DE102006007009A1 - Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder umfassenden Zylinderkurbelgehäuse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, wobei das Zylinderkurbelgehäuse und der Zylinderkopf durch Verschraubungen miteinander verbunden sind. Die Verschraubungen sind dabei über Gewindebolzen mit dem Zylinderkurbelgehäuse verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder umfassenden Zylinderkurbelgehäuse und mit einem auf dem Zylinderkurbelgehäuse montierten Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Es ist allgemein bekannt bei einer Brennkraftmaschine das Zylinderkurbelgehäuse und den Zylinderkopf durch eine Verschraubung miteinander zu verbinden. Dabei ist es zur Kühlung einer flüssig gekühlten Brennkraftmaschine üblich die im Zylinderkurbelgehäuse angeordneten Zylinderlaufbahnen der Zylinder mit Kühlmittelkanälen zu umgeben. Als Beispiel für diese Bauweise allgemein übliche, Bauweise sei die
DE 36 25 947 A1 genannt. - Die Weiterentwicklung der Brennkraftmaschinen bedingt, dass immer kompakter ausgeführte Zylinderkurbelgehäuse Brennkraftmaschinen mit einer immer höheren Leistungsabgabe bilden. Dabei wird zunehmend der gleiche Bauraum für die erforderlichen Kühlmittelkanäle sowie für die notwendigen Verschraubungen benötigt. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, deren Kühlmittelkanäle zum Zylinderkopf hin offen ausgeführt sind (open deck), kann es bei der Konstruktion schwierig sein die erforderlichen Verschraubungen geeignet zu plazieren. Als Lösung für dieses Problem ist es bekannt, die Verschraubungen als „nasse Schrauben" in den Kühlmittelkanälen offen zu führen. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die Verschraubungen vor Korrosion geschützt werden müssen, und dass die Durchgänge der Schrauben abgedichtet werden müssen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Verschraubung des Zylinderkopfes in Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses an den erforderlichen Stellen erfolgen kann, ohne dass die Verschraubung mit Kühlmittel in Kontakt kommt. Zudem soll eine Möglichkeit geschaffen werden, dass Kräfte aus dem Zylinderkopf besonders großflächig über die Verschraubung in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet werden können.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach in den Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses Gewindebolzen angeordnet sind, und wonach die Verschraubungen des Zylinderkurbelgehäuses mit den Gewindebolzen verbunden sind.
- Die Gewindebolzen weisen auf der dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Seite vorzugsweise ein Außengewinde auf, welche in den Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet sind. Für eine gleichmäßige Einleitung von Kräften sind die Außengewinde der Gewindebolzen großflächig ausgebildet.
- Grundsätzlich kann der Gewindebolzen auch ein Innengewinde aufweisen. Zudem sind eine Reihe weiterer Verbindungsmethoden alternativ denkbar. So kann der Gewindebolzen auch in das Zylinderkurbelgehäuse eingeklebt werden. Auch das Ausbilden eines Bajonettverschlusses, der mit einer Drehbewegung in einer Aussparung des Zylinderkurbelgehäuses einrastet, ist im Rahmen dieser Erfindung ausführbar.
- Auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite weisen die Gewindebolzen aus Kostengründen vorzugsweise ein Innengewinde zur Aufnahme der üblichen Verschraubungen des Zylinderkopfes auf.
- Je nach dem Material, welches für die Gewindebolzen verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, das Innengewinde zur Aufnahme der Verschraubungen des Zylinderkopfes als separates Bauteil bei der Herstellung des Gewindebolzens in den Gewindebolzen einzugießen.
- Das Zylinderkurbelgehäuse weist Kühlmittelkanäle auf, in denen die Gewindebolzen in dem Zylinderkurbelgehäuse Kühlmittelkanälen angeordnet sind. Die Kühlmittelkanäle des Zylinderkurbelgehäuses sind beispielsweise zum Zylinderkopf hin offen ausgebildet.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in das Zylinderkurbelgehäuse zwischen zwei Zylinder zur Verbesserung der Kühlung Bohrungen eingebracht sind, welche die Kühlmittelkanäle zu beiden Seiten der Zylinder miteinander verbinden. Die Bohrungen sind dabei gegenüber der Zylinderkopfebene in einem flachen Winkel zwischen die zwei benachbarte Zylinder in das Zylinderkurbelgehäuse eingebracht. Bei der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses taucht der die Bohrungen herstellende Bohrer in die Kühlmittelkanäle des Zylinderkurbelgehäuses ein. Um einen besonders flachen Winkel der Bohrungen zu ermöglichen sind die Kühlmittelkanäle zumindest im Bereich zweier benachbarter Zylinder und zumindest im Bereich der Zylinderkopfebene verbreitert ausgebildet.
