DE3233578A1 - Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen zylinderlaufbuechsen und einzelzylinderkoepfen - Google Patents

Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen zylinderlaufbuechsen und einzelzylinderkoepfen

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Description

üb-gr * ό'
M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft
Nürnberg, 08. September 1982
Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Binzelzylinderköpfen.
Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen, insbesondere für Nutzfahrzeuge.
Die auswechselbaren Zylinderlaufbüchsen der meisten derzeit gebauten Motoren mit "nassen" Laufbüchsen haben im oberen Bereich einen Büchsenbund, mit dem sie auf dem Kurbelgehäuse aufliegen und durch einen Teil der Anpreßkraft des Zylinderkopfes mit diesem verspannt werden. Diese Bauart hat unter anderem den Nachteil, daß der Bund-Außendurchmesser gegenüber dem Zylinder-Innendurchmesser relativ groß ist und zur Unterbringung derartiger Laufbüchsen im Kurbelgehäuse ein großer Zylinderabstand nötig ist. Letzterer wird auch dadurch erforderlich, daß die großen Pressungen unter dem Laufbüchsenbund ringsherum durch versteifende Wände, so auch zwischen den einzelnen Zylindern, abgestützt werden müssen. Der erhebliche Nachteil dieser Bauart besteht somit vor allem darin, daß ein relativ großer Zylinderabstand und somit ein unerwünscht großes Bauvolumen des Motors eintritt.
Eine Möglichkeit, den Zylinderabstand und somit das Bauvolumen des Motors zu verringern, kann durch Anwendung in das Kurbelgehäuse eingegossener Zylinderrohre, gegebenenfalls in Kombination mit ein-
gesetzten trockenen Büchsen, welche ebenfalls im oberen Bereich einen Büchsenbund aufweisen, erreicht werden. Diese Ausführung hat allerdings besonders bei Motoren größerer Bauart den Nachteil, daß infolge des eingegossenen Rohres das Kurbelgehäuse-Gußstück wesentlich komplizierter wird. So ist im Gegensatz zur Lösung mit "nassen" Büchsen zur Herstellung des Rohteiles ein besonderer Wassermantel-Sandkern nötig. Zur Lagerung des Kernes in der Gußform und auch zur Entfernung des Kernsandes sind in wichtigen tragenden Wänden dieses Gehäuses große öffnungen erforderlich. Ferner ergeben sich besonders bei Motoren mit Zielsetzung geringen Bauvolumens zwangsläufig in weiten Bereichen dünne Wandstärken des Wassermantelkernes. Derart dünne Kernstärken erhöhen das Ausschußrisiko erheblich. Ferner besteht die Gefahr, daß z. B. durch Kernrisse während des Abgusses an diesen Stellen Gußhäute entstehen, die die Kühlwasserzwangsströmung im Bereich wichtiger Partien unterbrechen, was bei Hochleistungsmotoren unweigerlich zu Motorausfall führen würde. Die sichere Vermeidung derartiger Gußhäute (Blattrippen) erfordert, daß der Wasserraum an allen Stellen einsehbar und kontrollierbar wird. Dies ist jedoch wegen der vielen öffnungen in tragenden Partien praktisch nicht durchführbar, so daß sich mit Motoren dieser Bauart zwangsläufig das Schadensrisiko erhöht.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art eine Bauvolumenverringerung zu erreichen, ohne daß dabei eine komplizierte Herstellung in Kauf genommen zu werden braucht, bei der die Gefahr besteht, daß das spätere Ausfallrisiko der Motoren erhöht, bzw. deren sichere Funktion in Frage gestellt wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die einzelnen Zylinderlaufbüchsen einen unterhalb des jeweiligen, sie umgebenden, Kühlwasserraumes liegenden Auflagebund aufweisen, und daß die Abdichtung der einzelnen Kühlwasserräume zu den einzelnen Zylinderköpfen hin jeweils über einen im oberen Bereich der kurbelgehauseseitigen Zylinderöffnungen für die Laufbüchsen vorgesehenen Dichtbund, welcher jeweils zwischen den einzelnen Zylinderlaufbüchsen als. den jeweiligen Kühlwasserraum überbrückender Steg ausgebildet ist, unter Verwendung mindestens eines O-Ringes zwischen Zylinderlaufbüchse und Dichtbund, erfolgt.
