DE69108635T2

DE69108635T2 - V-Motor.

Info

Publication number: DE69108635T2
Application number: DE1991608635
Authority: DE
Inventors: David George Redditch Worcestershire B98 8Rl Benton
Original assignee: MG Rover Group Ltd; Kia Motors Corp
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1990-08-07
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2011-07-23
Also published as: GB9115616D0; GB9017261D0; EP0470721B1; GB2246814B; DE69123463D1; EP0470721A1; EP0628708B1; DE69108635D1; EP0628708A1; ES2096406T3; ES2072549T3; DE69123463T2; GB2246814A

Description

Die Erfindung betrifft Hubkolbenmotoren und ihre Herstellung. Insbesondere betrifft sie V-Motoren in einer Baureihe, die einen V6 und einen V8, die als Kraftfahrzeug-Antriebseinheiten wohlbekannt sind, umfaßt.
Der V8-Motor weist in der Regel zwei Reihen von vier Zylindern auf, wobei die Reihen in einem Winkel von 90 Grad zueinander stehen. Dabei wird eine Kurbelwelle mit vier Kurbelwellenkröpfungen und vier Kurbelzapfen verwendet, so daß das Pleuelhauptlager des Pleuels jedes Zylinders in einer Reihe und das Pleuelhauptlager des Pleuels des gegenüberliegenden Zylinders in der anderen Reihe nebeneinander auf einem gemeinsamen Kurbelzapfen gelagert sind. Der Kurbelzapfen weist einen gleichmäßigen Durchmesser und eine gleichmäßige Achse auf, und zwischen benachbarten Seitenflächen der Pleuelhauptlager gibt es keinen wesentlichen Abstand. Die Zylinder einer Reihe sind im Verhältnis zur Kurbelzapfenachse zu denjenigen der anderen Reihe um ein Maß versetzt, das dem axialen Abstand zwischen den Seitenflächen eines Pleuelhauptlagers entspricht, wobei dies als Reihenversatz bezeichnet wird.
Bei dem V6-Motor wird in der Regel eine Kurbelwelle mit drei Kurbelwellenkröpfungen und drei Kurbelzapfen verwendet. Das Pleuelhauptlager des Pleuels jedes Zylinders in einer Reihe und das Pleuelhauptlager des Pleuels des gegenüberliegenden Zylinders in der anderen Reihe sind wieder nebeneinander auf einem gemeinsamen Kurbelzapfen gelagert. Weist der Kurbelzapfen jedoch einen gleichmäßigen Durchmesser und eine gleichmäßige Achse auf, und besteht kein wesentlicher Abstand zwischen benachbarten Seitenflächen der Pleuelhauptlager, dann müssen die Zylinderreihen in einem Winkel von 60 Grad zueinander angeordnet werden, wenn die Motorzündungsintervalle gleichmäßig sein sollen.
Bei einem V8 mit 90 Grad und einem V6 mit 60 Grad gibt es relativ wenig Möglichkeiten, gemeinsame Bauteile auszunutzen oder gemeinsame Bearbeitungseinrichtungen zu benutzen. Es ist möglich, einen V6 mit 90 Grad zu konstruieren, und es sind viele im Gebrauch. Um jedoch gleichmäßige Zündintervalle und annehmbare, ruhige Laufeigenschaften bei geringer Drehzahl zu erreichen, muß der gemeinsame Kurbelzapfen versetzte Achsen haben. Zur Erhaltung einer angemessenen Querschnittsfläche entlang dem Kurbelzapfen und zur Vermeidung hoher Beanspruchungskonzentrationen sind die Wellenzapfenbereiche an dem gemeinsamen Kurbelzapfen mittels eines angeformten Bunds voneinander getrennt. Bei bestehenden Konstruktionen wird der Reihenversatz durch diesen Bund erhöht, so daß dieser Versatz sich in der Regel auf die axiale Dicke des Bunds plus dem axialen Abstand zwischen den Seiten des Pleuelhauptlagers beläuft. Während bei einem V8 mit 90 Grad und einem V6 mit 90 Grad in einem gewissen Ausmaß gemeinsame Bauteile verwendet werden können, besteht somit ein unterschiedlicher Reihenversatz, wodurch die Bearbeitung und der Zusammenbau von V8- und V6-Motoren auf der gleichen Produktionseinrichtung schwierig wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Baureihe von Motoren einschließlich V8- und V6-Motoren bereitzustellen, die einen identischen Reihenversatz haben.
