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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergrößern von Motorzylinderbohrungen
in einem Zylinderblock, wobei eine Bohrungsvergrößerung auf eine Seite des Zylinders
beschränkt
ist.
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Es
ist auf dem Gebiet der Motorenkonstruktion und -herstellung bekannt,
einen Zylinderblock mit einem oder mehreren Zylindern zu versehen,
die in einer oder mehreren Reihen oder Bänken angeordnet sind, wobei
die Zylinder auf Achsen zentriert sind, die die sich in Längsrichtung
erstreckende Zentrallinie oder Zentralachse der Motorkurbelwelle
schneiden, die in einem unteren Abschnitt des Blockes des Kurbelgehäuses gelagert
ist. Wenn eine neue Motorenfamilie konstruiert wird, sind die Zylinderwände manchmal
dicker als absolut notwendig ausgebildet, um Raum für eine spätere Erhöhung des
Zylinderhubraums durch eine geeignete Erhöhung der Größe der Zylinderbohrung zu belassen.
Jedoch kann an einem bestimmten Punkt eine weitere Vergrößerung der
Zylinderbohrung zu einer Seite der Zylinder dadurch begrenzt werden,
dass aufgrund der anfänglichen
Konstruktionsmerkmale eine minimale Zylinderwanddicke erreicht wird.
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Beispielsweise
können
bei einem herkömmlichen
obengesteuerten Motor (OHV-Motor) die Ventile durch Stößelstangen
von einer Nockenwelle betätigt
werden, die in einem Tunnel oder einer Serie von Bohrungen angeordnet
ist, die benachbart einer Seite der Zylinder in einer Zylinderreihe
positioniert sind. Bei einem V-Motor ist die Nockenwellenbohrung
herkömmlich
zwischen den in V-Stellung angewinkelten Zylin derreihen bzw. -bänken angeordnet. Somit
kann an einem bestimmten Punkt eine Vergrößerung der Zylinderbohrungen
um die ursprüngliche Zylinderachse
durch Verringerung der Zylinderwanddicke an dem Ort der Nockenwellenbohrung
auf eine minimale Wanddickenabmessung begrenzt sein, wodurch die
Möglichkeit
beschränkt
wird, dass der Durchmesser der Zylinderbohrung des Motors weiter erhöht wird.
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Die
DE 38 41 355 C2 beschreibt
ein Verfahren zur Hubraumvergrößerung einer
Brennkraftmaschine, bei dem die Abstände zwischen den Zylindern
unter Beibehaltung der Stegbreite zwischen benachbarten Zylinderbohrungen
vergrößert werden, die
Abstände
zwischen den Ladungswechseleinheiten im Zylinderkopf aber beibehalten
werden.
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Aus
der
DE 28 19 504 A1 sind
ein Verfahren und eine Werkzeugmaschine zum Aufbohren von Löchern mit
Hilfe zweier an einander gegenüberstehenden,
synchron angetriebenen Spindeln angeordneter Bohrwerkzeuge mit exzentrisch
angeordneten Scheideinsätzen
bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Vergrößern von
Zylinderbohrungen in einem Zylinderblock, bei welchem eine Bohrungsvergrößerung zu
einer Seite der Zylinder dadurch begrenzt ist, dass eine minimale
Zylinderwanddicke erreicht wird.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur Vergrößerung der
Zylinderbohrungen einer Familie von Verbrennungsmotoren vor, wobei
die Zylinder gegen eine Vergrößerung in
Richtung einer Seite der Zylinder beispielsweise durch den Ort einer Nockenwellenbohrung
oder eines Kühlmantels
begrenzt sind. Wenn der Motoraufbau wie auch die Konstruktionsbedingungen
dies zulassen, kann eine gewisse Vergrößerung der Zylinderbohrungen
möglich
werden, indem die Zylinderachse von der beschränkten Seite des Zylinders weg
versetzt wird und die Bohrung um eine Größe vergrößert wird, die durch die Motorkonstruktion
bzw. den Motoraufbau zulässig
ist. Bevorzugt ist die Zylinderbohrungsvergrößerung auf eine Abmessung begrenzt,
die vorgesehen werden kann, ohne dass eine Änderung des Schraubenmusters
(bolt pattern) des Zylinderkopfes erforderlich wird. Somit kann
eine größere Umkonstruktion
oder Abwandlung der Motorherstellausstattung beschränkt werden.
Auch ist das Ausmaß der Vergrößerung von
den Orten von anderen Abschnitten des Kühlmantels in dem Motorzylinderblock
abhängig.
Dennoch kann, wenn es die Konstruktion der Motorfamilie zulässt, eine
bestimmte größere Bohrungsvergrößerung möglich sein,
ohne dass radikale Änderungen
der Motorkomponenten wie auch der Werkzeuge, die zur Herstellung
der Motorenfamilie erforderlich sind, nötig werden.
