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Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Zylinderkurbelgehäuse für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbaren die
DE 102 33 359 A1 und die
DE 196 00 566 C1 jeweils ein Zylinderkurbelgehäuse, welches einen ersten Zylinder und wenigstens einen zweiten Zylinder umfasst. Die Zylinder sind in Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses hintereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Zylinder in Längsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet.
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Weiterhin ist aus der
US 6 415 848 B1 ein Zylinderblock aus einer Aluminiumlegierung bekannt. Die
EP 0 928 891 A2 offenbart ebenfalls einen Zylinderblock. Der
US 6 129 057 A ist ein Motorblock als bekannt zu entnehmen. Aus der
DE 102 33 359 A1 ist ein Druckguss-Zylinderkurbelgehäuse bekannt. Die
US 5 251 578 A offenbart ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor. Der
DE 10 2008 013 813 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die
JP H06 330 808 A einen Zylinderblock für einen Wassergekühlten Motor.
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Ferner sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Zylinderkurbelgehäuse in Open-Deck-Bauweise für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Die Zylinderkurbelgehäuse umfassen jeweils eine Mehrzahl von in Längsrichtung des jeweiligen Zylinderkurbelgehäuses hintereinander angeordnete Zylindern und einen die Zylinder jeweils zumindest teilweise umgebenden und von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlmantel zum Kühlen der Zylinder.
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Wird als das Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit verwendet, so wird der Kühlmantel üblicherweise auch als Wassermantel bezeichnet, da die Kühlflüssigkeit üblicherweise auch als Kühlwasser bezeichnet wird. Der Kühlmantel und das diesen durchströmende Kühlmedium dienen dazu, das Zylinderkurbelgehäuses insbesondere im Bereich der Zylinder zu kühlen und somit vor thermischen Schäden zu schützen. Üblicherweise wird der Kühlmantel zwangsdurchströmt.
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Das Zylinderkurbelgehäuse weist auch eine sogenannte Deckseite oder Deckfläche auf, auf welcher im fertig herstellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eine zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnete Zylinderkopfdichtung abgestützt ist. Mit „Open-Deck“ wird üblicherweise eine Bauweise des Zylinderkurbelgehäuses bezeichnet, bei der der Kühlmantel nach oben, das heißt zur Deckseite hin, zumindest überwiegend offen ist. Hierdurch kann das Zylinderkurbelgehäuses beispielsweise als Gussbauteil, das heißt durch Gießen beziehungsweise ein Gießverfahren hergestellt werden, wobei das Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere der Kühlmantel, ohne die Verwendung von verlorenen Kernen hergestellt werden kann. Somit kann das Zylinderkurbelgehäuse kostengünstig hergestellt werden.
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Der Kühlmantel wird einerseits beziehungsweise nach innen hin von wenigstens einer ersten Wandung zumindest teilweise begrenzt, welche auf einer dem Kühlmantel abgewandten Seite auch zumindest einen der Zylinder zumindest teilweise begrenzt. Diese Wandung wird üblicherweise auch als Zylinderrohr bezeichnet oder ist Teil des den entsprechenden Zylinder begrenzenden Zylinderrohrs. Andererseits beziehungsweise nach außen hin wird der Kühlmantel von wenigstens einer zweiten Wandung zumindest teilweise begrenzt, wobei die zweite Wandung von der ersten Wandung unter Ausbildung des Kühlmantels beabstandet ist.
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Aufgrund dieser Beabstandung der Wandungen, das heißt aufgrund der Open-Deck-Bauweise kann es jedoch insbesondere bei hohen Verbrennungsdrücken zu einer unerwünschten Verformung des Zylinderkurbelgehäuses insbesondere im Bereich der Deckseite kommen. Diese Verformungen resultieren insbesondere aus Aufweitungen der Zylinder. Es hat sich gezeigt, dass diese Verformungen, das heißt Zylinderaufweitungen insbesondere bei Dieselmotoren vorkommen können, da hier besonders hohe Verbrennungsdrücke auftreten.
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Um diese Verformungen zu vermeiden oder zumindest gering zu halten, kann das Zylinderkurbelgehäuse beispielsweise sehr massiv, das heißt mit hohen Wanddicken ausgebildet werden. Dies führt jedoch zu einem unerwünscht hohen Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses.
