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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Brennkraftmaschine weist einen Motorblock auf, der neben einem oder mehreren Zylindern auch eine Kurbelwellenlagerung und bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen einen Wassermantel aufweist. Der Verbund aus den eben genannten Merkmalen wird auch Kurbelgehäuse bzw. Zylinderkurbelgehäuse genannt.
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Die Motorblock-Oberseite, die sogenannte Deckplatte, kann als Closed-Deck- oder als Open-Deck-Ausführung ausgebildet sein. Bei der Closed-Deck-Ausführung ist der die Zylinder umgebende Wassermantel nach oben verschlossen, es sind also beim Aufblick auf den Motorblock nur die Zylinderbohrungen sowie die Motoröl- und Kühlwasserkanalbohrungen zu sehen. Bei einer Open-Deck-Ausführung sind die Zylinder freistehend, und der Wassermantel ist nach oben offen. Der Wassermantel des Zylinderkurbelgehäuses bildet dann mittels einer Zylinderkopfdichtung und eines Zylinderkopfes beim Zusammenbau mit Hilfe von Zylinderkopfschrauben einen bis auf den Zu- und Ablauf geschlossenen Kühlkreislauf. Eine weitere Aufgabe des Zylinderkopfes und der Zylinderkopfdichtung ist die Fixierung der freistehenden und somit leicht verformbaren Zylinderrohre. Ein Vorteil der Closed-Deck-Ausführung gegenüber der Open-Deck-Ausführung ist eine etwas höhere Steifigkeit des Motorblocks. Dies wird allerdings mit einem komplizierteren Gießprozess erkauft.
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Aus der
DE 10 2005 038 294 A1 ist ein Motorzylinderblock mit einem Wassermantel bekannt. Ein Zylinderblock ist aus zwei Teilen gebildet, nämlich einem Zylinderlaufbuchsen-Abschnitt und einem Zylinderblockkörper. Der Zylinderlaufbuchsenabschnitt bildet die Innenwand des Wassermantels, und der Zylinderblockkörper bildet die Außenwände des Wassermantels. Der durch den Zylinderlaufbuchsen-Abschnitt und den Zylinderblockkörper gebildete Wassermantel weist einen ebenen Wassermantelboden auf. Zur Befestigung des Zylinderkopfes und des Zylinderlaufbuchsen-Abschnittes sind Gewindeabschnitte vorgesehen, die unterhalb des Wassermantelbodens beginnen.
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Heutige Open-Deck-Zylinderkurbelgehäuse sind einteilig ausgebildet und weisen einen langen (bzw. hohen) Wassermantel auf, wobei der Wassermantelboden gewellt oder eben ausgebildet sein kann. Die Höhe des Wassermantels richtet sich nach dem Hub der Brennkraftmaschine und beträgt je nach Ausführung der Brennkraftmaschine z. B. 60 bis 120 mm. Die Höhe des Wassermantels kann in einem Bereich von 60% bis 100% des Hubes der Brennkraftmaschine liegen. Das bedeutet, dass der Wassermantel fast den gesamten Hubbereich der Zylinder kühlt und es ein sehr langes, freistehendes Zylinderrohr gibt.
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Die Zylinderkopfschraubengewinde zur Befestigung des Zylinderkopfes sind derart angeordnet, dass sie oberhalb des Wassermantelbodens beginnen. Der Abstand, mit dem die Zylinderkopfschraubengewinde von der Deckplatte in Abwärtshubrichtung beabstandet angeordnet sind, ist kleiner als der Hub und frei wählbar je nach der verwendeten Zylinderkopfschraube. Mit anderen Worten sind die Zylinderkopfschraubengewinde in dem Bereich zwischen der Deckplatte und dem Wassermantelboden angeordnet.