- Die Gewindebolzen weisen im Bereich der Kühlmittelkanäle eine Einschnürung auf, durch welche die Gewindebolzen beim Betrieb der Brennkraftmaschine leichter von dem in den Kühlmittelkanälen strömenden Kühlmittel umströmt werden können und einen geringeren Strömungswiderstand bewirken.
- Gegebenenfalls können die Gewindebolzen im Bereich der Einschnürung einen elliptischen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewindebolzen an der dem Zylinderkopf zugewandten Seite verbreitert ausgebildet sind. Diese verbreitert ausgebildete Seite der Gewindebolzen kommt an mindestens einer Stelle an dem Zylinderkurbelgehäuse zur Auflage und stütz sich an dem Zylinderkurbelgehäuse ab.
- Bei einem Zylinderkurbelgehäuse mit zum Zylinderkopf hin geschlossenen Kühlwasserkanälen (close deck) trägt die verbreitert ausgebildete Seite der Gewindebolzen einen Dichtring.
- In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewindebolzen aus einem Material hergestellt sind, dessen Ausdehnungskoeffizienten so gewählt ist, dass die Baugruppe aus Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderkopf bei allen an der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen und Temperaturdifferenzen zuverlässig durch die Gewindebolzen und die Verschraubungen verbunden sind.
- Dabei können auch Temperaturdifferenzen berücksichtigt werden, die insbesondere bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine auftreten.
- In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innengewinde der Gewindebolzen von der zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und dem Zylinderkopf angeordneten Zylinderkopfdichtung gegen das in den Kühlmittelkanälen fließende Kühlmittel abdichtet sind, so dass die Verschraubung nicht mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen.
- Im folgenden ist der erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, die mittels in Gewindebolzen angeordneten Verschraubungen verbunden sind, anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
- Es zeigen:
-
1 ein Schnittbild durch eine Brennkraftmaschine mit v-förmiger Zylinderanordnung, bei der das Zylinderkurbelgehäuse und die Zylinderköpfe durch eine Verschraubung verbunden sind, welche innerhalb der Kühlmittelkanäle von Gewindebolzen gebildet wird, -
2 eine Detailansicht eines Schnittbildes durch die Brennkraftmaschine mit v-förmiger Zylinderanordnung durch einen in dem Zylinderkurbelgehäuse angeordnetem Gewindebolzen. - Eine auf eine maximale Leistungsabgabe entwickelte achtzylindrige Brennkraftmaschine mit v-förmiger Zylinderanordnung weist im Zylinderkurbelgehäuse breite, die Zylinderlaufbahnen umgebende Kühlmittelkanäle auf. Die Kühlmittelkanäle sind dafür ausgelegt von den Zylinderlaufbahnen extrem viel Abwärme aufzunehmen und abzuführen. Dementsprechend nehmen die Kühlmittelkanäle den wesentlichen, die Zylinderlaufbahnen umgebenen Bauraum in Anspruch. Die Kühlmittelkanäle in dem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkurbelgehäuse sind zum Zylinderkopf hin offen ausgeführt.
- Die Verbindung zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und dem Zylinderkopf erfolgt mittels einer im Zylinderkopf geführten Verschraubung, die im Zylinderkurbelgehäuse in Gewindebolzen eingeschraubt werden.
