DE3544215A1

DE3544215A1 - Zylinderblockstruktur fuer eine mehrzylinder-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3544215A1
Application number: DE19853544215
Authority: DE
Inventors: Nobuo Urawa Saitama Anno; Takeo Higashimatsuyama Saitama Arai
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1986-06-26
Also published as: IT8548908A0; GB2168430A; IT1182082B; FR2574899B1; CA1270166A; GB8530705D0; DE3544215C2; FR2574899A1; US4712517A; GB2168430B

Description

Zylinderblockstruktur für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur für die Anwendung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.

Ein allgemeiner Versuch zur Verbesserung der Leistung oder Eigenschaft einer Brennkraftmaschine liegt darin, das Gewicht der Maschine zu reduzieren und ihre mechanische Festigkeit zu vergrößern, damit die Maschine hohen Belastungen widerstehen kann, so daß die Maschine eine hohe Ausgangsleistung für ihr Gewicht und dadurch eine gute Kraftstoffwirtschaftlichkeit erzeugen kann.

Es ist wohlbekannt, daß das Gewicht einer Brennkraftmaschine dadurch reduziert werden kann, daß ihre strukturelle Hauptkomponente, der Zylinderblock, aus einer leichten Legierung, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, gegossen wird, so wie es aus dem US-Patent Nr. 4 515 211 hervorgeht. Da eine leichte Legierung eine niedrigere mechanische Festigkeit aufweist als eine Eisenlegierung, ist es üblich geworden, die Teile, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, beispielsweise Lagerwände, welche die Kurbelwelle abstützen, als dicke Wände oder solide Blöcke für erhöhte mechanische Festigkeit auszubilden. Zylinderblöcke aus einer leichten Legierung werden generell durch das Spritzgußverfahren hergestellt. Da sich beim Spritzgußverfahren das geschmolzene Metall mit hoher Geschwindigkeit verfestigt, tendieren die aus einer großen Menge geschmolzenen Metalls gebildeten dicken Wände oder soliden Blöcke dazu, sich an ihren verschiedenen Teilen mit relativ weit differierenden Geschwindigkeiten zu verfestigen, was Gußdefekte, beispielsweise in ihnen erzeugte

Lunker oder Hohlräume zur Folge hat. Werden jedoch die dicken Wände und soliden Blöcke von den Zylinderblöcken eliminiert, reduziert sich normalerweise die Festigkeit bzw. Steifigkeit des Zylinderblocks.

Ein anderer wohlbekannter Weg zur Verstärkung von aus einer leichten Legierung gegossenen Zylinderblöcken zur Erzeugung einer größeren Festigkeit oder Steifigkeit und Betriebszuverlassigkeit liegt darin, den Zylinderblöcken an Stellen bzw. Teilen, wo die mechanische Festigkeit schwächer ist als an anderen Teilen oder Stellen, Verstärkungsrippen hinzuzufügen, so wie es im US-Patent Nr. 3 977 385 gezeigt ist.

Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Zylinderblockstruktur aus einer leichten Legierung zur Anwendung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bereit, die

einen Zylinder definierenden Abschnitt mit mehreren Zylinderbohrungen und einen in umgebender Relation zu den Zylinderbohrungen definierten Kühlwassermantel,

einen Kurbelgehäuse definierenden Abschnitt, der mit dem Zylinder definierenden Abschnitt aus einem Stück ist, und mehrere aus einem Stück gebildete Lagerwände aufweist, die in der Richtung, in welcher die Zylinderbohrungen angeordnet sind, im Abstand voneinander angeordnet sind,

eine Höhlungen auf entgegengesetzten Seiten der Zylinder- und Kurbelgehäuse definierenden Abschnitte zwischen den benachbarten Zylinderbohrungen definierende Einrichtung, wobei die Höhlungen zwischen dem Kühlwassermantel und den Lagerwänden liegen, und

mehrere Verstärkungsrippensysteme, die von den entgegengesetzten Seiten abstehen, umfaßt, wobei jedes Rippensystem eine der Höhlungen umgibt.

