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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinderkopf,
- – mindestens einem mit dem mindestens einen Zylinderkopf verbundenen und als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern, und
- – einem ölführende Leitungen umfassenden Ölkreislauf zur Versorgung der mindestens zwei Lager mit Öl, in welchem eine Pumpe zur Förderung des Öls via Versorgungsleitung mit einer Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, verbunden ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Brennkraftmaschine.
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Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen.
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Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder, d. h. Brennräume miteinander verbindbar bzw. verbunden sind. Auf die einzelnen Bauteile wird im Folgenden kurz eingegangen.
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Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Der Kolben jedes Zylinders einer Brennkraftmaschine wird axial beweglich in einem Zylinderrohr geführt und begrenzt zusammen mit dem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf den Brennraum eines Zylinders. Der Kolbenboden bildet dabei einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse ab, so dass keine Verbrennungsgase bzw. keine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangen und kein Öl in den Brennraum gelangt.
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Die Kolben dienen der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Hierzu ist jeder Kolben mittels eines Kolbenbolzens mit einer Pleuelstange gelenkig verbunden, die wiederum an der Kurbelwelle beweglich gelagert ist.
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Die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf, die sich aus den Gaskräften infolge der Kraftstoffverbrennung im Brennraum und den Massenkräften infolge der ungleichförmigen Bewegung der Triebwerksteile zusammensetzen. Dabei wird die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle transformiert. Die Kurbelwelle überträgt dabei das Drehmoment an den Antriebsstrang. Ein Teil der auf die Kurbelwelle übertragenen Energie wird zum Antrieb von Hilfsaggregaten wie der Ölpumpe und der Lichtmaschine verwendet oder dient dem Antrieb der Nockenwelle und damit der Betätigung des Ventiltriebes.
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Im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die obere Kurbelgehäusehälfte durch den Zylinderblock gebildet. Ergänzt wird das Kurbelgehäuse durch die an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als Ölwanne dienende untere Kurbelgehäusehälfte. Dabei weist die obere Kurbelgehäusehälfte zur Aufnahme der Ölwanne, d. h. der unteren Kurbelgehäusehälfte eine Flanschfläche auf. In der Regel wird zur Abdichtung der Ölwanne bzw. des Kurbelgehäuses gegenüber der Umgebung eine Dichtung in der bzw. an der Flanschfläche vorgesehen. Die Verbindung erfolgt häufig durch eine Verschraubung.
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Zur Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle sind mindestens zwei Lager im Kurbelgehäuse vorgesehen, die in der Regel zweiteilig ausgeführt sind und jeweils einen Lagersattel und einen mit dem Lagersattel verbindbaren Lagerdeckel umfassen. Die Kurbelwelle wird im Bereich der Kurbelwellenzapfen, die entlang der Kurbelwellenachse beabstandet zueinander angeordnet und in der Regel als verdickte Wellenabsätze ausgebildet sind, gelagert. Dabei können Lagerdeckel und Lagersättel als separate Bauteile oder einteilig mit dem Kurbelgehäuse, d. h. den Kurbelgehäusehälften ausgebildet werden. Zwischen der Kurbelwelle und den Lagern können Lagerschalen als Zwischenelemente angeordnet werden.
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Im montierten Zustand ist jeder Lagersattel mit dem korrespondierenden Lagerdeckel verbunden. Jeweils ein Lagersattel und ein Lagerdeckel bilden – gegebenenfalls im Zusammenwirken mit Lagerschalen als Zwischenelemente – eine Bohrung zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens. Die Bohrungen werden üblicherweise mit Motoröl, d. h. Schmieröl versorgt, so dass sich idealerweise zwischen der Innenfläche jeder Bohrung und dem dazugehörigen Kurbelwellenzapfen bei umlaufender Kurbelwelle – ähnlich einem Gleitlager – ein tragfähiger Schmierfilm ausbildet. Alternativ kann ein Lager auch einteilig ausgebildet sein, beispielsweise bei einer gebauten Kurbelwelle.
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Zur Versorgung der Lager mit Öl ist eine Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern vorgesehen, wobei die Pumpe via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt.
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Zur Ausbildung der sogenannten Hauptölgalerie wird häufig ein Hauptversorgungskanal vorgesehen, der entlang der Längsachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist. Der Hauptversorgungskanal kann oberhalb oder unterhalb der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse angeordnet sein oder auch auf gleicher Höhe, insbesondere in die Kurbelwelle integriert werden.
