DE10034428B4

DE10034428B4 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10034428B4
Application number: DE2000134428
Authority: DE
Inventors: Arnold Dipl.-Ing. Löbig
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2020-07-15
Also published as: DE10034428A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock (1), der mehrere Hauptlagertragteile (5) umfasst, wobei jeweils im Bereich der Hauptlagertragteile (5) eine Führungsnut (8) zur Aufnahme des zugeordneten Lagerstegs (6) in den Zylinderblock (1) eingelassen ist und im Bereich jedes Kurbelwellenlagers (4) eine in den Zylinderblock (1) eingesetzte Spannschraube (11) vorgesehen ist, wobei jede Führungsnut (8) eine schräg zur Zylinderachse (9) ausgerichtete Stützfläche (15) aufweist, an der eine seitliche Führungsfläche (16) des Lagersteges (6) anliegt, und die Spannschraube (11) im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse (9) ausgerichtet ist, um stirnseitige Anlageflächen (13) der Lagerstege (6) gegen Anschlagflächen (14) der zugeordneten Führungsnut (8) zu pressen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschrauben (11) auf einen Lagerrahmen (7) wirken, der die zur Ausbildung der Kurbelwellenlager (4) zu den Hauptlagertragteilen (5) korrespondierenden Lagerstege (6) aufweist, dass der Lagerrahmen (7) einen die Lagerstege (6) verbindenden Steg (12) aufweist, wobei die freien Enden der Spannschrauben (11) an dem Steg anliegen, und dass...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock, der mehrere Hauptlagertragteile umfasst, und einem Lagerrahmen, der zur Ausbildung der Kurbelwellenlager zu den Hauptlagertragteilen korrespondierende Lagerstege aufweist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 37 30 925 C2 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwellenlager bekannt, das aus einem Lagerstuhl und einem gegen Anlageflächen des Lagerstuhls geschraubten Lagerdeckel besteht. Am Lagerstuhl ist eine schräg zur Zylinderachse ausgerichtete Stützfläche vorgesehen, gegen die der Lagerdeckel mit einer entsprechenden Führungsfläche anliegt. An der der Führungsfläche und der Stützfläche gegenüberliegenden Seite des Lagerdeckels ist eine Schraube zum Spannen des Lagerdeckels gegen die Anlageflächen vorgesehen. Diese Konstruktion bedingt eine relativ aufwendige Fertigung und Montage einzelner Lagerdeckel zur Befestigung der Kurbelwelle.
Ferner ist aus der DE 197 32 838 A1 ein Lagerrahmen für die Kurbelwellenlagerung einer Brennkraftmaschine bekannt, der zwischen dem Motorblock und einer Ölwanne angeordnet ist. Der Lagerrahmen umfasst eine rah menförmige Umgrenzung, die quer zur Kurbelwellenachse ausgerichtete, jeweils ein Kurbelwellenlager aufnehmende Stege sowie Schraubendome für Schraubverbindungen mit dem Zylinderblock und der Ölwanne aufweist. In den Stegen sind beidseits der Lagersitzschalen durchgehende Schraubendome für die Kurbelwellenlager angeordnet. Auch dieser Lagerrahmen ist nur mit einem relativ hohen Montageaufwand an dem Motorblock zu befestigen.
Schließlich ist zur Befestigung einer Kurbelwelle ein sogenanntes Bedplate bekannt, in dem alle Lager gleichzeitig bearbeitet werden können. Dieses Bedplate benötigt zu seiner Befestigung mindestens zwei in entsprechende Gewindeeinsätze des Zylinderblocks eingreifende Befestigungsschrauben pro Kurbelwellenlager. Darüber hinaus ist das Bedplate gegen den Zylinderblock abgedichtet, um einen Austritt von Öl zu verhindern.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die EP 00 65 104 A2 sowie die EP 00 70 007 A1 bekannt.
Ausgehend von der DE 37 30 925 A1 ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Brennkraftmaschine zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Durch die im Bereich jedes Kurbelwellenlagers in den Zylinderblock eingearbeiteten Führungsnuten wird jeder der Lagerstege und somit der gesamte Lagerrahmen im Wesentlichen formschlüssig zu dem Zylinderblock zentriert. Die Spannschraube im Bereich jedes Kurbelwellenlagers sorgt aufgrund ihres Anpressdruckes auf den Lagerrahmen für eine kraftschlüssige Verbindung des Lagerrahmens mit dem Zylinderblock. Die Führungsnuten des Zylin derblocks sowie die Lagerstege des Lagerrahmens lassen sich aufgrund ihres einfachen Aufbaus mit spanabhebenden Fertigungstechniken einstückig herstellen. Der Fertigungsaufwand ist auch dadurch gering, dass nur eine geringe Anzahl von Spannschrauben, die der Anzahl der Kurbelwellenlager entspricht, vorgesehen ist und für diese nur in den Zylinderblock Gewindebohrungen eingearbeitet werden müssen. Darüber hinaus ist die Montage der Kurbelwellenlager durch die Zentrierung des Lagerbettes in den Führungsnuten sowie die einfache Befestigung mit der geringen Anzahl an Spannschrauben leicht und kostengünstig zu bewerkstelligen.