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Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung eine Zylinderblockstruktur für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit aus einem Stück gegossenen Zylinder- und Kurbelgehäuseabschnitten aus leichter Metallegierung bereit, die mehrere in einer Längsrichtung angeordnete Zylinderbohrungen mit relativ gleichmäßiger Wandstärke, eine durch relativ gleichmäßige in Auswärtsrichtung im Abstand von den Zylinderbohrungswänden angeordnete Wände gebildete Kühlwassermanteleinrichtung, deren Wände an einer Stelle über dem Kurbelgehäuseabschnitt an jeder Längsposition zwischen benachbarten Zylinderbohrungen zur Bildung eines Hohlraums enden, und eine angegossene Verstärkungsrippe umfaßt, die auf jeder Seite einer jeden Höhlung nach auswärts ragt und sich von dem Kurbelgehäuseabschnitt längs der Seite des Zylinderabschnitts vertikal erstreckt.

Die Hohlräume reduzieren die dicken Wände und soliden Blöcke im Zylinderblock, wo eine große Menge geschmolzenen Metalls während des Gießvorganges erforderlich wäre. Deshalb kann sich beim Gießen des Zylinderblocks das geschmolzene Metall mit relativ gleichmäßiger Geschwindigkeit verfestigen, wodurch Gußdefekte, beispielsweise Hohlräume, im Zylinderblock eliminiert werden.

Die Verstärkungsrippensysteme enden vorzugsweise kurz vor der oberen Auflagefläche bzw. dem Deck des Zylinderblocks und verhindern auf diese Weise, daß irgendeine Vibration des Zylinderblocks durch ihn auf das Deck übertragen wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zylinderblockstruktur;

Figur 2 eine Draufsicht auf die Zylinderblockstruktur nach Figur 1;

Figur 3 eine Seitenansicht des Zylinderblocks, welche die Seite des Blocks zeigt, auf die der Pfeil III in Figur 2 gerichtet ist;

Figur 4 einen im wesentlichen längs der Linie IV - IV in Figur 2 genommenen Querschnitt; und

Figur 5 einen im wesentlichen längs der Linie V - V in Figur 2 genommenen Querschnitt.

Die Figuren 1 bis 5 stellen eine erfindungsgemäße Zylinderblockstruktur dar, die in eine Brennkraftmaschine in Form eines Vierzylinder-Reihenmotors eingebaut ist, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei Maschinen angewendet werden, die mehr oder weniger Zylinder und andere oder unterschiedliche Zylinderanordnungen aufweisen.

Der generell mit B bezeichnete Zylinderblock mit geschlossenem Deck wird durch ein herkömmliches Gießverfahren, beispielsweise ein Verfahren, wie es aus dem US-Patent Nr. 4 436 140 oder dem US-Patent Nr. 4 519 436 hervorgeht, aus einem Stück aus einer Aluminiumlegierung gegossen. Der Zylinderblock B umfaßt generell einen oberen, Zylinder definierenden Abschnitt 1 und einen unteren, Kurbelgehäuse definierenden Abschnitt 2. Der Zylinder definierende Abschnitt 1 hat vier in Reihe angeordnete Zylinderbohrungen 3, die in ihm in der sogenannten siamesischen Konfiguration ohne Wassermäntel in den Trennwänden 5 zwischen den benachbarten Zylinderbohrungen 3 definiert sind. In jede Zylinderbohrung 3 ist eine rohrförmige Zylinderbuchse 4 eingesetzt.

Der Zylinder definierende Abschnitt 1 weist auch einen Wassermantel 6 auf, der in umgebender Relation zu den

Zylinderbohrungen 3 mit Ausnahme von den Trennwänden 5 zwischen den benachbarten Zylinderbohrungen 3 definiert ist.

Der untere, Kurbelgehäuse definierende Abschnitt des Zylinderblocks B hat mehrere angegossene Lagerwände 7, die in der Richtung, in welcher die Zylinderbohrungen 3 in Reihe angeordnet sind, in Abständen voneinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise zwischen jedem Paar benachbarter Zylinderbohrungen und an jedem Ende des Zylinderblocks B eine Lagerwand angeordnet ist. Jede Lagerwand 7 hat eine in ihrer zentralen unteren Fläche definierte halbkreisförmige Lageraussparung 10, die zum Lagern einer Kurbelwelle Sc in Abwärtsrichtung geöffnet ist.