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Die ölführenden Leitungen des Ölkreislaufs führen durch den Zylinderblock und gegebenenfalls durch den Zylinderkopf, können auch mehrmals aus dem Block bzw. Kopf austreten und wieder eintreten und können neben den Kurbelwellenlagern weitere Verbraucher mit Öl versorgen, beispielsweise eine Nockenwelle, die in der Regel in einer zweiteiligen sogenannten Nockenwellenaufnahme gelagert ist. Die bereits hinsichtlich der Kurbelwellenlagerung gemachten Ausführungen gelten in analoger Weise. Auch die Nockenwellenaufnahme ist üblicherweise mit Schmieröl zu versorgen, wozu eine Versorgungsleitung vorzusehen ist, die bei obenliegenden Nockenwellen bis in den Zylinderkopf reicht und nach dem Stand der Technik häufig mit der Hauptölgalerie verbunden ist und durch den Zylinderblock hindurchführt.
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Weitere Verbraucher können beispielsweise die Lager einer Pleuelstange oder einer gegebenenfalls vorgesehenen Ausgleichswelle sein. Ebenfalls Verbraucher im vorgenannten Sinne ist auch eine Spitzölkühlung, welche den Kolbenboden zwecks Kühlung mittels Düsen von unten, d. h. kurbelgehäuseseitig, mit Motoröl benetzt und somit Öl braucht, d. h. mit Öl versorgt werden muß.
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Ein hydraulisch betätigbarer Nockenwellenversteller oder andere Ventiltriebsbauteile, beispielsweise zum hydraulischen Ventilspielausgleich, haben ebenfalls einen Bedarf an Motoröl und bedürfen einer Ölversorgung.
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Kein Verbraucher im vorgenannten Sinn ist ein in der Versorgungsleitung vorgesehener Ölfilter oder Ölkühler. Zwar werden auch diese Komponenten des Ölkreislaufs mit Motoröl versorgt. Prinzipbedingt bringt aber ein Ölkreislauf die Verwendung dieser Komponenten mit sich, die ausschließlich Aufgaben, d. h. Funktionen haben, welche das Öl als solches betreffen, wohingegen ein Verbraucher erst den Ölkreislauf notwendig macht.
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Die Reibung in den mit Öl zu versorgenden Verbrauchern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle, hängt maßgeblich von der Viskosität und damit von der Temperatur des bereitgestellten Öls ab und trägt zum Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei.
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Grundsätzlich ist man bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Neben einer verbesserten, d. h. effektiveren, Verbrennung steht dabei auch die Reduzierung der Reibleistung im Vordergrund der Bemühungen. Ein verminderter Kraftstoffverbrauch trägt zudem auch zu einer Reduzierung der Schadstoffemissionen bei.
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Hinsichtlich der Reduzierung der Reibleistung sind eine zügige Erwärmung des Motoröls und eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem Kaltstart, zielführend. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern.
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Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, bei denen das Öl nach einem Kaltstart mittels Heizvorrichtung aktiv erwärmt wird. Andere Konzepte sehen vor, das im Betrieb erwärmte Motoröl in einem isolierten Behältnis zu speichern, so dass bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine bereits erwärmtes Öl zur Verfügung steht. Nachteilig an der letztgenannten Vorgehensweise ist, dass das im Betrieb erwärmte Öl zeitlich nicht unbegrenzt auf hoher Temperatur gehalten werden kann, weshalb meistens ein erneutes Erwärmen des Öls in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine erforderlich wird.
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Hinsichtlich der Reduzierung der Reibleistung muß berücksichtigt werden, dass dem Öl beim Durchströmen des unmittelbar nach einem Kaltstart noch nicht warmen Kurbelgehäuses zusätzlich Wärme entzogen wird, so dass die Erwärmung des Öls für sich ohne weitere Maßnahmen nicht zielführend sein kann.
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Selbst wenn das Öl nach einem Kaltstart mittels Heizvorrichtung erwärmt wird oder im bereits erwärmten Zustand aus einem isolierten Behältnis heraus gefördert wird, kühlt das warme Öl auf dem Weg zu den Verbrauchern in den ölführenden Leitungen des Ölkreislaufs infolge der kalten Motorstruktur wieder ab, so dass den Verbrauchern, insbesondere den Lagern, kein nennenswert erwärmtes Öl zur Verfügung steht bzw. gestellt wird.