Gemäß einem Gegenstand der Erfindung wird eine Baureihe von Hubkolbenmotoren bereitgestellt, wobei jeder Motor der Baureihe einen Motorblock mit zwei Reihen von zwei oder mehr V-förmig angeordneten Zylindern, eine Kurbelwelle, die im Motorblock gelagert ist und zwei oder mehr Kurbelzapfen aufweist, Kolben, jeweils zur wechselseitigen Bewegung in einer jeweiligen Zylinderbohrung geführt, und Pleuel umfaßt, die jeweils an einem Ende ein Pleuelaugenlager, das mit einem entsprechenden Kolben verbunden ist, und am anderen Ende ein Pleuelhauptlager aufweisen, wobei bei jedem Motor der Baureihe das Pleuelhauptlager des Pleuels jedes Zylinders in einer Reihe und das Pleuelhauptlager des Pleuels des gegenüberliegenden Zylinders in der anderen Reihe nebeneinander auf einem jeweiligen Kurbelzapfen gelagert sind, wobei die Baureihe eine Motorart umfaßt, bei der jeder der entsprechenden Kurbelzapfen mit einem gleichmäßigen Durchmesser und mit einer gleichmäßigen Achse ausgebildet ist und bei der es keinen wesentlichen Abstand zwischen benachbarten Seitenflächen der jeweiligen Pleuelhauptlager gibt, sowie eine andere Motorart, die eine von der ersten Motorart verschiedene Anzahl von Zylindern aufweist und bei der jeder der entsprechenden Kurbelzapfen mit versetzten Achsen ausgebildet ist und benachbarte Seitenflächen der jeweiligen Pleuelhauptlager axial beabstandet sind, wobei die Achsen der Zylinder einer Reihe sowohl bei jener einen als auch bei jener anderen Motorart im Verhältnis zur Kurbelwellenachse zu den Achsen der Zylinder der anderen Reihe um ein als Reihenversatz bezeichnetes Maß versetzt sind, das den beiden Motorarten gemein ist, wobei die Achse jedes Zylinders bei jener anderen Motorart im Verhältnis zur Kurbelwellenachse zum axialen Mittelpunkt des jeweiligen Pleuelhauptlagers um ein Maß versetzt ist, das als Pleuelversatz bezeichnet wird, und jene andere Motorart so angeordnet ist, daß der Reihenversatz geringer ist als der Abstand zwischen den axialen Mittelpunkten der Pleuelhauptlager an jedem der jeweiligen Kurbelzapfen.
Vorzugsweise ist die Achse jedes Zylinders bei jener einen Motorart im Verhältnis zur Kurbelwellenachse zum axialen Mittelpunkt des jeweiligen Pleuelhauptlagers um ein Maß versetzt, das auch als Pleuelversatz bezeichnet wird, und jene eine Motorart so angeordnet, daß der Reihenversatz größer ist als der Abstand zwischen den axialen Mittelpunkten der Pleuelhauptlager an jedem der jeweiligen Kurbelzapfen. In diesem Fall können der Pleuelversatz von sowohl jener einen als auch jener anderen Motorart der Serie sowie auch die Zylinderbohrungen oder die Pleuel selbst identisch sein.
Der Pleuelversatz an sich ist nicht neu (siehe z.B. US-A-2 344 275). Bei Reihenmotoren wurde er dort verwendet, wo der axiale Abstand der Kurbelzapfen im Widerspruch zu dem Erfordernis eines relativ gleichmäßigen Abstands der Zylinderachsen stand. Bei V6-Motoren wurde er dazu benutzt, den Reihenversatz und somit die Gesamtlänge des Motors zu verringern.
Wenn der Pleuelversatz von sowohl jener einen als auch jener anderen Motorart der Baureihe, wie oben erwähnt, identisch ist, kann ein Motor jener anderen Art dadurch gekennzeichnet sein, daß die Größe des Pleuelversatzes ein Viertel des axialen Abstands zwischen benachbarten Seitenflächen der Pleuelhauptlager auf jedem der Kurbelzapfen beträgt.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt eines V8- Motors der bekannten Art,
Fig. 2 ein Schaubild der Anordnung von Kurbelwelle, Kolben und Pleuel des in der Fig. 1 gezeigten V8- Motors,
Fig. 3 eine Schnittansicht, in der ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle des in der Fig. 1 gezeigten V8- Motors zusammen mit dem Pleuel und Kolben eines Zylinders und einem Teil des Pleuels des gegenüberliegenden Zylinders in der anderen Reihe dargestellt sind,
Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 3, ohne den Kolben und mit nur einem Teil des Pleuels, wobei der Reihenversatz des in der Fig. 1 gezeigten V8-Motors dargestellt ist,
Fig. 5 eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 4, wobei aber ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle eines V6- Motors bekannter Art dargestellt ist,
Fig. 6 ein Querschnitt entlang der Linie VI - VI in der Fig. 5, wobei die Pleuel weggelassen sind,
Fig. 7 eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 4, wobei aber ein Teil eines erfindungsgemäßen V8-Motors dargestellt ist, und
Fig. 8 eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 5, wobei aber ein Teil des erfindungsgemäßen V6-Motors dargestellt ist.
