbüchsen einen unterhalb des jeweiligen sie umgebenden Kühlwasserraumes liegenden am Kurbelgehäuse abstützenden Auflagebund aufweisen und zum jeweiligen Zylinderkopf hin mit Hilfe eines im oberen Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen für die Laufbüchsen vorgesehenen, den Kühlwasserraum überbrükkenden Steges voneinander getrennt sind, wobei Kurbelgehäuse und Zylinderköpfe verschraubt sind und eine Abdichtung der Kühlwasserräume erfolgt.

Die auswechselbaren Zylinderlaufbüchsen der meisten derzeit gebauten Motoren mit »nassen« Laufbüchsen haben im oberen Bereich einen Büchsenbund, mit dem sie auf dem Kurbelgehäuse aufliegen und durch einen Teil der Anpreßkraft des Zylinderkopfes mit diesem verspannt werden. Diese Bauart hat unter anderem den Nachteil, daß der Bund-Außendurchmesser gegenüber dem Zylinder-Innendurchmesser relativ groß ist und zur Unterbringung derartiger Laufbüchsen im Kurbelgehäuse ein großer Zylinderabstand nötig ist. Letzterer wird auch dadurch erforderlich, daß die großen Pressungen unter dem Laufbüchsenbund ringsherum durch versteifende Wände, so auch zwischen den einzelnen Zylindern, abgestützt werden müssen. Der erhebliche Nachteil dieser Bauart besteht somit vor allem darin, daß ein relativ großer Zylinderabstand und somit ein unerwünscht großes Bauvolumen des Motors eintritt.

Eine Möglichkeit, den Zylinderabstand und somit das Bauvolumen des Motors zu verringern, kann durch Anwendung in das Kurbelgehäuse eingegossener Zylinderrohre, gegebenenfalls in Kombination mit eingesetzten trockenen Büchsen, welche ebenfalls im oberen Bereich einen Büchsenbund aufweisen, erreicht werden. Diese Ausführung hat allerdings besonders bei Motoren größerer Bauart den Nachteil, daß infolge des eingegossenen Rohres das Kurbelgehäuse-Gußstück wesentlich komplizierter wird. So ist im Gegensatz zur Lösung mit »nassen« Büchsen zur Herstellung des Rohteiles ein besonderer Wassermantel-Sandkern nötig. Zur Lagerung des Kernes in der Gußform und auch zur Entfernung des Kernsandes sind in wichtigen tragenden Wänden dieses Gehäuses große öffnungen erforderlich. Ferner ergeben sich besonders bei Motoren mit Zielsetzung geringen Bauvolumens zwangsläufig in weiten Bereichen dünne Wandstärken des Wassermantelkernes. Derart dünne Kernstärken erhöhen das Ausschußrisiko

ίο erheblich. Ferner besteht die Gefahr, daß z. B. durch Kernrisse während des Abgusses an diesen Stellen Gußhäute entstehen, die die Kühlwasserzwangsströmung im Bereich wichtiger Partien unterbrechen, was bei Hochleistungsmotoren unweigerlich zu Motorausfall führen würde. Die sichere Vermeidung derartiger Gußhäute (Blattrippen) erfordert, daß der Wasserraum an allen Stellen einsehbar und kontrollierbar wird. Dies ist jedoch wegen der vielen öffnungen in tragenden Partien praktisch nicht durchführbar, so daß sich mit Motoren dieser Bauart zwangsläufig das Schadensrisiko erhöht