Jede Führungsnut weist eine schräg zur Zylinderachse ausgerichtete Stützfläche auf, an der eine seitliche Führungsfläche des Lagersteges anliegt, und die Spannschraube ist im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet, um stirnseitige Anlageflächen der Lagerstege gegen Anschlagflächen der zugeordneten Führungsnut zu pressen. Die schräge Anordnung der Stützflächen sowie die im Wesentlichen senkrecht dazu angeordneten Spannschrauben sorgen für einen günstigen Kraftverlauf, weshalb die Anzahl der Spannschrauben um ungefähr 20 bis 50 gegenüber konventionellen Lagerrahmenbefestigungen reduziert ist. Eine Abdichtung des Lagerrahmens gegen den Zylinderblock zur Vermeidung des Austritts von Öl kann entfallen, da der Lagerrahmen innerhalb des Kurbelgehäuses angeordnet ist.
Vorteilhafterweise weist jeder Lagersteg zwei seitliche, parallel zueinander ausgerichtete Führungsflächen auf, die zwischen korrespondierenden Stützflächen der Führungsnuten aufgenommen sind. Somit ist jeder Lagersteg lagegenau fixiert. Der Lagerrahmen stützt sich bei senkrecht zur Zylinderachse auftretenden Kräften auf den Stützflächen ab, weshalb er nur relativ geringen Krafteinwirkungen standhalten muss und daher einen leichten Aufbau aufweisen kann.
Um die Fertigung des Lagerrahmens weiter zu vereinfachen, sind die Anlageflächen der Lagerstege senkrecht zu den Führungsflächen ausgerichtet.
Zweckmäßigerweise ist zwischen den Anlageflächen der Lagerstege eine erste Hälfte und zwischen den Anschlagflächen im Zylinderblock eine zweite Hälfte einer eines Kurbelwellenlagers ausgebildet. Durch die Lagefixierung der Lagerstege in den Führungsnuten ist bei dieser Ausgestaltung auch eine genau definierte Lage der beiden Hälften der Lagerschale zueinander gewährleistet. Die Positionierung der beiden Hälften der Lagerschale ermöglicht auch eine genaue Maß- und Lagekontrolle während und nach der Fertigung.
Jede der Spannschrauben ist in eine Gewindebohrung des Kurbelgehäuses eingesetzt und wirkt auf einen im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse ausgerichteten, die Lagerstege verbindenden Steg des Lagerrahmens. Der die notwendige Steifigkeit des Lagerrahmens bewirkende Steg sorgt für eine gleichmäßige Kraftübertragung sowohl von den Spannschrauben auf die Anlageflächen der Lagerstege bzw. die Anschlagflächen im Zylinderblock als auch von den in die Lagerstege eingelassenen Hälften der Lagerschalen auf die Spannschrauben.
Um eine annähernd optimale Kraftübertragung sicherzustellen und eine zuverlässige Lagerung der Kurbelwelle zu gewährleisten, kommt zweckmäßigerweise jede der Spannschrauben in etwa mittig eines jeden Kurbelwellenlagers auf dem Steg des Lagerrahmens zur Anlage.
Weiterhin weisen die Lagerstege des Lagerrahmens zwischen den Lagerschalen und dem Steg Durchbrüche auf. Mittels dieser Ausgestaltung wird zum einen den gießtechnischen Anforderungen an das Bauteil genüge getan und zum anderen ein relativ leichter Lagerrahmen zur Verfügung gestellt.
Um auch hohen Anforderungen an die Stabilität des Lagerrahmens gerecht zu werden, ist vorteilhafterweise neben dem Steg ein im Wesentlichen unterhalb der Pleuelumlaufkurve angeordneter, die Lagerstege verbindender Verstärkungssteg vorgesehen, der im Bereich der Kurbelwellenlager mit dem Steg in Verbindung steht. In den Bereichen zwischen den Kurbelwellenlagern sind zur Materialeinsparung Durchbrüche zwischen dem Steg und dem Verstärkungssteg vorgesehen. Diese Konstruktion begünstigt die Fertigung des Lagerrahmens durch Gießen und bewirkt eine leichte Bauweise des Lagerrahmens.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines senkrecht geschnittenen Zylinderblocks einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsform,
2 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit II gemäß 1,
3 eine weitere perspektivische Darstellung der Einzelheit II gemäß 1,
4 eine Darstellung des senkrecht geschnittenen Zylinderblocks der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer alternativen Ausführungsform,
5 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit V gemäß 4 und
6 eine weitere perspektivische Darstellung der Einzelheit V gemäß 4.
