-
TECHNISCHES GEBIET
-
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Trennwandeinsatz für einen Verbrennungsmotor.
-
HINTERGRUND
-
Ein Verbrennungsmotor weist einen Motorblock auf, der einen oder mehrere Zylinder definiert. An dem Block ist ein Zylinderkopf zur Bildung von Brennkammern mit den Zylindern des Blocks befestigt. Der Block kann Trennwände zwischen angrenzenden Zylindern bilden, die einen strukturellen Halt für den Motor und Trennung zwischen den Zylindern gewährleisten. In der Regel sind der Motorblock und der Kopf zum Beispiel unter Verwendung von Kopfschrauben, die sich entlang der und durch die Kopfschraubensäulen erstrecken, aneinander angebracht oder geschraubt. Bei Betrieb des Motors wird die Translationsbewegung der Kolben in den Zylindern in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umgewandelt. Die Kurbelwelle kann mit dem Motorblock verbunden sein und wird durch Hauptkurbelwellenlager zur Drehung gestützt. Die Kurbelwelle kann dem Motorkopf allgemein gegenüberliegen und kann eine Serie von Befestigungselementen, wie zum Beispiel Hauptlagerschrauben, die die Kurbelwelle in den Hauptlagern und angrenzend an den Block halten, aufweisen. Bei Betrieb des Motors werden die Kopfschrauben und die Hauptlagerschrauben aufgrund von Kräften am Motor, die durch Verbrennung in den Zylindern verursacht werden, und ihre entsprechenden Reaktionslasten oder -kräfte belastet. Diese Kräfte können eine hohe Spannung und Ermüdung am Motor und am Motorblock verursachen.
-
In dem Dokument
DE 10 2014 203 997 A1 wird ein Trennwandeinsatz mit gespalteter Haube für einen Zylinderblock offenbart. In dem Dokument
DE 44 13 255 A1 wird ein Verfahren zum Bruchtrennen eines Lagerdeckels und in dem Dokument
DE 10 2004 029 070 A1 wird ein Verfahren zum Eingießen eines Rohlings beschrieben. In dem Dokument
DE 100 21 198 A1 wird ein Zylinder-Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit einem Eingussstück offenbart.
-
KURZFASSUNG
-
Bei einer Ausführungsform wird ein Motor mit einem Motorblock, der mindestens eine Hauptlager-Trennwand angrenzend an einen Zylinder definiert, und einer Kurbelwelle, die durch ein Hauptlager drehbar in dem Block untergebracht ist, bereitgestellt. Der Motor weist einen Trennwandeinsatz mit einem Einsatzteil und einem Deckelteil auf. Das Einsatzteil ist in der Trennwand vorgesehen und weist einen ersten und einen zweiten Endbereich auf, die durch einen ersten und einen zweiten Bügel verbunden sind. Jeder Bügel weist einen mit Flanschen versehenen Trägerquerschnitt auf. Das erste und das zweite Ende des Einsatzteils sind zur Verbindung einer Hauptlagerdeckelsäule mit einer Zylinderkopfsäule konfiguriert. Sowohl der erste als auch der zweite Endbereich definieren mindestens einen Vorsprung, der eine im Wesentlichen normal zu Motorverbrennungs- und Reaktionslasten verlaufende Fläche aufweist. Das Deckelteil ist zum Zusammenfügen mit dem ersten Endbereich an der Hauptlagerdeckelsäule und Stützen des Hauptlagers konfiguriert.
-
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Motorhauptlagerstruktur zur Verbindung einer Hauptlagerdeckelsäule und einer Kopfsäule bereitgestellt. Der Einsatz weist ein erstes und ein zweites Ende auf, die durch ein Paar Bügel verbunden sind. Jeder Bügel weist einen I-Träger-Querschnitt auf. Jedes Ende definiert mindestens einen Vorsprung, der eine normal zu Motorverbrennungs- und Reaktionslasten verlaufende Fläche aufweist. Das erste Ende ist zum Stützen eines Kurbelwellenhauptlagers geformt, und das zweite Ende ist zur Aufnahme von Kopfschrauben konfiguriert.
-
Bei noch einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Motors Bereitstellen eines Trennwandeinsatzes in einem Werkzeug. Der Trennwandeinsatz ist zur Verbindung einer Hauptlagerdeckelsäule mit einer Zylinderkopfsäule konfiguriert und weist einen ersten und einen zweiten Bügel auf. Jeder Bügel weist einen mit Flanschen versehenen Trägerquerschnitt auf. Der Einsatz definiert Vorsprünge, die normal zu Motorverbrennungs- und Reaktionslasten verlaufende Flächen aufweisen. Ein Motorblock wird mit einer den Trennwandeinsatz enthaltenden Trennwand in dem Werkzeug hergestellt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
- 1 stellt ein Schemadiagramm eines aus dem Stand der Technik bekannten Motors dar, der zum Implementieren der offenbarten Ausführungsformen konfiguriert ist;
- 2 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Motorblocks mit einem Einsatz gemäß einer Ausführungsform dar;
- 3 stellt eine andere Schnittansicht des Motorblocks und Einsatzes von 2 dar;
- 4 stellt eine perspektivische Ansicht eines Einsatzes zur Verwendung mit dem Motor von 2 dar;
- 5 stellt eine Schnittansicht eines Einsatzes von 4 dar; und
- 6 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Motors mit einem Einsatz gemäß einer Ausführungsform dar.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
-
In verschiedenen Beispielen ist ein Verbrennungsmotor mit einem in einem Trennwandbereich eines Zylinderblocks positionierten Einsatz versehen. Der Trennwandeinsatz stellt zusätzliche strukturelle Festigkeit für den Motor bereit, indem er die Kopfschraubensäule direkt mit der Hauptlagersäule verbindet oder die Motorkopfschrauben direkt mit den Hauptlagerschrauben verbindet. Der Trennwandeinsatz kann mit Gliedern, wie zum Beispiel Bügeln, die sich zwischen den Kopfschrauben und den Hauptlagerschrauben erstrecken, versehen sein. Die Bügel können einen I-Träger-Querschnitt oder einen anderen mit Flanschen versehenen Trägerquerschnitt aufweisen, der eine erhöhte Belastbarkeit bereitstellt. Die beiden Bügel des Einsatzes können durch eine Bogenverbindung, die eine durchgehende Verbindung zwischen den Bügeln für eine gleichmäßige Lastverteilung bereitstellt, miteinander verbunden sein. Die Bogenverbindung kann ohne Ecke oder ähnliche Unterbrechung sein, die ansonsten zusätzliche Spannungspunkte in den Einsatz einführen könnte.
