DE102005022741A1 - Cylinder crankcase for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit kraftführenden Bereichen (1) aus Vollguß, bei dem die kraftführenden Bereiche (1) durch benachbarte, eine Zellstruktur (7) aufweisende versteifende Bereiche (4) gestützt sind.The invention relates to a cylinder crankcase for an internal combustion engine with power-conducting regions (1) made of solid cast iron, in which the force-carrying regions (1) are supported by adjacent stiffening regions (4) having a cell structure (7).
Description
Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a cylinder crankcase for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Moderne Verbrennungsmotoren steilen infolge stetig wachsender Literleistungen und Spitzendrücke hohe Anforderungen an Bauteile wie Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderkopf. Dies gilt insbesondere für hoch aufgeladene Dieselmotoren. Diese Bauteile werden durch die thermischen und mechanischen Lasten aus der Verbrennung stark beansprucht und können zum vorzeitigen thermomechanischen oder thermischen Ermüden und Ausfall durch Rißbildung führen.modern Internal combustion engines are increasing as a result of steadily increasing liter capacities and peak pressures high demands on components such as cylinder crankcases and Cylinder head. This is especially true for highly charged diesel engines. These components are affected by the thermal and mechanical loads from the combustion heavily used and can cause premature thermomechanical or thermal fatigue and failure due to cracking.
Zur Sicherstellung der Dauerhaltbarkeit eines Zylinderkurbelgehäuses ist einerseits eine effektive Kühlung durch ein Kühlmedium, andererseits aber auch eine steife Konstruktion mit entsprechenden Wandstärken für die kraftführenden Bereiche notwendig. Die Dimensionierung der Wände und die Effizienz der Kühlung stehen aufgrund der Wärmeleitwege im Widerspruch zueinander. Hinzu kommen Restriktionen beim Gießen, die die Gestaltung enger Kühlquerschnitte durch entsprechend filigrane Gießkerne erschweren. Die kraftführenden Bereiche des Zylinderkurbelgehäuses bedingen dabei ein entsprechendes Gewicht.to Ensuring the durability of a cylinder crankcase is on the one hand an effective cooling through a cooling medium, on the other hand, but also a rigid construction with appropriate wall thickness for the force leading Areas necessary. The dimensioning of the walls and the efficiency of the cooling stand due to the heat conduction paths in contradiction to each other. There are also restrictions on casting, the the design of narrow cooling cross sections complicate by corresponding filigree casting cores. The powerful Areas of the cylinder crankcase condition a corresponding weight.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das ein vermindertes Gewicht bei guter Dauerhaltbarkeit aufweist.task The invention is therefore a cylinder crankcase for an internal combustion engine to provide according to the preamble of claim 1, which has a reduced Has weight with good durability.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved according to the features of claim 1.
Dadurch, daß bei einem Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit kraftführenden und zugleich zu kühlenden Bereichen aus Vollguß letztere durch benachbarte, eine Zellstruktur aufweisende versteifende Bereiche gestützt sind, können die kraftführenden Bereiche dünnwandiger ausgebildet werden, so daß sich eine entsprechende gewichtsmäßige Reduzierung ergibt, ohne daß die Dauerhaltbarkeit leidet. Letztere kann vielmehr zusätzlich gesteigert werden. Andererseits ergeben sich durch die Dünnwandigkeit auch kurze Wärmeleitwege, wodurch eine sehr effiziente Kühlung mit geringer thermomechanischer und thermischer Beanspruchung der Struktur erreicht wird.Thereby, that at a cylinder crankcase for one Internal combustion engine with powerful and at the same time to cool Areas of full cast latter by adjacent stiffening areas having a cell structure supported are, can the powerful ones Areas thin-walled be formed so that a corresponding weight reduction results without the durability suffers. The latter can be increased in addition. on the other hand arise through the thin walls also short heat conduction paths, resulting in a very efficient cooling with low thermo-mechanical and thermal stress the Structure is achieved.
Dabei ist es ferner möglich, die versteifenden Bereiche als kühlmittelführende Bereiche zu nutzen bzw. die kühlmittelführenden Bereiche wie die Zylinderrohrbereiche als versteifende Zellstruktur auszubilden, indem sie zumindest teilweise als offenporige, metallische Zellstruktur ausgebildet werden. Eine derartige Zellstruktur bietet nicht nur bei sehr guter Wärmeableitung eine sehr große, am Wärmeübergang beteiligte Oberfläche auf sehr engem Raum, wodurch sich eine sehr effiziente Kühlung – insbesondere auch durch größere Annäherung der kühlmittelführenden Bereiche an die Wärmeeintragsflächen und Zwickelbereiche – ergibt.there is it also possible the stiffening areas as coolant-carrying areas to use or the coolant-carrying Areas such as the cylinder tube areas as a stiffening cell structure form, by at least partially as open-pored, metallic Cell structure are formed. Such a cell structure offers not only with very good heat dissipation a very big, at the heat transfer involved surface in a very small space, resulting in a very efficient cooling - especially also by closer approximation of coolant-carrying Areas to the heat input surfaces and Gusset areas - results.
Angesichts des großen Wärmeübergangs ergibt sich dabei nicht nur eine sehr effiziente Kühlung, sondern es wird auch beim Kaltstart die Erwärmung verbessert, was sich beides entsprechend auf das Emissions-, Verbrauchsverhalten und die Verschleißeigenschaften auswirkt.in view of of the big one Heat transfer results Not only a very efficient cooling, but it will be at cold start the warming improves, which both according to the emission, consumption behavior and the wear characteristics effect.
Auch auf das akustische Verhalten hat die Zellstruktur einen dämpfenden Einfluß.Also on the acoustic behavior, the cell structure has a dampening effect.
