DE3436872C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock für eine Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem nach der europäischen Patentanmeldung EP 00 67 890 A1 bekannten Zylinderblock dieser Art sind die Zylinderhül­ sen mit dem Blockrahmen einstückig, und die Außenwände sind an die Seiten des Blockrahmens angeschraubt oder mit Schwalbenschwänzen in entsprechende Nuten in die Sei­ ten des Blockrahmens eingeschoben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders leichten Zylinderblock anzu­ geben, der einerseits sehr stabil ist, andererseits aber Wärmespannungen und damit verbundene Dehnungen aufnimmt, ohne daß der Betrieb der Brennkraftmaschine gestört wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß der Blockrahmen durch die Zylinderhülse und die Seitenstege stabilisiert ist, ergibt sich die erwünsch­ te Stabilität, zu der auch in gewissem Grade die Anordnung der Außenwände beiträgt. Wegen seines skelettartigen Aufbaus kann der Blockrahmen ohne Schwierigkeit Wärmespannungen und damit verbundene Dehnungen aufnehmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispie­ len unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrie­ ben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Blockrahmens sowie einer Zylinderhülse der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Darstellung einer der Brenn­ kraftmaschine nach Fig. 1 ähnlichen Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Eine Brennkraftmaschine E weist einen Zylinderblock 1, einen Zylinderkopf 2 und ein Kurbelgehäuse 3 auf. Einige Teile der Brennkraftmaschine E sind im Betrieb hohen Tempera­ turen ausgesetzt, andere Teile müssen eine hohe Zug- und Biegefestigkeit aufweisen. Daher sind ein Blockrahmen F für den Zylinderblock 1 und Zylinderhülsen 5, die zu den erstgenannten Teilen gehören, aus Gußeisen hergestellt. Teile der Brennkraftmaschine E, die im Betrieb relativ geringen Temperaturen ausgesetzt sind, sind hingegen aus hitzebeständigem Kunststoff, bevorzugt aus Phenolharze, hergestellt.

Der Blockrahmen F ist gemäß Fig. 3 durch einen jeden Zylinder umgebenden, im wesentlichen rechteckförmigen Gerüstrahmen gebildet. Er besteht aus

• 1. an den Ecken der Zylinder angeordneten Säulen 6,
• 2. benachbarte Paare von Säulen 6 verbindenden Seitenste­ gen 7,
• 3. einer Bodenwand 8 und
• 4. oberen Hälften 9 von Kurbelwellenlagern, die die unte­ ren Abschnitte benachbarter Säulen 6 verbinden.

Jede Säule 6 ist oben und unten mit Verbreiterungen 6 a und 6 b versehen und weist zentral im oberen und unteren Ende ein offenes Schraubenloch 10 auf. Die Seitenstege 7 sind zur Reduzierung ihres Gewichts in ihrem mittleren Bereich mit jeweils einem Loch 11 versehen. Die Bodenwand 8 ist zur passenden Aufnahme eines Endteils 5 a jeder Zylinder­ hülse 5 mit je einem Loch 12 versehen. Die oberen Hälften 9 der Kurbelwellenlager besitzen eine vergrößerte Wanddicke und bilden halbkreisförmige Lagerflächen.

Das Endteil 5 a jeder Zylinderhülse 5 trägt einen Dichtungs­ ring 13 zur Abdichtung im Loch 12 in der Bodenwand 8 (Fig. 1).

Die Säulen 6 und die Seitenstege 7 sind mit einer Außen­ wand W aus hitzebeständigem Kunststoff, bevorzugt aus warm­ aushärtendem Kunstharz, verkleidet, die die Löcher 11 in den Seitenstegen 7 abdeckt. Zwischen der Außenwand W und den Zylinderhülsen 5 ist ein ringförmiger Wasserkühlmantel 14 ausgebildet, dessen oberes Ende offen ist und mit einem Wasserrohr 15 in einer Seite des Zylinderkopfs 2 kommuni­ ziert.

Gemäß Fig. 1 erstreckt sich der untere Teil der Außenwand W zur Bildung einer oberen Hälfte 3 a des Kurbelgehäuses 3 nach unten und außen. Mit der oberen Hälfte 3 a sind eine Rippe 34 und eine die Außenseite der oberen Hälfte 9 des Kurbelwellenlagers abdeckende Abdeckwand 35 einstückig ausgebildet.

Auf der einen Seite der Außenwand W ist gemäß Fig. 1 ein­ stückig ein unterer Abschnitt 16 eines Ansaugrohres In in einem Abstand C von der Außenwand W angeordnet. Ein Luft­ filter Ac ist über einen Dichtungsring 18 mit dem offenen unteren Ende dieses unteren Abschnitts 16 verbunden.