In den Fig. 1 bis 6 wird die bekannte V8- und V6- Hubkolbenmotortechnologie veranschaulicht. In der Fig. 1 wird ein Motorblock 11 mit einer Reihe 12 von Zylindern und einer weiteren Reihe 13 von Zylindern dargestellt, die V-förmig, mit den Reihen in einem Winkel von 90 Grad zueinander, angeordnet sind. Jede Reihe des V8 weist vier Zylinder und jede Reihe im V6 drei Zylinder auf. In der Fig. 2 werden die Achsen der Zylinder in einer mit 1 bis 4 bezeichneten Reihe und die Achsen der Zylinder in der anderen mit 5 bis 8 bezeichneten Reihe gezeigt.
Der in der Regel als Kurbelgehäuse bezeichnete untere Teil des Motorblocks 11 weist Zapfenlager für eine Kurbelwelle 14 auf. Die Zapfenlager sind in der Fig. 2 bei 15 schematisch dargestellt. Die Kolben 16 bewegen sich in Zylinderbohrungen wechselseitig und sind über die Pleuel 17 mit der Kurbelwelle verbunden, wobei die Pleuel jeweils an einem Ende ein über einen Kolbenbolzen 19 mit dem Kolben verbundenes Pleuelaugenlager 18 und an dem anderen Ende ein mit einem Kurbelzapfen 22, der Teil der Kurbelwelle 14 ist, verbundenes Pleuelhauptlager 21 aufweisen. Das Pleuelhauptlager 21 des Pleuels 17 jedes Zylinders in der einen Reihe 12 und das Pleuelhauptlager des Pleuels jedes Zylinders in der anderen Reihe 13 sind nebeneinander auf einem jeweiligen Kurbelzapfen 22 gelagert, so daß der Kurbelzapfen beiden gemein ist.
Bei dem bekannten V8-Motor ist der Kurbelzapfen 22 mit einem gleichmäßigen Durchmesser und einer gleichmäßigen Achse 23 ausgebildet, und zwischen benachbarten Seitenflächen 24 der Pleuelhauptlager 21 gibt es keinen wesentlichen Zwischenraum. Jede Pleuel 17 und seine Lager 18 und 21 sind im Verhältnis zur jeweiligen Zylinderachse 25 und 26 (Fig. 4) symmetrisch zentral angeordnet. Die Zylinder, wie sie von den Achsen 25 und 26 veranschaulicht werden, sind im Verhältnis zur Achse der Kurbelwelle 14 um ein Maß L1 axial versetzt, das aufgrund der Symmetrie der Pleuel dem axialen Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen eines der Pleuelhauptlager 21 entspricht.
Der Versatz L1 wird mit Reihenversatz bezeichnet, um das Maß, um das eine Reihe von Zylindern von der anderen versetzt ist, anzugeben.
Bei dem bekannten V6-Motor weist der Kurbelzapfen 22a versetzte Achsen 23a und 23b auf. Die von den Achsen 23a und 23b definierten zylindrischen Teile des Kurbelzapfens 22a werden von einem angeformten Bund oder Steg 27 getrennt. Ringförmige Stufen 28 auf jeder Seite des Bunds 27 bilden axiale Plazierungslagerflächen für die Pleuel.
Die Kurbelzapfenachsen 23a und 23b sind um ein Maß versetzt, das einem Winkel A (Fig. 6) zwischen den Kurbelwellenkröpfungen, d.h. den Linien zwischen der Kurbelwellenachse 29 und den Kurbelwellenachsen 23a und 23b, entspricht. Dieser Kurbelzapfenversatz wird benötigt, um gleichmäßige Zündintervalle zu ergeben, wenn der V6-Motor die gleichen wie bei dem V8-Motor verwendeten 90 Grad zwischen den Reihenwinkeln beibehält. Das Vorhandensein des Bunds 27 mit den Stufen 28 bedeutet jedoch, daß die Pleuel 17 um eine Strecke L2 voneinander beabstandet sind, die L1 plus der axialen Breite des Bunds entspricht.
