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Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuseblock und mit einem ersten Seitenteil zum Medienaustausch zwischen dem Kurbelgehäuseblock und dessen Umgebung.
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Zylinderkurbelgehäuse moderner Verbrennungskraftmaschinen sind beim verbrennungsmotorischen Betrieb mitunter großen Belastungsschwankungen unterworfen. Hierbei treten – je nach eingestelltem Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine – mitunter stark unterschiedliche mechanische und thermische Belastungen auf. Zu den mechanischen Belastungen sind beispielsweise Schwingungsanregungen oder Lagerkräfte zu zählen, wohingegen thermische Belastungen insbesondere von jeweiligen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine ausgehen. Obwohl derart unterschiedliche Belastungszustände die Gestaltungsfreiheit von Verbrennungskraftmaschinen beeinflussen und einschränken, wird dennoch häufig eine gewichtsoptimale Ausgestaltung unter Einsatz verschiedener Werkstoffe angestrebt.
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Aus der
DE 10 2013 012 275 A1 ist ein Zylindergehäusesegment für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei welchem jeweilige Zylinderaussparungen zum Führen jeweils zugeordneter Arbeitskolben des Verbrennungsmotors vorgesehen sind. Das Zylindergehäusesegment umfasst einen, die Zylinderaussparungen wenigstens bereichsweise umschließenden Wassermantel, welcher mittels eines Wassermanteldeckels verschlossen ist. Der Wassermanteldeckel ist aus einem Kunststoff gebildet und umfasst einen Motorträger zur Abstützung des Verbrennungsmotors an jeweiligen Motorlagern.
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Die
DE 34 36 872 A1 beschreibt einen Zylinderblock für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem, aus einem Metall hergestellten Gerüstrahmen, sowie mit einer aus hitzebeständigem Kunststoff hergestellten Wasserrohrwand, welche den Rahmen umgibt.
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Aus der
DE 35 38 540 A1 ist ein mehrteiliger Zylinderblock für einen Verbrennungsmotor bekannt, welcher ein aus einem Leichtmetallguss gebildetes Zylindergehäuse, ein aus Kugelgraphitguss gebildetes Lagerbett, eine aus Kugelgraphitguss gebildete Lagerbrücke sowie eine, als Ölwanne dienende und aus Kunststoff gebildete Ummantelung aufweist.
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Die
DE 198 31 252 C1 offenbart eine Brennkraftmaschine, bei welcher zur Gewichtsverminderung eine Trennung zwischen kraftführenden und momentenführenden Bauteilen vorgenommen ist. Hierbei sind Kurbelgehäuseoberteil, Kurbelgehäuseunterteil sowie jeweilige Zylinderlaufbüchsen aus einem Gussmaterial und ein die jeweiligen Zylinderlaufbüchsen umgebender Kühlmantel aus Kunststoff gebildet.
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Aus der
DE 10 2010 019 754 A1 ist ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil bekannt. Durch das erste Gehäuseteil ist zumindest ein Brennraum und durch das zweite Gehäuseteil zumindest eine Verbindungseinrichtung wenigstens teilweise gebildet, mittels welcher zumindest ein Anbauteil an dem Kurbelgehäuse befestigbar ist. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil sind aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen gebildet, wobei das zweite Gehäuseteil aus Kunststoff ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zylinderkurbelgehäuse der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches besonders belastungsgerecht ausgestaltet ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zylinderkurbelgehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einem Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuseblock und mit einem ersten Seitenteil zum Medienaustausch zwischen dem Kurbelgehäuseblock und dessen Umgebung aus. Zur Umgebung des Kurbelgehäuseblocks gehört beispielsweise eine Ölwanne, aus welcher mittels einer Ölpumpe Motoröl in Richtung des Kurbelgehäuseblocks geführt werden kann.