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Der Abstand, mit dem die Zylinderkopfschraubengewinde von der Deckplatte (Motorbock-Oberseite) in Abwärtshubrichtung beabstandet angeordnet sind, ist konstruktionsbedingt durch die Länge der verwendeten Zylinderkopfschraube begrenzt. Bei einem langen Wassermantel führt dies dazu, dass die Zylinderkopfschraubengewinde nicht im Bereich unterhalb des Wasserbodenmantels angeordnet werden.
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Jedoch weist diese Open-Deck-Ausführung Nachteile im Hinblick auf Verformbarkeit, Robustheit, Kühlung, Reibung und Kraftstoffverbrauch auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem Wassermantel bereitzustellen, die im Hinblick auf Verformbarkeit, Robustheit, Kühlung, Reibung und Kraftstoffverbrauch verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wassermantel sich vom oberen Totpunkt in Abwärtshubrichtung maximal bis zur Mitte des Hubes erstreckt.
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Dies hat den Vorteil, dass der Wassermantel nur im oberen Bereich des Hubes den Zylinder kühlt. Es ergibt sich somit ein kürzeres und damit steiferes Zylinderrohr als bei dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik. Diese Abkehr vom Stand der Technik verringert durch die kürzere freistehende Zylinderrohrlänge eine Verformung der Zylinder. Durch die Verkürzung des Wassermantels wird ferner die Kühlung im oberen Zylinderbereich verbessert, was die Kopfneigung der Brennkraftmaschine verringert. Der restliche Zylinderbereich hingegen erfährt eine höhere Zylinderwandinnentemperatur. Durch die damit verbundene Anhebung der Öltemperatur an der Zylinderinnenwandung verringert sich die Reibung zwischen Kolben und Zylinder, was den Kraftstoffverbrauch reduziert. Somit werden die Reibung, der Kraftstoffverbrauch und der Ölverbrauch reduziert.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Wassermantel vom oberen Totpunkt in Abwärtshubrichtung bis maximal 1/3 des Hubes, vorzugsweise bis maximal 1/4 des Hubes. Hierdurch ergibt sich ein nochmals steiferes Zylinderrohr, und die Reibung, der Kraftstoffverbrauch und der Ölverbrauch werden weiter reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Wassermantel vom oberen Totpunkt in Abwärtshubrichtung bis minimal 1/10 des Hubes. Hierdurch ergibt sich ein nochmals steiferes Zylinderrohr, und die Reibung, der Kraftstoffverbrauch und der Ölverbrauch werden weiter reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Wassermantel vom oberen Totpunkt in Abwärtshubrichtung über eine Höhe von 15–40 mm. Auch hierdurch ergibt sich ein versteiftes Zylinderrohr. Außerdem werden die Reibung, der Kraftstoffverbrauch und der Ölverbrauch reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Gewindeanfang eines Zylinderkopfschraubengewindes zum Befestigen eines Zylinderkopfes an einem Motorblock der Brennkraftmaschine in Abwärtshubrichtung mit einem Abstand größer Null beabstandet von einem Wassermantelboden des Wassermantels angeordnet. Diese Anordnung des Gewindeanfangs und damit des Gewindes reduziert eine Deformation der Deckplatte (Motorblock-Oberseite) und erhöht die Robustheit des Wassermantelbodens durch eine gezielte Lenkung des Kraftflusses. Durch diese Anordnung verteilt sich die Schraubkraft gleichmäßig auf den Bolzen bzw. die Zylinderkopfschraube und das Zylinderrohr. Daher wird der Bolzen bzw. Zylinderkopfschraube nicht aus der Deckplatte gezogen und der Spannungskegel strahlt nicht in den Wassermantelboden hinein. So wird die Robustheit der Zylinderkopfdichtung erhöht, da durch die ebene Deckplatte (Motorblock-Oberseite) die Belastung von Sicken vergleichmäßigt wird. Zudem werden so Spannungen im Wassermantelboden reduziert, was die Robustheit des Motorblocks erhöht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem Gewindeanfang eines Gewindes zum Befestigen des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine und dem Wassermantelboden des Wassermantels mindestens 3 mm. So wird die Möglichkeit einer Deformation der Deckplatte nochmals reduziert und die Robustheit des Wassermantelbodens durch eine gezielte Lenkung des Kraftflusses weiter erhöht. Ferner werden die Robustheit der Zylinderkopfdichtung weiter erhöht und Spannungen im Wassermantelboden nochmals reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt der vorgenannte Abstand in einem Bereich von 10–30 mm. So wird die Möglichkeit einer Deformation des Decks weiter reduziert und die Robustheit des Wassermantelbodens durch eine gezielte Lenkung des Kraftflusses weiter erhöht. Ferner werden die Robustheit der Zylinderkopfdichtung weiter erhöht und Spannungen im Wassermantelboden vermieden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Wassermantel einen Wassermantelboden auf, der eben oder gewellt ausgebildet ist. Somit kann der Wassermantel eine einfach zu fertigende Form aufweisen.
