DE102006028801B4

DE102006028801B4 - Kurbelgehäuse mit einer Ventilationsbohrung

Info

Publication number: DE102006028801B4
Application number: DE102006028801.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Betzmeir
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2026-06-24
Also published as: DE102006028801A1

Abstract

Kurbelgehäuse (1) mit einer Ventilationsbohrung aus einem Leichtmetall für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei parallel zueinander in das Kurbelgehäuse (1) eingegossenen eisenmetallischen Zylinderlaufbuchsen (2), in denen jeweils ein Kolben mit einem Kolbenring hubbeweglich gelagert ist, wobei die Kolben phasenversetzt zueinander bewegbar sind und wobei zwischen den Zylinderlaufbuchsen (2) von einem Gussmaterial ein Steg (3) gebildet ist und die Innenräume der Zylinderlaufbuchsen (2) gasführend über einen Kurbelraum (4) des Kurbelgehäuses (1) sowie einer Öffnung (5) im Steg (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchsen (2) im Bereich der Öffnung (5) eine Ausnehmung (2') aufweisen, die nahezu bis zu einem unteren Umkehrpunkt des Kolbenringes reicht, wobei die Ausnehmung (2') zwischen 1 mm und 40 mm von der Öffnung (5) beabstandet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse mit einer Ventilationsbohrung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 24 218 A1 hingewiesen. In dieser ist ein Kurbelgehäuse aus einem Leichtmetall für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren parallel zueinander angeordneten Zylindern beschrieben. Das Kurbelgehäuse weist eingesetzte Zylinderlaufbuchsen aus einem eisenmetallischen Werkstoff auf. In jeder Zylinderlaufbuchse ist ein Kolben mit einem Kolbenring hubbeweglich gelagert. Die Kolben werden über einen Kurbeltrieb phasenversetzt zueinander angetrieben. Zwischen den Zylinderbuchsen ist aus dem Gussmaterial des Kurbelgehäuses ein Steg ausgebildet, wobei dieser Steg geodätisch unterhalb der Zylinderlaufbuchsen eine Öffnung aufweist, eine sog. Ventilationsbohrung. Ferner sind die Zylinderlaufbuchsen gasführend über den Kurbelraum des Kurbelgehäuses miteinander verbunden. Die Ventilationsbohrungen in den Stegen zwischen den Zylinderlaufbuchsen dienen zum Druckausgleich im Kurbelgehäuse zwischen den einzelnen Zylindern, wenn die Kolben gegenphasig zueinander bewegt werden.
Aus der US 2005/45 121 A1 ist ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Ventilationsbohrungen mit unrundem Querschnitt durch Fräsen von zwei Seiten hergestellt werden.
Weiter ist aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 602 14 098 T2 ist ein Zylinderblock einer Mehrzylinderreihen-Brennkraftmaschine bekannt. Der Zylinderblock weist eingegossene Laufbuchsen für die Kolben auf, die beim Bohren der Ventilationsbohrungen durchbohrt werden.
Ferner ist aus dem Stand der Technik der BMW Vierzylinder 4-Ventil-Motor mit einem vollvariablen Ventilhub, der Valvetronic, bekannt, der seit März 2001 im Handel ist. Im Gegensatz zur o. g. deutschen Offenlegungsschrift DE 100 24 218 A1 sind bei diesem BMW Motor die eisenmetallischen Zylinderlaufbuchsen nicht in das Leichtmetall des Kurbelgehäuses eingesetzt, sondern in das Kurbelgehäusematerial eingegossen.
Bei beengten Einbauverhältnissen und/oder sehr hohen Gasdruckbelastungen kann es zu unzulässig hohen Spannungen im Kurbelgehäusematerial, unterhalb der Zylinderlaufbuchse, im Bereich der Ventilationsbohrung kommen. Diese Spannungen werden bei mit einem Leichtmetall umgossenen eisenmetallischen Zylinderlaufbuchsen durch die vom Gießprozess hervorgerufenen Schrumpfspannungen aufgrund der unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten des Leichtmetalls und des eisenmetallischen Werkstoff ausgelöst oder verstärkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese unzulässig hohen Spannungen im Bereich der Ventilationsbohrung zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Ausnehmen der Zylinderlaufbuchsen im Bereich um die Ventilationsbohrung, in einem nicht von den Kolbenringen des Kolbens oder vom Kolbenschaft überstrichenen Bereich, wird die Schrumpfspannung im Bereich der Ausnehmung in vorteilhafter Weise herabgesetzt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, Brennkraftmaschinen mit einer sehr hohen Literleistung, mit einer idealen Kurbelgehäusebelüftung in Verbindung mit einer in einem Leichtmetall eingegossenen eisenmetallischen Zylinderlaufbuchse mit geringem Zylinderstichmaß kostengünstig zu fertigen. Diese Kombination ist nach dem derzeitigen Kenntnisstand gemäß dem Stand der Technik nicht möglich.
Die Bearbeitungsmethoden für die Zylinderlaufbuchse gemäß Patentanspruch 2 sind bevorzugte Bearbeitungsmethoden.
Die Ausführungsvarianten gemäß den Patentansprüchen 3 bis 5 sind besonders bevorzugte Ausgestaltungsvarianten.
Vorzugsweise ist das Kurbelgehäuse gemäß Patentanspruch 6 aus einer Aluminiumlegierung und/oder einer Magnesiumlegierung gegossen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Zylinderlaufbuchse quer zu einer Längsachse einer Brennkraftmaschine;
2 zeigt einen Schnitt durch das Kurbelgehäuse in Richtung der Motorlängsachse in einem Stegbereich.
