DE19532326C1 - Crankcase made of light metal for IC engine - Google Patents

Crankcase made of light metal for IC engine

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Abstract

The basic bearing covers in the outer area are made of a material with lower heat expansion. They are formed in two parts and an inner part with the material with higher heat expansion is enclosed corset-fashion with a support cover of material with lower heat expansion which forms the second part. The inner part (7) with the material with high heat expansion encompasses the pin (4) of the crankshaft crescent-fashion with lateral reduced wall thickness. The proportion of the inner part with the material with high heat expansion in relation to the complete wall thickness (A) is between 0.1 and 0.5. The material for high heat expansion is aluminium or aluminium alloy and that for low heat expansion is steel or cast iron.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse aus Leichtme­ tall nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher de­ finierten Art.The invention relates to a crankcase made from Leichtme tall according to the de in the preamble of claim 1 closer financed art.

Aus der DE 40 33 853 A1 ist ein Kurbelgehäuse aus Leichtmetall zur Lagerung einer Kurbelwelle einer Brenn­ kraftmaschine bekannt, bei dem für die Lagerung der Kur­ belwelle Grundlagerdeckel vorgesehen sind, welche im in­ neren Bereich umfassend oder zumindest in einem oder mehreren Teilbereichen ein Material mit hoher Wärmedeh­ nung und im äußeren Bereich ein Material mit geringer Wärmedehnung aufweisen. Dabei sind die Grundlagerdeckel zweiteilig ausgebildet, wobei ein inneres Teil mit dem Material mit hoher Wärmedehnung außenseitig korsettartig von einem Stützdeckel aus einem Material mit geringer Wärmedehnung als zweitem Teil umgeben ist.A crankcase is known from DE 40 33 853 A1 Light metal for mounting a crankshaft of a Brenn known engine, for the storage of the cure belwelle base bearing cover are provided which in nere area comprehensive or at least in one or several sub-areas a material with high thermal expansion material and in the outer area a material with less Have thermal expansion. Here are the base bearing caps formed in two parts, with an inner part with the Material with high thermal expansion corset-like on the outside from a support cover made of a material with low Thermal expansion is surrounded as a second part.

Diese bekannte Lösung ist jedoch hinsichtlich einer langfristigen Aufrechterhaltung eines bestimmten Lager­ spieles im Betrieb bzw. der Einstellung eines bestimmten Dehnungsverhaltens und der Geräuschemission verbesse­ rungsfähig. However, this known solution is regarding one long-term maintenance of a particular warehouse game in the operation or the setting of a certain Elongation behavior and noise emissions improve capable.  

Aus der DE-OS 31 35 683 ist ein Grundlagerdeckel für die Lagerung einer Kurbelwelle im Kurbelgehäuse einer Brenn­ kraftmaschine bekannt. Der Grundlagerdeckel besteht aus Leichtmetall, in das ein Kern aus Eisen in Streifenform eingegossen ist, so daß der Grundlagerdeckel einstückig ausgeführt ist.From DE-OS 31 35 683 is a base bearing cover for Storage of a crankshaft in the crankcase of a Brenn engine known. The base bearing cover consists of Light metal, in which a core of iron in strip form is cast in so that the base bearing cover is in one piece is executed.

