DE102004047541A1 - Internal combustion engine, has pin provided at crankcase for connection of crankshaft bearing cap, where pin wraps around crankshaft bearing cap and protrudes at both sides of crankshaft bearing in crankcase - Google Patents

Internal combustion engine, has pin provided at crankcase for connection of crankshaft bearing cap, where pin wraps around crankshaft bearing cap and protrudes at both sides of crankshaft bearing in crankcase Download PDF

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0043—Arrangements of mechanical drive elements
    • F02F7/0053—Crankshaft bearings fitted in the crankcase

Abstract

The engine has a crankcase (2) and a crankshaft bearing cap (3) for a crankshaft bearing that is arranged at the crankcase. A pin (5) is provided at the crankcase for connection of the crankshaft bearing cap. The pin wraps around the crankshaft bearing cap and protrudes at both sides of the crankshaft bearing in the crankcase. A cylinder head (4) is provided and the pin is made from material comprising specific thermal expansion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine with the features the preamble of claim 1.

Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift 2 322 382 aus. In dieser ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf und einem Kurbelwellenlagerdeckel für das Kurbelwellenlager. Zur gemeinsamen Verschraubung des Kurbelgehäuses mit dem Zylinderkopf und dem Kurbelwellenlagerdeckel ist eine durchgehende Bohrung durch alle drei Bauteile vorgesehen. Durch diese Bohrung wird ein Gewindebolzen hindurch geschoben und sowohl zylinderkopfseitig, als auch kurbelwellenlagerdeckelseitig mit einer Mutter angezogen.she is based on German Offenlegungsschrift 2 322 382. In this is an internal combustion engine described with a crankcase, a Cylinder head and a crankshaft bearing cap for the crankshaft bearing. to common screwing of the crankcase with the cylinder head and the crankshaft bearing cap is a through hole all three components provided. Through this hole is a threaded bolt pushed through and both cylinder head side, and crankshaft bearing cap side dressed with a mother.

Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist eine geringe Kraftaufnahmefähigkeit des Kurbelwellenlagerdeckels beim Betrieb der Brennkraftmaschine.adversely in the described embodiment is a low force absorbing capacity the crankshaft bearing cap during operation of the internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine höher belastbare Ausgestaltung des Kurbelwellenlagerdeckels aufzuzeigen.task The present invention is a more durable design of the crankshaft bearing cap.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass der Bolzen den Kurbelwellenlagerdeckel umschlingt und beidseitig des Kurbelwellenlagers bis in das Kurbelgehäuse ragt. Der Bolzen weist vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zylinderkopfseitig ein Innengewinde auf, so dass herkömmliche Zylinderkopfschrauben bei der Montage verwendet werden können. In der Offenlegungsschrift 2 322 382 ist die Montage des Lagerdeckels nur in Verbindung mit dem Zylinderkopf möglich, was einen fertigungstechnisch höheren Aufwand bedeutet. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es günstiger, den Bolzen beidseitig des Kurbelwellenlagers nur bis in das Zylinderkurbelgehäuse ragen zu lassen und mit Muttern gegen entsprechende Auflageflächen zu verspannen. Werden die Muttern entsprechend lange ausgeführt, so können herkömmliche Zylinderkopfschrauben ebenfalls in diese verschraubt werden, sodass wieder ein durchgehender Kraftfluss vom Zylinderkopf zum Hauptlager gewährleistet ist. Während herkömmliche Hauptlagerschrauben vom Lagerdeckel ausgehend in das Zylinderkurbelgehäuse geschraubt werden, was im Falle von Leichtmetallkurbelgehäusen zu Festigkeitsproblemen im Gewindebereich (Zugspannungen, Kerbwirkung) führen kann, liegen in diesem Fall sowohl in den Auflageflächen, als auch im gesamten Lagerbereich vorwiegend (weniger kritische) Druckspannungen vor. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt daher zu einer Gewichtsersparnis beim Lagerdeckel, da dieser weniger Belastung beim Betrieb der Brennkraftmaschine aufnehmen muss und daher weniger massiv ausgestaltet werden kann. Somit ist durch die Vermeidung von Festigkeitsproblemen in den Gewindebereichen eine Zünddrucksteigerung möglich. Weiter führt die vorgeschlagene Ausgestaltung zu geringeren Verzügen der Zylinderrohre und der Kurbelwellenhauptlager, wodurch der Ölverbrauch sowie die Reibleistung der Brennkraftmaschine gesenkt wird. Bei der Verwendung der Erfindung in Brennkraftmaschinen mit Zylindern in V-Anordnung tritt weniger Querbelas tung zwischen dem Lagerstuhl und dem Lagerdeckel auf, da der Bolzen in Richtung der Zündkraft ausgerichtet ist.These The object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 solved by that the bolt wraps around the crankshaft bearing cap and on both sides of the crankshaft bearing extends into the crankcase. The bolt points preferably in the inventive design cylinder head side an internal thread on, leaving conventional cylinder head bolts can be used during assembly. In the published patent application 2 322 382 is the mounting of the bearing cap only in conjunction with the cylinder head possible, which is a production technology higher Effort means. To avoid this disadvantage, it is better The bolt on both sides of the crankshaft bearing only to protrude into the cylinder crankcase let and with nuts against corresponding bearing surfaces tense. If the nuts are correspondingly long, then can conventional Cylinder head bolts are also screwed into this, so again a continuous flow of power from the cylinder head to the main bearing guaranteed is. While conventional Starting from the bearing cap, screw the main bearing bolts into the cylinder crankcase what in the case of light alloy crankcases to strength problems in the threaded area (tensile stresses, notch effect) can lead, lie in this Case both in the bearing surfaces, as well as in the entire storage area predominantly (less critical) Compressive stresses. The embodiment of the invention therefore leads to a weight savings in the bearing cap, as this less burden must absorb during operation of the internal combustion engine and therefore less massive can be configured. Thus, by avoiding strength problems in the threaded areas an ignition pressure increase possible. Further leads the proposed embodiment for less distortion of the cylinder tubes and the Main crankshaft bearing, reducing oil consumption and friction the internal combustion engine is lowered. When using the invention in internal combustion engines with cylinders in V arrangement occurs less Querbelas tion between the bearing block and the bearing cap, as the bolt in the direction of the firing force is aligned.