Mehrzylinderbrennkraftmaschinen mit unten aufsitzenden nassen Zylinderlaufbüchsen sind zwar bekannt (siehe beispielsweise Automotive Engineering, Oktober I980, Seiten 125 und 126), doch ist jeweils bei diesen Motoren der Kühlwasserraum zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderlaufbüchsen-Außenumfang oben offen und die Kühlwasserabdichtung zum Zylinder hin erfolgt auf der zylinderkopfseitigen Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse und nach außen hin zum Kurbelgehäuseumfang entweder durch einen alle Zylinder abdeckenden Zylinderkopf oder über mehrere jeweils mehrere Zylinder abdeckende Zylinderköpfe.
Durch die vorgeschlagene Lösung wird nicht nur die gewünschte Bauvolumenverringerung erreicht, sondern es ist im Gegensatz zum Stand der Technik hinsichtlich Motoren mit unten aufliegenden Zylinderlaufbüchsen, auch die Verwendung von Einzelzylinderköpfen, welche eine Anzahl Vorteile aufweisen (beispielsweise leichtere Montage, leichtere Reparatur, geringere Verzugsgefahr, Verwendung des gleichen Kopfes für Motoren verschiedener Zylinderzahl und Bauart und so weiter), möglich, da durch die vorgeschlagene
.6-
Zylinderlaufbüchsen-Abdichtung ein Kühlwasseraustritt durch den immer vorhandenen Spalt zwischen den einzelnen Zylinderköpfen sicher unterbunden wird.
Bei Verwendung einer Büchse, welche unterhalb des Kühlwasserraumes eine Bundauflage aufweist, wird durch die (anteilmäßige) Anpreßkraft des Zylinderkopfes die gesamte Büchsenlänge bis zur Bundauflage verspannt. Hierdurch ergibt sich gegenüber Büchsen mit oben liegendem Büchsenbund eine größere verspannte Dehnlänge, die zu einem geringere» Abfall der Schraubenvorspannung durch die unvermeidlichen Setzverlußte und damit einer besseren Gasabdichtung führt. Außerdem sind im oberen Bereich zwischen den einzelnen Zylindern keine versteifenden, dickwandigen Wände erforderlich, da ja die Anpreßkraft des Zylinderkopfes (bedingt durch den üblichen geringen Büchsenüberstand über die Zylinderkopfauflagefläche des Kurbelgehäuses) erst weiter unten auf das Kurbelgehäuse einwirkt. Der erfindungsgemäß vorgesehene Dichtbund bzw. Steg zwischen den einzelnen Zylindern ist deshalb praktisch keinen Preßkräften vom Zylinderkopf her ausgesetzt und dient somit in Verbindung mit wenigstens einem O-Ring, welcher in einer Nut in der ZyIInderlaufbuchse untergebracht 1st, allein der Abdichtung des Kühlwasserraumes am Zylinderumfang zur Zylinderkopfseite hin.
Weitere O-Ring-Abdichtungen sind im Bereich der Bundauflage zum Schutz derselben vor korrosiven Angriffen durch das Kühlwasser bzw. zur Abdichtung gegenüber dem ölraum vorgesehen.
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Die Höhe des Steges ist so bemessen, daß das Kühlwasser zwischen den Zylindern ausreichend hoch geführt wird, so daß eine gute Kühlung des heißen Stegbereiches gegeben ist.
Damit der durch die im Kurbelgehäuse eingegossenen Schraubenpfeifen für die Zylinderkopfschraubengewinde eingekammerte obere Bereich des Kühlwasserraumes zwischen den Zylindern (bedingt durch den kleineren Zylinderabstand) möglichst gut gekühlt wird, ist jeweils vom seitlich am Kurbelgehäuse angeordneten Kühlwasser-Zulaufkanal ein zum Stegbereich führender, schräg unter den Schraubenpfeifen angeordneter, Kühlwasserkanal vorgesehen. Dadurch wird eine besonders intensive Kühlung dieses von beiden Zylinderrohren aufgeheizten Bereiches sichergestellt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Zylinderlaufbüchsen in einer Höhe direkt unterhalb des Dichtbundes einen Hinterstich auf. Dieser dient zur besseren Verbindung des durch die eingegossenen Schraubenpfeifen eingekammerten und dadurch schlecht entlüftungsfähigen Bereiche des Wasserraumes mit entsprechenden Entlüftungsbohrungen. Durch diese Entlüftungsbohrungen wird eine einwandfreie Entlüftung des gesamten Wasserraumes (bei Befüllung) sichergestellt.