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Ferner ist eine hinreichende Versorgung des Kühlmantels mit Kühlmedium erforderlich, um thermische Schäden zu vermeiden und auch sehr hohe Wärmemengen vom Zylinderkurbelgehäuse und/oder vom Zylinderkopf abführen zu können.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zylinderkurbelgehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass einerseits unerwünschte Verformungen des in Open-Deck-Bauweise ausgebildeten Zylinderkurbelgehäuses auch bei hohen Verbrennungsdrücken zumindest besonders gering gehalten werden können bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders geringen Gewichts und einer besonders vorteilhaften Kühlung.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eins Kraftwagens, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich Verformungen des Zylinderkurbelgehäuses während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch bei hohen Verbrennungsdrücken zumindest gering halten lassen bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders geringen Gewichts und einer besonders vorteilhaften Kühlung, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das eine Deckseite aufweisende Zylinderkurbelgehäuse als Gussbauteil, insbesondere als Druckgussbauteil, aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist, wobei in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses seitlich neben dem Kühlmantel eine sich in Längsrichtung erstreckende und wenigstens einen von dem Kühlmedium durchströmbaren und zur Deckseite hin offenen Kanal aufweisende Wasserleiste vorgesehen ist und wobei in dem Kanal wenigstens ein sich in Querrichtung erstreckender und den Kanal überbrückender Steg des Zylinderkurbelgehäuses vorgesehen ist.
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Außerdem ist unter dem Steg ein Kanalabschnitt zum Herstellen des Stegs vorgesehen, wobei der Kanalabschnitt als eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, die an sich einerseits in den Kanal und andererseits an eine Umgebung des Zylindergehäuses mündet.
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Der Kanal der Wasserleiste ist beispielsweise mit dem Kühlmantel des Zylinderkurbelgehäuses und/oder mit einem Kühlmantel eines Zylinderkopfes der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden, so dass dem Kühlmantel beziehungsweise den Kühlmänteln das Kühlmedium, insbesondere Kühlflüssigkeit, besonders strömungsgünstig und in großer Menge zugeführt werden kann.
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Der Steg gewährleistet eine stabile Abstützung wenigstens eines der Zylinder beziehungsweise dessen Zylinderrohrs in Querrichtung, so dass übermäßige Verformungen des Zylinders im Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch bei sehr hohen Verbrennungsdrücken vermieden werden können. In der Folge kann das Zylinderkurbelgehäuse mit nur geringen Wanddicken aus der Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, ausgestaltet werden. Dadurch kann das Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses besonders gering gehalten werden.
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Insbesondere ist es möglich, das Zylinderkurbelgehäuse in Open-Deck-Bauweise auszugestalten. Mit „Open-Deck“ wird eine Bauweise des Zylinderkurbelgehäuses bezeichnet, bei der der Kühlmantel nach oben, das heißt zur Deckseite hin, zumindest überwiegend offen ist. Hierdurch kann das Zylinderkurbelgehäuses beispielsweise als Gussbauteil, das heißt durch Gießen beziehungsweise ein Gießverfahren hergestellt werden, wobei das Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere der Kühlmantel, ohne die Verwendung von verlorenen Kernen hergestellt werden kann. Somit kann das Zylinderkurbelgehäuse kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig können mittels des Stegs übermäßige Verformungen des Zylinders oder der Zylinder vermieden werden.
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Vorzugsweise sind mehrere, in dem Kanal angeordnete, sich in Querrichtung erstreckende und den Kanal überbrückende Stege vorgesehen. Die Wasserleiste beziehungsweise der Kanal der Wasserleiste ist segmentiert oder segmentartig aufgebaut. Der Steg kann durch eine segmentweise abwechselnde Abformung des Kanals durch je einen Schieber von der Außenseite (Seitenschieber) und der Deckseite (Deckschieber) der Druckgussform ohne weitere gießtechnische Hilfsmittel hergestellt werden.
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Das Zylinderkurbelgehäuse weist auch die auch als Deckfläche bezeichnete Deckseite auf, auf welcher im fertig herstellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eine zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnete Zylinderkopfdichtung abgestützt ist.