Gemäß Patentanspruch 2 ragt der Bolzen bis in den Zylinderkopf. Bei dieser Ausgestaltung kann der Zylinderkopf in vorteilhafter Weise mit Muttern an den Bolzen befestigt werden.According to claim 2, the bolt protrudes into the cylinder head. In this embodiment the cylinder head can advantageously with nuts on the Bolts are attached.

Unterschiedlich große thermische Dehnungen von Bolzen einerseits und Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderkopf andererseits können aufgrund der großen überspannten Länge zu beträchtlichen Schwankungen der Vorspannkräfte führen. Um diese zu vermeiden, sollten gemäß Patentanspruch 3 Bolzen verwendet werden, deren Material eine möglichst ähnliche spezifische Wärmeausdehnung wie das Kurbelgehäuse und der Zylinderkopf aufweisen. Beispielsweise können austenitische Bolzen für Kurbelgehäuse aus Aluminium verwendet werden.Differently size thermal expansions of bolts on the one hand and cylinder crankcases and Cylinder head on the other hand due to the big spanned Length too considerable fluctuations the preload forces to lead. To avoid this, according to claim 3 bolts were used whose material is as similar as possible specific thermal expansion like the crankcase and have the cylinder head. For example, austenitic bolts can be used for crankcases Aluminum used.

Alternativ oder zusätzlich können die Bolzen gemäß Patentanspruch 4 auch durch Biegung in Richtung der Brennkraftmaschinen-Querachse nach innen vorgespannt werden. Somit wird bei einer thermischen Ausdehnung des Kurbelgehäuses ein Teil dieser Vorspannung reduziert.alternative or additionally can the bolt according to claim 4 also by bending in the direction of the engine transverse axis to be biased inwards. Thus, at a thermal Expansion of the crankcase a part of this bias is reduced.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele in zwei Skizzen näher erläutert.in the The following is the invention with reference to two preferred embodiments closer in two sketches explained.

1 zeigt in einer Skizze die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Bolzens für eine Brennkraftmaschine mit in einer Reihe angeordneten Zylindern, 1 shows a sketch of the inventive design of a bolt for an internal combustion engine with cylinders arranged in a row,

2 zeigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bolzens für eine Brennkraftmaschine mit Zylindern in V-Anordnung. 2 shows the inventive design of the bolt for an internal combustion engine with cylinders in V-arrangement.