-
1 zeigt ein Schnittbild durch die Brennkraftmaschine mit dem Zylinderkurbelgehäuse1 , welches eine v-förmige Zylinderanordnung aufweist. - Die Gewindebolzen
5 sind an der dem Zylinderkurbelgehäuse1 zugewandten Seite mit einem speziellen Außengewinde5.1 ausgebildet, welches in der Aufnahme4 des Zylinderkurbelgehäuses1 komplementär ausgebildet ist. Dieses speziell ausgebildete Außengewinde5.1 bewirkt, dass die Kräfte aus dem Zylinderkopf2 sehr gleichmäßig in das Zylinderkurbelgehäuse1 eingeleitet werden. Dabei können die Außengewinde5.1 der Gewindebolzen5 mit einem Sicherungslack in den komplementär ausgebildeten Aufnahmen4 des Zylinderkurbelgehäuses1 fixiert sein, wodurch die Kräfte noch gleichmäßiger in das Zylinderkurbelgehäuse1 eingeleitet werden. - Die Gewindebolzen
5 sind aus einer ähnlichen Aluminiumlegierung hergestellt wie das Zylinderkurbelgehäuse1 . Der wesentliche Unterschied besteht in einer kleineren thermischen Ausdehnung, wodurch die Verschraubung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine geringfügig vorgespannt sind. - Die Gewindebolzen
5 sind an der dem Zylinderkopf2 zugewandten Seite5.4 mit einem Innengewinde5.3 ausgebildet, in welche die im Zylinderkopf2 geführten Verschraubung3 eingedreht werden. - Zwischen die inneren Zylinder
6 sind in das Zylinderkurbelgehäuse1 Bohrungen9 eingebracht, durch welche die Kühlung zwischen den Zylinderlaufbahnen verbessert wird. Die Bohrungen9 sind in einem Winkel von 30 Grad gegenüber der Zylinderkopfebene in das Zylinderkurbelgehäuse1 eingebracht. Bei der Herstellung der Zylinderkurbelgehäuses1 erfolgt das Herstellen dieser Bohrungen9 , indem der Bohrer über die Kühlmittelkanäle7 in das Zylinderkurbelgehäuse1 eintaucht. Damit der flache Winkel von 30 Grad realisiert werden kann, sind die Kühlmittelkanäle7 im Bereich zweier benachbarter Zylinder6 und im Bereich der Zylinderkopfebene verbreitert ausgebildet. -
2 zeigt eine Detailansicht des Schnittbildes durch einen in dem Zylinderkurbelgehäuse1 angeordnetem Gewindebolzen5 . - Der Gewindebolzen
5 ist im mittleren Bereich eingeschnürt ausgebildet, so dass die in den Kühlmittelkanälen7 angeordneten Gewindebolzen5 dem Kühlmittelstrom nur einen geringen Strömungswiderstand entgegenstellen. Um den Strömungswiderstand minimal zu halten sind die Gewindebolzen5 im Querschnitt tropfenförmig ausgebildet. - Die dem Zylinderkopf
2 zugewandte Seite5.4 der Gewindebolzen5 ist verbreitert ausgebildet, so dass die verbreitert ausgebildete Seite5.4 in den Kühlmittelkanälen7 an zwei Stellen an dem Zylinderkurbelgehäuse1 zur Auflage kommen. Durch diese Auflage wird ein Verspannen Gewindebolzen5 vermieden. - Bei der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses
1 werden vor dem Planschleifen der Zylinderkopfebene die Gewindebolzen5 in die Aufnahmen4 eingesetzt. Dadurch liegen die dem Zylinderkopf2 zugewandten Seiten5.4 der Gewindebolzen5 nach dem Planschleifen exakt in der Zylinderkopfebene. - Durch diesen Aufbau werden die dem Zylinderkopf
2 zugewandten Seiten5.4 der Gewindebolzen5 von der Zylinderkopfdichtung8 bedeckt, wodurch die Innengewinde5.3 zur Aufnahme der Verschraubung3 gegenüber den Kühlmittelkanälen7 abgedichtet sind, und wobei die Verschraubungen3 des Zylinderkopfes2 vor einer Benetzung mit Kühlmittel geschützt sind. - Die Bohrungen
9 zwischen zwei Zylindern6 , durch welche die Kühlmittelkanäle7 zu beiden Seiten der Zylinderreihe miteinander verbunden werden, sind zweistufig, d.h. mit zwei verschiedenen Durchmessern, ausgeführt. Zuerste wird auf beiden Seiten durch die verbreitert ausgeführten Kühlmittelkanäle eine erste Bohrung9.1 mit einem Durchmesser von vier Millimetern zwischen zwei Zylinder6 eingebracht, dann wird eine zweite Bohrung9.2 auf beiden Seiten mit einem Durchmesser von zweieinhalb Millimetern fortgesetzt, bis sich die zweiten Bohrungen9.2 treffen. Durch die mit einem unterschiedlichen Durchmesser ausgeführten Bohrungen9 wird die dünner werdenden Materialstärke zwischen den Zylindern6 berücksichtigt. Bei Bedarf können die Bohrung9 mehrfach zwischen den gleichen zwei Zylindern6 angeordnet sein. - Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine kann die Verschraubung des Zylinderkopfes in Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses an den dafür optimalen Stellen erfolgen, ohne dass die Verschraubungen mit Kühlmittel in Kontakt kommen. Zudem werden die Kräfte aus dem Zylinderkopf besonders großflächig über die Verschraubung in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet.