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In diesem Zusammenhang muß noch berücksichtigt werden, dass der Zylinderblock bzw. der Zylinderkopf einer modernen Brennkraftmaschine ein thermisch hochbelastetes Bauteil ist und daher häufig mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet wird, weshalb der Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine primär durch diese Kühlung dominiert wird, die eine möglichst schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase zusätzlich erschwert.
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Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Reibleistung optimiert ist.
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Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
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Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinderkopf,
- – mindestens einem mit dem mindestens einen Zylinderkopf verbundenen und als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern, und
- – einem ölführende Leitungen umfassenden Ölkreislauf zur Versorgung der mindestens zwei Lager mit Öl, in welchem eine Pumpe zur Förderung des Öls via Versorgungsleitung mit einer Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, verbunden ist,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass - – die Innenwandung mindestens einer ölführenden Leitung des Ölkreislaufs zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung versehen ist.
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Die erfindungsgemäß – zumindest bereichsweise – in den ölführenden Leitungen vorgesehene Wärmeisolierung dient als Wärmebarriere, welche den Wärmeübergang zwischen dem Öl und dem Grundmaterial des Blocks bzw. Kopfes, beispielsweise Aluminium oder Grauguß, erschwert, d. h. verringert. Die Mechanismen, auf denen der Wärmeübergang primär beruht, nämlich die Wärmeleitung und die Konvektion, werden durch Einbringen einer Wärmeisolierung, welche vom Grundmaterial abweichende Eigenschaften hat, gezielt beeinflußt und zwar in der Art, dass dem durch die ölführenden Leitungen strömenden Öl – vorzugsweise auf dem Weg zu den Verbrauchern – weniger Wärme entzogen wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der ölführenden Leitungen wird den Verbrauchern nach einem Kaltstart schneller warmes Öl bereitgestellt. Ein Öl höherer Temperatur, welches mittels Heizvorrichtung erwärmt wurde, aus einem Isolierbehältnis heraus gefördert wird oder auf sonstige Weise, beispielsweise in einem Wärmetauscher, vorerwärmt wurde, kühlt auf dem Weg zu den Verbrauchern in den ölführenden Leitungen des Ölkreislaufs infolge der Wärmeisolierung weniger stark ab, so dass den Verbrauchern wärmeres Öl bzw. schneller wärmeres Öl zur Verfügung gestellt wird als bei Anwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte.
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Das wärmere Öl weist eine geringere Viskosität auf und führt zu einer Reduzierung der Reibleistung der Verbraucher, insbesondere in den Lagern. Infolgedessen wird durch die Wärmeisolierung der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert, insbesondere nach einem Kaltstart.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die hinsichtlich der Reibleistung optimiert ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als untere Kurbelgehäusehälfte dienende Ölwanne zum Sammeln des Motoröls vorgesehen ist, und die Pumpe aus der Ölwanne stammendes Motoröl via Versorgungsleitung zu der Hauptölgalerie fördert.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist das Kurbelgehäuse zweiteilig ausgebildet, wobei die obere Kurbelgehäusehälfte durch eine Ölwanne ergänzt wird, in der das rückgeführte Öl gesammelt wird. Die Ölwanne kann an der Außenseite mit Kühlrippen bzw. Versteifungsrippen ausgestattet sein und wird vorzugsweise aus Blech im Tiefziehverfahren hergestellt, wohingegen die obere Kurbelgehäusehälfte vorzugsweise ein Gußteil ist.
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Bei der Auslegung und Konstruktion des Kurbelgehäuses ist es ein grundsätzliches Ziel, eine möglichst hohe Steifigkeit zu erzielen, um Vibrationen, d. h. Schwingungen zu mindern und auf diese Weise die Geräuschentwicklung und Geräuschemission günstig zu beeinflussen.
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Des Weiteren soll das modular aufgebaute Kurbelgehäuse vorzugsweise in der Art aufgebaut sein, dass die Bearbeitung der Montage- und Dichtflächen sowie die Montage in möglichst einfacher Weise erfolgen kann, um die Kosten zu senken.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf und/oder der mindestens eine Zylinderblock mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.
