DE102009031655A1

DE102009031655A1 - Motor und Verfahren für eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit eines Kurbelgehäuses mit bruchgetrennten Hauptlagerdeckeln

Info

Publication number: DE102009031655A1
Application number: DE102009031655A
Authority: DE
Inventors: Eric Donald West Bloomfield Wiebrecht
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-07-04
Also published as: US20100011574A1; DE102009031655B4; US8573177B2; CN101629530A; US20120167856A1; US8181344B2; CN101629530B

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt verringerte Ermüdungsbelastungsniveaus in einem belasteten Bereich eines Motorkurbelgehäuses bereit, in dem die äußeren Ränder der Bruchtrennlinien der Kurbelwellenlagtelachse der Kurbelwelle in dem Kurbelgehäuse zu verändern. Dies wird erreicht, indem veranlasst wird, dass sich die Bruchtrennlinien der Lagerdeckel von der horizontalen Ebene der Kurbelwellenachse aus zu einer etwas niedrigeren Position an den Außenrändern der Lagerdeckel hin nach unten neigen. Dies senkt die Außenränder der Lagerdeckel in ausreichender Weise ab, um zu ermöglichen, dass an den Querverbindern der Kurbelgehäusestützrippen mit den benachbarten Seitenwänden des Kurbelgehäuses größere Radien ausgebildet werden. Folglich werden die Ermüdungsbelastungsniveaus in den Kurbelgehäuserippenelementen verringert, ohne dass eine wesentliche Veränderung der Kurbelgehäusedimensionen benötigt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft eine Motorblockstruktur und insbesondere die Verringerung von Ermüdungsbelastungen in den Bereichen der Kurbelgehäuserippen über bruchgetrennten Kurbelwellenlagerdeckeln.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hinsichtlich von Motorkurbelgehäusen ist es in der Technik bekannt, dass Kurbelwellenstützrippen benötigt werden, um größere Belastungen aus der Verbrennung und von Massenträgheitslasten, die in den Motorzylindern entstehen, und aus den sich hin- und herbewegenden und rotierenden Massen, die mit den Kurbelwellenhüben verbunden sind, zu absorbieren. Um diesen Lasten standzuhalten, können Motorkurbelgehäuse und Zylinderblöcke als ein einziges Gussteil geformt und maschinell bearbeitet werden, wobei die Lagerdeckel der Kurbelwelle enthalten sind. Die Lagerdeckel werden dann mit einem Dorn abgebrochen, wodurch eine allgemein horizontale Trennlinie aus abgebrochenen Flächen hinterlassen wird, an welchen die Lagerdeckel wieder an dem Kurbelgehäuse mit Bolzen oder Zapfen angebracht werden.
Um Belastungen zu minimieren, werden beim Zusammenfügen der Stützrippen mit Seitewänden des Kurbelgehäuses sanft gebogene Verbindungen unter Vermeidung scharfer Winkel benutzt, welche Belastungserhöhungen einbringen würden. Diese Verbindungen beginnen über der Trennlinie für die Lagerdeckel, was den verfügbaren Raum für größere belastungsreduzierende Radien in den Stützrippen selbst begrenzen kann. Ein derartiges Problem stellte sich, als es gewünscht wurde, die Ermüdungsfestigkeit einer bereits abgeschlossenen Kurbelgehäusekonstruktion zu erhöhen, ohne die grundlegenden Kurbelgehäusedimensionen zu verändern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst das dargestellte Problem, indem die äußeren Ränder der Trennlinien der Kurbelwellenlagerdeckel abgesenkt werden, ohne die Stelle der Mittelachse der Kurbelwelle in dem Kurbelgehäuse zu verändern. Dies wird erreicht, indem veranlasst wird, dass sich die Trennlinien der Lagerdeckel von der horizontalen Ebene der Kurbelwellenachse aus zu einer etwas niedrigeren Position an den Außenrändern der Lagerdeckel hin nach unten neigen. Dies senkt die Außenränder der Lagerdeckel genügend ab, um zu ermöglichen, dass größere Radien an den Querverbindern der Kurbelwellenstützrippen mit den benachbarten Seitenwänden des Kurbelgehäuses ausgebildet werden. Folglich werden die Ermüdungsbelastungsniveaus in den Rippenelementen des Kurbelgehäuses verringert, ohne dass eine wesentliche Veränderung der Kurbelgehäusedimensionen benötigt wird.
