DE2429404A1

DE2429404A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2429404A1
Application number: DE2429404A
Authority: DE
Inventors: Wilfred Percival Mansfield
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1973-06-21
Filing date: 1974-06-19
Publication date: 1975-01-16
Also published as: SE7408028L; FR2234464B1; FR2234464A1; JPS5069416A; IT1014339B; SE405998B; US3977385A; CA1009530A

Description

PATE WTANWAtT

DIPL. ING. E. HOLZEß

AUGSBURG

, 81S73

N, 233

Augsburg, den 18. Juni 1974

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 6.6-74 Victoria Street, London SoW, 1, England

Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse angeordneten Zylindern, weiter mit im Kurbelgehäuse angeordneten und an diesem befestigten Kurbelwellenlagerdeckeln und einer darin gelagerten Kurbelwelle, ferner mit in den

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Zylindern hin- und herbeweglichen Kolben, wobei die Kurbelwellenlagerdeckel und die Zylinderachsen jeweils in
Richtung der Kurbelwellenachse gegeneinander versetzt
angeordnet sind und die Zylinder jeweils in ihrem oberen Teil eine Verbrennungszone aufweisen, und mit an der
Maschinenaußenseite gebildeten geraden Verstärkungselementen_a

Dabei handelt es sich um eine Maschine, bei welcher das üblicne ausgedehnte Kühlsystem mit einem den gesamten Zylinderblock allseitig umschließenden Kühlmantel fehlt, Bei den üblichen Kühlsystemen strömt Kühlwasser ständig
durch den zwischen dem Mantel und dem Zylinderblock
gebildeten Zwischenraum und kühlt den gesamten Zylinderblock, Hiervon unterscheidet sich die Maschine der eben
erwähnten Art durch ein bei weitem weniger umfangreiches Kühlsystem, bei welchem die Kühlung auf diejenigen Teile der Maschine, nämlich insbesondere den Zylinderblock und den Zylinderkopf, beschränkt ist, an welchen die Kühlung zur Verhinderung von überhitzungsschaden wesentlich ist_e Bei einer derartigen Maschine kann die Größe des Kühlers und des Gebläses usw,- verringert und ein größerer Wirkungsgrad durch Vermeidung von Wärmeverlusten erzielt werden, wie sie bei den bekannten Kühlsystemen auftreten. Außerdem ergibt sich bei einer solchen Maschine eine Konstruktion,

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die weniger zur Schallabstrahlung neigt.

Bei einer Maschine der eben genannten Art kann auch der ruhige Lauf durch Rippen oder dgl, zur Versteifung der Wandungen verbessert werden. Solche Rippen können als Zuggurte zwischen dem oberen Maschinenteil, in welchem die Verbrennung stattfindet, und dem unteren Maschinenteil dienen, in welchem die sich ergebenden Kolbenkräfte auf die Kurbelwelle übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Versteifung einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs dargelegten Art durch Rippen oder ähnliche Verstärkungselemente zu verbessern,

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente jeweils mit einem Ende in einer nahe der jeweils zugehörigen Zylinderachse verlaufenden Querebene an der Zylinderkopfkonstruktion befestigt und mit dem anderen Ende in einer das jeweils benachbarte Kurbelwellenlager schneidenden Querebene an der Außenwandung des Kurbelgehäuses befestigt sind, derart,

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daß die Verstärkungselemente jeweils schräg zur Kurbelwellenachse verlaufen und folglich als geradlinige Zugglieder zwischen den Verbrennungszonen und den Kurbelwellenlagerdeckeln dienen, welche die in der Maschine entstehenden und den Zylinderkopf und die Kurbelwellenlagerdeckel vom Zylinderblock zu trennen versuchenden Gasdruckkrafte aufnehmen.