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Ferner gehören zur Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine und ein Wassermantel für eine solche Brennkraftmaschine.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
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1 einen Abschnitt einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer explodierter Darstellung,
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2 einen Wassermantel der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine in perspektivischer Darstellung, und
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3 eine Schnittdarstellung durch die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine.
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Es wird zunächst auf die 1 Bezug genommen.
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Dargestellt ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine 10, wie z. B. ein Otto- oder Dieselmotor, zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines PKWs.
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Die Brennkraftmaschine 10 weist einen Motorblock 24, einen Zylinderkopf 30, eine Zylinderkopfdichtung 32 und Zylinderkopfschrauben 28 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 10 eine Mehrzahl von Zylindern 12 auf, wobei in 1 zwei der Mehrzahl der Zylindern 12 dargestellt sind. In jedem Zylinder 12 ist je ein Kolben 14 zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT entlang eines Hubes h wie an sich bekannt verlagerbar (siehe 3). Der Motorblock 24 weist ferner eine Kurbelwellenlagerung 34 auf und einen Wassermantel 16 zur Kühlung der Brennkraftmaschine 10 auf.
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Die Oberseite des Motorblocks 24 ist als Open-Deck-Ausführung ausgebildet. Somit sind die Zylinder 12 freistehend, und der Wassermantel 16 ist nach oben offen. Er wird mittels einer Deckplatte (Motorblock-Oberseite) 18 (siehe 3) verschlossen.
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Die 2 zeigt den Wassermantel 16. Der Wassermantel 16 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet, d. h. während der Montage der Brennkraftmaschine 10 ist es nicht erforderlich, den Wassermantel 16 durch Zusammenfügen von mindestens zwei Bauteilen zu bilden. Ferner ist der Wassermantel 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ebenen Wassermantelboden 20 aufweisend ausgebildet, was seine Fertigung vereinfacht. Hiervon abweichend kann der Wassermantel 16 auch einen gewellten Wassermantelboden 20 aufweisen.
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Es wird nun zusätzlich auf 3 Bezug genommen.
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Die 3 zeigt den Motorblock 24 mit dem Wassermantel 16 und dem Gewinde 22 der Zylinderkopfschrauben 28.
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Der Wassermantel 16 kann sich vom oberen Totpunkt OT in Abwärtshubrichtung maximal bis zur Mitte des Hubes h erstrecken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Wassermantel 16 vom oberen Totpunkt OT in Abwärtshubrichtung mit einer Höhe H, deren Wert im Bereich von 1/3 bis zu einem 1/4 des Hubes h liegt. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann sich der Wassermantel 16 vom oberen Totpunkt OT in Abwärtshubrichtung mit einer Höhe H erstrecken, deren Wert minimal 1/10 des Hubes h beträgt.
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Mit anderen Worten kann der Wassermantel 16 sich vom oberen Totpunkt OT in Abwärtshubrichtung mit einer Höhe H erstrecken, deren Wert im Bereich von 10% bis 50% des Hubes h liegt: H = f·h mit f = 0,1 bis 0,5
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Für eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Hub h von z. B. 76,4 mm ergibt sich somit für die Höhe H ein Bereich von 7,64 mm bis 38,2 mm.