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Um ein Zylinderkurbelgehäuse zu schaffen, welches besonders belastungsgerecht ausgestaltet ist, ist gemäß der Erfindung zumindest ein zum Führen wenigstens eines Mediums ausgestalteter, erster Teilbereich des ersten Seitenteils aus Kunststoff gebildet und ein zweiter Teilbereich des ersten Seitenteils als metallische Motorträgerstruktur ausgestaltet, welche mit dem ersten Teilbereich kraftübertragend gekoppelt ist. Dies ist von Vorteil, da das erste Seitenteil somit als Hybridbauteil ausgestaltet ist, welches sowohl eine medienführende Funktion, als auch eine abstützende Funktion (durch die Motorträgerstruktur) übernimmt. Durch die Verwendung jeweils unterschiedlicher Werkstoffe zur Erfüllung sowohl der medienführenden Funktion als auch der abstützenden Funktion ist eine besonders belastungsgerechte Ausgestaltung des ersten Seitenteils und damit des Zylinderkurbelgehäuse gegeben. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um Motoröl handeln.
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Der zweite Teilbereich kann insbesondere als durch den ersten Teilbereich wenigstens bereichsweise eingefasster Motorträgerkern ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann der zweite Teilbereich somit wenigstens bereichsweise durch den ersten Teilbereich umgeben, und dadurch bereichsweise eingefasst sein. Dies ist von Vorteil, da der zweite Teilbereich somit in verschiedenen Raumrichtungen kraftübertragend mit dem ersten Teilbereich gekoppelt sein kann. Insbesondere können dadurch beispielsweise vom zweiten Teilbereich übertragene Kräfte direkt und damit unmittelbar an den ersten Teilbereich weitergeleitet werden.
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Der erste Teilbereich kann beispielsweise als Kunststoffmatrix ausgebildet sein, welche den zweiten Teilbereich (Motorträgerstruktur) wenigstens bereichsweise versteifen kann.
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Das Zylinderkurbelgehäuse ist somit als Hybridstruktur aufgebaut, welches mit dem zweiten Teilbereich beispielsweise eine Leichtmetall-Tragstruktur und mit dem ersten Teilbereich eine Kunststoffstruktur aufweisen kann. In die Kunststoffstruktur können verschiedene Anbauteile, beispielsweise zur Medienführung ausgestaltete Kanäle oder zumindest zur Medienführung ausgestaltete Kanalabschnitte integriert sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Seitenteil einlassseitig an dem Kurbelgehäuseblock festgelegt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch einerseits eine besonders belastungsgerechte Abstützung des Kurbelgehäuseblocks über den zweiten Teilbereich und andererseits ein besonders einfacher Medienaustausch ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das erste Seitenteil wenigstens einen Ölpumpentopf zur Aufnahme einer Ölpumpe. Dies ist von Vorteil, da das erste Seitenteil somit besonders viele Funktionen übernimmt. Das erste Seitenteil kann auch wenigstens einen medienführenden Kanal zum Medienaustausch zwischen dem Kurbelgehäuseblock und dessen Umgebung umfassen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine, medienführende Kanal als Ölsaugkanal, als Ölrücklaufkanal oder als Schmutzölkanal ausgestaltet ist, um nur einige Beispiele zu nennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Zylinderkurbelgehäuse ein aus Kunststoff gebildetes zweites Seitenteil, welches zur Kurbelgehäuseventilation ausgebildet ist. Das zweite Seitenteil kann hierzu einen Hohlraum aufweisen, welcher zur Kurbelgehäuseventilation herangezogen werden kann. Durch das Ausbilden des zweiten Seitenteils aus Kunststoff kann Gewicht eingespart werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zweite Seitenteil auslassseitig an dem Kurbelgehäuseblock festgelegt. Dieses von Vorteil, da hierdurch eine besonders ungestörte und verlustarme Kurbelgehäuseventilation ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Kurbelgehäuse einen aus Kunststoff gebildeten Wassermantel zum Umströmen wenigstens einer Zylinderbohrung des Kurbelgehäuseblocks. Dies ist von Vorteil, da durch den aus Kunststoff gebildeten Wassermantel somit auch eine besonders belastungsoptimierte, kühlwasserseitige Gewichtseinsparung gegeben ist.