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Bei
einem Beispiel können
die Bohrungen der Zylinder in dem Zylinderblock eines herkömmlichen
obengesteuerten V-Motors so ausgebildet oder vorher vergrößert worden
sein, dass die Nockenwellenbohrung eine weitere Vergrößerung der
Zylinder in Richtung der Innenseite der Zylinderbänke beschränkt. Eine
Vergrößerung von
nur 3,0 mm in der Bohrung sieht eine wesentliche Erhöhung des
Hubraums der vergrößerten Zylinder
ohne Änderung
des Hubes der Kolben vor. Die Motorkonstruktion kann eine Vergrößerung des
Zylinderdurchmessers zulassen, indem eine neue Zylinderachse um
eine Hälfe der
vergrößerten Zylinderbohrung
oder um einen Versetzung von 1,5 mm nach außen weg von der Innenseite
der Zylinder versetzt wird. Die Zylinder werden dann an der neuen
Achse gebohrt, so dass die Außenwand
der vergrößerten Zylinder
um 3,0 mm nach außen
verschoben wird, während
die Innenwand mit ihrer minimalen Dicke in der ursprünglichen Position
bleibt. In diesem Fall kann die Änderung ohne
Abwandlung des Schraubenmusters des Zylinderkopfes, das durch die
gegenwärtige
Motorwerkzeugausstattung vorgesehen ist, und ohne Absenkung unter
eine Wanddicke zwischen anderen Teilen der Zylinder und dem Wassermantel
oder anderen benachbarten Hohlräumen
möglich
werden.
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Eine
Verschiebung der Zylinderachsen nach außen bewirkt eine Versetzung
der Zylinder, so dass sich die Zylinderachsen nicht mit der Achse
der Nockenwelle überschneiden,
wie es bei herkömmlichen Motoren
der Fall ist. Stattdessen schneiden in einem V-Motor der Erfindung
die Zylinderachsen der gegenüberliegenden
Bänke eine
Referenzlinie unterhalb und parallel zu der Kurbelwellenachse um
eine kleine Abmessung beabstandet. Die Erfindung sieht den Vorteil
eines verbesserten Motorhubraums ohne das Erfordernis einer grundlegenden
Werkzeugneubestückung
bzw. -umbestückung
einer Motorfertigungsanlage vor, wenn keine herkömmlichen Verfahren zur Bohrungsvergrößerung verwendet werden
können. Die
relativ kleine Versetzung der Zylinderachsen kann geringfügig verschiedene
Auswirkungen auf die beiden Zylinderbänke besitzen, soweit Kolbenschublasten
sowie möglicherweise
die Zündsteuerung
betroffen sind. Jedoch überschreiten
die Differenzen keine größeren Grenzen
und besitzen die Vorteile in Verbindung mit einem Betrieb mit deaktivierten
Zylindern, bei dem eine Zylinderbank bei einem Betrieb in einem
Bereich mit niedrigerer Leistung deaktiviert ist.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
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1 ist
eine Schnittansicht durch einen Zylinderblock, der für eine Familie
von herkömmlichen obengesteuerten
V-Motoren repräsentativ
ist und gemäß der vorliegenden
Erfindung abgewandelt ist.
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2 ist
eine Explosionsansicht eines OHV-Motors, der vergrößerte Zylinderbohrungen
und ein repräsentatives
Schraubenmuster für
den Zylinderkopf eines V-6-Motors gemäß der Erfindung zeigt.
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In
den Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein einen
Zylinderblock für
eine Familie von V-6-Motoren, wobei der Zylinderblock gemäß der Erfindung
abgewandelt ist. Der Zylinderblock wird herkömmlich aus Gusseisen geformt
und umfasst einen unteren Kurbelgehäuseabschnitt 12 und einen
oberen Zylinderabschnitt 14.
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Der
Kurbelgehäuseabschnittumfasst
eine untere Seite 16 mit Querstegen 18, von denen
jeder eine zentrale Ausnehmung 20 zur Auf nahme eines Hauptlagerdeckels,
der nicht gezeigt ist, besitzt, nämlich einen für jeden
Steg. Ein halbkreisförmiger Ausschnitt 22 ist über der
Ausnehmung 20 zentriert und sorgt für eine Rückhaltung eines die Kurbelwelle lagernden
Lagereinsatzes, wobei ein entsprechender zusammenpassender Einsatz
in einer Ausnehmung in einem zugeordneten Lagerdeckel, der nicht
gezeigt ist, gelagert ist. Der Ausschnitt 22 ist an einer längsgerichteten
Kurbelwellenachse 24 zentriert, die in einer horizontalen
Ebene 25 der Ausnehmungen 20 und auch in einer
zentralen vertikalen Ebene 26 des Zylinderblockes liegt.