Der aus der vorstehend genannten Druckschrift bekannte Grundlager­ deckel weist jedoch den Nachteil auf, daß er lediglich wie eine Art Platte wirkt, so daß bei einer Wärmedehnung das Leichtmetall seitlich ausweicht und damit die Lager­ rundheit nicht mehr gegeben ist. Dies kann zu hydrodyna­ mischen Gleitlagerproblemen im Motorbetrieb führen. Das Auftreten eines größeren Lagerspieles kann mit der in der genannten Offenlegungsschrift offenbarten Anordnung nicht bzw. nur unbefriedigend vermieden werden, wobei insbesondere seitlich eine Lagerluft (Spielvergrößerung) auftritt.The base camp known from the aforementioned publication However, the lid has the disadvantage that it only acts like a kind of plate, so that with thermal expansion the light metal dodges sideways and thus the bearings roundness is no longer given. This can lead to hydrodyna mixing cause plain bearing problems in engine operation. The A larger bearing clearance can occur with the in the aforementioned disclosure disclosed arrangement can not be avoided or only unsatisfactorily, whereby especially a side clearance (clearance increase) occurs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, ein Kurbelgehäuse aus Leichtmetall vorzusehen, welches keine bzw. ledig­ lich eine minimale Vergrößerung des Lagerspieles während des Betriebes der Brennkraftmaschine aufweist.The invention is based on the object reasons, a crankcase to be made of light metal, which none or single Lich a minimal increase in bearing play during of the operation of the internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale ge­ löst.This task is in a generic device by the in the kenn drawing part of claim 1 mentioned features ge solves.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und zweiteilige Ausführung der Grundlagerdeckel wird die unvermeidliche Wärmedehnung des Materials bzw. Werkstoffes mit hoher Wärmedehnung nutzbringend so eingesetzt, daß dem sich ausdehnenden Bauteil durch einen Bimetall-Grundlager­ deckel, also einer Kombination aus einem Material mit hoher Wärmedehnung und einem Material mit geringer Wär­ medehnung, begegnet wird. Hierbei kann durch geeignet gewählte Wandstärkenverläufe des inneren Teils mit dem Material mit hoher Wärmedehnung innerhalb des Grundla­ gerdeckels ein gezieltes Wärmedehnungsverhalten des ein­ geschlossenen Volumens des Materials mit hoher Wärmedeh­ nung in Richtung des Kurbelzapfens erreicht werden.Due to the arrangement according to the invention and two parts Execution of the base bearing cover becomes the inevitable Thermal expansion of the material or material with high Thermal expansion beneficially used so that the expanding component through a bimetal base bearing cover, i.e. a combination of a material with high thermal expansion and a material with low heat medehnung, is met. This can be done by selected wall thickness curves of the inner part with the Material with high thermal expansion within the basic a targeted thermal expansion behavior of the closed volume of material with high thermal expansion tion in the direction of the crank pin.

Das Prinzip besteht also in der "Dehnungsumkehr" eines stark wärmedehnenden Materialvolumens an einem wärmedeh­ nungsunempfindlicheren Stützdeckel, welcher die Funktion einer die Lagerkontur umschließenden Barriere übernimmt.The principle is therefore the "reversal of stretch" one strong thermal expansion material volume on a thermal expansion Support cover that is less sensitive to a barrier surrounding the bearing contour takes over.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnung zwei Ausführungs­ beispiele der vorliegenden Erfindung prinzipmäßig be­ schrieben. Below are two execution based on the drawing examples of the present invention in principle be wrote.  

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen Kurbelgehäuses, Fig. 1 shows a section through a first Ausführungsbei play a crankcase according to the invention,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen Kurbelgehäuses und Fig. 2 shows a section through a second game Ausführungsbei a crankcase and

Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Aufweitung der La­ gerbohrung in Prozent über dem Aluminiumanteil im Lagerdeckel aufgetragen ist. Fig. 3 is a diagram in which the expansion of the bearing bore is plotted in percent above the aluminum content in the bearing cap.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein Kur­ belgehäuse dargestellt.Referring to Fig. 1, a section through a Kur belgehäuse is shown.

Ein Motorblock 1, welcher aus einem Leichtmetall, bei­ spielsweise aus Aluminium, hergestellt ist, weist eine "bedplate" 2 , also eine massive Lagerbrücke bzw. ein Gehäuseunterteil, auf, welche ebenfalls beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist.An engine block 1 , which is made of a light metal, for example made of aluminum, has a "bedplate" 2 , that is to say a solid bearing bridge or a lower housing part, which is also made of aluminum, for example.

Die Verbindung zwischen dem Motorblock 1 und der "bed­ plate" 2 ist mittels zweier Schrauben 3 hergestellt.The connection between the engine block 1 and the "bed plate" 2 is established by means of two screws 3 .

Der Motorblock 1 sowie das "bedplate" 2 umschließen je zur Hälfte einen Zapfen 4 der Kurbelwelle einer Brenn­ kraftmaschine. Der Zapfen 4 ist hierbei von Lagerschalen 5 umgeben.The engine block 1 and the "bedplate" 2 each enclose half a pin 4 of the crankshaft of an internal combustion engine. The pin 4 is surrounded by bearing shells 5 .

Die "bedplate" 2 mit der darin eingesetzten Anordnung, die nachfolgend beschrieben werden soll, hat hierbei die Funktion eines Grundlagerdeckels, wie er vom Stand der Technik bekannt ist.The "bedplate" 2 with the arrangement used therein, which will be described below, has the function of a base bearing cover, as is known from the prior art.