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Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Wert für die Höhe H, d. h. einen Abstand zwischen der Deckpatte (Motorblock-Oberseite) 18 und dem Wassermantelboden 20, in einem Bereich von 15–40 mm liegen.
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Zum Befestigen des Wassermantels 16 an dem Motorblock 24 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Brennkraftmaschine 10 eine Mehrzahl von Gewinden 22 auf, in die während der Montage jeweils eine Zylinderkopfschraube 28 eingeschraubt wird.
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Ein jeweiliger Gewindeanfang 26 der Gewinde 22 ist in Abwärtshubrichtung mit einem Abstand K größer Null beabstandet von dem Wasserbodenmantel 20 des Wassermantels 16 angeordnet. Mit anderen Worten, beginnen die Gewinde 22 unterhalb des Wassermantelbodens 20 und nicht wie beim Stand der Technik oberhalb des Wassermantelbodens 20.
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Der Abstand K kann mindestens 3 mm betragen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Abstand K in einem Bereich von 10–30 mm. Für einen Gesamtabstand Z für den Abstand von der Deckplatte (Motorblock-Oberseite) 18 bis zu dem Gewindeanfang 26 gilt dann: Z = H + K mit K = 10 mm bis 30 mm
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Mit einer Höhe H im Bereich von 7,64 mm bis 38,2 mm ergibt sich dann für den Gesamtabstand Z ein Wert, der im Bereich von 17,64 mm bis 68,2 mm liegt.
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Diese Anordnung des Gewindeanfangs 26 und damit des Gewindes 22 reduziert eine Deformation der Deckplatte (Motorblock-Oberseite) 18 und erhöht die Robustheit des Wassermantelbodens 20 durch eine gezielte Lenkung des Kraftflusses. Durch diese Anordnung verteilt sich die Schraubkraft der in die jeweiligen Gewinde 22 eingeschraubten Zylinderkopfschraube 28 gleichmäßig auf deren Bolzen und die Zylinder 12. Daher werden die Butzen 36 der Zylinderkopfschraube 28 nicht aus der Deckplatte (Motorblock-Oberseite) 18 gezogen und der Spannungskegel strahlt nicht in den Wassermantelboden 20 hinein. Dies erhöht die Robustheit, da durch die ebene Deckplatte (Motorblock-Oberseite) 18 die Belastung von Sicken der Zylinderkopfdichtung 32 vergleichmäßigt wird. Zudem werden so Spannungen im Wassermantelboden 20 reduziert, was die Robustheit des Motorblocks 24 erhöht.
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Im Betrieb wird somit der Wassermantel 16 nur im oberen Bereich des Hubes h gekühlt. Daher können die Zylinder 12 gegenüber dem Stand der Technik verkürzt ausgebildet werden, was zu einem steiferen Zylinderrohr führt, da die kürzere freistehende Zylinderrohrlänge eine Verformung der Zylinder erschwert.
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Durch die Verkürzung des Wassermantels 16 wird ferner die Kühlung im oberen Bereich der Zylinder 12 verbessert, was die Kopfneigung der Brennkraftmaschine 10 verringert. Der restliche Bereich der Zylinder 12, also die untere Hälfte, bzw. die unteren 2/3, bzw. ¾ bzw. 9/10 hingegen erfahren eine höhere Zylinderwandinnentemperatur. Durch die damit verbundene Anhebung der Öltemperatur an der Zylinderinnenwandung verringert sich die Reibung zwischen den jeweiligen Kolben 14 und Zylinder 12, was den Kraftstoffverbrauch reduziert.
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Es wird also die Reibung, der Kraftstoffverbrauch und der Ölverbrauch der Brennkraftmaschine 10 reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005038294 A1 [0004]