Ein Zylinderblock 1 einer Brennkraftmaschine umfasst ein Kurbelgehäuse 2, in dem eine Kurbelwelle 3 mittels Kurbelwellenlager 4, die durch zylinderblockseitige Hauptlagertragteile 5 sowie dazu korrespondierende Lagerstege 6 eines Lagerrahmens 7 gelagert sind. Zur Aufnahme der Lagerstege 6 weist der Zylinderblock 1 jeweils im Bereich der Kurbelwellenlager 4 eine Führungsnut 8 auf, die schräg zur Zylinderachse 9 angeordnet ist, wobei die Führungsnuten 8 in einem Winkel von ca. 45° zu der Zylinderachse 9 verlaufen.
Um den Lagerrahmen 7 in dem Kurbelgehäuse 2 zu haltern, ist am unteren Ende des Kurbelgehäuses 2 im Bereich jedes Kurbelwellenlagers 4 eine senkrecht zur Zylinderachse 9 ausgerichtete Gewindebohrung 10 zur Aufnahme einer Spannschraube 11 vorgesehen. Das freie Ende der Spannschraube 11 kommt auf einem die Lagerstege 6 des Lagerrahmens 7 verbindenden Steg 12 zur Anlage und presst den Lagerrahmen 7 bzw. dessen Lagerstege 6 in die entsprechenden Führungsnuten 8 des Zylinderblocks 1, wobei stirnseitige Anlageflächen 13 der Lagerstege 6 an zu geordneten Anschlagflächen 14 der Führungsnuten 8 zur Anlage kommen.
Zur wirksamen Aufnahme der auf die Kurbelwellenlager 4 wirkenden Kräfte umfasst jede Führungsnut 8 zu den Anschlagflächen 14 senkrecht verlaufende Stützflächen 15 auf denen sich seitliche Führungsflächen 16 der Lagerstege 6, die ebenfalls senkrecht zu deren Anlageflächen 13 angeordnet sind, abstützen. Im weiteren Verlauf münden die Führungsflächen 16 der Lagerstege 6 in Verbindungsstege 17, 18, die wiederum mit dem die Lagerstege 6 verbindenden Steg 12 gekoppelt sind. Die in einem Winkel von etwa 45° zu den Anlageflächen 13 ausgerichtete freie Stirnfläche 19 des Steges 12 stützt sich auf den mittig eines jeden Kurbelwellenlagers 4 angeordneten Spannschrauben 11 ab.
Die Kurbelwellenlager 4 sind dadurch ausgebildet, dass zwischen den gegenüberliegenden Anlageflächen 13 eines jeden Lagersteges 6 eine erste Hälfte einer Lagerschale 20 und zwischen den Anschlagflächen 14 im Zylinderblock 1 eine zweite Hälfte der Lagerschale 20 ausgeformt ist. Die Schmierstoffversorgung der Kurbelwellenlager 4 erfolgt über Schmiernuten 21. Aufgrund der Anordnung der geringen Anzahl von Spannschrauben 11, die der Anzahl der Kurbelwellenlager 4 entspricht sowie der konstruktiven Ausgestaltung des Lagerrahmens 7 ist eine relativ einfache Versorgung der Kurbelwellenlager 4 mit dem Schmierstoff Öl sichergestellt, da die Zuleitung vom Hauptölkanal nicht durch bisher vorhandene Bauteile, wie Lagerdeckelschrauben, eingeschränkt wird.
Dadurch, dass die Lagerstege 6 die Verbindungsstege 17, 18 aufweisen, entstehen unterhalb der ersten Hälften der Lagerschalen 20 Durchbrüche 24, die eine Fertigung des Lagerrahmens 7 durch Gießen begünstigen. Darü ber hinaus tragen die Durchbrüche 24 zu einer Material- und somit auch zu einer Gewichtsreduzierung des Lagerrahmens 7 bei.
