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Die Erfindung betrifft einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
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Üblicherweise weisen Zylinder in Motorblöcken für Verbrennungsmotoren im Fertigteilzustand eine zylindrische Form auf. Derartige Motorblöcke werden auch häufig als Kurbelgehäuse bezeichnet. Bedingt durch die Konstruktion derartiger Kurbelgehäuse, einem erforderlichen Anzug von Zylinderkopfschrauben, unterschiedlichen Wärmeausdehnungen im befeuerten Betrieb und durch im Betrieb auftretende Zylinderdrücke während der Verbrennung kommt es zum Teil allerdings zu deutlichen Abweichungen von einer idealen Zylinderform, was mit Reibleistungsverlusten und infolgedessen auch mit Verbrauchsnachteilen verbunden ist.
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Es ist an sich schon bekannt, bei der Herstellung von Zylindern in Motorblöcken für Verbrennungsmotoren auch von einer streng zylindrischen Form abzuweichen. So zeigt beispielsweise die
DE 10 2008 026 146 B4 einen Zylinder, welcher sich zunächst von einem oberen Totpunkt etwas aufweitet und sich dann in Richtung des unteren Totpunkts wieder verengt. Mit anderen Worten weist der dort gezeigte Zylinder eine bauchige Form auf.
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Die
DE 10 2011 117 660 B4 zeigt ebenfalls einen Zylinder, der von einer streng zylindrischen Form abweicht. Der Zylinder ist in zwei Zylinderraumabschnitte unterteilt, zwischen welchen in axialer Richtung gesehen ein Übergangsabschnitt liegt. Die beiden Zylinderraumabschnitte weisen dabei voneinander unterschiedliche Durchmesser auf.
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Schließlich zeigt die
DE 10 2009 024 227 B4 einen gattungsgemäßen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, mit zumindest einem Zylinder, innerhalb welchem ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt beweglich aufnehmbar ist, und mit einer Zylinderlaufbahn, deren Zylinderinnendurchmesser sich in Richtung des unteren Totpunkts aufweitet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Motorblocks bereitzustellen, mittels welchen ein reibleistungs- und geräuschoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors begünstigt wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Motorblocks mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine reibleistungs- und geräuschoptimierte Betriebsweise eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsmäßigen Motorblock vorgesehen, dass sich der Zylinderinnendurchmesser erst unterhalb von dem Bereich aufweitet, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht, wobei sich der Zylinderinnendurchmesser vom oberen Totpunkt bis zum Bereich verjüngt, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht. Es ist also eine geräusch- und reibleistungsoptimierte Geometrie im Hinblick auf den Durchmesser der Zylinderlaufbahn vorgesehen. Dadurch kann die Reibung zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn während des Betriebs des Verbrennungsmotors reduziert werden, wobei sich zudem auch ein besonders günstiges Geräuschverhalten des Verbrennungsmotors ergibt. Durch die partielle Aufweitung des Zylinderinnendurchmessers der Zylinderlaufbahn erst unterhalb des Bereiches, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht, kann das Kolbenspiel des Kolbens optimal im Hinblick auf unerwünschte Geräuschentwicklungen ausgelegt werden. Unterhalb des Kolbenanlagenwechsels kann zudem durch Spielvergrößerung und durch die Vermeidung von Überdeckungszuständen die Reibleistung minimiert werden.