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Die bei der Verbrennung durch die exotherme, chemische Umwandlung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme wird teilweise über die den Brennraum begrenzenden Wandungen an den Zylinderkopf und den Zylinderblock und teilweise über den Abgasstrom an die angrenzenden Bauteile und die Umgebung abgeführt. Um die thermische Belastung in Grenzen zu halten, muß ein Teil des in den Zylinderkopf bzw. in den Zylinderblock eingeleiteten Wärmestromes mittels Kühlung gezielt abgeführt werden.
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Aufgrund der wesentlich höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten gegenüber Luft können mit einer Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als mit einer Luftkühlung. Die Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Kopfes bzw. Blocks mit einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Kopf bzw. Block führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme muß nicht an die Oberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden. Die Wärme wird bereits im Inneren an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Kopfes bzw. Blocks abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Wärmeisolierung Kunststoff als wärmeisolierendes Material zumindest mit umfaßt.
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Der Zylinderkopf und der Zylinderblock sind thermisch und mechanisch hochbelastete Bauteile, weshalb für die Herstellung ein Werkstoff hoher Festigkeit, insbesondere ein thermisch belastbarer Werkstoff, zu verwenden ist und verwendet wird. Hingegen können die mit Öl beaufschlagten Flächen, d. h. die Innenwandungen der ölführenden Leitungen, zur Ausbildung einer Wärmeisolierung mit weniger festen Werkstoffen versehen werden, beispielsweise Kunststoff, der kostengünstig ist und sich leicht verarbeiten läßt, insbesondere in fester und flüssiger Form verarbeitet werden kann.
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Kunststoff hat einen niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten und besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich daher für die Ausbildung einer Wärmebarriere, die den Wärmeübergang erschweren soll, besonders.
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Aus denselben Gründen sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Wärmeisolierung Keramik als wärmeisolierendes Material zumindest mit umfaßt.
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Im Gegensatz zu Kunststoff ist Keramik ein thermisch besonders hoch belastbarer Werkstoff, aber auch spröde, weshalb die Verarbeitung bzw. das Einbringen der Wärmeisolierung bei Verwendung von Keramik aufwendiger ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Innenwandung mindestens einer ölführenden Leitung zumindest bereichsweise an der Oberfläche mit einer Oxidschicht versehen ist, die als Wärmeisolierung dient.
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Grundsätzlich können zur Oberflächenbehandlung der Innenwandungen chemische und physikalische Verfahren eingesetzt werden.
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Die in Rede stehende Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass kein zusätzliches Material zur Ausbildung der Wärmeisolierung erforderlich ist und in die ölführenden Leitungen eingebracht wird, sondern vielmehr die Innenwandung einer ölführenden Leitung an der Oberfläche behandelt wird, beispielweise mittels der anodischen Oxidation, dem sogenannten Eloxieren. Die anodische Oxidation ist ein elektrolytisches Verfahren, bei dem eine Oxidschicht auf der Oberfläche der Innenwandung erzeugt wird, welche sich durch eine wesentlich höhere Festigkeit auszeichnet, aber auch die für die Ausbildung einer Wärmebarriere erforderlichen Eigenschaften hat.
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Ein weiterer Vorteil der Oberflächenbehandlung gegenüber dem Einbringen von zusätzlichem Material ist, dass – beispielsweise beim Eloxieren – die Oxidschicht von der Oberfläche in das Material bzw. Metall hinein wächst, so dass die geometrischen Abmessungen der ölführenden Leitungen nahezu unverändert bleiben. Da keinerlei konstruktive Modifikationen vorzunehmen sind, eignet sich eine derartige Ausbildung der Wärmeisolierung auch für bereits konzipierte Brennkraftmaschinen.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein Verbundwerkstoff die Wärmeisolierung zumindest mit ausbildet. Verbundwerkstoffe bieten die Möglichkeit, die Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe in vorteilhafter Weise zu kombinieren und auf diese Weise eine Kombination von Eigenschaften nutzbar zu machen, die ein einzelnes Material nicht mit sich bringt. Ein Beispiel für eine derartige Wärmeisolierung ist eine zylinderförmige Hülse aus Kunststoff, in die eine festere, beispielweise netzartige, Trägerstruktur integriert, d. h. eingearbeitet ist. Auf diese Weise lassen sich auch wärmeisolierende Materialien einsetzen, die selbst keine ausreichende Festigkeit aufweisen, d. h. nicht selbsttragend sind, beispielweise ein Gummischlauch.