Zur Verwirklichung kleinerer ZyJinderbohrungsabstände wurde gemäß der einleitenden Beschreibung auch schon vorgeschlagen (JP-OS 41 434), die Zylinderlaufbuchse im unteren Bereich auf dem Kurbelgehäuse aufsitzen zu lassen und die Trennung der einzelnen Laufbüchsen jeweils mit Hilfe eines im oberen Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen (für die Laufbüchsen) vorgesehenen Steges vorzunehmen. Um eine Erweiterung des Volumens der im Zylinderblock gebildeten Kühlwasserdurchgänge zu schaffen, ist im oberen Bereich (sowie im unteren Bereich) der Büchsen jeweils eine bundartige Verdickung vorgesehen. Diese jeweilige Verdickung, die auch wegen der hier vorgenommenen Verlötung notwendig ist (zur Erreichung der thermischen Stabilität, genauer gesagt einer gleichmäßigen Löttemperatur von Verdickung und Kurbelgehäuse, vergleiche dazu auch Figur 4 der JP-OS), läßt eine optimale Bauvolumenverringerung bei Mehr/.ylindcrbrennkraftmaschinen nicht zu. Durch die feste Vcrbindung der Laufbüchsen mit den einzelnen Stegen, erreicht durch die Verlötung, soll zudem eine größere Versteifung des Kurbelgehäuses geschaffen werden. Dadurch sind die Laufbüchsen, wie bei eingegossenen Zylinderrohren, Teil des Zylinderblocks und nehmen Anteil an der Übertragung von Zug- und Druckkräften. Eine derartige Konstruktion weist den Nachteil auf, daß eine elastische Verformung der gesamten fest eingebundenen Laufbüchsenlänge nicht eintreten kann, da die Lötverbindung unterhalb der Zylinderkopf-Dichtfläche sowie im Auflagenbereich der Büchse eine elastische Gesamtverformung der Zylinderlaufbüchse unterbindet. Durch die dadurch sich ergebenden Büchsenverspannungen ist eine sichere Gasabdichtung der Zylinderkopfdichtung nicht gewährleistet. Weiter besteht hier keine Möglichkeit, die Zylinderlaufbüchse im Reparaturfall ohne weiteres zu wechseln.

Weiter ist es bekannt (GB-PS 3 29 271), auswechselbare Zylinderlaufbüchsen b aus Grauguß über eingegossene Graugußringe c, d in einem Kurbelgehäuse :i (aus Aluminium) zu fixieren, wobei nach jeweils zwei Büchsen eine Zwischenwand folgt. Die Ringe c, d sind dabei in Ausnehmungen e und /"(die bei den Figuren 1 bis 3 auch in den horizontalen oberen und unteren Wänden g und h vorgesehen sind) des Kurbelgehäuses ;i

b5 angeordnet. Wie aus den Figuren 2 bzw. 3 und 5 bzw. 6 ersichtlich, liegt jeweils zwischen zwei Büchsen ein den Kühlwasserraum überbrückender Steg vor (in den Figuren 2 und 3 ein mit g bezeichneter breiter Steg und in

den Figuren 5 und 6 ein nicht näher bezeichneter schmaler Steg — aus der Schraffur erkennbar — der aber nur unterhalb des Graugußringes c angeordnet ist). Weiter ergibt sich aus den Figuren 3 und 6, daß die Büchsen b im oberen Bereich jeweils einen Bundy aufweisen, welcher sich einerseits auf dem Fixierungsring c und andererseits am Steg abstützt Zusätzlich werden am Steg auch die Kräfte von der Zylinderkopfdichtung angreifen. Durch dieses Konstruktionsprinzip kann sich aufgrund von Verformungen durch Druck- bzw. Preß-Wirkungen niemals eine sichere Gasabdichtung des Dichtverbandes ergeben. Vielmehr ist zu befürchten, daß es innerhalb kurzer Zeit zu einem Bruch der Stege kommt. Es liegen keine unten aufsitzenden Zylinderlaufbüchsen vor und zudem ist die Anwendung von Einzelzylinderköpfen aus den vorstehend erwähnten Gründen überhaupt nicht möglich. Da der in Gehäusemitte liegende breite »Steg g« (Zwischenwand) auch noch durch Kippen abgestützt ist (was wegen der oben aufliegenden Büchsen unbedingt notwendig ist), ergibt sich auch keine Verringerung der Baulänge.