-
Die Struktur des Einsatzes gewährleistet ein kompaktes Packaging zur Verwendung im Motorblock, während sie im Vergleich zu der Trennwand alleine das Tragen höherer Lasten durch den Einsatz ermöglicht. Da sich die Konstruktion von Motoren zu kleineren Blockgrößen und kompakteren Strukturen hin entwickelt, wird auch die Größe eines Einsatzes verringert, und entsprechende Packaging-Zwänge am Trennwandeinsatz nehmen zu. Da sich die Konstruktion von Motoren zu einer Gewichtsreduzierung hin entwickelt, kann der Motorblock aus alternativen Materialien, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, einem Verbundmaterial und dergleichen, hergestellt sein. Der Trennwandeinsatz kann aus einem anderen Material als der Block, zum Beispiel einer eisenhaltigen Legierung, hergestellt sein, um die gewünschte Festigkeit für den Motor bereitzustellen und als die primäre lasttragende Struktur in der Trennwand und zwischen den Kopfschrauben und den Hauptlagerschrauben zu wirken, während er im Hinblick auf den begrenzten Einbauraum dimensioniert ist.
-
Der Trennwandeinsatz kann mit zusätzlichen Strukturmerkmalen versehen sein, die Flächen bereitstellen, welche bezüglich der oder allgemein normal zu den Verbrennungs- und Reaktionskräften in dem Motor während des Betriebs geneigt sind, um diese Lasten entlang dem natürlichen Lastpfad im Einsatz aufzunehmen und die Lasten abzuführen, so dass sie sich nicht in lokalisierten Bereichen nahe der bzw. des Hauptlagerdeckelschraubensäule oder -ansatzes und der bzw. dem Kopfschraubensäule oder -ansatzes konzentrieren. In einem Beispiel wird der Trennwandeinsatz als ein endformnaher, gegossener eisenhaltiger Einsatz bereitgestellt, der in einem Motorblockformwerkzeug für einen Aluminiumguss positioniert wird. Der Einsatz gewährleistet Abstützung des Kurbelwellenhauptlagers und ist bruchgetrennt, um auch den Hauptlagerdeckel bereitzustellen.
-
Der Einsatz stellt eine Befestigungsbügelkonfiguration zur Verbindung der Kopfschraubensäulen mit den Hauptlagerdeckelsäulen bereit. Dieser Einsatz wird dann ein am Einbauort gegossener Trennwandeinsatz, dessen Verbrennungslasten im Gegensatz zu der Trennwand des Blocks durch das stärkere Einsatzmaterial getragen werden. Der Einsatz stellt eine erhöhte Belastbarkeit bereit. Die Breite einer herkömmlichen Zylinderblocktrennwand wird zusätzlich zu einem Sicherheitsfaktor für die Blockbeständigkeit und -lebensdauer durch Spitzenverbrennungslasten, die die Trennwand und die Kurbelhauptzapfenverbindung tragen müssen, definiert. Der Motorblock stellt mit der Zylinderbohrungsgröße und dem Zylindermittenabstand Packaging-Zwänge bereit. Ein am Einbauort gegossener Trennwandeinsatz gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in Längsrichtung, auch als Kurbelachse oder Längsachse des Motors bekannt, in der Breite der Trennwand verschachtelt und ist ausgehend von der Mittellinie der Kurbelwellenbohrung nach oben in der Blocktrennwand teilweise verkapselt, um das gesamte Kopfschraubensäulenende und den Verbindungsbügel des Einsatzes zu bedecken. Des Weiteren stellt der Einsatz Hauptlagerschraubensäulen bereit, die in den Trennwandeinsatz integriert sind. Die Größe und die Form des Verbindungsbügels und des Einsatzes stellen ein stärker belastbares Glied für die Trennwand bereit. Die Form des Verbindungsbügels des Einsatzes kann ferner basierend auf dem Packaging des Zylinderblockschmierkreises beschränkt sein. Der Einsatz stellt darüber hinaus die erforderliche Festigkeit für kleinere kompakte Motorblockausführungen mit schmaleren Trennwänden bereit.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 20. Der Motor 20 weist mehrere Zylinder 22 auf, und ein Zylinder ist dargestellt. Der Motor 20 kann mehrere Zylinder enthalten, die auf verschiedene Weise angeordnet sind, einschließlich einer Reihenkonfiguration und einer V-Konfiguration. Der Motor 20 weist eine jedem Zylinder 22 zugeordnete Brennkammer 24 auf. Der Zylinder 22 wird durch die Zylinderwände 32 und die Kolbenanordnung 34 gebildet. Die Kolbenanordnung 34 ist mit einer Kurbelwelle 36 verbunden. Die Brennkammer 24 steht mit dem Einlasskrümmer 38 und dem Auslasskrümmer 40 in fluidischer Verbindung. Das Einlassventil 42 steuert Strom vom Einlasskrümmer 38 in die Brennkammer 24. Ein Auslassventil 44 steuert Strom von der Brennkammer 24 zum Auslasskrümmer 40. Das Einlass- und Auslassventil 42, 44 können auf verschiedene Weise betrieben werden, wie in der Technik bekannt ist, um den Motorbetrieb zu steuern.