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Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein Formgedächtniswerkstoff die Wärmeisolierung zumindest mit ausbildet.
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Formgedächtniswerkstoffe besitzen die Fähigkeit, ihre äußere Gestalt in Abhängigkeit von der Temperatur, von der magnetischen Feldstärke, von dem hydraulischen Druck, dem sie ausgesetzt sind, oder dergleichen zu ändern. Unter die Formgedächtniswerkstoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche Werkstoffe subsumiert, die über ein Formgedächtnis verfügen, insbesondere die Formgedächtnislegierungen wie NiTi (Nitinol), Fe-Pt, Cu-Al-Ni, Fe-Pd, Fe-Ni, Cu-Zn-Al, CuAlMn, aber auch Keramiken mit Formgedächtnis, wie beispielsweise Ce-TZP-Keramik.
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Ist der Transformationsprozeß umkehrbar, so handelt es sich bei dem Formgedächtniswerkstoff um einen sogenannten Zwei-Weg-Formgedächtniswerkstoff, andernfalls um einen Ein-Weg-Formgedächtniswerkstoff. Im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird deutlich werden, dass vorliegend, d. h. bei der Ausbildung einer Wärmeisolierung unter Verwendung eines Formgedächtniswerkstoffes, ein Ein-Weg-Formgedächtniswerkstoff ausreicht, da lediglich ein einmaliger Transformationsprozeß erforderlich ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Hauptölgalerie zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung versehen ist.
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Die Hauptölgalerie stellt die Hauptversorgungsleitung der Lager dar, bei der es sich in der Regel um eine Leitung von größerem Durchmesser handelt, deren Innenwandungen wesentlich zur Ausbildung der wärmeübertragenden Fläche beitragen, und die einen hohen Öldurchsatz und eine hohe Fließgeschwindigkeit aufweist, was hinsichtlich der Wärmeübertragung infolge Konvektion von Bedeutung ist.
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Aus den vorstehend genannten Gründen wird dem Öl ein maßgeblicher Anteil der Wärme in der Hauptölgalerie, d. h. beim Durchströmen der Hauptölgalerie, entzogen, weshalb bereits das Einbringen einer Wärmeisolierung in die Hauptölgalerie einen spürbaren Beitrag zur Reduzierung der Reibleistung leisten kann.
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Zur Ausbildung der sogenannten Hauptölgalerie wird häufig ein Hauptversorgungskanal vorgesehen, der entlang der Längsachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist. Der Hauptversorgungskanal kann oberhalb oder unterhalb der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse angeordnet sein oder auch auf gleicher Höhe, insbesondere in die Kurbelwelle integriert werden.
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Vorteilhaft sind aber darüber hinaus auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein von der Hauptölgalerie zu den mindestens zwei Lagern führender Kanal zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung versehen ist.
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Bei Brennkraftmaschinen, bei denen eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Öls im Ölkreislauf angeordnet ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Innenwandungen der ölführenden Leitungen zwischen der Heizvorrichtung und den mindestens zwei Lagern zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung versehen sind.
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Dieser Ausführungsform liegt die Intention zugrunde, dass das mittels Heizvorrichtung erwärmte Öl auf dem Weg zu den Verbrauchern, insbesondere den Lagern, in den ölführenden Leitungen des Ölkreislaufs infolge der kalten Motorstruktur nicht wieder abkühlen soll und die mittels Heizvorrichtung in das Öl eingebrachte Wärme wieder verloren geht.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen
- – die Innenwandung mindestens einer im Zylinderblock und/oder Zylinderkopf integrierten ölführenden Leitung zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung verkleidet ist.
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Diese Ausführungsform betrifft Ausgestaltungen, bei denen eine bereits vorhandene Leitung, nämlich eine in den Zylinderblock bzw. Kopf eingearbeitete Leitung bzw. ein eingearbeiteter Leitungsabschnitt, mit einer Wärmeisolierung versehen wird, und zwar in dem Sinne, dass die Innenwandung dieser Leitung bzw. dieses Abschnitts mit der Wärmeisolierung verkleidet wird. Die ölführende Leitung bzw. der ölführende Leitungsabschnitt besteht dann aus dem Grundmaterial des Blocks bzw. Kopfes, welches die äußere Trägerstruktur bildet, und zumindest bereichsweise aus der innenliegenden Wärmeisolierung, d. h. der Verkleidung.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen
- – mindestens eine ölführende Leitung abschnittsweise vollständig aus der Wärmeisolierung gebildet ist.