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Die Segmente sind Längsabschnitte des Kanals, welche beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses mittels eines ersten Schiebers einer Gießform, insbesondere einer Druckgießform, von Seiten der Deckfläche, das heißt von einem zylinderdeckseitigen ersten Schieber abgeformt werden. Der erste Schieber bewegt sich somit zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Deckfläche.
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Unterhalb der jeweiligen Stege werden beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses jeweilige Kanalsegmente oder Kanalabschnitte mittels eines zweiten Schiebers in Form eines Seitenschiebers abgeformt.-Der Seitenschieber bewegt sich dabei zumindest im Wesentlichen in Querrichtung. Diese Kanalabschnitte dienen zum Herstellen der Stege, welche oberhalb der jeweiligen Kanalabschnitte hergestellt werden. Die Kanalabschnitte und somit die Stege sind vorteilhafterweise so angeordnet, dass ihre mittlere Längskoordinate der der jeweilig benachbarten Zylindermitte zumindest näherungsweise entspricht.
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Die Kanalabschnitte werden vorzugsweise so abgeformt, dass der Kanal der Wasserleiste zwischen Deckfläche und den Kanalabschnitten geschlossen ist, dort also eine partiell nach außen geschlossene Deckfläche beziehungsweise die Stege gebildet werden, die eine Zylinderqueraufweitung unter Verbrennungsinnendruck nach außen abstützende Struktur darstellen. Daraus ist ersichtlich, dass der Kanal mittels des ersten Schieber und mittels des zweiten Schiebers hergestellt wird, welche in voneinander unterschiedliche Richtungen bewegt werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die in Querrichtung vom entsprechenden Seitenschieber abgeformten Kanalabschnitte zylinderförmig ausgebildet sind. Dadurch können zum Verschließen des jeweiligen Kanalabschnitts nach außen kostengünstige radial abdichtende Blechtiefziehdeckel in den jeweiligen Kanalabschnitt eingebracht, insbesondere eingepresst werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens ein Übergangsbereich, über welchen der jeweilige Kanalabschnitt mit dem übrigen Kanal beziehungsweise dem jeweiligen Segment fluidisch verbunden ist, mechanisch, insbesondere durch fräsen, bearbeitet ist. Mit anderen Worten ist ein jeweiliger Übergangsbereich zwischen den Kanalabschnitten und den Segmenten, wobei die Segmente und die Kanalabschnitte in verschiedene Richtungen abgeformt werden beziehungsweise sind, vorzugsweise mit Fräsoperationen nach dem Gießen nachgearbeitet, und zwar vorzugsweise derart, dass scharfkantigen Gusskonturen an Übergangsstellen nicht nur entgratet, sondern strömungsgünstig zurückgenommen werden mit dem Ziel, eine möglichst druckverlustarme Durchströmung des Kanals mit dem Kühlmedium zu erreichen und somit einen reibleistungsoptimierten Verbrennungsmotor darzustellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht eines Zylindergehäuses in Form eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlmantel, der in jeweiligen ersten Längenbereichen, welche in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses neben jeweiligen Zylindern angeordnet sind, in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses eine Tiefe aufweist, welche geringer als 30% der durchschnittlichen Tiefe in den übrigen Längenbereichen des Kühlmantels ist.
- 2 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Draufsicht des Zylinderkurbelgehäuses;
- 3 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Unteransicht eines Formelements zum zumindest teilweisen Herstellen des Zylinderkurbelgehäuses;
- 4 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Draufsicht des Zylinderkurbelgehäuses;
- 5 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Schnittansicht des Zylinderkurbelgehäuses;
- 6 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Seitenansicht des Zylinderkurbelgehäuses; und
- 7 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Ansicht des Zylinderkurbelgehäuses.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Zylindergehäuse in Form eines Zylinderkurbelgehäuses 10 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Das Zylinderkurbelgehäuse 10 weist eine Mehrzahl von einstückig miteinander ausgebildeten und in Längsrichtung hintereinander angeordneten Lagerstühlen 12 auf, welche jeweils eine Lageraufnahme teilweise, vorliegend zur Hälfte, begrenzen, wobei die jeweilige Hälfte der Lageraufnahme mit 14 bezeichnet ist. Über die Lagerstühle 12 kann eine Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zum Zylinderkurbelgehäuse 10 drehbar am Zylinderkurbelgehäuse 10 gelagert werden.