In einer versteiften Ausführungsform weist der Lagerrahmen 7 einen die Lagerstege 6 zusätzlich zu dem Steg 12 verbindenden Verstärkungssteg 22 auf. Hierbei er streckt sich der von der einen Führungsfläche 16 jedes Lagersteges 6 ausgehende Verbindungssteg 18 zu dem Steg 12 und der von der anderen Führungsfläche 16 ausgehende Verbindungssteg 17 zu dem Verstärkungssteg 22, der parallel zu dem Steg 12 angeordnet ist. Im Bereich jedes Kurbelwellenlagers 4 verbindet eine Strebe 23 den Verstärkungssteg 22 mit dem Steg 12, womit eine zusätzliche Versteifung des Lagerrahmens 7 geschaffen ist. Die Streben 23 sind im Wesentlichen parallel zu den Anlageflächen 13 der Lagerstege 6 ausgerichtet. Im montierten Zustand des Lagerrahmens 7 befindet sich der Verstärkungssteg 22 unterhalb einer Pleuelumlaufkurve 26.
Aufgrund der zwischen dem Steg 12 und dem Verstärkungssteg 22 vorhandenen Verbindungsstege 17, 18 der Lagerstege 6 sowie den Streben 23, entstehen in den entsprechenden Bereichen unterhalb der ersten Hälften der Lagerschalen 20 die Durchbrüche 24 und zwischen den Lagerstegen 6 Öffnungen 25, die die Fertigung des Lagerrahmens 7 durch Gießen begünstigen und zusätzlich zu einer Material- und Gewichtsreduzierung des Lagerrahmens 7 beitragen.
Zur Montage wird die Kurbelwelle 3 auf die im Zylinderblock 1 eingearbeiteten zweiten Hälften der Lagerschalen 20 gelegt und der Lagerrahmen 7 mit seinen Lagerstegen 6 in die Führungsnuten 8 des Zylinderblocks 1 eingeführt, wodurch der Lagerrahmen 7 entsprechend zentriert ist. Anschließend werden die Spannschrauben 11 in die Gewindebohrungen 10 des Kurbelgehäuses 2 eingeschraubt und der Lagerrahmen 7 in Richtung der Kurbelwelle 3 gepresst. Hierbei gelangen die Anlageflächen 13 der Lagerstege 6 an den Anschlagflächen 14 der Führungsnuten 8 zur Anlage, wodurch die Einhaltung des erforderlichen Spiels in den Kurbelwellenlagern 4 sichergestellt ist.

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock (1), der mehrere Hauptlagertragteile (5) umfasst, wobei jeweils im Bereich der Hauptlagertragteile (5) eine Führungsnut (8) zur Aufnahme des zugeordneten Lagerstegs (6) in den Zylinderblock (1) eingelassen ist und im Bereich jedes Kurbelwellenlagers (4) eine in den Zylinderblock (1) eingesetzte Spannschraube (11) vorgesehen ist, wobei jede Führungsnut (8) eine schräg zur Zylinderachse (9) ausgerichtete Stützfläche (15) aufweist, an der eine seitliche Führungsfläche (16) des Lagersteges (6) anliegt, und die Spannschraube (11) im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse (9) ausgerichtet ist, um stirnseitige Anlageflächen (13) der Lagerstege (6) gegen Anschlagflächen (14) der zugeordneten Führungsnut (8) zu pressen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschrauben (11) auf einen Lagerrahmen (7) wirken, der die zur Ausbildung der Kurbelwellenlager (4) zu den Hauptlagertragteilen (5) korrespondierenden Lagerstege (6) aufweist, dass der Lagerrahmen (7) einen die Lagerstege (6) verbindenden Steg (12) aufweist, wobei die freien Enden der Spannschrauben (11) an dem Steg anliegen, und dass die Lagerstege (6) des Lagerrahmens (7) zwischen den Lagerschalen (20) und dem Steg (12) Durchbrüche (24) aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lagersteg (6) zwei seitliche, parallel zueinander ausgerichtete Führungsflächen (16) aufweist, die zwischen korrespondierenden Stützflächen (15) der Führungsnuten (8) aufgenommen sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (13) der Lagerstege (6) senkrecht zu den Führungsflächen (16) ausgerichtet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anlageflächen (13) der Lagerstege (6) eine erste Hälfte und zwischen den Anschlagflächen (14) im Zylinderblock (1) eine zweite Hälfte einer Lagerschale (20) eines Kurbelwellenlagers (4) ausgebildet ist
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Spannschrauben (11) in eine Gewindebohrung (10) des Kurbelgehäuses (2) eingesetzt ist und auf den im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse (9) ausgerichteten, die Lagerstege (6) verbindenden Steg (12) des Lagerrahmens (7) wirkt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Spannschrauben (11) in etwa mittig eines jeden Kurbelwellenlagers (4) auf dem Steg (12) des Lagerrahmens (7) zur Anlage kommt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Steg (12) ein im Wesentlichen unterhalb der Pleuelumlaufkurve (26) angeordneter, die Lagerstege (6) verbindender Verstärkungssteg (22) vorgesehen ist, der im Bereich der Kurbelwellenlager (4) mit dem Steg (12) in Verbindung steht.