Die Möglichkeit zur Durchführung der benötigten Konstruktionsänderung erforderte die Gewissheit, dass der Kurbelgehäuselieferant die Kurbelgehäuselagerdeckel tatsächlich innerhalb einer vorbestimmten Toleranz abbrechen kann, die eine angemessene Steigung der Lagerdeckeltrennlinien sicherstellt. Die Lagerdeckel werden als Teil einer einstückigen Kurbelgehäuseanordnung gegossen und maschinell bearbeitet. In der horizontalen Ebene werden zwei Kerben am Lagerbohrungsinnendurchmesser um 180 Grad versetzt geschaffen. Diese dienen als Rissinitiatoren für den Bruchtrennprozess. Die Lagerdeckel werden dann von der Gussanordnung mit einem Ausdehnungsdorn bruchgetrennt, der von einem Ende des Blocks aus durch die Hauptlagerbohrung eingeführt wird. Der Winkel oder die Richtung, unter dem bzw. unter der der Riss von der Initiatorkerbe weg verläuft, wird beeinflusst, indem die Gestalt des Ausdehnungsdorns verändert wird, insbesondere die Gestalt der Kontaktpunkte, welche die Innenseite der Lagerbohrung berühren und eine Last darauf ausüben. Die Ausdehnungsgestalten werden mit einer engen Toleranz gesteuert und stehen in Rückkorrelation mit einem entsprechenden Risswinkelbereich.
Da der Risspfad an jeder Seite absichtlich nach unten geneigt ist, ist der Risspfad von Bereichen mit hoher Belastung weggelenkt, was ermöglicht, dass die Größe dieser Bereiche erhöht werden kann, um ihre Belastungskonzentration zu verringern. Die Erfindung beruht auf dem Konzept, dass der Risswinkel absichtlich an jeder Seite nach unten gelenkt wird, um einen größeren, stärkeren Querschnitt zu ermöglichen. Ohne den gelenken Risswinkel kann der größere Querschnitt unmöglich erreicht werden. Eine Herstellung der Kurbelgehäuseelemente auf diese Weise ermöglicht die Konstruktionsänderung mit dem etwas größeren Radius für die Radien der Verbindung der Rippen mit den Außenwänden, welche die verbesserte Ermüdungsbelastung für das Kurbelgehäuse bereitstellt.
Es wird angemerkt, dass die Begriffe rissgetrennt und bruchgetrennt und andere ähnliche Begriffspaare in der Beschreibung und den Ansprüchen wechselweise verwendet werden und so aufgefasst werden sollen, dass sie die gleiche Bedeutung aufweisen.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung können anhand der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Bildansicht eines Motorblocks unter einem niedrigen Winkel, die auf die Kurbelgehäusestruktur mit mehreren Kurbelwellenstützrippenwänden gerichtet ist, die sich zwischen Seitenwänden erstrecken und bruchgetrennte trennbare Lagerdeckel umfassen;
2 ist eine Endansicht des Motorblocks, die auf den Kurbelwellenlagerstützbereich gerichtet ist;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines unteren Abschnitts einer Rippenwand mit einem daran angebrachten Lagerdeckel, welche die Nennsteigung der Lagerdeckelrisstrennlinien zeigt;
4 ist eine vergrößerte Ansicht des Stützbereichs, welche die frühere ebene Risslinie mit der nach unten geneigten Risslinie und dem erhöhten erfindungsgemäßen Übergangsradius vergleicht.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nun mit genauem Bezug auf 1 und 2 der Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein eine Umrissansicht eines beispielhaften Verbrennungsmotors mit einem Zylinderblock 12, in welchem sachdienliche Details der Struktur in einem unteren Abschnitt des Motorkurbelgehäuses 14 offenbart sind. Das untere Kurbelgehäuse 14 umfasst ein Paar allgemein parallel der Länge nach verlaufender Seitenwände 16, die mehrere der Länge nach beabstandete quer verlaufende Rippenwände 18 aufweisen, welche obere Abschnitte 20 umfassen, die an den Seitenwänden 16 durch lastführende Querverbinder 22 angebracht sind. Um Ermüdungsbelastungen zu minimieren, sind die Verbinder mit wesentlichen Übergangsradien 24 versehen, welche die oberen Abschnitte 20 der Rippenwände 18 mit den Seitenwänden 16 verbinden.