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Mittels des erfindungsgemäßen Motorblocks können erhebliche Verbrauchsvorteile erzielt werden, sodass ein wesentlicher Beitrag zur Erreichung von CO2-Flottenzielen begünstigt wird. Insbesondere werden durch den erfindungsgemäßen Motorblock auch die üblicherweise sehr hohen Kundenanforderungen bezüglich des Motorengeräusches erfüllt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich der Zylinderinnendurchmesser bis zum unteren Totpunkt des Kolbens aufweitet. Dadurch kann ein besonders geräuschoptimierter und verbrauchsoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors realisiert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich der Zylinderinnendurchmesser kegelförmig aufweitet. Mit anderen Worten weitet sich der Zylinderinnendurchmesser also linear auf. Das ist insbesondere fertigungstechnisch besonders günstig und einfach realisierbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens mit wenigstens einem Zylinder, innerhalb welchem ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt beweglich aufnehmbar ist, wird eine Zylinderlaufbahn derart bearbeitet, dass deren Zylinderinnendurchmesser sich in Richtung des unteren Totpunkts aufweitet. Dabei ist es erfindungsmäßig vorgesehen, dass der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser erst unterhalb von dem Bereich hergestellt wird, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht, wobei der Zylinderinnendurchmesser D sich vom oberen Totpunkt UT bis zum Bereich X verjüngend hergestellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Motorblocks sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
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Vorzugsweise wird der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser durch Honen hergestellt. Dadurch kann der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser auf besonders exakte Weise hergestellt werden.
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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 Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in Kombination untereinander sondern auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Seitenschnittansicht von zwei unterschiedlichen Zylindern eines Motorblocks, wobei sich ein jeweiliger Kolben im oberen Totpunkt befindet; und in
- 2 eine weitere geschnittene Seitenansicht der beiden Zylinder, wobei sich die Kolben jeweils in ihrem unteren Totpunkt befinden.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Zwei unterschiedliche Zylinder 10, 12, welche jeweils Teil jeweiliger nicht näher dargestellter Verbrennungsmotoren sind, sind in einer geschnittenen Seitenansicht in 1 gezeigt. Jeweilige Kolben 14 sind in 1 dabei in ihrem oberen Totpunkt OT angeordnet. Die Zylinder 10, 12 sind beide im erwärmten Zustand gezeigt, welchen sie im befeuerten Betrieb der jeweiligen Verbrennungsmotoren nach einer gewissen Dauer erreichen. Die Form der hier dargestellten Zylinder 10, 12 entspricht also derjenigen Form, welche die Zylinder 10, 12 bei Erreichen ihrer üblicherweise auftretenden Betriebstemperatur während des Betriebs der jeweiligen Verbrennungsmotoren aufweisen.
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Die beiden Zylinder 10, 12 unterscheiden sich in Hinblick auf die Geometrie jeweiliger Zylinderlaufbahnen 16, 18. Im hier dargestellten erwärmten Zustand verringert sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16 des linken Zylinders 10 in Richtung eines unteren Totpunkts UT des Kolbens 14. Die Zylinderlaufbahn 16 verjüngt sich also gemäß der vorliegenden Darstellung nach unten hin. Im kalten Zustand hingegen, also abweichend von der vorliegenden Darstellung, ist der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16 des linken Zylinders 10 konstant, verändert sich also in axialer Richtung der Zylinderlaufbahn 16 nicht.
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Im hier dargestellten erwärmten Zustand verändert sich bei dem rechten der beiden Zylinder 12 der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 in axialer Richtung des Zylinders 12 ebenfalls. Allerdings weitet sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 unterhalb von einem Bereich X auf, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagewechsel des Kolbens 14 vollzieht. Ausgehend von dem Bereich X weitet sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 in Richtung des unteren Totpunkts UT des Kolbens 14 kegelförmig auf, wobei sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn vom oberen Totpunkt UT bis zum Bereich X verjüngt.