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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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Dabei zeigen:
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1 eine Perspektivansicht auf eine Einlassseite eines in einer Explosionsdarstellung gezeigten Zylinderkurbelgehäuses, welches einen Kurbelgehäuseblock, ein erstes Seitenteil zum Medienaustausch zwischen dem Kurbelgehäuseblock und dessen Umgebung, ein zweites Seitenteil zur Kurbelgehäuseventilation sowie einen Wassermantel zum Umströmen wenigstens einer Zylinderbohrung des Kurbelgehäuseblocks umfasst;
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2 eine Perspektivansicht auf eine Auslassseite des in der Explosionsdarstellung gezeigten Zylinderkurbelgehäuses;
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3 eine perspektivische Vorderansicht des ersten Seitenteils, wobei ein aus Kunststoff gebildeter, erster Teilbereich, sowie ein metallischer, zweiter Teilbereich erkennbar sind;
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4 eine perspektivische Rückansicht des ersten Seitenteils;
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5 eine Perspektivansicht des Wassermantels;
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6 eine weitere Perspektivansicht auf die Auslassseite, wobei das zweite Seitenteil an dem Kurbelgehäuseblock angeordnet ist; und
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7 eine perspektivische Rückansicht des zweiten Seitenteils, wobei ein Hohlraum zur Vergrößerung eines Ventilationsquerschnitts gezeigt ist.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 und 2 zeigen jeweils verschiedene, perspektivische Ansichten eines Zylinderkurbelgehäuses 10 für eine vorliegend nicht vollständig dargestellte Verbrennungskraftmaschine.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 10 umfasst einen Kurbelgehäuseblock 12 mit mehreren Zylinderbohrungen 14, in welchen hier nicht weiter dargestellte Kolben der Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar aufgenommen werden können. Des Weiteren umfasst das Zylinderkurbelgehäuse 10 ein erstes Seitenteil 20 zum Medienaustausch zwischen dem Kurbelgehäuseblock 12 und dessen Umgebung, ein aus Kunststoff gebildetes, zweites Seitenteil 60, welches zur Kurbelgehäuseventilation ausgebildet ist, sowie einen ebenfalls aus Kunststoff gebildeten Wassermantel 70 zum Umströmen wenigstens einer der Zylinderbohrungen 14 des Kurbelgehäuseblocks 12 mit Kühlmittel.
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Aus der Zusammenschau der 1 und 2 ist erkennbar, dass das erste Seitenteil 20 einlassseitig und das zweite Seitenteil 60 auslassseitig an dem Kurbelgehäuseblock 12 festgelegt ist.
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Zumindest ein zum Führen wenigstens eines Mediums ausgestalteter, erster Teilbereich 24 des ersten Seitenteils 20 ist aus einem ersten Kunststoff 22 gebildet, wohingegen ein zweiter Teilbereich 44 des ersten Seitenteils 20 als metallische Motorträgerstruktur ausgestaltet ist, welche mit dem ersten Teilbereich 24 kraftübertragend gekoppelt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite Teilbereich 44 als Aluminium-Motorträgerkern ausgestaltet und – zur besseren Abgrenzung gegenüber dem ersten Teilbereich 24 – in 3 mit einer Schraffur versehen.
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3 und 4 zeigen, dass der zweite Teilbereich 44 mehrere Versteifungsrippen 46 sowie Schraubdome 48 umfasst, über welche das erste Seitenteil 20 und damit das Zylinderkurbelgehäuse 10 – beispielsweise durch Abstützung an einem Motorlager – in einem hier nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug gelagert werden kann. Zudem umfasst der zweite Teilbereich 44 eine als Aufnahmeöffnung ausgestaltete Hydraulikventilaufnahme 50, welche zur Aufnahme eines hier nicht weiter dargestellten Hydraulikwegeventils bzw. eines Hydrauliksteuerventils ausgestaltet ist. Das erste Seitenteil 20 umfasst zudem wenigstens einen Ölpumpentopf 34 zur Aufnahme einer hier nicht weiter dargestellten Ölpumpe. Des Weiteren umfasst das erste Seitenteil 20 an dem ersten Teilbereich 24 mehrere Ölrücklaufkanäle 26, wenigstens einen Ölfiltermodulflansch 28 und wenigstens einen Schmutzölkanal 30. Zudem umfasst das erste Seitenteil 20 wenigstens einen Ölansaugkanal 32, welcher vorliegend in den zweiten Teilbereich 44 integriert ist.