Bei der Herstellung wird der Motorzylinderblock 12 als eine einstückige Anordnung gegossen und auf Endabmessungen maschinell bearbeitet. Das maschinelle Bearbeiten umfasst ein Bohren von Kurbelwellenlagerbohrungen 26, welche auf eine Achse 28 in den unteren Abschnitten der Rippenwände 18 ausgerichtet sind. Nach dem maschinellen Bearbeiten werden die Deckel 30 des Hauptlagers der Kurbelwelle von den verbleibenden oberen Abschnitten 20 der Rippenwände 18 durch Riss- oder Bruchtrennen der Lagerbohrungen 26 entfernt, wobei bei Kerben 32 begonnen wird, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Bohrungen 26 auf eine horizontale Ebene 34 durch die Achse 28 hindurch ausgerichtet eingeschnitten sind, und die Deckel 30 von den Rippenwänden 18 betrennt werden.
Gemäß früherer Technologie war es üblich, die Deckel 30 entlang von Trennlinien 36 über Risstrennung zu trennen, welche nominell in der horizontalen Ebene 34 durch die Langsachse 28 der ausgerichteten Kurbelwellenlagerbohrungen 26 hindurch gehalten sind, wie in 3 und 4 gezeigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch wurde der Risstrennschritt durch ein geeignetes Gestalten eines Trenndorns modifiziert, sodass die resultierenden Risstrennlinien 38, die bei den Kerben 32 in der horizontalen Ebene 34 der Lagerbohrungsachse 28 beginnen, von den zentralen Kerben 32 weg zu Außenrändern 40 der Lagerdeckel 42 hin nach unten geneigt sind. Diese Veränderung erreicht ein gewünschtes Resultat insofern, als die Außenränder 40 der neuen Lagerdeckel 42 verkürzt sind und die zugehörigen Außenränder 44 der modifizierten oberen Abschnitte 46 der Rippenwände 18 verlängert sind, sodass ein größerer Übergangsradius 48 auf die Querverbinder 50 angewandt werden kann, wodurch die Hochbelastungsbereiche der Querverbinder mit einer Verringerung von Ermüdungsbelastungen und der Fähigkeit zum Tragen höherer Lasten als mit den Lagerdeckeltrennlinien der früheren Konfiguration versehen werden.
Der Klarheit halber wird angemerkt, dass die Trennlinien der rissgetrennten Lagerdeckel und andere Produkte raue Oberflächen aufweisen und nicht unbedingt gerade Linien sind, jedoch ist es nicht notwendig, dass perfekt gerade Trennlinien ausgebildet werden müssen, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Es ist nur notwendig, dass die Trennoberflächen genau genug sind, um vernünftige Toleranzen einzuhalten, um die Vorteile der verringerten Ermüdungsbelastungen zu erhalten, die durch die modifizierte Konstruktion ermöglicht werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass zahlreiche Veränderungen im Geist und Umfang der beschriebenen erfinderischen Konzepte durchgeführt werden können. Es ist folglich beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie den vollen Umfang aufweist, der durch die Sprache der folgenden Ansprüche zulässig ist.