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Wie aus 1 erkennbar ist, weist das Zylinderkurbelgehäuse 10 vorliegend vier Zylinder 16a-d auf, welche in Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 hintereinander angeordnet sind. In 1 ist die Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 mit einem Richtungspfeil 18 angedeutet, während die Längsrichtung durch einen Richtungspfeil 20 und die Hochrichtung durch einen Richtungspfeil 22 angedeutet sind.
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Wie besonders gut aus 2 und 4 erkennbar ist, werden die jeweiligen Zylinder 16a-d durch ein jeweiliges Zylinderrohr 24 begrenzt. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist in den Zylindern 16a-d jeweils ein Kolben angeordnet, welcher relativ zum entsprechenden Zylinder 16a-d translatorisch verschiebbar und gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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Wie ferner besonders gut aus 2 und 4 erkennbar ist, weist das Zylinderkurbelgehäuse 10 auch einen die Zylinder 16a-d jeweils zumindest teilweise umgebenden und von einem Kühlmedium in Form einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlmantel in Form eines Wassermantels 26 auf. Dadurch können die Zylinderrohre 24 beziehungsweise die Zylinder 16a-d mittels des Kühlwassers gekühlt werden.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 10 ist als Druckgussbauteil aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gebildet. Mit anderen Worten wird das Zylinderkurbelgehäuse 10 aus einem zunächst flüssigen Gusswerkstoff gebildet. 3 zeigt dabei ein Formelement in Form eines Deckschiebers 27 eines Druckgusswerkzeugs, wobei das Zylinderkurbelgehäuse 10 mittels des Deckschiebers 27 zumindest teilweise hergestellt wird. Vom Deckschieber 27 sind in 3 insbesondere Positivformbereiche 28 zum Herstellen der Zylinder 16a-d sowie Positivformbereiche 30 zum Herstellen des Wassermantels 26 erkennbar. In die Bereiche des Druckgusswerkzeugs, in denen die Positivformbereiche 28, 30 angeordnet sind, kann kein Gusswerkstoff gelangen, so dass die Bereiche frei vom Gusswerkstoff bleiben. Dadurch bilden sich in den Bereichen der Positivformbereiche 28 die Zylinder 16a-d und in den Bereichen der Positivformbereiche 30 der Wassermantel 26 aus.
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Wie aus 2 und 4 ferner zu erkennen ist, wird der Wassermantel 26 einerseits beziehungsweise nach innen hin durch das jeweilige Zylinderrohr 24 begrenzt. Mit anderen Worten begrenzt das jeweilige Zylinderrohr 24 auf einer ersten dem Wassermantel 26 abgewandten Innenseite den jeweiligen Zylinder 16a-d und auf einer dem jeweiligen Zylinder 16a-d abgewandten Außenseite den Wassermantel 26 zumindest teilweise. Andererseits beziehungsweise nach außen hin ist der Wassermantel 26 durch eine entsprechende, vom Zylinderrohr 24 zumindest teilweise beabstandete Wandung 31 des Zylinderkurbelgehäuses 10 begrenzt. Dabei ist das Zylinderkurbelgehäuse 10 in Open-Deck-Bauweise ausgebildet, so dass der Wassermantel 26 in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 nach oben hin zumindest überwiegend offen ausgebildet ist. Hierdurch kann das Zylinderkurbelgehäuse 10 besonders einfach hergestellt werden, da der Wassermantel 26 zumindest mittels des Deckschiebers 27 nach oben hin abgeformt werden kann. Mit anderen Worten kann der Deckschieber 27 nach dem Gießen in Hochrichtung nach oben aus dem Wassermantel 26 herausbewegt werden.
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Anhand des Deckschiebers 27 lässt sich sehr gut erkennen, dass der Wassermantel 26 eine variierende Topographie, das heißt eine - ausgehend von einer in Hochrichtung nach oben weisenden Zylinderkopfdichtungsfläche 32 des Zylinderkurbelgehäuses 10 in Hochrichtung nach unten - variierende Tiefe aufweist. Die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 wird üblicherweise auch als „Deckseite“ oder als „Deckfläche“ bezeichnet und durch eine Deckplatte 47 des Zylinderkurbelgehäuses 10 gebildet.