-
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 46 liefert Kraftstoff aus einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 24, so dass der Motor ein Motor mit Direkteinspritzung ist. Ein Niederdruck- oder Hochdruckkraftstoffeinspritzungssystem kann mit dem Motor 20 verwendet werden, oder es kann in anderen Beispielen ein Einlasskanaleinspritzungssystem verwendet werden. Ein Zündsystem enthält eine Zündkerze 48, die zur Bereitstellung von Energie in Form eines Funkens zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 24 gesteuert wird. Bei anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffzufuhrsysteme und Zündsysteme oder -techniken verwendet werden, einschließlich Kompressionszündung.
-
Der Motor 20 enthält eine Steuerung und verschiedene Sensoren, die zur Bereitstellung von Signalen für die Steuerung zur Verwendung beim Steuern der Luft- und Kraftstoffzufuhr zum Motor, des Zündzeitpunkts, der Leistungs- und Drehmomentabgabe vom Motor und dergleichen konfiguriert sind. Motorsensoren können einen Sauerstoffsensor im Auslasskrümmer 40, einen Motorkühlmitteltemperatur-, einen Fahrpedalstellungssensor, einen Motorkrümmerdrucksensor (MAP-Sensor), einen Motorpositionssensor für die Kurbelwellenstellung, einen Luftmassensensor im Einlasskrümmer 38, einen Drosselklappenstellungssensor und dergleichen umfassen, sind aber nicht drauf beschränkt.
-
Bei einigen Ausführungsformen wird der Motor 20 als alleinige Antriebsquelle in einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem herkömmlichen Fahrzeug oder einem Stopp-Start-Fahrzeug, verwendet. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, wo eine zusätzliche Antriebsquelle, wie zum Beispiel eine elektrische Maschine, zur Bereitstellung von zusätzlicher Leistung für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
-
Jeder Zylinder 22 arbeitet in einem Viertaktprozess, der einen Einlasshub, einen Verdichtungshub, einen Zündhub und einen Auslasshub umfasst. In anderen Beispielen kann der Motor mit einem Zweitaktprozess betrieben werden. Während des Einlasshubs öffnet sich das Einlassventil 42, und das Auslassventil 44 schließt sich, während sich die Kolbenanordnung 34 vom oberen Ende des Zylinders 22 zum unteren Ende des Zylinders 22 bewegt, um Luft aus dem Einlasskrümmer in die Brennkammer einzulassen. Die Stellung der Kolbenanordnung 34 am oberen Ende des Zylinders 22 ist allgemein als oberer Totpunkt (oT) bekannt. Die Stellung der Kolbenanordnung 34 am unteren Ende des Zylinders ist allgemein als unterer Totpunkt (uT) bekannt.
-
Während des Verdichtungshubs sind das Einlass- und Auslassventil 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich vom unteren Ende zum oberen Ende des Zylinders 22, um die Luft in der Brennkammer 24 zu verdichten.
-
Kraftstoff wird dann in die Brennkammer 24 eingeleitet und gezündet. Bei dem gezeigten Motor 20 wird der Kraftstoff in die Kammer 24 eingespritzt und dann mithilfe einer Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff durch Kompressionszündung gezündet werden.
-
Während des Arbeitshubs expandiert das gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 24, wodurch bewirkt wird, dass sich der Kolben 34 vom oberen Ende des Zylinders 22 zum unteren Ende des Zylinders 22 bewegt. Die Bewegung der Kolbenanordnung 34 verursacht eine entsprechende Bewegung der Kurbelwelle 36 und stellt eine Abgabe von einem mechanischen Drehmoment von dem Motor 20 bereit. Der Verbrennungsprozess, der den Arbeitshub verursacht, führt zu Lasten und Kräften am Motor 20. Eine durch das Verbrennungsereignis in der Kammer 24 verursachte Kraft am Motor beaufschlagt die Fläche 50 des Kolbens 34 mit einer Kraft, und mindestens ein Teil der Kraft bewegt sich an der Pleuelstange 52 nach unten zu dem Hauptlager und der Kurbelwelle 36. Diese Kraft am Hauptlager kann als eine Reaktionskraft bezeichnet werden. Das Verbrennungsereignis in der Kammer 24 bewirkt auch eine Kraft am Zylinderkopf 62, die Befestigungspunkte, wie zum Beispiel Kopfschrauben, zwischen dem Motorkopf 62 und einem Zylinderblock 60 belastet. Die Kraft am Zylinderkopf und an den Kopfschrauben kann als eine Verbrennungskraft bezeichnet werden.