Gemäß der Erfindung sind also die Rippen oder sonstige Verstärkungselemente so angeordnet, daß im wesentlichen alle auf den Zylinderkopf ausgeübten Gasdruckkräfte geradlinig auf die Kurbelwellenlagerdeckel übertragen werden, wo die entsprechenden Gegenkräfte über den Kolben, die Pleuelstange und die Kurbelwelle angreifen. Durch die geradlinige übertragung der Kräfte, beispielsweise mittels geneigter Rippen, aus dem belasteten Mittelbereich jedes Zylinderkopfes auf die beiden benachbarten Kurbelwellenlager werden die Biegemomente verringert, welche die Ursache der normalen geräuscherzeugenden Durchbiegungen der Maschinenwandungen sind. Derartige Rippen können auch zur Versteifung der Maschinenkonstruktion dienen und damit die Wirkung sekundärer geräuscherzeugender Kräfte verringern»

Bei einer typischen Maschine, bei welcher die Zylinder-

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achsen in jeweils zueinander parallelen und rechtwinklig zur Kurbelwellenachse verlaufenden Querebenen liegen, liegen die Kurbelwellenlagerdeckel jeweils zwischen den durch die Zylinderachsen bestimmten Querebenen, Die Rippen verlaufen also sowohl zu diesen Querebenen als auch zur Kurbelwellenachse schräg«

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die genannten Rippen einstückige Portsätze von die Zylinderköpfe verstärkenden Rippen, Diese Ausführungsform kann Anwendung finden, wenn der Zylinderblock und die Zylinderköpfe als;eine einzige einstückige Einheit ausgebildet sind_f Ist der Zylinderkopf ein gesondertes Bauteil, so können Verdickungen zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben in Form von Portsätzen von miteinander fluchtenden Rippen am. Zylinderblock und am Zylinderkopf gebildet sein. Die Zylinderkopfschrauben stellen dann die Verbindung zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf her und übertragen die Gaskräfte durch die miteinander verbundenen Rippen ebenso wie bei der einstückigen Ausführung, An ihren den Kurbelwellenlagerdeckeln zugewandten Enden können die Rippen entweder einstückig mit dem Kurbelgehäuse ausgebildet sein, an welchem die Lagerdeckel gewöhnlich angeschraubt sind, oder sie können direkt oder indirekt, beispielsweise mittels Schrauben oder.dgl,, am Kurbelgehäuse befestigt sein»

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(ο

Die Zylinder der Maschine sind vorzugsweise einstückig

mit dem übrigen Zylinderblock ausgebildet und die schräg verlaufenden Rippen können zur Versteifung der Zylinder an denselben befestigt sein.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung bilden Gegenstand der Unteransprüche,

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben, Es stellen dar:

Figo 1 eine perspektivische Ansicht eines

Modells einer Maschine nach der Erfindung,

Pig» 2 eine Seitenansicht einer etwas

schematischeren Modellausführung der gleichen Maschine, und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der

in Fig, 2 dargestellten Ausführungsform,

Die in den Zeichnungen dargestellte Modelldieselmaschine

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weist einen Zylinderblock mit drei reihenförmig angeordneten Zylindern 1, 2 und 3 und einen damit einstückig ausgebildeten Zylinderkopf 4, weiter einen Zylinderkopfdeckel 5 und die üblichen Kraftstoffeinspritzer 6 auf, von welch letzteren nur einer dargestellt ist. Das Kurbelgehäuse 7 besitzt, wie üblich, einen ölsumpf 8 mit einem öleinfüllstutzen und an seiner Oberseite einen Plansch 10, der an einem entsprechenden Plansch 11 an der Basis des Kurbelgehäuses mittels einer Anzahl Schrauben 12 befestigt ist, von denen nur eine dargestellt ist. Im Kurbelgehäuse sind Kurbelwellen-Lagerhalbschalen 13 angeordnet, deren andere Lagerhalbschalen durch Lagerdeckel Ik gebildet sind, die in der üblichen Weise angeschraubt sind. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten streifenförmigen Teile 15 sind lediglich abgeschnittene, schematische Darstellungen des Kurbelgehäuses und des ölsumpfes, die in Pig. I vollständig gezeichnet sind.