1 zeigt in einer Skizze die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Bolzens 5 für eine Brennkraftmaschine 1 mit in einer Reihe angeordneten Zylindern. Die Brennkraftmaschine 1 besteht aus einem Kurbelgehäuse 2, das mit einem an das Kurbelgehäuse 2 angeordneten Kurbelwellenlagerdeckel 3 eine Kurbelwellenlagerbohrung 6 bildet. An das Kurbelgehäuse 2 ist gegenüber dem Kurbelwellenlagerdeckel 3 ein Zylinderkopf 4 angeordnet. Der Zylinderkopf 4, das Kurbelgehäuse 2 sowie der Kurbelwellenlagerdeckel 3 sind gemeinsam mit einem Bolzen 5 verschraubt. Der Bolzen 5 umschlingt die Kurbelwellenlagerbohrung 6 U-förmig und ist durch zwei Bohrungen im Kurbelgehäuse 2 bis in den Zylinderkopf 4 geführt. Im Zylinderkopf 4 sind beiden Enden des Bolzens 5 mit Spannelementen 7, 7' verspannt. 1 shows a sketch of the inventive design of a bolt 5 for an internal combustion engine 1 with Zy arranged in a row alleviate, relieve. The internal combustion engine 1 consists of a crankcase 2 that with one to the crankcase 2 arranged crankshaft bearing cap 3 a crankshaft bearing bore 6 forms. To the crankcase 2 is opposite the crankshaft bearing cap 3 a cylinder head 4 arranged. The cylinder head 4 , the crankcase 2 and the crankshaft bearing cap 3 are common with a bolt 5 screwed. The bolt 5 wraps around the crankshaft bearing bore 6 U-shaped and is through two holes in the crankcase 2 into the cylinder head 4 guided. In the cylinder head 4 are both ends of the bolt 5 with clamping elements 7 . 7 ' braced.

Im vorliegenden Fall sind die Spannmittel 7, 7' Muttern. Wenn der Bolzen 5, wie in einem weiteren Ausführungsbeispiel, nur bis in das Kurbelgehäuse 2 ragt und zylinderkopfseitig ein Innengewinde aufweist, können jedoch auch konventionelle Zylinderkopfschrauben als Spannmittel 7, 7' eingesetzt werden. Alternativ kann der Bolzen 5 auch mit Muttern in das Kurbelgehäuse 2 eingesetzt werden, wobei die Zylinderkopfverschraubung wiederum mit konventionellen Zylinderkopfschrauben erfolgt, die in die gleichen Muttern eingreifen.In the present case, the clamping devices 7 . 7 ' Nuts. If the bolt 5 , as in another embodiment, only up to the crankcase 2 protrudes and cylinder head side has an internal thread, but can also be conventional cylinder head bolts as a clamping device 7 . 7 ' be used. Alternatively, the bolt 5 also with nuts in the crankcase 2 be used with the cylinder head screw again with conventional cylinder head bolts, which engage in the same nuts.

Bei Leichtmetallkurbelgehäusen empfiehlt sich aufgrund der großen thermischen Ausdehnung des Leichtmetalls die Verwendung von Bolzen 5 aus einem Material mit einer spezifischen Wärmeausdehnung ähnlich dem Leichtmetall. Für Kurbelgehäuse 2 aus Aluminium können beispielsweise Bolzen 5 aus einem austenitischen Stahl und für Kurbelgehäuse 2 aus Magnesium Bolzen 5 aus Aluminium verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Bolzen 5 im Bereich des Kurbelgehäuses 2 in Richtung einer Brennkraftmaschinenquerachse vorgespannt werden, damit beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 die thermischen Dehnungen weitgehend kompensiert werden. Die Richtung der Vorspannung ist durch eine gestrichelte Linie so wie zwei Pfeile dargestellt. Der Bolzen 5 kann in einer Nut in dem Kurbelwellenlagerdeckel 3 angeordnet sein, oder auf dessen Oberfläche verspannt werden.For light metal crankcases, the use of bolts is recommended due to the large thermal expansion of the light metal 5 made of a material with a specific thermal expansion similar to the light metal. For crankcase 2 made of aluminum, for example, bolts 5 made of an austenitic steel and for crankcase 2 made of magnesium bolts 5 made of aluminum. Alternatively or additionally, the bolt 5 in the area of the crankcase 2 be biased in the direction of an internal combustion engine transverse axis, so that during operation of the internal combustion engine 1 the thermal strains are largely compensated. The direction of the bias voltage is shown by a dashed line as two arrows. The bolt 5 can in a groove in the crankshaft bearing cap 3 be arranged or braced on the surface.