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Diese sich in einem Bereich B aufweitende Form der Zylinderlaufbahn 18 wird erzielt, indem die Zylinderlaufbahn 18 nicht mit einem konstanten Durchmesser D hergestellt wird. Stattdessen wird die Z Zylinderlaufbahn 18 derart hergestellt, dass diese sich bereits im kalten Zustand in dem Bereich B aufweitet, sich der Durchmesser D also ausgehend von dem Bereich X des Kolbenanlagewechsels bis zum unteren Totpunkt UT vergrößert. Der Grad der Durchmesservergrößerung im kalten Zustand des Zylinders 12 wird dabei so gewählt, dass der Zylinder 12 auch bei erreichter Betriebstemperatur eine sich in Richtung des unteren Totpunkts UT trompetenartig aufweitende Form aufweist. Im Gegensatz zum linken Zylinder 10 verjüngt sich die Zylinderlaufbahn 18 des rechten Zylinders 12 im erwärmten Zustand also nicht in Richtung des unteren Totpunkts UT, stattdessen weitet sich die Zylinderlaufbahn 18 in Richtung des unteren Totpunkts UT auf.
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In 2 sind die beiden in den jeweiligen Zylindern 10, 12 geführten Kolben 14 in ihren jeweiligen unteren Totpunkten UT dargestellt. Wiederum sind die beiden Zylinder 10, 12 im erwärmten Zustand dargestellt, welchen sie nach einer gewissen Betriebsdauer der jeweiligen Verbrennungsmotoren erreichen. Wie bereits erläutert, weist der linke der beiden Zylinder 10 im kalten Zustand eine zylindrische Form mit konstantem Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16 auf, wobei sich beim rechten der beiden Zylinder 12 im kalten Zustand die Zylinderlaufbahn 18 im Bereich B in Richtung des unteren Totpunkts UT aufweitet.
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Aufgrund der im kalten Zustand vollständig zylindrischen Form der Zylinderlaufbahn 16 und weiterer Faktoren, wie unter anderem dem erforderlichen Anzug von Zylinderkopfschrauben, unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Zylinders 10 im befeuerten Betrieb und durch innerhalb des Zylinders 10 auftretende Drücke während der Verbrennung kommt es, wie in den 1 und 2 erkennbar, zu deutlichen Abweichungen von der idealen Zylinderform, welche die Zylinderlaufbahn 16 im kalten Zustand aufweist.
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Bei dem linken der beiden Zylinder 10 ergibt sich im hier dargestellten erwärmten Zustand aufgrund des sich in Richtung des unteren Totpunkts UT verringernden Durchmessers D das Problem, dass der Kolben 14 im befeuerten Zustand eine Überdeckung 20 mit der Zylinderlaufbahn 16 aufweist. In der Nähe des unteren Totpunkts UT ist also der Kolbendurchmesser größer als der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16. Der Kolben 14 berührt dadurch während der Auf- und Abbewegung zwischen oberem Totpunkt OT und unterem Totpunkt UT die Zylinderlaufbahn 16. Infolgedessen treten Reibleistungsverluste auf und es entwickeln sich unerwünschte Geräusche.
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Bei dem rechten Zylinder 12 hingegen, bei welchem sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 - sowohl im kalten als auch im erwärmten Zustand - in dem Bereich B sukzessive in Richtung des unteren Totpunkts UT aufweitet, ergibt sich im gesamten Bereich B ein gewisses Kolbenspiel des Kolbens 14 in radialer Richtung. Dies wirkt sich positiv auf Geräuschentwicklungen und Reibungsverluste aus, welche dadurch minimiert werden können.
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Aufgrund der trompetenförmigen Durchmesseraufweitung der Zylinderlaufbahn 18 im Bereich B wird nämlich erreicht, dass zwischen der Zylinderlaufbahn 18 und dem Kolben 14 in radialer Richtung immer ein gewisser Abstand 22 gewahrt wird. Aufgrund der Aufweitung der Zylinderlaufbahn 18 in Richtung des unteren Totpunkts UT wird eine radiale Spielvergrößerung zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderlaufbahn 18 erzielt. Dadurch können Überdeckungszustände zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderlaufbahn 18 ausgeschlossen werden. Infolgedessen können erhebliche Verbrauchsvorteile und auch akustische Vorteile erzielt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008026146 B4 [0003]
- DE 102011117660 B4 [0004]
- DE 102009024227 B4 [0005]