Der aus Gußeisen bestehende Zylinderkopf 2 weist eine mit einer Brennkammer 20 verbundene Einlaßöffnung 21 auf, deren offenes oberes Ende mit dem offenen Ende eines aus hitze­ beständigem Kunststoff, bevorzugt aus warmaushärtendem Kunstharz, bestehenden oberen Abschnitts 17 des Ansaugrohres In verbunden ist. Das offene obere Ende des oberen Ab­ schnitts 17 des Ansaugrohres In ist dabei über einen Dichtungs­ ring 19 mit der Einlaßöffnung 21 verbunden und der obere Abschnitt 17 ist gemäß Fig. 1 zur Bildung einer Schleife über den Zylinderkopf 2 gekrümmt, um die Brennkraftmaschine E kompakt zu machen.

Der Zylinderkopf 2 besitzt ein Einlaßventil 22 zum Öffnen und Schließen der Einlaßöffnung 21, einen Ventilbetätigungs­ mechanismus 23 zur Betätigung des Einlaßventils 22 sowie eine Zündkerze 24. Eine Kraftstoffeinspritzdüse N ist im oberen Abschnitt 17 des Ansaugrohres In vorgesehen. Der Zylinderkopf 2 besitzt weiterhin eine parallel mit der Einlaßöffnung 22 verlaufende (nicht dargestellte) Abgasöff­ nung, ein (nicht dargestelltes) Abgasventil zum Öffnen und Schließen einer Abgasöffnung sowie einen (nicht darge­ stellten) Ventilbetätigungsmechanismus zur Betäigung des Abgasventils. Eine aus warmaushärtendem Kunstharz hergestell­ te Kopfabdeckung 25 umschließt den Ventilbetätigungsmecha­ nismus.

Gemäß Fig. 1 ist dem aus Gußeisen bestehenden Blockrahmen F ein Kurbelwellen-Lagerblock 26 zugeordnet. Der Kurbelwel­ len-Lagerblock 26, der Zylinderblock 1 und der Zylinderkopf 2 sind durch Schrauben 30 und Muttern 31 zusammengeklemmt. Die Schrauben 30 durchsetzen im Kurbelwellen-Lagerblock 26 ausgebildete Schraubenlöcher 27, in den Säulen 6 ausge­ bildete Schraubenlöcher 10 und im Zylinderkopf 2 ausgebil­ dete Schraubenlöcher 29. Dies trägt zur Zug- und Biegefe­ stigkeit der Brennkraftmaschine E bei.

Der Kurbelwellen-Lagerblock 26 wird durch mehrere untere Kurbelwellen-Lagerhälften 26 a gebildet, die den am Block­ rahmen F ausgebildeten oberen Kurbelwellen-Lagerhälften 9 angepaßt sind. Die unteren Kurbelwellen-Lagerhälften 26 a sind mittels Schrauben 32 an den entsprechenden oberen Kurbelwellen-Lagerhälften 9 befestigt. Dies trägt weiterhin zur Festigkeit der Brennkraftmaschine E bei.

Die aus wärmeaushärtendem Kunststoff hergestellte obere Kurbelgehäusehälfte 3 a ist über einen Dichtungsring 33 an einer unteren Kurbelgehäusehälfte 3 b befestigt, die ebenfalls aus warmaushärtendem Kunststoff hergestellt ist. Die untere Kurbelkastenhälfte 3 b besitzt eine Abdeckwand 37, die sich über Rippen 36 in das Kurbelgehäuse 3 erstreckt. Die Abdeckwand 37 deckt den Außenumfang sowie die Unter­ seite des Kurbelwellen-Lagerblockes 26 ab. Eine Kurbelwelle 40 ist drehbar im Lagerblock 26 gelagert. Der Lagerblock 26 enthält ein ein Lagerloch 38 bildendes Lager 39. Eine Pleuelstange 41 verbindet die Kurbel der Kurbelwelle 40 mit einem Kolben 4, der gleitend in der Zylinderhülse 5 angeordnet ist. Eine aus einer Stahlplatte hergestellte Ölwanne 42 ist über einen Dichtungsring 43 mit der unteren Kurbelgehäusehälfte 3 b verbunden.

Mit Ausnahme des Blockrahmens F sowie der Zylinderhülse 5 sind also der Zylinderblock 1 und das Ansaugrohr In aus hitzebeständigem Kunststoff, bevorzugt aus warmaushärtendem Kunstharz, hergestellt, wodurch das Gesamtgewicht der Brennkraftmaschine E verringert wird. Die Verwendung eines im wesentlichen rechteckförmigen Blockrahmens F für den Zylinderblock 1 gewährleistet eine ausreichende Festigkeit für den Betrieb der Brennkraftmaschine E bei beträchtlicher Gewichtsreduzierung. Wärmeaushärtende Kunststoffe können für die Außenwand W verwendet werden, da die Außenwand W nicht auf hohe Temperaturen erhitzt, nämlich durch das durch den Kühlmantel 14 fließende Kühlwasser gekühlt wird, wobei der hitzebeständige Kunststoff Zug- und Biegefestig­ keit gewährleistet. Das Ansaugrohr In wird durch die es durchströmende Ansaugluft gekühlt, wobei der hitzebeständige Kunststoff wiederum Zug- und Biegefestigkeit gewährleistet.