Auf der "bedplate" 2 vorgesehen bzw. in diese eingelas­ sen oder integriert ist ein Stützdeckel 6 aus einem Ma­ terial bzw. Werkstoff mit geringer Dehnung, beispiels­ weise Stahl oder Gußeisen, wobei die Schraubenköpfe der Schrauben 3 auf dem Stützdeckel aufliegen und diesen ge­ gen den Motorblock 1 pressen. Der Grundlagerdeckel ist somit zweiteilig, nämlich dem als äußeren Teil ausgebil­ deten Stützdeckel 6 und einem als inneren Teil ausgebil­ deten Halbring 7, ausgeführt.On the "bedplate" 2 provided or integrated in this sen or integrated is a support cover 6 made of a material or material with low elongation, for example steel or cast iron, the screw heads of the screws 3 rest on the support cover and this ge conditions press the engine block 1 . The base bearing cover is thus in two parts, namely the support cover 6 formed as an outer part and a half ring 7 formed as an inner part.

Der Stützdeckel 6 umschließt hierbei korsettartig den Halbring 7, welcher Restandteil der "bedplate" 2 ist und somit aus demselben Material bzw. Werkstoff mit hoher Wärmedehnung, beispielsweise Aluminium, hergestellt ist.The support cover 6 encloses the half ring 7 in the manner of a corset, which remaining part of the "bedplate" 2 is thus made of the same material or material with high thermal expansion, for example aluminum.

Der Anteil des Halbrings 7 an der Gesamtwanddicke A der dargestellten Lagerung der Kurbelwelle einer Brennkraft­ maschine beträgt zwischen 20% und 30% bzw. zwischen ca. 0,2 und ca. 0,3 der Gesamtwanddicke A (siehe Fig. 1). Ganz allgemein kann die Wanddicke des inneren Teils mit dem Material mit hoher Wärmedehnung (Halbring 7) 0,1 bis 0,5 betragen, womit der Anteil des äußeren Teils mit dem Material mit geringer Wärmedehnung (Stützdeckel 6) entsprechend 0,5 bis 0,9 beträgt. Die Gesamtwanddicke A umfaßt hierbei die Wanddicke des Stützdeckels 6 sowie des Halbrings 7 in radialer Richtung des Zapfens 4 der Kurbelwelle. Erwärmt sich nunmehr während des Betriebs der Brennkraftmaschine die dargestellte Lagerstelle ent­ sprechend, so dehnen sich sowohl der Halbring 7 als auch der Stützdeckel 6 aus.The proportion of the half ring 7 in the total wall thickness A of the illustrated bearing of the crankshaft of an internal combustion engine is between 20% and 30% or between about 0.2 and about 0.3 of the total wall thickness A (see FIG. 1). In general, the wall thickness of the inner part with the material with high thermal expansion (half ring 7 ) can be 0.1 to 0.5, with the proportion of the outer part with the material with low thermal expansion (supporting cover 6 ) correspondingly 0.5 to 0, 9 is. The total wall thickness A comprises the wall thickness of the support cover 6 and the half ring 7 in the radial direction of the pin 4 of the crankshaft. Now heats up the bearing shown accordingly during operation of the internal combustion engine, both the half ring 7 and the support cover 6 expand.

Da der Stützdeckel 6 jedoch aus einem Material mit ge­ ringer Wärmedehnung gefertigt ist, wird sich dieser im Vergleich zu dem Halbring 7, welcher aus einem Material mit hoher Wärmedehnung gefertigt ist, weniger ausdehnen. Aus Gründen des Zusammenspiels von Wärmedehnung und Steifigkeit sind die Wanddicken des Halbrings 7 und des Stützdeckels 8 unterschiedlich vorgesehen. Der Halbring 7 wird sich aufgrund seines Werkstoffes (Material mit hoher Wärmedehnung) um zumindest denselben Betrag ra­ dial bezüglich des Zapfens 4 der Kurbelwelle ausdehnen wie der aus einem Material mit geringer Wärmedehnung ge­ fertigte Stützdeckel 6.However, since the support cover 6 is made of a material with low thermal expansion, it will expand less compared to the half ring 7 , which is made of a material with high thermal expansion. For the sake of the interaction of thermal expansion and rigidity, the wall thicknesses of the half ring 7 and the support cover 8 are provided differently. The half ring 7 will expand due to its material (material with high thermal expansion) by at least the same amount ra dial with respect to the journal 4 of the crankshaft as the support cover 6 made from a material with low thermal expansion.