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Aus 2 ist erkennbar, dass der Wassermantel 26 in jeweiligen ersten Längenbereichen 34, welche in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 zumindest im Wesentlichen neben den jeweiligen Zylindern 16a-d beziehungsweise ihren Zylindermitten angeordnet sind, in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 eine Tiefe aufweist, welche geringer als 30% der durchschnittlichen Tiefe in den übrigen Längenbereichen 36 des Wassermantels 26 ist. Diese übrigen Längenbereiche 36 umfassen jeweilige weitere Längenbereiche und Übergangsbereiche 39, über welche die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 in die weiteren Längenbereiche übergehen. Vorzugsweise beträgt die Tiefe in den jeweiligen ersten Längenbereichen höchstens 30 Millimeter, insbesondere 10 Millimeter. Hierdurch können einerseits die Zylinder 16a-d hinreichend mittels des den Wassermantel 26 durchströmenden Kühlmediums gekühlt werden. Die jeweiligen Übergangsbereiche 39 schließen sich an die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 an und erstrecken sich zur Hochrichtung und schräg zur Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses. Vorzugsweise schließen die Übergangsbereiche 39mit der Hochrichtung einen Winkel von mindestens 5 Grad ein. Ferner ist es vorgesehen, dass die Übergangsbereiche 39 über jeweilige Radien in die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 und die jeweiligen weiteren Längenbereiche übergehen.
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Mit anderen Worten ist die Wassermanteltiefe, d.h. der Abstand des Wassermantelbodens von der Deckfläche, in den ersten Längenbereichen 34, deren mittlere Längskoordinate der der jeweilig benachbarten Zylindermitte zumindest näherungsweise entspricht, auf einen Wert kleiner 30% der durchschnittlichen Tiefe des Wassermantels 26 in den restlichen Längenbereichen 36 reduziert ist, wobei die An- und Abstiege (Übergangsbereiche 39) des topografischen Wassermantelbodens nicht senkrecht dargestellt sind, sondern zur Erreichung einer im Betrieb guten Zylinderrundheit als mindestens 5° zur Senkrechten geneigte Rampen ausgebildet sind sowie die höchsten Punkte des Wassermantelbodens als sanft gerundete Kuppen ausgebildet sind und die Rampen an den Talübergängen ebenso sanft abgerundet sind, wodurch jeweils auf Mitte Zylinder 16a-d durch den hochgezogenen Wassermantelboden in Querrichtung nach außen die Zylinder 16a-d abstützende Strukturen, bestehend aus den Rampen und Kuppen, gebildet werden mit dem Ziel, die z.B. bei einem Dieselmotor mit extrem hohem Innendruck belasteten Zylinderrohre 24 nach außen abzustützen und somit einer zu großen und somit versagensrelevanten Queraufweitung der Zylinder 16a-d vorzubeugen und dadurch dem wirtschaftlich gießbaren aber gleichzeitig in Querrichtung an der Deckfläche prinzipiell weichen Open-Deck-Konzept eine Anwendung zum Beispiel beim Dieselmotor zu ermöglichen.
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Hierbei weist der seitlich neben den Zylindern 16a-d angeordnete Wassermantel 26 - bezogen auf die Längsrichtung - zwischen den jeweiligen Zylindern 16a-d bzw. deren Zylindermitten eine größere Tiefe auf als in Querrichtung neben den Zylindern 16a-d. Die Längenbereiche 36 sind dabei etwa 45° zur Längs- oder Querrichtung angeordnet. Anhand von 3 ist erkennbar, dass die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 durch damit korrespondierende erste Längenbereiche 38 der Positivformbereiche 30 hergestellt werden, wobei die jeweiligen zweiten Längenbereiche 36 durch damit korrespondierende zweite Längenbereiche 40 der Positivformbereiche 30 beim Gießen hergestellt werden. Die Übergangsbereiche 39werden mittels Längenbereiche 43 der Positivformbereiche 30 beim Gießen hergestellt.
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Durch diese variierende Topographie ist eine Querabstützung des jeweiligen Zylinderrohrs 24 in Querrichtung nach außen geschaffen, so dass übermäßige Verformungen der Zylinderrohre 24 auch bei hohen Verbrennungsspitzendrücken (pmax) vermieden werden. Eine Längsabstützung des jeweiligen Zylinder 16a-d erfolgt durch den jeweiligen Nachbarzylinder und/oder, insbesondere bei den Endzylindern, an der Deckplatte 47. Hierbei ist ein Gewölbekellereffekt geschaffen, so dass insbesondere übermäßige Aufweitungen der Zylinder 16a-d auch bei hohen Verbrennungsdrücken vermieden werden können.