Nach den Figuren 3 und 5 hat der Zylinderblock B Höhlungen

8, die auf entgegengesetzten Seiten des Blocks zwischen jedem Paar benachbarter Zylinderbohrungen 3 definiert sind. Die Höhlungen 8 erstrecken sich vertikal zwischen dem Boden des Wassermantels 6 und der oberen Extremität der Lagerwände 7 sowie auf der Außenseite der Trennwände zwischen den Zylinderbohrungen 3. Die Höhlungen 8 dienen zur Reduzierung dicker Wände und solider Blöcke des Zylinderblocks B, bei denen eine große Menge geschmolzenen Metalls während des Gießverfahrens erforderlich wäre, so daß sich beim Gießen des Blocks B das geschmolzene Metall mit ungleichförmiger Geschwindigkeit verfestigte, wodurch Gußdefekte, beispielsweise Hohlräume, im Zylinderblock B eliminiert werden.

Der Zylinderblock B hat mehrere Verstärkungsrippensysteme

9, die von entgegengesetzten Seiten des Blocks in Querrichtung nach auswärts ragen und sich vertikal in generell paralleler Relation zur zentralen Achse der jeweiligen Zylinderbohrungen 3 erstrecken. Nach Figur 3 ist jedes Verstärkungsrippensystem 9 im wesentlichen A-förmig,

umgibt eine der Höhlungen 8 und umfaßt ein Paar im wesentlichen vertikaler Rippen 9a, die auf beiden Seiten einer der Höhlungen 8 angeordnet und seitlich voneinander beabstandet sind, sowie eine horizontale Rippe 9b, welche die vertikalen Rippen 9a bei relativ oberen Abschnitten dieser Rippen miteinander verbindet, zur Erzeugung eines ausreichenden Steifigkeits- bzw. Festigkeitsgrades. Die vertikalen Rippen 9a haben einen verbindenden oberen Endabschnitt 9e, der in Richtung zur oberen Fläche des Decks D des Zylinderblocks B (Figuren 1, 3 und 5) zunehemend dünner wird und kurz vor dieser oberen Fläche endet, wobei das obere Ende 9e einen Abstand von dem Deck D hat, der im wesentlichen gleich der Dicke jeder der Rippen 9a, 9b und 9e ist.

Nach Figur 4 ist ein Zylinderkopf H auf dem Deck D des Zylinderblocks B mit einer dazwischen angeordneten Dichtung G befestigt. Der Zylinderkopf H ist an dem Zylinderblock B durch nicht dargestellte Schrauben befestigt, die in Schraubenlöcher 11 (Figur 5) in den Zylinderblock B geschraubt sind. Der Zylinderblock B ist auch mit einem langen Ö'lkanal 12 versehen.

Da der in den Zylindern während des Betriebs der Maschine erzeugte Explosionsdruck auf die Kurbelwelle Sc wirkt, hat der Zylinderblock B normalerweise relativ große dicke Wände und solide bzw. feste Blöcke aus Metall um die Lagerwände 7 herum, welche die Kurbelwelle Sc lagern. Solche dicken Wände und Blöcke werden jedoch im Volumen durch die Höhlungen 8 reduziert, die bei der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem Wassermantel 6 und den Lagerwänden 7 definiert sind. Deshalb wird beim Gießen des vorliegenden Zylinderblocks B die Menge des in solche dicken Wände und Blöcke gegossenen geschmolzenen Metalls reduziert, und die Geschwindigkeit, mit welcher sich das geschmolzene Metall um die Lagerwände 7 verfestigt, wird gleichmäßiger, wodurch verhindert wird, daß sich Guß-

defekte, beispielsweise Hohlräume in den dicken Wänden und Blöcken ausbilden.

Die von den Seiten des Zylinderblocks B um die Höhlungen vorstehenden verstärkenden Rippensysteme 9 dienen zum Versteifen der Lagerwände 7, die sonst durch die zwischen dem Wassermantel 6 und den Lagerwänden 7 definierten Höhlungen in der Festigkeit reduziert wurden. Die verstärkenden Rippensysteme 9 kompensieren ausreichend jede durch die Höhlungen 8 verursachte Verminderung der Festigkeit der Lagerwände. Wenn die oberen Enden 9e der verstärkenden Rippensysteme 9 das Deck D erreichten, würde die Vibration des Zylinderblocks B durch die Rippensysteme 9 auf das Deck D übertragen. Das Deck D würde dann veranlaßt, Biegeschwingungen zu induzieren, die einen Spalt zwischen dem Deck D und der Dichtung G erzeugten, welcher die Leckage von Öl, Gas und Kühlflüssigkeit und auch das Lösen der Schrauben verursachen könnte, durch welche der Zylinderkopf H und der Zylinderblock B miteinander verbunden sind. Gemäß der dargestellten Ausführungsform jedoch enden die oberen Enden 9e der Verstärkungsrippensysteme 9 kurz vor dem Deck D und folglich wird die Vibration des Zylinderblocks B nicht durch die Verstärkungsrippensysteme 9 auf das Deck D übertragen. Dies eliminiert die mögliche Gefahr einer Fluidleckage zwischen dem Zylinderblock B und der Dichtung G und des Lösens der Bolzen. Die Verstarkungsrippensysteme 9 sind deshalb wie gewünscht nur bei der Versteifung des Zylinderblocks B effektiv.