Aufgrund der (durch die Verbrennungsgase) schnelleren Erwärmung der Zylinderlaufbüchse gegenüber dem umliegenden Gehäuse (insbesondere beim Kaltstart) und der damit zusammenhängenden größeren Ausdehnung der Zylinderlaufbüchse kann es an den Verbindungsstellen der Kühlwasser- und öldurchgänge zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf zu Undichtheiten kommen. Deshalb werden an diesen Stellen ebenfalls elastische
Elemente, vorzugsweise O-Ringe, vorgesehen, um trotz dieses "Atmens" eine einwandfreie Abdichtung, der in diesem Bereich liegenden Wasser- und ölverbindungen sicherzustellen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel entnommen werden. Es zeigen:
Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses mit den entsprechenden Zylindern
Pig. la einen Ausschnitt aus der Pig. 1 in Vergrößerung
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Kurbelgehäuses nach einem Schnitt II-II in Pig. I
Pig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses (im Bereich des Wassermantels zwischen den Zylinderlaufbüchsen) gemäß der Linie III-III in Pig. 2.
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses (im Bereich der Schraubenpfeifen für die Zylinderkopfschraubengewinde) gemäß der Linie IV-IV in Pig. 2.
In den Figuren sind die, Zylinderlauf büchsen mit I bezeichnet. Diese weisen jeweils im unteren Bereich einen Büchsenbund la auf, mit dem sie auf den jeweiligen Bundauflagen 18 des Kurbelgehäuses 3 aufliegen. Mit Hilfe der Einzelzylinderköpfe 2 werden die jeweiligen Zylinderlaufbüchsen 1, welche einen geringen Überstand über die Zylinderkopfauflagefläche des Kurbelgehäuses aufweisen, gegen die erwähnten Bundauflagen 18 gepreßt und hierdurch im
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Kurbelgehäuse 3 eingespannt. Erfindungsgemäß wird die Abdichtung der Kühlwasserräume 14 zwischen bzw. um die Zylinderlaufbüchsen 1 zu den Einzelzylinderköpfen 2 hin dadurch erreicht, daß der obere Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen (öffnungen für die Zylinderlaufbüchsen I) jeweils einen bearbeiteten zylindrischen Einpaß (Dicht bund 8) aufweist, welche zwischen den einzelnen Zylindern (Zylinderlaufbüchsen) als Steg 9 ausgebildet ist. Dabei sind im Ausführungsbeispiel zwischen Zylinderlaufbuchse 1 und Dichtbund 8 jeweils zwei O-Ringe 6 vorgesehen, welche in Nuten 7 der einzelnen Zylinderlaufbüchsen 1 untergebracht sind.
Durch diese vorgeschlagene Zylinderlaufbüchsen-Abdichtung können auch Einzelzylinderköpfe vorgesehen werden, da ein Kühlwasseraustritt durch den zwangsläufig vorhandenen Spalt 10 zwischen den Zylinderköpfen 2 hiermit sicher unterbunden wird.
Eine weitere 0-Ringabdichtung 4 befindet sich über der Bundauflage 18 und dient zum Schutz der Bundauflagefläche vor korrosiven Angriffen durch das Kühlwasser. Diese O-Ringabdichtung kann wahlweise, entweder in einer Nut der Zylinderlaufbüchse 1 oder in einer Nut des Kurbelgehäuses 3 angeordnet sein, wobei im Kurbelgehäuse 3 angeordnete O-Ringe hier zur Erzielung eines geringen Zylinderabstandes gegebenenfalls höhenversetzt angeordnet werden. Auch sind noch zwei weitere O-Ringe 5 vorgesehen, welche unter der Bundauflage 18 angeordnet sind und in Nuten des Kurbelgehäuses 3 untergebracht sind. Diese O-Ringe dienen zur Abdichtung gegenüber dem ölraum 19·
Der Steg 9 ist so bemessen, daß eine ausreichende Kühlung des oberen Büchsenbereichs erreicht wird.
Eine weitere Kühlungsverbesserung wird dadurch erreicht, indem die Zuströmung des Kühlwassers zum Stegbereich verbessert wird. Dies erreicht man dadurch, indem zusätzliches Kühlwasser vom seitlich im Kurbelgehäuse 3 angeordneten Kühlwasserzulaufkanal 12 über einen schräg unter den Schraubenpfeifen Il für die Zylinderkopfschraubengewinde verlaufenden Kanal IjJ gezielt nach oben geführt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß der stark aufgeheizte, durch die im Kurbelgehäuse eingegossenen Schraubenpfeifen Il für die Zylinderkopfschraubengewinde eingeengte, obere Bereich des Wasserraumes 14, ausreichend mit Kühlflüssigkeit versorgt wird.