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Aus 4 bis 6 ist besonders gut erkennbar, dass das Zylinderkurbelgehäuse 10 auch eine sich in Längsrichtung erstreckende und wenigstens einen von dem Kühlmedium (Kühlflüssigkeit) durchströmbaren Kanal 35 aufweisende Wasserleiste 37 aufweist, die in Querrichtung seitlich neben dem Wassermantel 26 angeordnet ist. Der Kanal 35 ist dabei fluidisch mit dem Wassermantel 26 verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit zunächst dem Kanal 35 beziehungsweise der Wasserleiste 37 zugeführt und anschließend von dem Kanal 35 dem Wassermantel 26 zugeführt wird. Die Wasserleiste 37 ist somit eine Kühlwasserverteilungsleiste.
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Die Wasserleiste 37 ist dabei segmentiert. Mit anderen Worten weist die Wasserleiste 37 mehrere Segmente 41 auf, welche zumindest teilweise durch jeweilige Stege 42 in Längsrichtung fluidisch voneinander getrennt sind. In den Segmenten 41 kann Kühlwasser aufgenommen werden. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Segmenten 41 somit um einzelne Sammel- oder Aufnahmekammern für das Kühlwasser.
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Vorliegend sind die Segmente 41 nur teilweise fluidisch durch die zwischen den Segmenten 41 angeordneten Stege 42 getrennt, so dass die Segmente 41 fluidisch miteinander verbunden sind.
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Die Stege 42 sind in dem Kanal 35 angeordnet und erstrecken sich in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10, wobei sie den Kanal 35 in Querrichtung überbrücken. Die Stege 42 sind dabei in den jeweiligen ersten Längenbereichen 34 mit der reduzierten Tiefe angeordnet. Der jeweilige Steg 42 ist in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 bündig mit der Deckfläche (Zylinderkopfdichtungsfläche 32) angeordnet ist. Ferner sind die jeweiligen Stege 42 bezogen auf die Längsrichtung auf Höhe jeweiliger Mitten der Zylinder 16a-d angeordnet.
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Die Stege 42 sind einerseits an einer Wandung 33 und andererseits an einem Wandungsbereich 44 des Zylinderkurbelgehäuses 10 abgestützt bzw. einstückig mit der Wandung 33 und dem Wandungsbereich 44 ausgebildet. Die Wandung 33 begrenzt auf einer ersten Seite den Wassermantel 26 und auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite den Kanal 35. Durch den Wandungsbereich 44 ist der Kanal 35 in Querrichtung nach außen hin begrenzt. Über die Stege 42 kann sich die Wandung 33 in Querrichtung am Wandungsbereich abstützen, wobei der Wandungsbereich 44 auf der Auslassseite angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die während des Verbrennungstakts unter Innendruck stehenden Zylinder sich über die Wasserleiste hinweg nach außen abstützen können und somit eine eventuell zum Versagen des Zylinderkurbelgehäuses führende zu große Queraufweitung der die Kolben führenden Zylinder vermieden wird. Es kann somit durch eine längs verlaufende stabile Rippe 46 bzw. eine in diesen Bereich erweiterte Deckplatte über die Stege 42 hinweg zur Stabilisierung der Zylinderrohre beigetragen werden, was bei einer herkömmlich durch ein Leichtmetalldruckgussverfahren hergestellten, somit längs des Zylinderkurbelgehäuses komplett nach oben hin offenen Wasserverteilerleiste nicht der Fall wäre, da diese die Zylinderbank von einer außenliegenden Versteifungsgeometrie komplett freischneiden würde.