Der in dieser Weise konstruierte Zylinderblock B ist frei von unerwünschten Gußdefekten, beispielsweise Hohlräumen, und ist mit den Verstärkungsrippensystemen 9 verstärkt, die dazu vorgesehen sind, jede Reduzierung der mechanischen Festigkeit zu kompensieren, die sich aus der Gegenwart der Höhlungen 8 ergeben. Eine Folge davon ist, daß der Zylinderblock B mechanisch ausreichend fest oder stark

ist, so daß er den höheren Belastungen begegnen kann, die von höheren Betriebsgeschwindigkeiten und höheren Ausgangsleistungen der Maschine resultieren, während gleichzeitig der Zylinderblock B leicht ist. Keine Vibration der Verstärkungsrippensysteme wird bis zu einem wesentlichen Grad auf das Deck D übertragen, wodurch das Deck bzw. die Auflagefläche dagegen geschützt ist, während des Betriebs der Maschine Biegeschwingungen ausgesetzt zu sein.

Die Zylinderblockstruktur dieser Ausführungsform ist leicht, kompakt, steif und fest, vibrationsresistent und dauerhaft. Eine Brennkraftmaschine, in welche diese Zylinderblockstruktur eingebaut ist, ist mechanisch ausreichend fest oder stark, um höhere Betriebsgeschwindigkeiten und höhere Ausgangsleistungen aufzunehmen und ist auch zur Verbesserung der KraftstoffWirtschaftlichkeit bzw. -ersparnis ausreichend leicht.

Es ist daher einzusehen, daß die vorliegende Erfindung, wenigstens in ihren bevorzugten Formen eine Zylinderblockstruktur für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen bereitstellt, die leicht, zur Aufnahme hoher Maschinendrehzahlen und hoher Ausgangsleistungen mechanisch ausreichend stark und frei von Gußdefekten ist, wenn sie durch Spritzguß hergestellt wird, und die außerdem mit Verstärkungsrippen für eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit, erhöhten Schwingungswiderstand und erhöhte Dauerhaftigkeit versehen ist.

Die erfindungsgemäße Zylinderblockstruktur B aus leichter Legierung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine umfaßt einen Zylinder definierenden Abschnitt 1 mit mehreren Zylinderbohrungen 3 und mit einem, in umgebender Relation zu den Zylinderbohrungen definierten Wassermantel 6, und einen Kurbelgehäuse definierenden Abschnitt 2, der mit dem Zylinder definierenden Abschnitt ein Stück bildet und mehrere einstückige Lagerwände 7 aufweist, die in der

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Richtung, in welcher die Zylinderbohrungen angeordnet sind, voneinander beabstandet sind. In einander gegenüberliegenden Seiten der Zylinder und Kurbelgehäuse definierenden Abschnitte sind zwischen benachbarten Zylinderbohrungen Höhlungen 8 definiert, die zwischen dem Wassermantel und den Lagerwänden liegen. Von den einander gegenüberliegenden Seiten des Zylinderblocks springen mehrere Verstärkungsrippensysteme 9 vor, von denen jedes eine der Höhlungen umgibt. Die Höhlungen reduzieren die beim Gießen der Zylinderblockstruktur einzugießende Menge geschmolzenen Metalls und verhindern dadurch, daß sich Gußdefekte, beispielsweise Hohlräume in dem Zylinderblock ausbilden. Die Verstärkungsrippensysteme dienen zur Erzeugung des erforderlichen Steifheitsgrades des Zylinderblocks. Da die Verstärkungsrippensysteme kurz vor dem Deck D des Zylinderblocks enden, wird durch die Verstärkungsrippensysteme keine Vibration auf das Deck übertragen, wodurch das Deck dagegen geschützt ist, Biegeschwingungen ausgesetzt zu sein.