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Aus der Zusammenschau von 3 und 4 ist erkennbar, dass der zweite Teilbereich 44 an dem ersten Teilbereich 24 abgestützt ist, wodurch Kräfte, beispielsweise Lagerkräfte, mittels des ersten Teilbereichs 24 zwischen dem Kurbelgehäuseblock 12 und dem zweiten Teilbereich 44 übertragen werden können.
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Ebenso wie die Ölrücklaufkanäle 26 sind auch eine Hauptölkanalanbindung 36, eine Kolbenspritzenkanalanbindung 38, ein Wasserrücklauf 40 sowie eine Ventilanbindung 42 auf der, in Einbaulage dem Kurbelgehäuseblock 12 zugewandten, Rückseite des ersten Seitenteils 20 angeordnet. Die Hauptölkanalanbindung 36 kann auch als „Übergabestelle Hauptölkanal” bezeichnet werden. Die Kolbenspritzenkanalanbindung 38 kann auch als „Übergabestelle Kolbenspritzenkanal” bezeichnet werden. Der Wasserrücklauf 40 dient vorliegend zum Kühlwasseraustausch für einen hier nicht weiter dargestellten Öl-Wasser-Wärmetauscher. Die Ventilanbindung 42 kann auch als „Übergabestelle für ein Ventil”, beispielsweise für ein Hydraulik-Wegeventil, bezeichnet werden.
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Das in 6 und 7 nochmals dargestellte, zweite Seitenteil 60 kann aus einem zweiten Kunststoff 62 gebildet sein, welcher von dem ersten Kunststoff 22 verschieden sein kann. Das zweite Seitenteil 60 umfasst vorliegend einen Hohlraum 64 zur Ventilationsquerschnittsvergrößerung, wie in 7 erkennbar ist.
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Der in 5 nochmals vereinzelt und vergrößert dargestellte Wassermantel 70 kann aus einem dritten Kunststoff 72 gebildet sein, welche sich von dem ersten Kunststoff 22 und dem zweiten Kunststoff 62 unterscheiden kann.
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Der erste Kunststoff 22 kann beispielsweise als glasfaserverstärktes Phenolharz ausgestaltet sein. Der zweite Kunststoff 62 kann beispielsweise als Polyamid-Werkstoff ausgestaltet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der dritte Kunststoff 72 – ebenso wie der zweite Kunststoff 62 – als Polyamid-Werkstoff ausgestaltet.
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Zusammenfassend ermöglicht das vorliegende Zylinderkurbelgehäuse 10 eine Nutzung von Trennebenen für eine Halbschalenbauweise von innenliegenden Kanälen, wie beispielsweise dem Ölsaugkanal 32, um nur ein Beispiel zu nennen. Dadurch sind komplexe Innengeometrieen auch im Druckguss darstellbar. Zudem ist eine Integration von Kurbelgehäuseventilationskanälen in das als Hybridbauteil ausgestaltete, zweite Seitenteil 60 ermöglicht. Insgesamt kann eine hohe Eigensteifigkeit des zweiten Teilbereichs 44 (Aluminium-Motorträgerkern) sowie eine Medienführung des Zylinderkurbelgehäuses 10 inklusive Ventilation in funktionsfähigem Umfang in die als jeweilige Hybridbauteile ausgestalteten Seitenteile 20, 60 integriert werden. Durch vollständige Trennung der jeweiligen Kunststoff-Bauteile (Seitenteile 20, 60 sowie Wassermantel 70) kann ein Toleranzausgleich entfallen, da jeweils ebene Trennflächen zwischen dem Kurbelgehäuseblock 12 und den Kunststoff-Bauteilen vorgesehen sein können.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 10 kann also mittels der drei jeweils außen liegenden Kunststoff-Bauteile (erstes Seitenteil 20, zweites Seitenteil 60, Wassermantel 70) als Werkstoffverbundgehäuse ausgebildet sein, welches die Aluminium-Tragstruktur als zentrales Bauteil umfassen kann. Insgesamt kann hierbei eine Trennung der Geometrie des Zylinderkurbelgehäuses 10 in eine Medienführung bzw. Medienbegrenzung aus Kunststoffelementen sowie in eine Tragstruktur aus Metall, insbesondere Aluminium, erfolgen. Direkte Verbindungen bzw. Übergabestellen der Kunststoff-Bauteile entfallen, wobei entsprechende Übergabestellen in das erste Seitenteil 20 integriert sein können. Die verwendeten Kunststoffe 22, 62, 72 können als jeweilige Blockcopolymere ausgestaltet sein.