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Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform, verfügt die ölführende Leitung – zumindest abschnittsweise – nicht über eine aus dem Grundmaterial des Blocks bzw. Kopfes gebildete äußere Trägerstruktur, sondern besteht vielmehr vollständig aus der Wärmeisolierung.
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Eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine, bei der die Hauptölgalerie dadurch ausgebildet wird, dass ein als Hauptversorgungskanal dienendes Kunststoffrohr im Zylinderblock angeordnet wird, beispielsweise zwecks Lagerung durch zwei im Zylinderblock eingearbeitete Bohrungen geführt wird, verwirklicht beide vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Denn bei der Hauptölgalerie als ölführender Leitung handelt es sich abschnittsweise um eine im Zylinderblock integrierte ölführende Leitung, die mit einer Wärmeisolierung verkleidet ist, nämlich im Bereich der Bohrungen, und abschnittsweise um eine vollständig aus Wärmeisolierung bestehende Leitung, nämlich zumindest in dem Abschnitt zwischen den Bohrungen.
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Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst mit einem Verfahren, bei dem
- – ein mit einem Zylinderkopf verbindbarer und als obere Kurbelgehäusehälfte dienender Zylinderblock mit mindestens zwei Aufnahmen zur Lagerung einer Kurbelwelle und mit ölführenden Leitungen zur Versorgung dieser mindestens zwei Aufnahmen mit Öl ausgebildet wird, wobei die ölführenden Leitungen eine Versorgungsleitung umfassen, welche mit einer Hauptölgalerie verbunden ist, von der Kanäle zu den mindestens zwei Aufnahmen führen,
und das dadurch gekennzeichnet ist, dass - – die Innenwandung mindestens einer ölführenden Leitung zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung versehen wird.
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Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Vorteilhaft sind Varianten des Verfahrens, bei denen
- – ein Zylinderblockrohling mittels Gießverfahren hergestellt wird, der zur Ausbildung des Zylinderblocks nachbearbeitet wird.
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Vorteilhaft sind dabei Varianten des Verfahrens, bei denen
- – die ölführenden Leitungen im Rahmen der Herstellung des Zylinderblockrohlings mittels Gießverfahren zumindest teilweise mit ausgebildet werden.
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Grundsätzlich können die ölführenden Leitungen im Rahmen des Gießverfahrens vollständig oder auch teilweise mit ausgebildet werden oder auch erst in den fertig gegossenen Zylinderblockrohling eingearbeitet werden. Eine Nachbearbeitung der ölführenden Leitungen ist möglich, beispielsweise das Aufbohren der Hauptölgalerie zur Ausbildung eines exakt zylinderförmigen Versorgungskanals, der erforderlich werden kann, um die erforderliche Paßgenauigkeit zu gewährleisten, wenn beispielweise eine Kunststoffhülse zur Ausbildung der Wärmeisolierung in die Hauptölgalerie eingebracht werden soll.
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Vorteilhaft sind aus den vorstehend genannten Gründen Varianten des Verfahrens, bei denen
- – zur Ausbildung der Wärmeisolierung eine vorgefertigte Hülse in mindestens eine ölführende Leitung eingebracht wird.
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Die Öffnungen zu den von der Hauptölgalerie zu den Lagern führenden Kanälen lassen sich vor oder nach der Montage in die Hülse einbringen. Vorteilhaft sind Varianten, bei denen die Hülse eine Verdrehsicherung aufweist, mit der eine vorgegebene Position der Hülse in der Hauptölgalerie sichergestellt wird.
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Die beiden folgenden Verfahrensvarianten eignen sich besonders für ölführende Leitungen, die keine exakte geometrische Gestalt aufweisen, d. h. uneinheitlich ausgebildet sind, also insbesondere nicht zylinderförmig sind, und daher nicht die Voraussetzungen mit sich bringen, um mit einer vorgefertigten Wärmeisolierung, beispielsweise einer Hülse, eine Passung auszubilden. Derartige ölführende Leitungen können beispielsweise im Gießverfahren ausgebildete Leitungen sein, die nicht nachbearbeitet oder nur grob nachbearbeitet werden.