Bei der Montage wird eine Kurbelwelle drehbar in den Lagereinsätzen befestigt, die
in den verschiedenen Stegen 18 wie auch zugeordneten Lagerdeckeln
des Motors, die nicht gezeigt sind, vorgesehen sind.
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Eine
bogenförmige
gestrichelte Linie 28 stellt die Zwischenraumlinie für Gegengewichte
und zugeordnete Abschnitte für
Pleuelstangen dar, die mit den nicht gezeigten Kurbelkröpfungen
des Motors drehbar sind.
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Der
Zylinderabschnitt 14 des Motorblockes 10 umfasst
rechte und linke Bänke 30, 32,
wobei jede Bank mit drei in Längsrichtung
ausgerichteten Zylindern 34 versehen ist. Bei ursprünglichen
Modellen der Motorenfamilie, für
die der Motorblock hergestellt wurde, wurden die Zylinderbohrungen
an Ursprungsachsen 36 zentriert, die so orientiert waren,
dass sie sich mit der Kurbelwellenachse 24 überschnitten
haben, so dass die Zylinder unter einem rechten Winkel zu der nicht
gezeigten Kurbelwelle zentriert sind. Die Zylinder umfassen Außenwände 38,
die vollständig oder
teilweise mit Kühlmänteln oder
Wassermänteln 40 zur
Kühlung
der Zylinder während
des Motorbetriebs umgeben sind. In einem zentralen Raum 42 zwischen
den Zylinderbänken 30, 32 verbinden
Stege 44 die Bänke,
und es sind Nockenwellenbohrungen 46 vorgesehen, um eine
die Ventile betätigende Nockenwelle,
die nicht gezeigt ist, drehbar zu lagern.
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Bei
der Montage eines Motors 50 sind, wie teilweise in 2 gezeigt
ist, die Außenenden
der Zylinder 34 durch Zylinderköpfe 52 geschlossen. Stoßstellen
zwischen den Köpfen
und dem Zylinderkopf werden durch Kopfdichtungen abgedichtet, die nicht
gezeigt sind, und die Köpfe
werden an dem Block durch Schrauben oder Bolzen, die nicht gezeigt sind,
gehalten, die sich durch oder in Bolzenöffnungen 54 in den
Zylinderköpfen
und Bolzenöffnungen 56 in
dem Zylinderblock erstrecken. Diese Öffnungen sind in einem fixierten
Muster angeordnet, das als das Schraubenmuster für den Zylinderkopf bezeichnet
wird und das für
eine enge Befestigung der Köpfe an
dem Zylinderblock mit angemessenem Druck sorgt, der auf die Kopfdichtungen
ausgeübt
wird, um eine Rückhaltung
der Zylinderkompressions- wie auch Zünddrücke sicherzustellen.
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Für eine Motorenfamilie
mit relativ großer Produktion
ist die Werkzeugausstattung zum Gießen der Zylinderblockvorsprünge wie
auch der Bearbeitung der Bolzenöffnungen
in dem Motorblock und den Zylinderköpfen darauf begrenzt, das fixierte
Zylinderkopfschraubenmuster der ursprünglichen Konstruktion der Motorenfamilie
vorzusehen. Demgemäß können Änderungen
des Schraubenmusters für den
Zylinderkopf einen großen
Werkzeugausstattungs- wie auch Konstruktionsaufwand erfordern, der bei
der Abwandlung der Motorkonstruktion vermieden werden soll.
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An
einem bestimmten Punkt in dem Konstruktions- oder Abwandlungsverlauf
einer Motorenfamilie, die auf dem Zylinderblock 10 basiert,
können die
Nockenwellenbohrungen 46 oder die Wassermäntel 40 oder
beide eine Begrenzung bezüglich
einer Vergrößerung oder
weiteren Vergrößerung der Motorzylinderbohrungen
um die ursprünglichen
Achsen 36 herum darstellen. Dies erfolgt an einem Punkt,
wenn die Zylinderwand 38 beispielsweise an dem Ort der
Nockenwellenbohrungen 46 eine minimale Dicke erreicht, über die
hinaus die Zylinderbohrungen nicht weiter vergrößert werden können, ohne eine
Verringerung unter die minimale Wanddicke für die Zylinder zu bewirken.
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Die 1 und 2 zeigen
einen solchen Zustand bei der Konstruktion und/oder Entwicklung einer
Motorenfamilie. Die Wände 38 der
Zylinder haben an dem Ort der Nockenwellenbohrungen 46 eine minimale
Dicke erreicht, während
die ursprünglichen Zylinder,
die durch gestrichelte Linien 58 in 2 dargestellt
sind, an den ursprünglichen
Zylinderachsen 36 zentriert sind, wie in 1 gezeigt
ist.