Claims (10)
- Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder (
6 ) umfassenden Zylinderkurbelgehäuse (1 ) und mit einem auf dem Zylinderkurbelgehäuse (1 ) montierten Zylinderkopf (2 ), wobei das Zylinderkurbelgehäuse (1 ) und der Zylinderkopf (2 ) durch Verschraubungen (3 ) als Verbindungselemente miteinander verbunden sind, und wobei das Zylinderkurbelgehäuse (1 ) Aufnahmen (4 ) für die Verbindungselemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmen (4 ) des Zylinderkurbelgehäuses (1 ) Gewindebolzen (5 ) angeordnet sind, und dass die Verschraubungen (3 ) des Zylinderkurbelgehäuses (1 ) mit den Gewindebolzen (5 ) verbunden sind. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (
5 ) auf der dem Zylinderkurbelgehäuse (1 ) zugewandten Seite ein Außengewinde (5.1 ) aufweisen, dass die Außengewinde (5.1 ) der Gewindebolzen (5 ) in den Aufnahmen (4 ) des Zylinderkurbelgehäuses (1 ) angeordnet sind, und dass die Außengewinde (5.1 ) der Gewindebolzen (5 ) großflächig ausgebildet sind. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (
5 ) auf der dem Zylinderkopf (2 ) zugewandten Seite ein Innengewinde (5.3 ) zur Aufnahme der Verschraubungen (3 ) aufweisen. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkurbelgehäuse (
1 ) Kühlmittelkanäle (7 ) aufweist, und dass die Gewindebolzen (5 ) in dem Zylinderkurbelgehäuse (1 ) in den Kühlmittelkanälen (7 ) angeordnet sind. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kühlmittelkanäle (
7 ) des Zylinderkurbelgehäuses (1 ) zum Zylinderkopf (2 ) hin offen ausgebildet sind. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zylinderkurbelgehäuse (
1 ) zwischen zwei Zylinder (6 ) Bohrungen (9 ) eingebracht sind, dass die Bohrungen einen flachen Winkel gegenüber der Zylinderkopfebene in das Zylinderkurbelgehäuse (1 ) eingebracht sind, dass die Bohrungen (9 ) über die Kühlmittelkanäle (7 ) in das Zylinderkurbelgehäuse (1 ) eingebracht sind, und dass die Kühlmittelkanäle (7 ) zumindest im Bereich zweier benachbarter Zylinder (6 ) und zumindest im Bereich der Zylinderkopfebene verbreitert ausgebildet sind. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (
5 ) im Bereich der Kühlmittelkanäle (7 ) eine Einschnürung (5.2 ) aufweisen, und dass die Einschnürung (5.2 ) beim Betrieb der Brennkraftmaschine von Kühlmittel umströmt wird. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (
5 ) an der dem Zylinderkopf (2 ) zugewandten Seite (5.4 ) verbreitert ausgebildet sind, und dass die verbreitert ausgebildete Seite (5.4 ) der in den Kühlmittelkanälen (7 ) angeordneten Gewindebolzen (5 ) an mindestens einer Stelle an dem Zylinderkurbelgehäuse (1 ) zur Auflage kommt. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (
5 ) aus einem Material hergestellt sind, dessen Ausdehnungskoeffizienten so gewählt ist, dass die Baugruppe aus Zylinderkurbelgehäuse (1 ) und Zylinderkopf (2 ) bei allen an der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen und Temperaturdifferenzen zuverlässig durch die Gewindebolzen (5 ) und die Verschraubungen (3 ) verbunden sind. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse (
1 ) und dem Zylinderkopf (2 ) eine Zylinderkopfdichtung (8 ) angeordnet ist, und dass die Innengewinde (5.3 ) der Gewindebolzen (5 ) von der Zylinderkopfdichtung (8 ) gegen das in den Kühlmittelkanälen (7 ) fließende Kühlmittel abdichtet sind.
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