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Die Aluminium-Tragstruktur kann durch Druckguss hergestellt sein und eine Triebwerksaufnahme, Zylinderliner, eine Steuergehäuseaufnahme, eine Anbindung einer Zylinderkopfverschraubung sowie eine Hauptlagerverschraubung, eine Hauptölkanalgalerie (Split-Oiling) inklusive Hauptlagerversorgung, eine gebohrte Stegkühlung, eine Anbindung zu Motorträger und Tandem-Ölpumpe, Kurbelgehäuse-Schürzen (Deep-Skirt) und Kurbelgehäuseunterteil, seitliche Durchbrüche zur Gewichtsersparnis und zur Kurbelgehäuseventilation, sowie Übergabestellen zwischen dem Wassermantel 70 und beispielsweise dem ersten Seitenteil 20 umfassen.
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Das erste Seitenteil 20, welches auch als Kunststoffseitenteil der Einlassseite bezeichnet werden kann, kann den Ölpumpentopf 34 und damit ein Ölpumpengehäuse, ein an dem Ölfiltermodulflansch 28 angeordnetes Ölfiltermodul, sowie den zweiten Teilbereich 44 umfassen, welcher als Aluminium-Einlegekern zur Motorträgeranbindung und Ölpumpenverschraubung ausgestaltet sein kann. Des Weiteren ermöglicht das erste Seitenteil 20 einen Verschluss eines Kurbelraums für seitliche Durchbrüche in der Aluminium-Tragstruktur, einen Verschluss der seitlich gebohrten Hauptlagerversorgung, sowie die Integration von Ölsaugkanal 32, Schmutzölkanal 30, der Ölrücklaufkanäle 26 und der Hydraulikventilaufnahme 50. Zudem ist durch das erste Seitenteil 20 eine Geräuschisolierung ermöglicht.
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Der Wassermantel 70 kann eingepresste bzw. eingegossene Aluminiumhülsen zur Verschraubung des Wassermantels 70 am Kurbelgehäuseblock 12, Wasserzulaufkanäle und Wasserrücklaufkanäle, eine Wasserverteilerleiste, Übertrittsöffnungen zum Zylinderkopf, ein Thermostatgehäuse, Ölrücklaufkanäle sowie weitere Übertrittsöffnungen an eine Kurbelgehäuseentlüftung umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkurbelgehäuse
- 12
- Kurbelgehäuseblock
- 14
- Zylinderbohrung
- 20
- erstes Seitenteil
- 22
- erster Kunststoff
- 24
- erster Teilbereich
- 26
- Ölrücklaufkanal
- 28
- Ölfiltermodulflansch
- 30
- Schmutzölkanal
- 32
- Ölsaugkanal
- 34
- Ölpumpentopf
- 36
- Hauptölkanalanbindung
- 38
- Kolbenspritzenkanalanbindung
- 40
- Wasserrücklauf
- 42
- Ventilanbindung
- 44
- zweiter Teilbereich
- 46
- Versteifungsrippen
- 48
- Schraubdom
- 50
- Hydraulikventilaufnahme
- 60
- zweites Seitenteil
- 62
- zweiter Kunststoff
- 64
- Hohlraum
- 70
- Wassermantel
- 72
- dritter Kunststoff
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013012275 A1 [0003]
- DE 3436872 A1 [0004]
- DE 3538540 A1 [0005]
- DE 19831252 C1 [0006]
- DE 102010019754 A1 [0007]