1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kurbelgehäuse 1. Der Schnitt verläuft durch eine in das Kurbelgehäuse 1 eingegossene Zylinderlaufbuchse 2, senkrecht zu einer Kurbelgehäuselängsachse 1'. Das Kurbelgehäuse 1 ist aus einem Leichtmetall, die Zylinderlaufbuchse 2 ist aus einem eisenmetallischen Werkstoff. In der Zylinderlaufbuchse 2 ist ein nicht dargestellter Kolben mit einem Kolbenring hubbeweglich, von einem ebenfalls nicht dargestellten Kurbeltrieb angetrieben, geführt. Ein unterer Umkehrpunkt des Kolbenringes ist mit einer Trennlinie U markiert. Zu der Zylinderlaufbuchse 2 ist zumindest eine zweite Zylinderlaufbuchse 2 parallel zur ersten Zylinderbuchse 2 entlang der Kurbelgehäuselängsachse 1' in das Kurbelgehäuse 1 eingegossen. Zwischen den beiden Zylinderlaufbuchsen 2 ist ein aus dem Kurbelgehäusematerial bestehender Steg 3 ausgebildet, in den eine nicht dargestellte Kurbelwellenlagerung angeordnet ist. Die Kurbelwellenlagerung befindet sich in einem Kurbelraum 4 des Kurbelgehäuses 1. Zwischen der Kurbelwellenlagerung und der Zylinderlaufbuchse 2 befindet sich eine Öffnung 5, eine sog. Ventilationsbohrung.
Wenn beim Betrieb der Brennkraftmaschine in den Zylinderlaufbuchsen die nicht dargestellten Kolben gegenphasig zueinander bewegt werden, treten starke Druckpulsationen in den Zylinderlaufbuchsen 2 unterhalb der Kolben, sowie im Kurbelraum 4 auf. Diese Druckpulsationen werden durch die Öffnung 5 sowie den Kurbelraum 4 gedämpft.
Werden eisenmetallische Zylinderlaufbuchsen 2, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, in ein Kurbelgehäuse 1 aus einem Leichtmetall eingegossen, so bilden sich nach einem Erstarren des Kurbelgehäusematerials im Bereich der Öffnung 5, insbesondere quer zu der Kurbelgehäuselängsachse 1', Zugspannungen auf. Bei einer Belastung der Zylinderlaufbuchse 2 durch Druckschwankungen in Folge von einzelnen Verbrennungszyklen, bilden sich in dem Steg 2 geodätisch oberhalb und unterhalb der Öffnung 5 kritische Spannungen aus, die zur Rissbildung in diesen Bereichen führen können. Die Hauptrichtungen der kritischen Schrumpfspannungen sind durch zwei Pfeile schematisch dargestellt.
Die Zylinderlaufbuchse 2 weist daher im Bereich der Öffnung 5 eine Ausnehmung 2' auf. Diese Ausnehmung 2' reicht bis nahezu an den unteren Umkehrpunkt U des Kolbenringes. Sie kann, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt oder in einer alternativen Ausgestaltung auch einen ovalen Querschnitt aufweisen. Die Ausnehmung 2' kann spanlos, beispielsweise durch Gießen oder spanabhebend, beispielsweise durch Fräsen gefertigt sein. Vorzugsweise weist die Ausnehmung 2' ein lichtes Maß zwischen 5 und 60 mm auf und ist minimal zwischen 1 mm und 20 mm von dem unteren Umkehrpunkt U des Kolbenringes beabstandet. Ferner ist die Ausnehmung 2' erfindungsgemäß zwischen 1 mm und 40 mm von der Öffnung 5 beabstandet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zylinderlaufbuchse 2 in ein Insert aus einem Aluminiumwerkstoff 1a eingegossen, wobei das Aluminiuminsert von einem Magnesiumwerkstoff 1b umgegossen ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch das gesamte Kurbelgehäuse 1 aus einem Aluminiumwerkstoff 1a gegossen sein, wobei in jedem Fall die Zylinderlaufbuchsen 2 aus einem eisenmetallischen Werkstoff sind. Vorzugsweise wird für ein Kurbelgehäuse 1 mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Kastenkolben eingesetzt, da dieser die größte Ausnehmung 2' zulässt. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch auch normale, aus dem Stand der Technik bekannte Kolben zum Einsatz kommen.
In 2, in der für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen gelten, ist ein Schnitt längs der Kurbelgehauselängsachse 1' durch den Steg 3 und zwei von dem Steg 3 beabstandete Zylinderlaufbuchsen 2 dargestellt. Der Schnitt entspricht dem Schnitt II-II aus 1. Wie zu 1 bereits ausgeführt, sind im Steg 3 die nicht dargestellte Kurbelwellenlagerung, sowie geodätisch darüber die Öffnung 5 angeordnet. Beabstandet von der Öffnung 5 sind die Ausnehmungen 2' der Zylinderlaufbuchsen 2 erkennbar. Der untere Umkehrpunkt des Kolbenringes ist wieder durch eine Linie U-U markiert.
Durch die Ausnehmungen 2' in den Zylinderlaufbuchsen 2 im Bereich der Öffnung 5, der Ventilationsbohrung, in dem nicht von den Kolbenringen oder Kolbenschaft überstrichenen Bereich, wird erfindungsgemäß die nach dem Gießvorgang des Kurbelgehäuses 1 auftretende Schrumpfspannung deutlich herabgesetzt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, Brennkraftmaschinen mit einer hohen Literleistung (Leistung je Liter Hubraum), mit einer idealen Kurbelgehäusebelüftung und eingegossenen eisenmetallischen Zylinderlaufbuchsen 2, bei geringstem Zylinderstichmaß (Abstand der Zylinderbohrungen) zu einem günstigen Preis herzustellen. Dies war nach dem derzeitigen Kenntnisstand bisher nicht möglich.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelgehäuse
1': Kurbelgehäuselängsachse
1a: Aluminiumwerkstoff
1b: Magnesiumwerkstoff
2: Zylinderlaufbuchse
2': Ausnehmung
3: Steg
4: Kurbelraum
5: Öffnung