-
Während des Auslasshubs bleibt das Einlassventil 42 geschlossen, und das Auslassventil 44 öffnet sich. Die Kolbenanordnung 34 bewegt sich vom unteren Ende des Zylinders zum oberen Ende des Zylinders 22, um die Abgase und Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 24 zu entfernen, indem sie das Volumen der Kammer 24 reduziert. Die Abgase strömen aus dem Verbrennungszylinder 22 zum Auslasskrümmer 40 und zu einem Nachbehandlungssystem wie z.B. einem Katalysator.
-
Die Stellungen und die Steuerung des Einlass- und Auslassventils 42, 44 sowie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt können für die verschiedenen Motorhübe variiert werden.
-
Der Motor 20 kann einen Zylinderblock 60 aufweisen, der die Zylinder 22 bildet. Ein Zylinderkopf 62 ist mit dem Block 60 verbunden. Der Kopf 62 umschließt die Brennkammer 24 und stützt auch die verschiedenen Ventile 42, 44 und das Einlass- und Auslasssystem 38, 40. Eine Zylinderkopfdichtung oder ein anderes Dichtungsglied kann zwischen dem Block 60 und dem Kopf 62 zur Abdichtung der Brennkammer 24 positioniert sein.
-
2 zeigt einen Teil des Motors 20 gemäß einem Beispiel. Der Motor 20 ist als ein Dreizylinder Reihenmotor dargestellt, obgleich auch andere Konfigurationen in Betracht kommen. Der Motor 20 wird als Schnittansicht mit einer Schnittlinie in einer Ebene durch die Drehachse der Kurbelwelle gezeigt.
-
Der Motorblock 60 ist mit einer Deckfläche 70 gezeigt, die zum Zusammenfügen mit einer entsprechenden Deckfläche eines Zylinderkopfs 62 oder einer Zylinderkopfdichtung konfiguriert ist. Der Block 60 weist Befestigungsmerkmale 72 zur Verbindung des Zylinderkopfs 62 auf. In dem gezeigten Beispiel ist der Zylinderkopf 62 unter Verwendung von Befestigungselementen, wie zum Beispiel Zylinderkopfschrauben in Gewindebohrungen in Kopfschraubensäulen 72, mit dem Block 60 verbunden.
-
Eine Trennwand 74 wird durch den Block 60 zwischen angrenzenden Zylindern 22 und zwischen einem Zylinder 22 und einem Ende des Blocks 60 gebildet. Die Trennwand 74 weist in der Regel ein Paar ihr zugeordnete Zylinderkopfsäulen 72 auf, obgleich in der vorliegenden Figur aufgrund der Ansicht nur eine einzige gezeigt wird.
-
Ein Einsatz 80 ist in der Trennwand 74 von Block 60 vorgesehen. Der Einsatz 80 stellt eine Stützstruktur für ein Hauptlager für eine Kurbelwelle 36 bereit. Der Einsatz 80 weist einen Hauptlagerdeckel 82 (oder Deckelteil) auf, der so an einem Deckelendbereich 84 des Einsatzes 80 befestigt ist, dass er ein Hauptlager umschließt und die Kurbelwelle 36 drehbar stützt. Die Kolben des Motors 20 können zwischen den Hauptlagerdeckeln 82 mit der Kurbelwelle 36 verbunden sein.
-
Der Einsatz 80 weist Befestigungsmerkmale 86 zur Verbindung des Hauptlagerdeckels 82 mit dem Deckelbereich 84 auf. In dem gezeigten Beispiel ist der Hauptlagerdeckel 82 unter Verwendung von Hauptlagerschrauben in Gewindebohrungen in Hauptlagerschraubensäulen 86 mit dem Rest des Einsatzes 80 verbunden. Diese Hauptlagerschraubensäulen 86 können auch in der oder angrenzend an die Trennwand 74 des Motors 20 vorgesehen sein.
-
Ein Kurbelgehäuse (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein und ist mit dem Block 60 so verbunden, dass es die Kurbelwelle umschließt, Schmiermittel enthält usw. Das Kurbelgehäuse liegt der Deckfläche 70 in dem vorliegenden Beispiel allgemein gegenüber, da die Kurbelwelle dem Zylinderkopf allgemein gegenüberliegt.
-
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Motors 20, die durch die Trennwand 74 verläuft. Der Block 60 ist mit einem Trennwandeinsatz 80 in der Trennwand 74 ausgebildet. Der Einsatz 80 kann als eine einzige integrale Komponente ausgebildet werden und dann nach dem Gießen oder Herstellen des Blocks 60 oder vor dem Herstellen des Blocks 60 geteilt oder getrennt werden. Der Einsatz 80 weist einen Einsatzteil 90 und einen Deckelteil 82 auf. Der Einsatzteil 90 ist allgemein in der Trennwand 74 vorgesehen und weist einen ersten Endbereich 84 (oder Deckelendbereich) und einen zweiten Endbereich 92 auf. Der erste und der zweite Endbereich 84, 92 sind durch den ersten und den zweiten Bügel 94, 96 miteinander verbunden.