Angesichts der effizienten Kühlung der brennraumseitigen Oberflächen wird die Klopfneigung im Falle der ottomotorischen Verbrennung abgesenkt, welche sich in höhere Verdichtung und damit einen verbesserten ottomotorischen Wirkungsgrad umsetzen läßt. Die geringeren Brennraumoberflächentemperaturen führen auch zu einer besseren Füllung des Zylinders und damit zu einer Leistungssteigerung.in view of efficient cooling the combustion chamber side surfaces the knocking tendency is lowered in the case of the Otto engine combustion, which turns into higher ones Compression and thus improved ottomotor efficiency can be implemented. The lower combustion chamber surface temperatures to lead also to a better filling of the cylinder and thus to an increase in performance.
Neben der erhöhten Steifigkeit des Zylinderkurbelgehäuses ergibt sich auch eine Verzugsminimierung.Next the heightened Stiffness of the cylinder crankcase also results in a Minimal distortion.
In den ausschließlich kraftführenden und/oder nach außen abschließenden, aber nicht zwangsgekühlten Bereichen des Zylinderkurbelgehäuses ist es möglich, einen intelligenten Strukturmix aus Vollguß für die thermomechanisch hochbeanspruchten Bereiche sowie eine Zellularstruktur für die niedrigbeanspruchten und/oder abschließenden Bereiche vorzusehen. Durch die Herstellung in einem Gießprozeß ergibt sich eine integrale Zellularstruktur, welche durch den werkstofflichen Verbund der Vollgußbereiche mit den Bereichen aus Zellularstruktur bei entsprechend festem Verbund derselben charakterisiert ist. Die Zellularstruktur muß für diesen Fall nichtzwangsläufig offenporig sein, sondern kann auch geschlossenporig ausgeführt sein. Durch eine derartige Gestaltung der Struktur ergibt sich eine deutliche gewichtsmäßige Reduzierung, ohne daß die Dauerhaltbarkeit leidet.In the exclusively forceful and / or outward final, but not force-cooled Areas of the cylinder crankcase Is it possible, an intelligent structural mix of solid cast iron for the thermomechanically highly stressed Areas as well as a cellular structure for the low-stressed and / or final Provide areas. By producing in a casting process results an integral cellular structure, which is characterized by the material Composite of the Vollgußbereiche with the areas of cellular structure with a correspondingly strong bond the same is characterized. The cellular structure must be for this Case not necessarily be open-pored, but can also be executed closed pores. Such a design of the structure results in a clear weight reduction, without that Durability suffers.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further Embodiments of the invention are the following description and the dependent claims refer to.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention is described below with reference to the accompanying drawings schematically illustrated embodiments explained in more detail.
Der
in
Der
in
Die
Zellstruktur
Wie
in
Bei
der in
Die Porengrößen können je nach benötigter Steifigkeit der Struktur bzw. der benötigten Kühlmitteldurchlässigkeit gewählt werden und können sich gegebenenfalls dementsprechend auch kontinuierlich oder diskontinuierlich ändern, zum Beispiel von kleinen Porengrößen zu größeren Porengrößen. Hierdurch läßt sich der Kühlmittelfluß durch das Zylinderkurbelgehäuse steuern, etwa um bestimmte Bereiche intensiver zu kühlen bzw. den Kühlmittelstrom in Problemzonen wie Stege zu leiten.The Pore sizes can ever according to required rigidity the structure or the required Refrigerant permeation chosen can and can If necessary, accordingly, also change continuously or discontinuously, for Example of small pore sizes to larger pore sizes. hereby let yourself the coolant flow through the cylinder crankcase control, for example, to cool certain areas more intensively the coolant flow to lead in problem areas such as bars.
Die
Lage, Form, Ausrichtung und Größe der Zellen
Die
mechanischen Eigenschaften einer zellularen Struktur hängen auch
von der Dichte und Verteilung der Zellen
Die
offenporige Zellstruktur
Es
ist ebenfalls möglich,
eine Negativform der offenporigen Zellstruktur
Auch
kann man das Zylinderkurbelgehäuse bzw.
die Außenflächen seiner
Kühlmittelkanäle etwa als
Dünnwandguß vorgießen, um
anschließend
einen schäumfähigen Werkstoff
in den Kühlmittel
führenden
Bereich einzugießen
und zu einer offenporigen Zellstruktur
Ferner
läßt sich
das Zylinderkurbelgehäuse aus
schäumbarem
Material in einer Gießform
herstellen, wobei die Außenwandungen
der Versteifungen
Außerdem läßt sich
ein Lost-Foam-Verfahren anwenden, bei dem später entfernbare, sich kontaktierende
Zellenkörper
im Bereich der Versteifungen
Des weiteren läßt sich zur Herstellung ein Lost-Foam-Verfahren anwenden, bei dem neben den Versteifungen des Zylinderkurbelgehäuses auch die zellulare Struktur des Kühlmittel führenden Bereichs im Lost-Foam-Verfahren hergestellt wird. Hierbei wird die zellulare Struktur beim Gießen an der Fließfront der Metallschmelze vergast. Die verbleibenden Zellzwischenräume, die vor dem Gießen mit Sand gefüllt wurden, werden freigelegt und bilden die offenporige Struktur.Of more can be for the production of a lost-foam method apply, in addition to the stiffeners of the cylinder crankcase also the cellular structure of the coolant leading Area is produced in the lost foam process. Here is the cellular structure during casting on the river front gassed the molten metal. The remaining intercellular spaces, the before pouring filled with sand are uncovered, forming the open-pored structure.
Claims (25)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510022741 DE102005022741A1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | Cylinder crankcase for an internal combustion engine |
Publications (1)
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2006
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