Es ist noch zu erwähnen, daß Mehrzylinderbrennkraftmaschinen mit unten aufsitzenden nassen Zylinderlaufbüchsen zwar an sich bekannt sind (siehe beispielsweise Automotive Engineering, Oktober 1980, Seiten 125 und 126), doch ist jeweils bei diesen Motoren der Kühlwasserraum zwischen Kurbelgehäuse und Zylindcrlaufbüchsen-Außenumfang oben offen und die Kühlwasserabdichtung zum Zylinder hin erfolgt auf der zylinderkopfseitigen Stirnfläche der Zylinderlaufbüchse und nach außen hin zum Kurbelgehäuseumfang entweder durch einen alle Zylinder abdeckenden Zylinderkopf oder über mehrere jeweils mehrere Zylinder abdeckende Zylinderköpfe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Mchrzylinderbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art eine maximale Bauvolumenverringerung zu erreichen, ohne die optimale Funktion des Dichtverbandes bezüglich sicherer Gasabdichtung und die Reparalurfreundlichkek zu beeinträchtigen, d. h. es soll bei leichter Auswechselbarkeit der Laufbüchsen stets die elastische Verformung der gesamten eingebundenen Laufbüchsenlänj*e gewährleistet sein, ohne daß sich Stegverspannur>gen ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der Steg bclaStungsfrei ohne feste Verbindung zur Zylinderlaufbuchse und ohne Berührung zur ZylinderkopfauflagenfläC'hi; kühlwasserabdichtend unter Verwendung mindestens eines für derartige Zwecke an sich bekannten O-Ringes zwischen den Zylinderlaufbüchsen angeordnet ist, und die Laufbüchsen im Abdichtungsbercich ohne Verdickung bzw. bundförmigen Vorsprung ausgebildet sind.

Durch die vorgeschlagene Lösung wira nebsn der gewünschten maximalen Bauvolumenverringerung fol- S5 gendes erreicht: Durch die Verwendung einer Büchse, welche einen unterhalb des Kühlwasserraumes liegenden am Kurbelgehäuse abstützenden Auflagebund aufweist, wirkt die anteilmäßige Anpreßkraft des Zylinderkopfcs (bedingt durch den üblichen geringen Büchsenüberstand über die Zylinderkopfauflagefläche des Kurbelgehäuses) erst weiter unten auf das Kurbelgehäuse ein, wobei die gesamte Büchsenlänge bis zur Bundauflage elastisch auf Druck verspannt wird. Hierdurch ergibt sich gegenüber Büchsen mit oben liegenden Büchsenbund eine größere Dehnlänge, die einerseits zu einem geringeren Abfall der Schraubenvorspannung durch die unvermeidlichen Setzverluste führt und andererseits bewirkt, daß die Zylinderlaufbuchse· aufgrund ihrer losen Verbindung der Abhubbewegung des Zylinderkopfes im Zündzeitpunkt elastisch folgen k-inii, was das »Almen« des Dichtspaltes vermindert und die BrennraumabdichUing verbessert Der zwischen den einzelnen Zylindern vorgesehene Steg ist praktisch keinen Preßkrätten vom Zylinderkopf her ausgesetzt und dient somit in Verbindung mit wenigstens einem O-Ring, welcher in einer Nut in der Zylinderlaufbuchse untergebracht ist, allein der Abdichtung des Kühlwasserraumes am Zylinderumfang zur Zylinderkopfseite hin; mit anderen Worten, der Steg übernimmt also keinerlei tragende Funktion, ist also vollkommen kräftefrei. Die Zugkräfte werden nur durch die die Zylinderbüchsen umgebenden Wände des Kurbelgehäuses übertragen, wobei die Krafteinleitung über die Gewinde der Zylinderkopfschrauben erfolgt Durch die erwähnten Wirkungen ergibt sich eine sichere Gasabdichtung der Zylinderkopfdichtung auch bei sehr hohen Zünddrücken, wie diese bei modernen Auflademotoren üblich sind.