Damit auch noch eine sichere Entlüftung bzw. Befüllung des gesamten Wasserraumes 14 erreicht wird, weisen die Zylinderlaufbüchsen 1 in einer Höhe direkt unterhalb des Dichtbundes 8 einen Hinterstich 15 auf. Durch diesen Hinterstich I5 wird eine gute Verbindung der durch die Schraubenpfeifen 11 eingekammerten Bereiche der Wasserräume 14 mit den Entlüfungsbohrungen Ιβ sichergestellt.
Zum Ausgleich des "Atmens" durch die relative thermische Längung der Zylinderlaufbüchse 1, vor allem beim Kaltstart, werden zur Abdichtung der Kühlwasser- und öldurchgänge zwischen Kurbelgehäuse j5 und Zylinderkopf 2 ebenfalls elastische Elemente, beispielsweise O-Ringe, vorgesehen. Die Gasabdichtung wird mit den üblichen Dichtungen zwischen Zylinderkopf und Büchsen-Stirnfläche durch
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entsprechende Auslegung der Zylinderkopfschraubenverbindung auch im Hinblick auf das auftretende "Atmen" sichergestellt.
Auch bringt es Vorteile, die Zylinderkopfschraubengewinde 20 unter der Bundauflage 18 anzuordnen. Hiermit wird erreicht, daß in den Wänden des Gehäuses 3 und im Bereich der Bundauflage 18 vorhandene hohe Zugspannungen in Druckspannungen übergeführt werden, was einwandfreie Verspannung der Laufbüchse 1 über lange Betriebszeiten auch bei Werkstoffen mit niedriger Zugfestigkeit ermöglicht..
Abschließend ist zu erwähnen, daß es durch die vorgeschlagene Erfindung auch möglich ist, trotz Beibehaltung der Außenabmessungen des Motors Hubvolumen und Motorleistung deutlich zu vergrößern, da der Zylinderdurchmesser trotz Beibehaltung des Zylinderabständes nennenswert vergrößert werden, kann. Auch wird durch Entfall der bisherigen dickwandigen Zwischenwände zwischen den einzelnen Zylindern eine Gewichtseinsparung erreicht.
Leerseite

Claims (1)

  1. üb-gr
    M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
    Aktiengesellschaft
    Nürnberg, 08. September I982
    Patentansprüche
    Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen, insbesondere für Nutzfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zylinderlaufbüchsen (1) einen unterhalb des jeweiligen, sie umgebenden, Kühlwasserraumes (14) liegenden Auflagebund (la) aufweisen, und daß die Abdichtung der einzelnen Kühlwasserräume (14) zu den einzelnen Zylinderköpfen (2) hin jeweils über einen im oberen Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen für die Laufbüchsen (1) vorgesehenen Dichtbund (8), welcher jeweils zwischen den einzelnen Zylinderlaufbüchsen (1) als den jeweiligen Kühlwasserraum (14) überbrückender Steg (9) ausgebildet ist, unter Verwendung mindestens eines 0-Ringes (6) zwischen Zylinderlaufbüchse (l) und Dichtbund (8), erfolgt.
    2. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die O-Ringe (6) in einer Nut bzw. in Nuten (7) der Zylinderlaufbüchse (1) angeordnet ist bzw. sind.
    5. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Auflage (18) des Bundes (la) der Zylinderlaufbüchse (1) weitere O-Ringabdichtungen (4, 5) vorgesehen sind.
    Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserzuführung zum oberen Bereich des Kühlwasserraumes (14) vom seitlich am Kurbelgehäuse (3) angeordneten Kühlwasserzulaufkanal (12) über einen schräg zum Steg (9) gerichteten Kühlwasserkanal (13) erfolgt.
    Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zylinderlaufbüchsen (I) in einer Höhe direkt unterhalb des Dichtbundes (8) der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen einen Hinterstich (15) aufweisen.
    Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, daß zur einwandfreien Abdichtung der Kühlwasser- und öldurchgänge zwischen Kurbelgehäuse (3) und Zylinderkopf (2) elastische Elemente, beispielsweise ebenfalls O-Ringe, vorgesehen sind.
    RP 22.8808
DE3233578A 1982-09-10 1982-09-10 Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen Expired DE3233578C2 (de)

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