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Darüber hinaus ist die als Segmentwasserleiste ausgebildete Wasserleiste 37 mit einer massiven Balkenrippe in Form einer massiven Außenrippe 46 versehen, mittels welcher die Wasserleiste 37 verstärkt ist. Durch die Stege 42 ist somit ein Lastpfad von der Wandung 33 zur Außenrippe 46 geschaffen, so dass dadurch Verformungen des Zylinderkurbelgehäuses 10 weiter entgegengewirkt ist. Auf der der Auslassseite gegenüberliegenden Einlassseite führt ein entsprechender Lastpfad vom jeweiligen Zylinderrohr 24 direkt zu der die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 umfassenden Deckplatte 47 (1) des Zylinderkurbelgehäuses 10. Die einzelnen Segmente 41 können mittels des Deckschiebers 27 ebenfalls von oben abgeformt werden. Dies bedeutet, dass die Segmente 41 beim Gießen mittels des Deckschiebers 27 hergestellt werden, wobei der Deckschieber 27 nach dem Gießen nach oben aus den einzelnen Segmenten 41 herausgezogen werden kann.
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In Hochrichtung unterhalb der Stege 42 sind Kanalabschnitte in Form von Durchgangsöffnungen 48 vorgesehen, welche durch wenigstens einen entsprechenden Schieber in Querrichtung seitlich abgeformt werden, um dadurch die Stege 42 herzustellen. Bei diesem Schieber kann es sich um einen sogenannten Außenschieber oder Seitenschieber handeln. Dies bedeutet, dass der Schieber zum Herstellen der Stege 42 unter Ausbildung der Durchgangsöffnungen 48 verwendet und nach dem Gießen in Querrichtung aus den Durchgangsöffnungen 48 herausgezogen wird. Da dieser Seitenschieber im Druckgusswerkzeug sowieso erforderlich ist, um den entsprechenden Seitenbereich des Zylinderkurbelgehäuses abzuformen, ist kein zusätzlicher gießtechnischer Aufwand zur Herstellung der Stege 42 erforderlich, insbesondere keine verlorenen Kerne. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sind die Durchgangsöffnungen 48 fluidisch verschlossen, so dass ein Austritt von Kühlmedium aus der Wasserleiste 37 vermieden werden kann.
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Die einzelnen Segmente 42 sind über die jeweiligen Kanalabschnitte (Durchgangsöffnungen 48) fluidisch miteinander verbunden. Wie zu erkennen ist, sind die Kanalabschnitte zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Dadurch können die Durchgangsöffnungen 48 nach außen besonders einfach fluidisch versperrt werden. Hierzu wird beispielsweise ein jeweiliger Deckel, insbesondere Blechtiefziehdeckel, verwendet. Es ist also lediglich ein vertretbarer Zusatzaufwand zum Verdeckeln der Öffnungen 48 erforderlich, womit durch die segmentweise Abformung der Wasserverteilerleiste abwechselnd durch den Deckschieber 27 und den Seitenschieber eine stabile seitliche Abstützstruktur für hochbelastete Zylinderkurbelgehäuse im wirtschaftlichen Druckgussverfahren geschaffen ist, ohne auf das wesentlich teurere Sandguss- bzw. Kokillengussverfahren ausweichen zu müssen.
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Ferner ist es vorgesehen, dass Übergänge beziehungsweise Übergangsbereiche zwischen den in verschiedene Richtungen abgeformten Kanalbereichen (Segmente 42 und Durchgangsöffnungen 48) mit Fräsoperationen nach dem Gießen nachgearbeitet werden, so dass die an den Übergängen scharfkantigen Gusskonturen nicht nur entgratet, sondern strömungsgünstig zurückgenommen werden mit dem Ziel, eine möglichst druckverlustarme Kühlmitteldurchströmung des Kanals 35 zu erreichen und somit einen reibleistungsoptimierten Verbrennungsmotor darzustellen.
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Wie zu erkennen ist, sind die Stege 42 in Längsrichtung zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend auf Höhe der jeweiligen Längenbereiche 34 angeordnet, so dass dort eine besonders stabile Abstützung gewährleistet werden kann. Hierdurch können vom Wassermantelboden nach außen vom jeweiligen Zylinder 16a-d abgeleitete Verformungskräfte unter Innendruck definiert nach außen abgestützt werden.
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Dies kann auf die geschilderte Art erreicht wird, indem die Wasserleiste 37 segmentartig mittels einer Druckgussform abgeformt wird, nämlich immer abwechselnd mittels Segmenten des Außenschiebers und Segmenten des Deckschiebers 27.