2 zeigt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bolzens 5 für eine Brennkraftmaschine 1 mit Zylindern in V-Anordnung. Gleiche Bauteile weisen wiederum die gleichen Bezugsziffern auf. Sämtliche Ausgestaltungsmerkmale von 1 gelten selbstverständlich auch für 2. Der einzige Unterschied der sich für die unterschiedlichen Brennkraftmaschinen-Bauvarianten ergibt besteht darin, dass bei der V-Bauweise je Kurbelwellenlagerdeckel 3 zwei Bolzen 5 in Richtung zu dem Zylinderkopf 4 einzusetzen sind. 2 shows the use of a bolt according to the invention 5 for an internal combustion engine 1 with cylinders in V-arrangement. The same components in turn have the same reference numerals. All design features of 1 of course also apply to 2 , The only difference that results for the different internal combustion engine construction variants is that in the V-construction per crankshaft bearing cap 3 two bolts 5 towards the cylinder head 4 are to be used.

Zusammengefasst bietet die Erfindung folgende Vorteile:

  • – Gewichtsersparnis, da die Lagerdeckel keine Biegebelastung aufnehmen müssen und daher weniger massiv ausgestaltet werden müssen,
  • – durch die Vermeidung von Festigkeitsproblemen in Gewindebereichen und im gesamten Kurbelgehäuse ist eine Zünddrucksteigerung möglich,
  • – der Verzug von Zylinderrohren und Kurbelwellenhauptlager ist verringert, wodurch der Ölverbrauch und die Reibleistung gesenkt wird,
  • – bei Brennkraftmaschinen mit Zylindern in V-Anordnung tritt eine geringere Querbelastung zwischen Lagerstuhl und Lagerdeckel auf, da sich die Bolzen 5 in Richtung der Zündkraft erstrecken.
In summary, the invention offers the following advantages:
  • Weight saving, since the bearing caps do not have to absorb any bending load and therefore have to be made less massive,
  • - By avoiding strength problems in threaded areas and in the entire crankcase ignition pressure increase is possible,
  • - the distortion of cylinder tubes and crankshaft main bearing is reduced, which reduces oil consumption and friction,
  • - In internal combustion engines with cylinders in V-arrangement occurs a lower lateral load between the bearing block and bearing cap, as the bolts 5 extend in the direction of the firing force.

Claims (4)

Brennkraftmaschine (1) mit einem Kurbelgehäuse (2) und mit einem, für ein Kurbelwellenlager an das Kurbelgehäuse (2) angeordneten Kurbelwellenlagerdeckel (3), wobei ein Bolzen zur Verschraubung des Kurbelwellenlagerdeckels (3) an das Kurbelgehäuse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) den Kurbelwellenlagerdeckel (3) umschlingt und beidseitig des Kurbelwellenlagers in das Kurbelgehäuse (2) ragt.Internal combustion engine ( 1 ) with a crankcase ( 2 ) and with one, for a crankshaft bearing to the crankcase ( 2 ) arranged crankshaft bearing caps ( 3 ), wherein a bolt for screwing the crankshaft bearing cap ( 3 ) is provided on the crankcase, characterized in that the bolt ( 5 ) the crankshaft bearing cap ( 3 ) and on both sides of the crankshaft bearing in the crankcase ( 2 protrudes. Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (1) einen Zylinderkopf (4) aufweist und der Bolzen zur Verschraubung von Kurbelwellenlagerdeckel (3), Kurbelgehäuse (2) und des Zylinderkopfes (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) beidseitig des Kurbelwellenlagers bis in den Zylinderkopf (4) ragt.Internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine ( 1 ) a cylinder head ( 4 ) and the bolt for screwing crankshaft bearing cap ( 3 ), Crankcase ( 2 ) and the cylinder head ( 4 ), characterized in that the bolt ( 5 ) on both sides of the crankshaft bearing into the cylinder head ( 4 protrudes. Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) aus einem Material mit einer ähnlichen spezifischen Wärmeausdehnung wie das Material des Kurbelgehäuses (2) ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the bolt ( 5 ) of a material with a similar specific thermal expansion as the material of the crankcase ( 2 ). Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Brennkraftmaschine eine Querachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) im Bereich des Kurbelgehäuses (2) in Richtung der Quersachse vorgespannt ist.Internal combustion engine according to one of the claims 1 to 3, wherein the internal combustion engine has a transverse axis, characterized in that the bolt ( 5 ) in the region of the crankcase ( 2 ) is biased in the direction of the transverse axis.
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