-
Der Einsatz 80 weist einen Hauptlagerdeckel 82 oder Deckelteil 82 auf. Der Deckelteil 82 weist eine Fläche 98 auf, die dazu geformt ist, mindestens einen Teil eines Hauptlagers 100 für eine Kurbelwelle 36 zu stützen. Der Endbereich 84 des Einsatzteils 90 weist auch eine Fläche 102 auf, die dazu geformt ist, einen weiteren Teil des Hauptlagers 100 für die Kurbelwelle 36 zu stützen. Flächen 98, 102 umschließen das Hauptlager 100. Der Deckel 82 ist entlang der Trennlinie 162 mit dem Endbereich verbunden und damit zusammengefügt.
-
Der erste und der zweite Endbereich 84, 92 des Einsatzes 80 sind zur Bereitstellung einer Verbindung zwischen den Hauptlagerdeckelsäulen 86 und den Zylinderkopfsäulen 72 konfiguriert.
-
Der Deckelteil 82 und der Endbereich 84 des Einsatzteils 90 definieren ein Befestigungsmerkmal 106 für jede Hauptlagerdeckelsäule 86. In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den Befestigungsmerkmalen 106 um eine Bohrung, wie zum Beispiel eine Gewindebohrung, die zur Aufnahme einer Hauptlagerschraube oder eines anderen Befestigungselements zur Verbindung des Deckelteils 82 mit dem Einsatzteil 90 dimensioniert ist. Die gesamte Bohrung oder ein Teil davon kann mit einem Gewinde versehen sein. Gewindebereiche der Bohrung können in beiden Teilen 82, 90 oder nur in einem Teil 90 positioniert sein. Deshalb sind die Hauptlagerschrauben nur mit dem Einsatz 80 verbunden, und jegliche Lasten werden direkt durch den Einsatz übertragen. Lasten am Rest des Blocks 60 können deshalb indirekt sein.
-
Die Endbereiche 92 des Einsatzteils 90 definieren ein Befestigungsmerkmal 108 für jede Zylinderkopfsäule 72. In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Befestigungsmerkmal 108 um eine Bohrung, wie zum Beispiel eine Gewindebohrung, die zur Aufnahme einer Kopfschraube oder eines anderen Befestigungselements zur Verbindung des Zylinderkopfs 62 mit dem Einsatzteil 90 und dem Block 60 dimensioniert ist. Das Befestigungsmerkmal 108 kann sich von der Deckfläche 70 durch die Trennwand 74 und zu dem Einsatz 80 erstrecken. Das Befestigungsmerkmal 108 erstreckt sich auch durch einen entsprechenden Zylinderkopf 62 nach oben. Die gesamte Bohrung kann mit einem Gewinde versehen sein, oder nur ein Teil der Bohrung kann mit einem Gewinde versehen sein. Gewindebereiche der Bohrung können sowohl im Teil 90 und im Block 60 oder nur in einem Teil 90 positioniert sein. Deshalb sind die Kopflagerschrauben nur mit dem Einsatz 80 verbunden, und jegliche Lasten werden direkt durch den Einsatz übertragen. Lasten am Rest des Blocks 60 können deshalb indirekt sein.
-
Aufgrund des Verbrennungsereignisses in der Brennkammer 24 des Motors 20 wird der Motor mit einer Kraft beaufschlagt. Durch das Verbrennungsereignis erfahren die Kopfschrauben 108 eine durch die Pfeile 132 gezeigte Reaktionskraft, die der Brennkraft entgegenwirkt, da die Befestigungselemente 108 den Zylinderkopf mit dem Zylinderblock verbinden. Aufgrund des Verbrennungsereignisses belasten die Reaktionskräfte 132 die Befestigungselemente, die in den Endbereich 92 des Einsatzteils 90 des Einsatzes 80 geschraubt sind. Die Kraft bewegt sich durch den ersten und den zweiten Bügel 94, 96 des Einsatzteils 90, wo die Verbrennungskraft auf den Deckelteil 82 des Hauptlagers zurückwirkt. Die Verbrennungskraft oder -last wird auf die Hauptlagerschale und den Hauptlagerdeckelteil 82 ausgeübt und wird durch Pfeil 134 allgemein gezeigt. Die Hauptlagerschrauben 86 oder die Hauptlagerdeckelbefestigungselemente legen durch Einschrauben in den Trennwandeinsatz entlang der Hauptlagersäule eine Klemmkraft an und wirken der Kraft 134 entgegen.
-
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Einsatzes 80. Wie aus den 3-4 vorgeht, weist der Einsatz 80 im ersten Endbereich 84 eine Serie von Oberflächenmerkmalen 110 auf. Die Oberflächenmerkmale 110 können eine Serie von Vorsprüngen, Zähnen oder Zackungen sein. Jeder Vorsprung 110 weist eine Fläche 112 auf, die zu Motorverbrennungs- und Reaktionslasten geneigt ist und/oder im Wesentlichen normal verläuft. Die Ausrichtung dieser Fläche 112 unterstützt die Übertragung von Lasten auf den Einsatz 80.
-
Der Einsatz 80 weist im zweiten Endbereich 92 des Weiteren eine Serie von Oberflächenmerkmalen 114 auf. Die Oberflächenmerkmale 114 können eine Serie von Vorsprüngen, Zähnen oder Zackungen sein. Jeder Vorsprung 114 weist eine Fläche 116 auf, die zu Motorverbrennungs- und Reaktionslasten geneigt ist und/oder im Wesentlichen normal verläuft. Die Ausrichtung dieser Fläche 116 unterstützt die Übertragung von Lasten auf den Einsatz 80.