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Vorteilhaft sind beispielsweise Varianten des Verfahrens, bei denen
- – die Innenwandung mindestens einer ölführenden Leitung zur Ausbildung einer Wärmeisolierung zumindest bereichsweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird die Innenwandung einer ölführenden Leitung an der Oberfläche behandelt, um die Wärmeisolierung auszubilden, ohne dass zusätzliches Material erforderlich ist. So kann die Innenwandung beispielsweise einer Oberflächenbehandlung zur Ausbildung einer als Wärmeisolierung dienenden Oxidschicht unterzogen werden.
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Vorteilhaft sind auch Varianten des Verfahrens, bei denen
- – ein aus einem Formgedächtniswerkstoff gefertigter Schlauch in mindestens eine ölführende Leitung eingebracht wird, wobei zur Ausbildung der Wärmeisolierung der Formgedächtniswerkstoff aktiviert wird.
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Die Aktivierung des Formgedächtniswerkstoffes kann beispielsweise durch Hitze oder pneumatischen bzw. hydraulischen Druck erfolgen.
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Beispielsweise kann ein aus einem Formgedächtniswerkstoff gefertigter elastischer Schlauch in die Hauptölgalerie eingebracht, beispielweise eingezogen, werden, der bei Aktivierung eine hülsenförmige starre Gestalt annimmt und die Innenwandung der Hauptölgalerie mit einer Wärmeisolierung auskleidet. Hierfür ist kein umkehrbarer, sondern lediglich ein einmaliger Transformationsprozeß erforderlich, weshalb auch ein sogenannter Ein-Weg-Formgedächtniswerkstoff die Anforderungen erfüllt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 schematisch und im Querschnitt eine Aufnahme zur Lagerung der Kurbelwelle im Zylinderblock einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Ölversorgung, und
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2 in einer perspektivischen Darstellung die Wärmeisolierung der ölführenden Leitungen der in 1 dargestellten Ausführungsform mitsamt Lagerschale.
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1 zeigt schematisch und im Querschnitt eine Aufnahme 2a zur Lagerung der Kurbelwelle im Zylinderblock 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Ölversorgung.
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Der als obere Kurbelgehäusehälfte dienende Zylinderblock 1 verfügt zur Lagerung der Kurbelwelle über mindestens zwei Aufnahmen 2a, von denen in 1 eine dargestellt ist. Die Aufnahme 2a dient als Lagerdeckel 2a und bildet eine Hälfte eines Gleitlagers zur Aufnahme der Kurbelwelle. Als Zwischenelement zwischen Lagerdeckel 2a und Kurbelwelle ist eine Lagerschale 3 vorgesehen.
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Zur Versorgung der Aufnahme 2a mit Öl ist ein Ölkreislauf mit mehreren ölführenden Leitungen 4 vorgesehen, wobei die ölführenden Leitungen 4 eine Hauptölgalerie 5 umfassen, von der ein Kanal 6 zu der Aufnahme 2a führt. Die Hauptölgalerie 5 führt entlang der Längsachse der Kurbelwelle durch den Zylinderblock 1 und verläuft dabei oberhalb der Lager 2, so dass das Öl in einen Bereich von geringem Druck in die Aufnahme 2a eingespeist werden kann. Die Innenwandungen der dargestellten ölführenden Leitungen 4 sind mit einer Wärmeisolierung 7 versehen.
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2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Wärmeisolierung 7 der ölführenden Leitungen 4 der in 1 dargestellten Ausführungsform mitsamt Lagerschale 3.
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Es soll nur ergänzend zu 1 ausgeführt werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Als wärmeisolierendes Material wird Kunststoff 7a verwendet, wobei zur Ausbildung der Wärmeisolierung 7 vorgefertigte Hülsen 7b in die ölführenden Leitungen 4, nämlich die Hauptölgalerie 5 und den Kanal 6, eingebracht werden. Die in den Kanal 6 eingebrachte Hülse 7b wird dabei zwischen der Lagerschale 3 und der Wärmeisolierung 7 der Hauptölgalerie 5 eingeklemmt und damit fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderblock
- 2
- Lager
- 2a
- Aufnahme, Lagerdeckel
- 3
- Lagerschale
- 4
- ölführende Leitung
- 5
- Hauptölgalerie
- 6
- Kanäle
- 7
- Wärmeisolierung
- 7a
- Kunststoff
- 7b
- Hülse