Claims

Kurbelgehäuse (1) mit einer Ventilationsbohrung aus einem Leichtmetall für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei parallel zueinander in das Kurbelgehäuse (1) eingegossenen eisenmetallischen Zylinderlaufbuchsen (2), in denen jeweils ein Kolben mit einem Kolbenring hubbeweglich gelagert ist, wobei die Kolben phasenversetzt zueinander bewegbar sind und wobei zwischen den Zylinderlaufbuchsen (2) von einem Gussmaterial ein Steg (3) gebildet ist und die Innenräume der Zylinderlaufbuchsen (2) gasführend über einen Kurbelraum (4) des Kurbelgehäuses (1) sowie einer Öffnung (5) im Steg (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchsen (2) im Bereich der Öffnung (5) eine Ausnehmung (2') aufweisen, die nahezu bis zu einem unteren Umkehrpunkt des Kolbenringes reicht, wobei die Ausnehmung (2') zwischen 1 mm und 40 mm von der Öffnung (5) beabstandet ist.
Kurbelgehäuse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) spanlos oder spanabhebend gefertigt ist.
Kurbelgehäuse nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) einen runden oder ovalen Querschnitt aufweist.
Kurbelgehäuse nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) einen lichtes Maß zwischen 5 mm und 60 mm aufweist.
Kurbelgehäuse nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (2') minimal zwischen 1 mm und 20 mm von dem unteren Umkehrpunkt des Kolbenrings beabstandet ist.
Kurbelgehäuse nach Patentanspruch einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (1) aus einer Magnesiumlegierung und/oder einer Aluminiumlegierung gegossen ist.