Auf dem Zylinderkopf sind Rippen 16 so angeordnet, daß der größte Teil der während der Verbrennung in den Zylindern 1, 2 und 3 auf den Zylinderkopf' 4 ausgeübten Gasdruckkrafte auf diese Rippen übertragen und eine Durchbiegung der Zylinderkopfkonstruktion durch diese Kräfte verringert wird. Die Rippen 16 liegen in nahe den Zylinderachsen verlaufenden Querebenen und verlaufen folglich

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entlang der Linie der Reaktionskräfte, welche die Gaskräfte in den Zylindern auf den Zylinderkopf ausüben. Einstückige Fortsätze 17 der Rippen 16 verlaufen an beiden Seiten des Zylinderblockes abwärts und sind mit ihren inneren Rändern an den der Außenluft ausgesetzten Außenflächen der unteren Teile der Zylinder 1, 2 und 3 befestigt. Dadurch wird die Steifigkeit und Festigkeit der Zylinderwandungen verbessert und ihre Neigung zur Geräuscherzeugung verringert» Die Rippenfortsätze 17 gehen in die Außenwandung des Kurbelgehäuses über, und zwar an denjenigen Stellen, an welchen die Lagerhalbschalen 13 an der Innenfläche des Kurbelgehäuses angrenzen. Folglich verlaufen die jeweils aus den Einzelelementen 16 und 17 gebildeten rippenähnlichen Verstärkungselemente, welche den Zylinderkopf derart mit den Lagerdeckeln verbinden, daß die Verbrennungskräfte geradlinig zwischen den beiden Teilen übertragen werden, unter einem schrägen Winkel zur Kurbelwellenachse und zu den die Zylinderachsen der Zylinder 1, 2 und 3 enthaltenden Querebenen· Eine längsverlaufende vertikale Rippe 22 auf dem Zylinderkopf, die nur in den Fig, 2 und 3 sichtbar ist, da sie vollständig innerhalb des in Fig, I sichtbaren Zylinderkopfdeckeis 5 verläuft, sowie obere und untere Plattenelemente, d.h. horizontale Rippen 23 und 2k und die Flansche 10 und 11 versteifen die Konstruktion, Die

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untere, an den Außenwandungen der Zylinder 1, 2 und 3 befestigte Platte 24 ist etwa in einer Höhe angeordnet, •welche der Höhe der Unterkante des in Figo 2 sichtbaren Kolbens 25 unmittelbar nach Durchlaufen des oberen Totpunktes seines Kolbenhubes entspricht» Diese Höhe ist -eine derjenigen Stellen, an welcher der Kolben am wahrscheinlichsten gegen die Zylinderwandung schlägt. Eine besondere Verstärkung an dieser Stelle trägt daher wesentlich zur Verminderung dieses Schlaggeräusches bei.

Unmittelbar unterhalb der oberen Horizontalplatte 23 ist ein Kinlaßrohrverzweiger 26 angeordnet, durch welcnen Kühlwasser in um die Zylinder herum angeordnete ringförmige Kanäle geleitet wird. Diese Ringkanäle haben in der Axialrichtung der Zylinder eine kleine Ausdehnung und sind nur im Bereich der Verbrennungszonen der Zylinder angeordnet. Durch den Rohrverzweiger 26 wird auch Kühlwasser in nicht dargestellte Kanäle des Zylinderkopfes geleitet, welche in den thermisch kritischen Bereichen des Zylinderkopfes, beispielsweise bei der Kraftstoffeinspritzdüse und den Auspuffventilen und Ventilführungen, verlaufen. Durch einen Auslaßstutzen 2,7 wird das Kühlwasser zu einem Künler oder einem anderen geeigneten Wärmetauscher zurückgeleitet.