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Bei
der Überlegung,
wie die Zylinderbohrungen ohne große Abwandlung der Motorkonstruktion weiter
erweitert werden können,
wurde erkannt, dass die Zylinder um eine kleine Größe, wie
beispielsweise 3,0 mm, nach außen
vergrößert werden
können, ohne
dass eine Abwandlung des Schraubenmusters des Zylinderkopfes nötig wird
oder übermäßig dünne Zylinderwände benachbart
der Wassermäntel 40 an anderen
Orten in den Zylinderblock bewirkt werden. Demgemäß wurde
die Motorkonstruktion geändert, indem
die Zylinderbohrungsachsen 60 nach außen versetzt vorgesehen wurden.
Die Achsen 60 wurden um eine Abmessung X versetzt, die
gleich einer Hälfte
der Abmessung der Zunahme des Bohrungsdurchmessers der Zylinder 34 relativ
zu den ursprünglichen
Zylindern 58 der Motorfamilie ist. Die Versetzung der Bohrungsachsen
erfolgt in einer Richtung nach außen zu den Außenseiten
der Zylinder und weg von den Innenseiten der Zylinder, an denen
die Wände
mit minimaler Dicke benachbart der Nockenwellenbohrungen angeordnet
sind. An dem neuen Ort schneiden die Bohrungsachsen 60 eine
in Längsrichtung
gerichtete Referenzlinie 62, die parallel zu der Kurbelwellenachse 24 liegt
und sich um eine vertikale Abmessung Y unter die Achse 24 erstreckt.
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Um
die Abwandlung der Motorblockkonstruktion zu vervollständigen,
werden die vergrößerten Zylinder 34 an
den versetzten Bohrungsachsen 60 zentriert bearbeitet,
so dass die Innenwände
der Zylinder bei der gewünschten
minimalen Dicke bleiben, während
die Dicke der Außenwände der
Zylinder um die Größe der Zylindervergrößerungsabmessung
verringert werden. Diese Vergrößerung ist
in der Konstruktionsphase durch die Gestaltung anderer Aspekte des
Zylinderblockes auf eine Größe beschränkt, die
an keiner Stelle um den Zylinder herum eine minimale Wanddicke überschreitet.
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Aufgrund
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden die Zylinder ausreichend
vergrößert, um
eine wesentliche Zunahme des Zylinderhubraums der vergrößerten Motorzylinder
vorzusehen. Diese Vergrößerung ist
darauf begrenzt, eine Verringerung der Zylinderwanddicken unter
gewünschte minimale
Werte zu vermeiden und eine Änderung des
Schraubenmusters des Motorzylinderkopfes zu vermeiden, was einen übermäßigen Werkzeugaufwand
erfordern würde.
Eine gewisse Abwandlung der Zylinderkopfkonstruktion und/oder -bearbeitung kann
abhängig
von der Form der Motorbrennkammern erforderlich werden. Auch werden
größere Kolben
und Kolbenringe für
das Motormodell mit vergrößertem Hubraum
basierend auf der ursprünglichen Motorfamilienkonstruktion
erforderlich. Jedoch ist eine wesentliche Zunahme des Motorhubraums
mit begleitenden Kraft- und Leistungszuwächsen und mit einem Minimum
an Aufwand für
neues Werkzeug vorgesehen.
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Zusammengefasst
ist ein Verfahren vorgesehen, um vergrößerte Zylinderbohrungen in
einem Motor basierend auf einer Familie von Verbrennungsmotoren
auszubilden, die eine ursprüngliche
Zylinderbohrungsachse für
jede Bohrung besitzen, wobei jede Zylinderbohrung gegen eine Vergrößerung in Richtung
einer Seite begrenzt ist. Das Verfahren umfasst, dass eine Versetzungsachse
vorgesehen wird, die parallel zu der ursprünglichen Zylinderbohrungsachse
liegt und in Richtung einer gegenüberliegenden Seite der Zylinderbohrung
um eine Abmessung beabstandet ist, die gleich einer Hälfte einer
vorbestimmten Vergrößerung des
Bohrungsdurchmessers ist, und die vergrößerte Zylinderbohrung an der
Versetzungsachse zentriert wird. Das Verfahren schützt eine
minimale Wanddicke von den Zylindern zu Nockenwellenbohrungen zwischen
den Zylinderbänken, während die
auswärts
gerichtete Vergrößerungsabmessung
bevorzugt auf einen Wert begrenzt ist, der keine Änderung
des Schraubenmusters des Zylinderkopfes erfordert oder die Wanddicke
in anderen Abschnitten der Zylinder unter minimale Werte verringert.