Weiter ist die Verwendung von Einzelzylinderköpfen, welche wegen statisch bestimmter Zuordnung von je einem Zylinderkopf über die Zylinderkopfdichtung zu je einer Laufbüchse optimale Voraussetzung für sichere Gasabdichtung bieten sowie eine Anzahl weiterer Vorteile aufweisen (beispielsweise leichtere Montage, leichtere Reparatur, geringere Verzugsgefahr, Verwendung des gleichen Kopfes für Motoren verschiedener Zylinderzahl und Bauart u. s. w.), nicht gefährdet, da durch die vorgeschlagene Zylinderlaufbüchsen-Abdichtung bzw. -Trennung ein Kühlwasseraustritt durch den immer vorhandenen Spalt zwischen den einzelnen Zylinderköpfen sicher unterbunden wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel entnommen werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses mit den entsprechenden Zylindern,

F i g. la einen Ausschnitt aus der F i g. 1 in Vergrößerung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Kurbelgehäuses nach einem Schnitt II-II in F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses (im Bereich des Wassermantels zwischen den Zylinderlaufbüchsen) gemäß der Linie III-III in Fig.2 und

F i g. 4 einen Schnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses (im Bereich der Schraubenpfeifen für die Zylinderkopfschraubengewinde) gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2.

In den Figuren sind die Zylinderlaufbüchsen mit 1 bezeichnet. Diese weisen jeweils im unteren Bereich einen Büchsenbund la auf, mit dem sie auf den jeweiligen Bundauflagen 18 des Kurbelgehäuses 3 aufliegen. Mit Hilfe der Einzelzylinderköpfe 2 werden die jeweiligen Zylinderlaufbüchsen 1, welche einen geringen Überstand über die Zylinderkopfauflagefläehe des Kurbelgehäuses aufweisen, gegen die erwähnten Bundauflagen 18 gepreßt und hierdurch im Kurbelgehäuse 3 eingespannt. Erfindungsgemäß wird die Abdichtung der Kühlwasserräume 14 zwischen bzw. um die Zylinderlaufbüchsen 1 zu den Einzelzylinderköpfen 2 hin dadurch erreicht, daß der obere Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen (öffnungen für die Zylinderlaufbüchsen 1) jeweils einen benachbarten zylindrischen Einpaß (Dichtbund 8) aufweist, welcher zwischen den einzelnen Zylindern (Zylinderlaufbüchsen) als Steg

9 ausgebildet ist. Dabei sind im Ausführungsbeispiel zwischen Zylinderlaufbüchse 1 und Dichtbund 8 jeweils zwei O-Ringe 6 vorgesehen, welche in Nuten 7 der einzelnen Zylinderlaufbüchsen 1 untergebracht sind.

Durch diese vorgeschlagene Zylinderlaufbüchsen-Abdichtung können Einzelzylinderköpfe vorgesehen werden, da ein Kühlwasseraustritt durch den zwangsläufig vorhandenen Spalt 10 zwischen den Zylinderköpfen 2 hiermit sicher unterbunden wird.

Eine weitere O-Ringabdichtung 4 befindet sich über der Bundauflage 18 und dient zum Schutz der Bundauflagefläche vor korrosiven Angriffen durch das Kühlwasser. Diese O-Ringabdichtung kann wahlweise, entweder in einer Nut der Zylinderlaufbüchse 1 oder in einer Nut des Kurbelgehäuses 3 angeordnet sein, wobei im Kurbeigehäuse 3 angeordnete O-Ringe hier zur Erzielung eines geringen Zylinderabstandes gegebenenfalls höhenversetzt angeordnet werden. Auch sind noch zwei weitere O-Ringe 5 vorgesehen, welche unter der Bundauflage 18 angeordnet sind und in Nuten des Kurbeigehäuses 3 untergebracht sind. Diese O-Ringe dienen zur Abdichtung gegenüber dem ölraum 19.

Damit der durch die im Kurbelgehäuse 3 eingegossenen Schraubenpfeifen Ii für die Zylinderkopfschraubengewinde 20 eingekammerte obere Bereich des Kühlwasserraumes 14 zwischen den Zylindern (bedingt durch den kleineren Zylinderabstand) möglichst gut gekühlt wird, ist jeweils vom seitlich am Kurbelgehäuse 3 angeordneten Kühlwasser-Zulaufkanal 12 ein zum Stegbereich führender, schräg unter den Schraubenpfeifen 11 angeordneter, Kühlwasserkanal 13 vorgesehen. Dadurch wird eine besonders intensive Kühlung dieses von beiden Zylinderrohren aufgeheizten Bereiches sichergestellt