Die schematischen Zeichnungen zeigen nur diejenigen

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Rippen l6 und Rippenfortsätze 17, welche den Zylinderkopf mit den beiden Kurbelwellenlagern der Maschine verbinden. In der Praxis s_ind bei einer Dreizylindermaschine der dargestellten Art oft noch zwei weitere, jeweils an den Maschinenenden angeordnete Kurbelwellenlager vorgesehen« In diesem Fall sind weitere schrägverlaufende Rippen gebildet, welche den Zylinderkopf mit diesen weiteren Lagern verbinden _Q

Bei der oben beschriebenen Konstruktion sind die Rippen über das Kurbelgehäuse mit den Kurbelwellenlagern verbunden und der Maschine wird durch die Verbindung der Plansche und 10 zusätzliche Steifigkeit verliehen. Es sind jedoch auch alternative Konstruktionen möglich und gegebenenfalls wünschenswert, bei denen die Rippen in einer direkteren Weise mit den Kurbelwellenlagern verbunden sind und das Kurbelgehäuse mehr von den Rippen und den Lagern getrennt ist. Dazu kann beispielsweise das Kurbelgehäuse mittels einer abgedichteten, aber flexiblen Verbindung am Zylinderblock befestigt sein. Eine derartige Abwandlung kann wünschenswert sein, wenn das Kurbelgehäuse einer Bauart angehört, die besonders zu geräuschvollen Schwingungen neigt.

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Claims

AA

Patentansprüche

_slJ Verbrennungskraftmaschine mit zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse angeordneten Zylindern, weiter mit im Kurbelgehäuse angeordneten und an diesem befestigten Kurbelwellenlagerdeckeln und einer darin gelagerten Kurbelwelle, ferner mit in den Zylindern hin- und herbeweglichen Kolben, wobei die Kurbelwellenlagerdeckel und die Zylinderachsen jeweils in Richtung der Kurbelwellenachse gegeneinander versetzt angeordnet sind und die Zylinder jeweils in ihrem oberen Teil eine Verbrennungszone aufweisen, und mit an der Maschinenaußenseite gebildeten geraden Verstärkungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente (16, 17) jeweils mit einem Ende in einer nahe der jeweils zugehörigen Zylinderachse verlaufenden Querebene an der Zylinderkopfkonstruktion (4) befestigt und mit dem anderen Ende in einer das jeweils benachbarte Kurbelwellenlager (13,--1-4) schneidenden Querebene an der Außenwandung des Kurbelgehäuses (7) befestigt sind, derart, daß die Verstärkungselemente jeweils schräg zur Kurbelwellenachse verlaufen und folglich als geradlinige Zugglieder zwischen den Verbrennungszonen und den Kurbelwellenlagerdeckeln

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dienen, welche die in der Maschine entstehenden und den Zylinderkopf und die Kurbelwellenlagerdeckel vom Zylinderblock (1, 2, 3) zu trennen versuchenden Gasdruckkräfte aufnehmen.

2, Maschine nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungselemente als von der Maschinenkonstruktion abstehende Rippen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16, 17) jeweils mindestens über Teile ihrer Länge mit ihren der Maschine zugewandten Rändern an der Maschinenkonstruktion befestigt sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente (16, 17) jeweils zusammengesetzte Rippen sind, deren einer Endteil eine am Zylinderkopf (4) gebildete Versteifungsrippe (l6) und deren anderer Endteil (17) am Kurbelgehäuse (7) befestigt ist,

U, Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die einem beträchtlichen, sich an das Kurbelgehäuse anschließenden Teil der Zylinderlänge zugeordneten Zylinderaußenwandungen der Außenluft ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rippen (17) auf diesem Teil der Zylinderlänge an den Zylinderaußenwandungen befestigt sind und

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deren Versteifung dienen.

5. !«laschine nach Anspruch 4, mit einer Anzahl von Zylindern, deren. Achse zueinander parallel sind und in einer gemeinsamen Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die der Außenluft ausgesetzten Teile der Zylinderwandungen durch eine Verstärkungsplatte (24) versteift sind, welche unter rechtem Winkel zur genannten Ebene und zu den Zylinderachsen verläuft, und daß diese Platte an sämtlichen Zylindern und sämtlichen Rippen (17) befestigt ist«

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die' Verstärkungsplatte (24) in derjenigen Höhe an den Zylindern befestigt ist, die der Höhe der Unterkante der Kolben nach Durchlaufen des oberen Totpunktes entspricht,.

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