Fig. 4 zeigteine zweite Ausführungsform, bei dem im Gegen­ satz zu der einstückigen ersten Ausführungsform die Zylin­ derhülse 5 und der Zylinderkopf 2 getrennt hergestellt wer­ den. Das obere Endteil der Zylinderhülse 5 ist in eine Ausnehmung 46 in der Unterseite des Zylinderkopfes 2 einge­ paßt. Der Zylinderkopf 2 sowie die Zylinderhülse 5 sind durch eine Dichtung 45 abgedichtet.

Beide Brennkraftmaschinen gemäß den vorstehend beschrie­ benen Ausführungsformen haben also einen Zylinderblock mit einem aus Metall bestehenden Blockrahmen und einer aus hitzebeständigem Kunststoff bestehenden Außenwand, wobei zwischen der Außenwand und jeder Zylinderhülse ein Kühlmantel zur Führung von Kühlwasser ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Herstellung eines größeren Teils des Zylinderblocks aus hitzebeständigem Kunststoff mit geringem spezifischem Gewicht, wodurch das Gesamtgewicht der Brenn­ kraftmaschine wesentlich reduziert wird.

Durch Ausbildung des metallischen Blockrahmens in recht­ eckiger Form als Umhüllung für die metallischen Zylinder­ hülsen ist eine Kompensation hinsichtlich Zug- und Biege­ festigkeit in bezug auf den hitzebeständigen Kunststoff der Außenwand gewährleistet. Das Gewicht des Zylinderblocks ist wesentlich reduziert, wobei die gewünschten physikali­ schen Eigenschaften, wie Festigkeit, Hitzebeständigkeit, Abnutzungsbeständigkeit und Schlagfestigkeit, erhalten bleiben.

Bei der ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine ist ein einstückiger Aufbau eines Teils des Zylinderblocks und eines Teils des Ansaugrohres aus hitzebeständigem Kunst­ harz vorgesehen, wodurch das Gewicht der Brennkraftmaschine weiter reduziert wird. Die einstückige Ausbildung des An­ saugrohres mit dem Zylinderblock führt zu einer wechselsei­ tigen Verstärkung, wodurch die Zug- und Biegefestigkeit dieser Teile erhöht wird. Aufgrund des einstückigen Aufbaus ist auch eine getrennte Befestigung des Ansaugrohres an der Brennkraftmaschine überflüssig, wodurch die Maschinen­ breite verringert wird.

Durch Ausbildung des Ansaugrohres aus einem Kunstharz wird die Vibrationsabsorption gegenüber bekannten metallischen Ansaugrohren verbessert. Dies ermöglicht eine Verlängerung des Ansaugrohres bei Aufrechterhaltung einer verbesserten Vibrationsabsorption.

Claims (8)

1. Zylinderblock (1) für eine Brennkraftmaschine (E) mit einem Blockrahmen (F) aus Metall, in dem sich mindestens eine Zylinderhülse (5) aus Metall befindet, und mit ein­ ander gegenüberliegenden Seitenflächen des Blockrahmens (F) in Abstand von der Zylinderhülse (5) zur Bildung eines Kühlmantels (14) abdeckenden Außenwänden (W) aus hitzebeständigem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockrahmen (F) als ein Skelett mit einem Paßsitz (12) für die ein gesondertes Teil bildende Zylinderhülse (5) und mit Seitenstegen (7) ausgebildet ist, an denen die Außenwände (W) ange­ formt sind.

2. Zylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockrahmen (F) um die Zylinderhülse (5) herum angeordnete, durch die Seitenstege (7) untereinander verbundene Säulen (6) und eine Bodenwand (8) aufweist, in der sich ein Loch (12) zur Aufnahme eines Endteils (5 a) der Zylinderhülse (5) befindet.

3. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderhülse (5) einstückig mit einem auf dem Blockrahmen (F) zu befestigenden Zylinderkopf (2) ausgebildet ist.

4. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderhülse (5) eine Anlagefläche für einen getrennt von ihr auf dem Blockrahmen (F) zu befestigenden Zylinderkopf (2) aufweist.

5. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch die Säulen (6) Löcher (10) zur Aufnahme von Befestigungsschrauben (30) erstrecken, mittels denen der Zylinderkopf (2) und ein Kurbelwellen- Lagerblock (26) am Blockrahmen (F) zu befestigen sind.

6. Zylinderblock nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen (6) an ihren Enden mit Verbreiterungen (6 a, 6 b) zur Abstützung von Köpfen der Befestigungs­ schrauben (30) und von auf die Befestigungsschrauben (30) geschraubten Muttern (31) versehen sind.

7. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenwand (W) ein­ stückig mit einem Abschnitt (16) eines Ansaugrohrs (In) geformt ist.

8. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Blockrahmen (F) zur Auf­ nahme mehrerer Zylinderhülsen (5) Seitenstege (7) zwischen den Zylinderhülsen (5) aufweist.