Gleichzeitig wirkt der Stützdeckel 6 während des Aus­ dehnens des Halbrings 7 als Barriere, so daß sich der Halbring 7 nicht nur radial nach außen bezüglich des Zapfens 4 der Kurbelwelle ausdehnt, sondern auch radial nach innen (siehe Pfeile in der Fig. 1). Auf diese Weise ist in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine na­ hezu dasselbe Spiel in dem dargestellten Lager vorhan­ den, so daß ein entsprechend gleichbleibend guter Fahr­ komfort aufgrund niedriger Geräuschemissionen erzielbar ist.At the same time, the support cover 6 acts as a barrier during the expansion of the half ring 7 , so that the half ring 7 not only expands radially outwards with respect to the pin 4 of the crankshaft, but also radially inwards (see arrows in FIG. 1). In this way, in almost every operating state of the internal combustion engine na almost the same game in the illustrated bearing, so that a correspondingly consistently good driving comfort can be achieved due to low noise emissions.

Es ist offensichtlich, daß sich auch der Motorblock 1 bei Erwärmung im Betrieb der Brennkraftmaschine aus­ dehnen wird, und zwar ebenfalls radial bezüglich des Zapfens 4 der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (s. Pfeile in der Fig. 1). Auch diese Wärmedehnung wird durch die definierte Ausdehnung des Halbringes 7 zu­ mindest teilweise ausgeglichen, so daß sich das La­ gerspiel bei Wärmedehnung nicht wesentlich verändert.It is obvious that the engine block 1 will also expand when heated during operation of the internal combustion engine, also radially with respect to the pin 4 of the crankshaft of the internal combustion engine (see arrows in FIG. 1). This thermal expansion is at least partially compensated for by the defined expansion of the half ring 7 , so that the La gerspiel does not change significantly with thermal expansion.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kur­ belgehäuses aus Leichtmetall, wobei im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 der Halbring 7 nicht halbkreisförmig ausgeführt ist, sondern den Zapfen 4 der Kurbelwelle sichelförmig mit seitlich reduzierter Wand­ dicke umgibt, wobei auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Wanddickenverhältnis von Stützdeckel 6 zu Halbring 7 so vorgesehen ist, daß ein gezieltes Dehnungsverhalten für günstige Hydrodynamik und Geräuschemission erreicht bzw. eingestellt werden kann. Dadurch kann die Lagerkon­ tur speziell in der Form beeinflußt werden. Fig. 2 shows a further embodiment of a Kur belgehäuses made of light metal, in contrast to the embodiment of FIG. 1, the half ring 7 is not semicircular, but surrounds the pin 4 of the crankshaft crescent-shaped with a reduced wall thickness, also with this Embodiment, the wall thickness ratio of support cover 6 to half ring 7 is provided so that a targeted expansion behavior for favorable hydrodynamics and noise emissions can be achieved or set. As a result, the shape of the bearing contour can be influenced.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm den optimalen Anteil des Materials mit hoher Wärmedehnung an der Gesamtwanddicke A. Fig. 3 is a diagram showing the optimum proportion of the material having a high thermal expansion of the total wall thickness A.

Auf der Abszisse ist hierbei der Anteil des Leichtme­ talls am gesamten Grundlagerdeckel, also der Kombination aus Stützdeckel 6 und Halbring 7, in Prozenten angege­ ben, während auf der Ordinate die Aufweitung der Lager­ bohrung bei Wärmedehnung in Prozent angegeben ist.On the abscissa, the proportion of light metal in the entire base bearing cover, i.e. the combination of support cover 6 and half ring 7 , is given in percent, while the ordinate shows the expansion of the bearing bore with thermal expansion in percent.

Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, liegt das Minimum der Wärmeausdehnung bei einem Leichtmetallanteil im Grundlagerdeckel von ca. 25%, wobei jedoch selbstver­ ständlich auch schon bereits bei niedrigeren Werten, wie beispielsweise 6%, geringere Aufweitungen der Lagerboh­ rungen im Vergleich zum Stand der Technik vorliegen. Um den gesamten Grundlagerdeckel möglichst leichtgewichtig ausführen zu können, ist es selbstverständlich von Vor­ teil, wenn der Leichtmetallanteil möglichst groß ist, wobei selbst bei einem Leichtmetallanteil von 50% noch die selben Werte für die Wärmedehnung erreicht werden wie bei einer Ausführung des Grundlagerdeckels aus einem Werkstoff mit geringer Wärmedehnung (siehe durchgezogene waagrechte Linie 8), so daß sich zwar hinsichtlich der Wärmedehnung kein Vorteil ergibt, allerdings kann der Grundlagerdeckel leichter ausgeführt und somit Gewicht eingespart werden.As can be seen in FIG. 3, the minimum of the thermal expansion is about 25% with a light metal content in the base bearing cover, but of course even with lower values, such as 6%, less expansion of the bearing holes compared to the state of technology. In order to be able to carry out the entire base bearing cover as lightly as possible, it is of course advantageous if the light metal content is as large as possible, whereby even with a light metal content of 50% the same values for thermal expansion are achieved as when the base bearing cover is made of one material with low thermal expansion (see solid horizontal line 8 ), so that there is no advantage in terms of thermal expansion, but the base bearing cover can be made lighter and thus weight can be saved.