Claims

Verbrennungsmotor, der einen Zylinderblock umfasst, der als eine einstückige Anordnung mit den Kurbelwellenlagerdeckeln gegossen und maschinell bearbeitet worden ist; wobei die Lagerdeckel anschließend durch ein Bruchtrennen der Deckel von Kurbelwellenstützrippen des Blocks entlang von Bruchtrennlinien, die an einander gegenüberliegenden Seiten einer horizontalen Ebene durch die Kurbelwellenbohrungsachse eingeleitet worden sind, von dem Block getrennt worden sind; wobei die Erfindung umfasst: dass die Bruchtrennlinien zwischen den Lagerdeckeln und den Rippen von der horizontalen Ebene aus unter vorbestimmten Winkeln zu Außenrändern der Lagerdeckel hin nach unten geneigt sind; und die Abschnitte der Rippen über den Trennlinien dadurch vergrößert sind und mit einer größeren Querschnittsfläche ausgebildet sind, um die Belastungskonzentrationen zu verringern, wodurch ein Zylinderblock mit verbesserter Ermüdungsfestigkeit in kritischen Bereichen benachbart zu der Kurbelwelle geschaffen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Bruchtrennlinien an Kerben eingeleitet worden sind, die in der horizontalen Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwellenbohrungen ausgebildet sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei vorbestimmte Winkel der Trennlinien innerhalb einer festgelegten Toleranz gehalten sind, die geschaffen ist, um eine Konsistenz der verbesserten Ermüdungsfestigkeit der kritischen Bereiche sicherzustellen.
Zylinderblock für einen Verbrennungsmotor, wobei der Zylinderblock umfasst: ein Kurbelgehäuse, das ein Paar allgemein paralleler längsverlaufender Seitenwände umfasst; mehrere der Länge nach beabstandete Rippenwände, die zwischen den Seitenwänden quer verbunden sind, wobei die Rippenwände trennbare rissgetrennte Kurbelwellenlagerdeckel umfassen, die mit den Rippenwänden Kurbelwellenlagerbohrungen definieren, die auf eine gemeinsame Achse ausgerichtet sind; wobei die Risstrennlinien der Lagerdeckel von einer horizontalen Ebene der Kurbelwellenachse an dem Innenbohrungsdurchmesser aus zu Außenrändern der Lagerdeckel hin nach unten geneigt sind; wobei der Abschnitt der Rippenwände über den Risstrennlinien dadurch vergrößert ist und einer vergrößerten Querschnittsfläche unterliegt, um verringerte Belastungskonzentrationen in den Rippenwandabschnitten bereitzustellen.
Zylinderblock nach Anspruch 4, wobei die Risstrennlinien an Kerben eingeleitet sind, die in einer horizontalen Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwellenbohrungen ausgebildet sind.
Zylinderblock nach Anspruch 4, wobei vorbestimmte Winkel der Trennlinien innerhalb einer festgelegten Toleranz gehalten sind, die festgelegt ist, um eine Konsistenz der verbesserten Ermüdungsfestigkeit der kritischen Bereiche sicherzustellen.
Verfahren zum Verringern einer Belastungskonzentration in den Rippenwänden eines Motorzylinderblocks, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Zylinderblock als eine einzige einstückige Anordnung gegossen und maschinell bearbeitet wird, wobei die Lagerdeckel anschließend von dem Block entfernt werden, indem die Deckel von Kurbelwellenstützrippen des Blocks entlang von Bruchtrennlinien bruchgetrennt werden, welche an einander gegenüberliegenden Seiten einer horizontalen Ebene durch die Kurbelwellenbohrungsachse eingeleitet werden; wobei die Erfindung umfasst, dass: die Bruchtrennlinien der Lagerdeckel von der Innenbohrung an der horizontalen Ebene aus unter vorbestimmten Winkeln zu Außenrändern der Lagerdeckel hin nach unten geneigt werden; und die Abschnitte der Rippen über den Trennlinien vergrößert werden, indem sie mit größeren Querschnitten ausgebildet werden, um ihre Belastungskonzentrationen zu verringern, wodurch ein Zylinderblock mit verbesserter Ermüdungsfestigkeit in kritischen Bereichen benachbart zu der Kurbelwelle geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, das umfasst, dass die Steigung der Trennlinien innerhalb einer vorbestimmten Toleranz gesteuert wird, die festgelegt wurde, um eine Konsistenz der verbesserten Ermüdungsfestigkeit der kritischen Bereiche sicherzustellen.
Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst, dass ein Brechen der Lagerdeckelbruchtrennlinien an Kerben eingeleitet wird, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwellenbohrungen ausgebildet und in einer horizontalen Ebene durch die Langsachse der Bohrungen ausgerichtet sind.