Claims

Patentanwälte Ditl.-Tng. H.-We ic km a an, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Du¹L.-Ing. F. A.\7eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. LisKA _f Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

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8000 MÜNCHEN 86 1 1 *"> -V \ 1985 ^u/ ^ ^u POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22

TELEFON (089) 980352

TELEX 5 22 621

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HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA 1-1, Minami-Aoyama 2-chome, Minato-ku, Tokyo 107, Japan

Zylinderblockstruktur für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Patentansprüche

Zylinderblockstruktur (B) aus einer leichten Legierung ür eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gekennzeichnet durch

- einen Zylinder definierenden Abschnitt (1) mit mehreren Zylinderbohrungen (3) und mit einem in umgebender Relation zu den Zylinderbohrungen (3) definierten Wassermantel (6),

- einen ein Stück mit dem Zylinder definierenden Abschnitt (1) bildenden Kurbelgehäuse definierenden Abschnitt (2) mit mehreren einstückigen Lagerwänden (7), die in der Richtung voneinander beabstandet sind, in welcher die Zylinderbohrungen (3) angeordnet sind,

- eine Einrichtung, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Zylinder und Kurbelgehäuse definierenden Abschnitte (1, 2) zwischen benachbarten Zylinderbohrungen Höhlungen (8) definiert, die zwischen dem Wassermantel (6) und den Lagerwänden (7) angeordnet sind, und durch

- mehrere Verstärkungsrippensysteme (9), die von den einander gegenüberliegenden Seiten vorspringen, wobei jedes Rippensystem (9) eine der Höhlungen (8) umgibt.
2. Zylinderblockstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinder definierende Abschnitt (1) eine Auflagefläche (D) zum Anbringen eines Zylinderkopfes (H) aufweist, und daß sich jedes der Verstärkungsrippensysteme (9) im wesentlichen parallel zu den zentralen Achsen der Zylinderbohrungen (3) erstreckt und ein oberes Ende aufweist, das kurz vor der Auflagefläche (D) endet.
3. Zylinderblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Verstärkungsrippensystem (9) eine im wesentlichen A-förmige Konfiguration hat, die ein Paar lateral beabstandete, im wesentlichen vertikale Rippen (9a) und eine im wesentlichen horizontale Rippe (9b) aufweist, wobei die vertikalen Rippen (9a) auf beiden Seiten einer Höhlung (8) angeordnet sind und die horizontale Rippe (9b) die vertikalen Rippen (9a) miteinander verbindet.
4. Zylinderblockstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die vertikalen Rippen (9a) am oberen Ende miteinander verbunden sind und in Richtung Auflagefläche (D) zunehmend dünner werden.
5. Zylinderblockstruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende in einem Abstand von der Auflagefläche (D) angeordnet ist, der im wesentlichen gleich der Dicke der vertikalen und horizontalen Rippen (9a, 9b) ist.
6. Zylinderblockstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zylinderbohrungen (3) in einer siamesischen oder unzertrennten Beziehung ohne zwischen ihnen sich erstreckendem Wassermantel (6) angeordnet sind, und daß sich jede Höhlung (8) nach einwärts in Richtung einer Wand zwischen benachbarten Zylinderbohrungen (3) erstreckt, um in dem die Zylinderbohrungen (3) umgebenden Zylinderblock (B) eine relativ gleichmäßige Wandstärke zu erzeugen.
7. Zylinderblockstruktur für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch als Ganzes gegossene Zylinder- und Kurbelgehäuseabschnitte (1, 2) aus leichter Metallegierung, mehrere Zylinderbohrungen (3) mit relativ gleichmäßiger Wandstärke, die in einer Längsrichtung angeordnet sind, eine Wassermanteleinrichtung (6), die durch relativ gleichförmige Wände räumlich außerhalb der Zylinderbohrungswände gebildet ist, wobei die Wände der Wassermanteleinrichtung zur Bildung eines Hohlraums an einer Stelle über dem Kurbelgehäuseabschnitt (2) bei jeder Längsposition zwischen benachbarten Zylinderbohrungen (3) enden, und durch eine angegossene Verstärkungsrippe (9), die auf jeder Seite einer jeden Höhlung nach auswärts vorspringt und sich von dem Kurbelgehäuseabschnitt längs der Seite des Zylinderabschnitts (1) vertikal erstreckt.
8. Zylinderblockstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungsrippe (9) unter einer oberen Fläche (D) des Zylinderabschnitts (1) endet.
9. Zylinderblockstruktur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken aller Wände und Verstärkungsrippen (9) im wesentlichen gleich sind.