-
Wie aus 4 hervorgeht, können die Oberflächenmerkmale 110, 114 eine solche Tiefe aufweisen, dass sie sich entlang der Längsachse 122 des Motors 20 erstrecken. Die Längsachse 122 ist in 3 dargestellt und verläuft gemäß dem vorliegenden Beispiel durch die Mitten angrenzender Zylinder im Motor 20. Die Querachse 124 und die vertikale Achse 126 auch dargestellt. Die vertikale Achse kann gegebenenfalls auf eine Schwerkraft am Motor 20 ausgerichtet sein.
-
Die Flächen oder normalen Oberflächen 112, 116 können zueinander allgemein oder im Wesentlichen parallel verlaufen. In anderen Beispielen können die Flächen 112, 116 bezüglich einander abgewinkelt oder geneigt sein.
-
In noch weiteren Beispielen können die Oberflächenmerkmale 110, 114 an anderen Stellen am Einsatz 80 positioniert sein. Die Oberflächenmerkmale 110, 114 können auch in anderen Formen und Abmessungen vorgesehen sein. Die Oberflächenmerkmale 110, 114 können andere makrotribologische Oberflächenmerkmale sein und können verschiedene festgelegte Rauigkeiten aufweisen. Als Alternative dazu kann der Einsatz 80 Zackungen 110, 114 sowie zusätzliche makrotribologische Oberflächenmerkmale aufweisen, um Stabilität gegen Motorverbrennungs- und Reaktionslasten während des Motorbetriebs und -gebrauchs bereitzustellen.
-
In weiteren Beispielen ist möglicherweise nur ein einziger Satz von Oberflächenmerkmalen 110, 114 vorgesehen. In der Darstellung sind die Oberflächenmerkmale auf beiden Seiten des ersten Endbereichs und auf beiden Seiten des zweiten Endbereichs einander ähnlich; die Oberflächenmerkmale können sich jedoch hinsichtlich der Größe, Form und Anzahl an verschiedenen Stellen am Einsatz 80 unterscheiden.
-
Der Einsatz 80 kann mit einem gebohrten oder auf andere Weise ausgebildeten Kanal für Motorfluide vorgesehen sein. Zum Beispiel ist der Kanal 120 im Einsatz 80 ausgebildet, um Schmiermittelfluss zum Hauptlager 100 zu gewährleisten.
-
Allgemein auf die 3 bis 5 Bezug nehmend, erstrecken sich die Bügel 94, 96 vom ersten Endbereich 84 nach außen und allgemein voneinander weg. Die Bügel 94, 96 können zum Beispiel eine symmetrische oder asymmetrische V-Form bilden. Ein Teil des zweiten Endbereichs 92 ist an einem Ende jedes Bügels 94, 96 vorgesehen und enthält die Zylinderkopfschraubensäulen 108.
-
Die Bügel 94, 96 sind als asymmetrisch dargestellt, und diese Konfiguration kann für einen Motor 20 mit einer gekröpften Kurbelwelle verwendet werden. Eine gekröpfte Kurbelwelle ist eine Kurbelwelle 36, die von der Mittellinie der Zylinder oder von der Achse 122 versetzt ist. Bei einer gekröpften Kurbelwelle kann jeder Bügel 94, 96 eine andere Länge, eine andere Form oder einen anderen Bogen sowie verschiedene Querschnittsflächen oder -formen aufweisen. Die Bügel 94, 96 müssen allgemein die gleiche Last zwischen dem Endbereich 84 und einer jeweiligen Kopfschraubensäule 108 tragen, und die Bügel 94, 96 sind zum Tragen von im Wesentlichen gleichen Lasten dimensioniert. Bei einer gekröpften Kurbelwelle 36 muss möglicherweise ein Bügel basierend auf dem abgewinkelten Lastpfad anders als der andere Bügel dimensioniert werden. Die Bügel 94, 96 müssen möglicherweise auch aufgrund von Torsionskräften während des Motorbetriebs, wie zum Beispiel jenen, die durch Verdrehen der Kurbelwelle 86 verursacht werden, unterschiedliche Abmessungen voneinander aufweisen.
-
Der Einsatz 80 kann mit einem durchgehenden Bogen 130 versehen sein, der sich zwischen den beiden Bügeln 94, 96 erstreckt. Der durchgehende Bogen 130 befindet sich angrenzend an den ersten Endbereich 84 des Einsatzes 80. Der durchgehende Bogen 130 ist dazu vorgesehen, Absätze, Ecken oder andere Unterbrechungen, die einen Spannungspunkt im Einsatz 80 verursachen können, der unter wiederholter Last und wiederholtem Motorgebrauch zu Ermüdung, Bruch und anderen Problemen führt, zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Struktur des Bogens 130 gewährleistet eine gleichmäßige Lastverteilung und einen gleichmäßigen Lastpfad durch den Einsatz 80.
-
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Einsatzes 80 in einer parallel zu den Achsen 122, 124 verlaufenden Ebene und zeigt den Querschnitt der Bügel 94, 96. Wie in 5 gezeigt, ist die Querschnittsfläche eines Bügels im Wesentlichen gleich einer Querschnittsfläche des anderen Bügels. In anderen Beispielen können sich die Querschnittsflächen jedes Bügels 94, 96 voneinander unterscheiden.