Selbstverständlich kann die beschriebene Lageranordnung bei entsprechender Ausbildung des Halbringes 7 auch zur Darstellung von Mehrflächen-Gleitlagern eingesetzt wer­ den, wobei der Halbring 7 entsprechend der Form bzw. Kontur des darzustellenden Mehrflächen-Gleitlagers an­ gepaßt bzw. auszubilden ist.Of course, the described bearing arrangement with an appropriate design can of the half-ring 7 also for the display of multi-surface sliding bearings used who, wherein the half-ring 7 of the shape or contour fitted in accordance with the displayed multi-surface sliding bearing or to form the.

Als Leichtmetalle können Aluminium, Titan, Magnesium und deren Legierungen Verwendung finden, um die wärmedeh­ nungskompensierende Wirkung zu realisieren.Aluminum, titanium, magnesium and their alloys are used to reduce the thermal expansion realizing the compensation effect.

Claims (4)

1. Kurbelgehäuse aus Leichtmetall zur Lagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei für die Lagerung der Kurbelwelle Grundlagerdeckel vorgesehen sind, welche im inneren Bereich umfassend oder zu­ mindest in einem oder mehreren Teilbereichen ein Ma­ terial mit hoher Wärmedehnung und im äußeren Bereich ein Material mit geringer Wärmedehnung aufweisen, wobei die Grundlagerdeckel zweiteilig ausgebildet sind und wobei ein inneres Teil mit dem Material mit hoher Wärmedehnung außenseitig korsettartig von ei­ nem Stützdeckel aus einem Material mit geringer Wärmedehnung als zweitem Teil umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil (7) mit dem Material mit hoher Wärmedehnung den Zapfen (4) der Kurbelwelle sichel­ förmig mit seitlich reduzierter Wanddicke umgibt, wobei der Anteil des inneren Teils (7) mit dem Material mit hoher Wärmedehnung an der Gesamtwand­ dicke A zwischen 0,1 bis 0,5 beträgt.1. crankcase made of light metal for mounting a crankshaft of an internal combustion engine, wherein for the mounting of the crankshaft base bearing caps are provided, which in the inner area comprehensively or at least in one or more sub-areas a material with high thermal expansion and in the outer area a material with low thermal expansion have, wherein the base bearing cover are formed in two parts and an inner part with the material with high thermal expansion is surrounded on the outside corset-like by a support cover made of a material with low thermal expansion as a second part, characterized in that the inner part ( 7 ) with the material with high thermal expansion surrounds the pin ( 4 ) of the crankshaft in a crescent shape with a laterally reduced wall thickness, the proportion of the inner part ( 7 ) with the material with high thermal expansion in the total wall thickness A being between 0.1 and 0.5. 2. Kurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des inneren Teils (7) mit dem Material mit hoher Wärmedehnung an der Gesamtwanddicke A zwi­ schen 0,2 bis 0,3 beträgt. 2. Crankcase according to claim 1, characterized in that the proportion of the inner part ( 7 ) with the material with high thermal expansion in the total wall thickness A is between 0.2 to 0.3. 3. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die hohe Wärmedehnung Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und als Material für eine geringe Wärmedehnung Stahl oder Gußeisen vor­ gesehen sind.3. crankcase according to one of claims 1 or 2, characterized in that as a material for high thermal expansion aluminum or an aluminum alloy and as a material for low thermal expansion steel or cast iron are seen. 4. Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil (7) mit dem Material mit hoher Wär­ medehnung bei einem Mehrflächen-Gleitlager ab­ schnittsweise den Zapfen (4) der Kurbelwelle umgibt.4. Crankcase according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner part ( 7 ) with the material with high thermal expansion in a multi-surface plain bearing from sections of the pin ( 4 ) surrounds the crankshaft.
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