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Aus 5 ist eine Querstrom-Stegkühlung des Zylinderkurbelgehäuses 10 erkennbar, welche Querkanäle 50 umfasst. Die Querkanäle 50 können von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden, so dass dann jeweilige Stege der Zylinder 16a-d gekühlt werden können. Bei den Querkanälen 50 handelt es sich um Kühlkanäle in Form von Stegkühlkanälen, welche in jeweiligen Zylinderstegen der Zylinder 16a-d angeordnet sind. Die Stegkühlkanäle werden beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses 10 mittels verlorener Kerne hergestellt und sind zur Deckfläche hin geschlossen.
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Aus 7 ist besonders gut zu erkennen, dass das jeweilige Zylinderrohr 24 einen ersten Wandungsbereich 52 und einen sich in Hochrichtung nach unten an den ersten Wandungsbereich 52 anschließenden zweiten Wandungsbereich 54 aufweist. Der erste Wandungsbereich 52 weist dabei eine die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 zumindest teilweise bildende Stirnseite 56 der Deckplatte 47 auf. Wie aus 7 zu erkennen ist, weist der erste Wandungsbereich 52 eine geringere Wanddicke als der zweite Wandungsbereich 54 auf. Mit anderen Worten ist die Zylinderkopfdichtungsfläche 32, welche auch als Zylinderdeckfläche bezeichnet wird, in ihrem jeweiligen durch das jeweilige Zylinderrohr 24 gebildeten Bereich gegenüber einer in Hochrichtung konstanten Wanddicke des Zylinderrohrs 24 zurückgezogen. Ein Übergang vom ersten Wandungsbereich 52 zum zweiten Wandungsbereich 54 erfolgt über einen sehr großen Rundungsradius, so dass ein großer Rundungsradius am kerbwirkungsintensiven Bearbeitungsrand geschaffen ist. Dadurch ist eine kerbwirksame Bearbeitungskante nicht im Bereich der höchsten Spannung. Darüber hinaus können durch große Rundungsradien Kerbwirkungen und Spannungen gering gehalten werden. Das jeweilige Zylinderrohr 24 weist also im ersten Wandungsbereich 52 einen geringeren außenumfangsseitigen Durchmesser auf als im zweiten Wandungsbereich 54. Oder anders ausgedrückt: Das jeweilige Zylinderrohr 24 ist im Bereich der Zylinderkopfdichtungsfläche 32, welche auch als Deckfläche bezeichnet wird, in seiner Dicke reduziert.
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Die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 (Deckfläche) ist dabei eine Fläche, an der eine Zylinderkopfdichtung angeordnet wird. In fertig hergestelltem Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine dient die Zylinderkopfdichtung dazu, das Zylinderkurbelgehäuse 10 gegen einen auf dem Zylinderkurbelgehäuse 10 angeordneten Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine abzudichten, wobei der Zylinderkopf auf einer dem Zylinderkurbelgehäuse 10 abgewandten Seite der Zylinderkopfdichtung an dieser anliegt und mit dem Zylinderkurbelgehäuse 10 verbunden, beispielsweise verschraubt, ist.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 10 kann für jedwede Art von Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es nutzbar für Dieselmotoren, da es dort zu besonders hohen Verbrennungsdrücken kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkurbelgehäuse
- 12
- Lagerstuhl
- 14
- Hälfte
- 16a-d
- Zylinder
- 18
- Richtungspfeil
- 20
- Richtungspfeil
- 22
- Richtungspfeil
- 24
- Zylinderrohr
- 26
- Wassermantel
- 27
- Deckschieber
- 28
- Positivformbereich
- 30
- Positivformbereich
- 31
- Wandung
- 32
- Zylinderkopfdichtungsfläche
- 33
- Wandung
- 34
- erste Längenbereiche
- 35
- Kanal
- 36
- übrige Längenbereiche
- 37
- Wasserleiste
- 38
- erster Längenbereich
- 39
- Übergangsbereich
- 40
- zweiter Längenbereich
- 41
- Segment
- 42
- Steg
- 43
- Längenbereich
- 44
- Wandungsbereich
- 46
- Außenrippe
- 47
- Deckplatte
- 48
- Durchgangsöffnung
- 50
- Querkanal
- 52
- erster Wandungsbereich
- 54
- zweiter Wandungsbereich
- 56
- Stirnseite