Die Zylinderlaufbüchsen 1 weisen in einer Höhe direkt unterhalb des Dichtbundes 8 (Steges 9) einen Hinterstich 15 auf. Dieser dient zur besseren Verbindung der eingekammerten und dadurch schlecht entlüftungsfähigen Bereiche des Wasserraumes 14 mit entsprechenden Entlüftungsbohrungen 16. Durch diese Entlüftungsbohrungen wird eine einwandfreie Entlüftung des gesamten Wasserraumes (bei Befüllung) sichergestellt.

Zum Ausgleich des »Atmens« durch die relative thermische Längung der Zylinderlaufbüchse 1, vor allem beim Kaltstart, werden an den Verbindungsstellen der Kühlwasser- und Ölbohrungen zwischen Kurbelgehäuse 3 und Zylinderkopf 2 zwecks sicherer Abdichtung ebenfalls elastische Elemente, beispielsweise O-Ringe, vorgesehen. Die Gasabdichtung wird mit den üblichen Dichtungen zwischen Zylinderkopf und Büchsen-Stirnflächen durch entsprechende Auslegung der Zylinderkopfschraubenverbinuung auch im Hinblick auf das auftretende »Atmen« sichergestellt

Sehr vorteilhaft ist es, die Zylinderkopfschraubengewinde 20 unterhalb der Zylinderlaufbüchsenbundauflage 18 anzuordnen (nicht in den Figuren gezeigt). Hierdurch wird erreicht, daß in den Wänden des Kurbelgehäuses 3 und im Bereich der Laufbüchsenbundauflage 18 vorhandene hohe Zugspannungen, wie diese bei »oben« angeordneten Zylinderkopfschraubengewinden (vergleiche F i g. 3 und 4) eintreten, in Druckspannungen übergeführt werden, was einwandfreie Verspannung der Laufbüchse 1 über lange Betriebszeiten auch bei Werkstoffen mit niedriger Zugfestigkeit ermöglicht Außerdem wird durch Krafteinleitung unter der Laufbüchsenauflage 18 der Steg 9 von den geringen Verspannungen, wie diese bei »oben« liegenden Zylinderkopfschraubengewinden 20 unvermeidbar sind, gänzlich entlastet, was sich insbesondere bei recht dünnen Stegen 9 vorteilhaft auswirkt. Hohe Spannungen und damit verbundene Risse im Steg 9 würden im Lang/.eitbelricb zum Motorausfall führen.

Abschließend ist zu erwähnen, daß es durch die vorgeschlagene Erfindung auch möglich ist, trotz Beibehaltung der Außenabmessungen des Motors Hubvolumen und Motorleistung deutlich zu vergrößern, da der Zylinderdurchmesser trotz Beibehaltung des Zylindcrabstandes nennenswert vergrößert werden kann. Auch wird durch Entfall der bisherigen dickwandigen Zwischenwände zwischen den einzelnen Zylindern eine Gewichtseinsparung erreicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen, bei der die einzelnen Zylinderlaufbüchsen einen unterhalb des jeweiligen sie umgebenden Kühlwasserraumes liegenden am Kurbelgehäuse abstützenden Auflagebund aufweisen und zum jeweiligen Zylinderkopf hin mit Hilfe eines im oberen Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen für die Laufbüchsen vorgesehenen, den Kühlwasserraum überbrükkenden Steges voneinander getrennt sind, wobei Kurbelgehäuse und Zylinderköpfe verschraubt sind und eine Abdichtung der Kühlwasserräume erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (9) belastungsfrei ohne feste Verbindung zur Zylinderlaufbuchse (1) und ohne Berührung zur Zylinderkopfauflagenfläche kühlwasserabdichtend unter Verwendung mindestens eines für derartige Zwecke an sich bekannten O-Ringes (6) zwischen den Zylinderlaufbüchsen (1) angeordnet ist, und die Zylinderlaufbüchsen (1) im Abdichtungsbereich ohne Verdikkung bzw. bundförmigen Vorsprung ausgebildet sind.