-
Die Bügel 94, 96 weisen in der Darstellung einen mit Flanschen versehenen trägerförmigen Querschnitt auf und weisen in dem gezeigten Beispiel einen I-Träger-Querschnitt auf. Obgleich ein I-Träger ein bevorzugter Querschnitt ist, können auch andere Trägerprofile verwendet werden und umfassen eine C-förmige Trägerform, eine L-förmige Trägerform, eine T-förmige Trägerform und dergleichen. Der mit Flanschen versehene Trägerquerschnitt wird für die Bügel 94, 96 zur Erhöhung der Festigkeit jedes Glieds verwendet. Ohne diese Form weisen die Bügel 94, 96 möglicherweise eine unzureichende Festigkeit auf, da die Querschnittsfläche aufgrund der Packaging-Zwänge des Motors und des schmalen Trennwandbereichs 74 begrenzt ist.
-
Die I-Träger-Formen jedes Bügels 94, 96 weisen einen mittleren Abschnitt 140 mit einem ersten Endflansch 142 und einem zweiten Endflansch 144 auf. Der mittlere Abschnitt 140 ist mit einem Zwischenbereich jedes der Endflansche 142, 144 verbunden. In der Darstellung sind die I-Träger allgemein symmetrisch; jedoch können die Träger mit einem oder mehreren der Abschnitte 140, 142, 144, die in einem Versatz bezüglich einander verbunden sind, asymmetrisch sein.
-
Die Trägerform für jeden Bügel 94, 96 kann die gleiche sein, oder sie können sich voneinander unterscheiden. Zum Beispiel können die mittleren Abschnitte 140 die gleiche oder eine unterschiedliche Länge oder Breite aufweisen, die Endflansche können die gleiche oder eine unterschiedliche Länge und Breite aufweisen und/oder die mittleren Abschnitte 140 können an der gleichen oder an verschiedenen Stellen mit jedem Endflansch 142, 144 verbunden sein.
-
6 stellt einen Prozess oder ein Verfahren 150 zum Herstellen und/oder Zusammenfügen eines Motors, wie zum Beispiel des Motors 20 gemäß einer Ausführungsform, dar. Verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens 150 können mehr oder weniger Schritte enthalten, und die Schritte können in einer anderen Reihenfolge als dargestellt durchgeführt werden.
-
In Schritt 152 wird ein Einsatz 80 hergestellt. In dem gezeigten Beispiel ist der Einsatz 80 gegossen und umfasst Eisen, eine eisenhaltige Legierung und dergleichen. In anderen Beispielen wird der Einsatz 80 aus einem anderen geeigneten Material mit einer größeren Festigkeit als das Material des Blocks 60 hergestellt. Der Einsatz 80 kann unter Verwendung eines endformnahen Gießvorgangs gegossen werden und kann unter Verwendung eines Hochdruck- oder Niederdruckprozesses gegossen werden. Der Einsatz wird mit den oben beschriebenen Oberflächenmerkmalen und Tribiologiemerkmalen hergestellt, und in weiteren Beispielen können durch einen maschinellen Bearbeitungsprozess oder dergleichen zusätzliche Oberflächenmerkmale vorgesehen werden. Der Einsatz 80 wird auch mit verschiedenen Berührungspunkten und Positionierern hergestellt, die für das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Motorblocks 60 geeignet sind. In anderen Beispielen kann der Einsatz 80 durch Verwendung anderer geeigneter Herstellungstechniken, einschließlich Gießen, Pulvermetallurgietechniken, Schmieden, maschineller Bearbeitung, Druckgießen und Wärmebehandlung usw., aber nicht darauf beschränkt, hergestellt werden.
-
Der Einsatz 80 wird bei Schritt 154 in ein Werkzeug zur Herstellung des Motorblocks 60 positioniert. Das Werkzeug ist gemäß der Herstellungstechnik für den Motorblock 60 vorgesehen und kann verschiedene Formwerkzeuge, Formen, Schlitten und dergleichen enthalten. Des Weiteren kann das Werkzeug verschiedene Einsätze oder Kerne zur Bereitstellung anderer Merkmale des Blocks 60 enthalten. Der Einsatz kann vor Platzierung in das Werkzeug zur Bereitstellung einer verbesserten Verbindung mit dem Block 60 beschichtet werden. Des Weiteren kann der Einsatz vor der Platzierung in das Werkzeug maschinell bearbeitet oder einem Cubing-Prozess unterzogen werden.
-
Bei Schritt 156 wird der Motorblock 60 hergestellt. Der Motorblock 60 wird gemäß der für das Primärmaterial des Blocks 60 geeigneten Herstellungstechnik hergestellt. In einem Beispiel wird der Motorblock 60 als Aluminium oder eine Aluminiumlegierung um den oder die Einsätze 80 herum als Gießvorgang gegossen. Der Motorblock 60 kann unter Verwendung eines Hochdruckgießprozesses oder Niederdruckgießprozesses gegossen werden und kann durch ein Sandgussverfahren, ein Druckgussverfahren und dergleichen hergestellt werden. In einem anderen Beispiel kann der Motorblock als ein Verbundmaterial um den oder die Metalleinsätze 80 geformt oder spritzgegossen werden.
-
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, wird der Einsatz 80 in der Regel aus einem anderen Material als der Block 60 hergestellt. Der Einsatz 80 kann aus einem Material höherer Festigkeit hergestellt werden, während der Block 60 aus einem Material mit reduziertem Gewicht, höherer Wärmeleitfähigkeit und dergleichen hergestellt werden kann. Die Struktur des Einsatzes 80 kann darüber hinaus die Bereitstellung eines leichteren Blocks aus einem Material geringerer Festigkeit als sonst in einem Motor ohne Einsatz (Einsätze) 80 in der (den) Trennwand (Trennwänden) verfügbar wäre, gestatten.
-
Der Block 60 wird aus dem Werkzeug entfernt und kann bei Schritt 158 zur Bildung verschiedener Merkmale des Blocks 60 maschinell bearbeitet oder auf andere Weise nachbearbeitet werden. Zum Beispiel kann der Block 60 zur Bildung der Deckfläche 70 usw. maschinell bearbeitet werden. Darüber hinaus kann der Block 60 zur Bildung der Kopfschraubenbohrungen in dem Block und Einsatz maschinell bearbeitet oder gebohrt und mit einem Innengewinde versehen werden. Der Einsatz 80 kann zur Bildung der Hauptlagerdeckelbohrungen maschinell bearbeitet oder gebohrt und mit einem Innengewinde versehen werden. Der Block und der Einsatz können zur Bildung verschiedener Kühl- oder Schmierkanäle im Motor 20, wie zum Beispiel des Kanals 120, maschinell bearbeitet werden.
-
Der Einsatz 80 wird bei Schritt 160 getrennt oder geteilt, um den Einsatzteil 90 und den Deckelteil 82 zu bilden. In einem Beispiel wird der Einsatz 80 bruchgetrennt, was das Erzeugen einer Bruchlinie oder eines Positionierers unter Verwendung eines Prozesses, wie zum Beispiel Laserätzen oder Ritzen, umfassen kann. Der Einsatz 80 wird nach Definition der Bruchtrennlinie gekröpft oder getrennt. Nach der Trennung weist der Einsatz 80 einen Deckelteil 82 und einen Einsatzteil 90 mit durch die Trennung gebildeten Passflächen auf, die, wie in den 3 und 4 gezeigt, entlang der Trennlinie 162 zusammengefügt werden. Die Trennlinie 162 kann linear, nichtlinear, symmetrisch, asymmetrisch oder auf andere Weise geformt sein.
-
Durch Trennen des Einsatzes 80 nach der Herstellung des Blocks 60 und durch Herstellen des Blockmaterials allgemein bis dorthin, wo die Bruchlinie 162 platziert wird, werden mehrere Vorteile erzielt, wozu der Verzicht auf einen Sattel- und Verriegelungsbreitenbearbeitungsprozess, der in der Regel bei einer Bruchtrennungskonstruktion vorhanden ist, und das Eliminieren der maschinellen Bearbeitung von zwei Materialien, die zu einer verkürzten Lebensdauer des Werkzeugs und möglicherweise zu erhöhten Ausschussraten führt, zählen.
-
Da der Einsatzteil 90 und der Deckelteil 82 aus dem gleichen Material hergestellt sind, kann der Motor 20 mit reduzierten Geräuschen, Schwingungen und reduzierter Rauigkeit arbeiten, da die beiden Komponenten einen gemeinsamen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
-
Obgleich die Oberflächenmerkmale und makrotribologischen Merkmale auf dem Einsatz 80 zum Zusammenwirken mit Verbrennungs- und Reaktionslasten während des Motorbetriebs positioniert sind, können Sie auch einen zweiten Vorteil der Stabilisierung des Einsatzes 80 im Block 60 und des Aufrechterhaltens der Verbindung zwischen dem Einsatzteil 90 und dem Block 60, während der Einsatz 80 getrennt und maschinell bearbeitet wird, aufweisen.
-
Nach dem Trennen des Einsatzes 80 kann eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung zum Beispiel zur maschinellen Herausarbeitung der Bohrung für das Kurbelwellenlager, zum Beispiel maschinellen Bearbeitung der Flächen 98, 102, durchgeführt werden.
-
Zusätzlich zu einer einfachen Trennung des Einsatzes 80, wie gezeigt, kommt auch in Betracht, dass die Trennung das Hinzufügen einer Nut am Deckelteil 82 und eines Pass-Vorsprungs am Einsatzteil 90, oder umgekehrt, umfassen kann. Die Nut und der Vorsprung würden bei dem Wiederzusammenbau des Einsatzes 80 zusammengefügt werden, um die Positionierung des Deckelteils 82 beim Einführen der Hauptlagerbefestigungselemente zu unterstützen und möglicherweise auch die Hauptlager bei jeglichen Torsions- oder Seitenlasten am Deckelteil 82 zu unterstützen.
-
Der Motor 20 wird bei Schritt 162 montiert, was Platzieren des Motors 20 in ein Fahrzeug umfassen kann. Der Zylinderkopf 62 wird unter Verwendung von an den Befestigungspunkten 108 mit dem Einsatz 80 verbundenen Kopfschrauben mit dem Block 60 verbunden. Die Hauptlager und die Kurbelwelle 36 werden in der Fläche 102 positioniert, und dann wird der Deckelteil 98 angeordnet. Die Hauptlagerschrauben werden zur Verbindung des Deckelteils 82 mit dem Einsatzteil 90 über die Befestigungspunkte 86 verwendet. Der Einsatz 80 wird deshalb sowohl mit den Kopfschrauben als auch mit den Hauptlagerschrauben zur Bereitstellung eines Lastpfads dazwischen mechanisch verbunden oder an ihnen befestigt.
-
Es wurden oben zwar Ausführungsbeispiele beschrieben, jedoch sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