Da L2 auch der Reihenversatz ist, kann der V6- Motor nicht auf den gleichen Produktionseinrichtungen wie der V8-Motor hergestellt werden, wenn Massenfertigungsverfahren vollständig ausgenutzt werden sollen. Es wäre beispielsweise üblich, unter Verwendung von Mehrfachbohrköpfen an ortsfesten Zentren alle acht oder alle sechs Zylinderbohrungen gleichzeitig zu bearbeiten.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Problem dadurch gelöst, daß sowohl beim V6- als auch beim V8- Motor ein gemeinsamer Reihenversatz verwendet werden kann. In den Fig. 7 und 8 wird gezeigt, wie die bekannten V6- und V8-Motoren bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung modifiziert sind. Wo angebracht, werden die gleichen Bezugszahlen benutzt wie in den Fig. 1 bis 6.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der gemeinsame Reihenversatz dadurch erhalten, daß die Achse 29 jedes Zylinders im Verhältnis zur Kurbelwellenachse um eine Strecke L4 zum axialen Mittelpunkt 31 des jeweiligen Pleuelhauptlagers 21 versetzt ist. Dieser Versatz L4 wird als Pleuelversatz bezeichnet und wird hier dadurch erreicht, daß das Pleuelaugenlager 18 jedes Pleuels 17a mittig um die Achse 29 des jeweiligen Zylinders angeordnet ist, so daß sein axialer Mittelpunkt mit der Zylinderachse 29 zusammenfällt und im Verhältnis zum axialen Mittelpunkt 31 des Pleuelhauptlagers versetzt ist, wobei dies als versetzter Pleuel bekannt ist.
Beträgt der Pleuelversatz L4 ein Viertel des axialen Abstands zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der Pleuelhauptlager auf einem gemeinsamen Kurbelzapfen des V6-Motors, dann kann der gleiche Pleuelversatz sowohl für den V6- als auch für den V8-Motor verwendet werden. Dieser axiale Abstand ist gleich der axialen Breite L3 des Bunds 27 (Fig. 8). Daraus folgt, daß die gleichen Pleuel für eine Motorserie verwendet werden können, die sowohl V6- als auch V8-Motoren umfaßt.
Bei dem V8-Motor (Fig. 7) ist der Pleuelversatz L4 so angeordnet, daß der Reihenversatz L5 größer ist als der Abstand L6 zwischen den axialen Mittelpunkten 31 der Pleuelhauptlager 21 auf jedem der Kurbelzapfen 22, und bei dem V6-Motor (Fig. 8) ist der Pleuelversatz L4 so angeordnet, daß der Reihenversatz L5 geringer ist als der Abstand L7 zwischen den axialen Mittelpunkten 31 der jeweiligen Pleuelhauptlager.
Bei einer alternativen Motorserie weist der V8- Motor keinen Pleuelversatz auf, während der Pleuelversatz beim V6-Motor gegenüber dem gerade oben beschriebenen verdoppelt ist.
Eine Alternative zum versetzten Pleuel ist ein Kolben mit Kolbenbolzennaben, die so angeordnet sind, daß ein Zwischenraum zu einem Pleuelaugenlager entsteht, das im Verhältnis zur Zylinderachse versetzt, aber im Verhältnis zum Pleuelhauptlager mittig ist. Dies kann entweder durch Vorsehen einer längeren und einer kürzeren Nabe oder durch Vorsehen kleiner und großer Seitlicher Zwischenräume zwischen dem Pleuelaugenlager und den Naben erreicht werden.
Das Vorsehen des gleichen Reihenversatzes vereinfacht die Herstellung von V6- und V8-Motoren sehr. Es ist nicht nur möglich, alle Zylinderbohrungen gleichzeitig zu bearbeiten, wie oben erwähnt, sondern es können unter Verwendung der gleichen Produktionseinrichtungen auch andere Bearbeitungs- und Zusammenbaugänge ausgeführt werden. Diese Produktionseinrichtungen würden vorzugsweise eine Fertigungsstraße umfassen, bei der eine Anzahl von Arbeitsstationen jeweils verschiedene Bearbeitungs- oder Zusazzimenbaustadien durchführen und die Blöcke zwischen den Arbeitsstationen mit festgelegter Geschwindigkeit transportiert werden.
Die Erfindung kann auf Baureihen oder Serien von V- Motoren mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zylindern angewendet werden, wo Pleuel von Zylinderpaaren jeder Reihe nebeneinander auf einem gemeinsamen Kurbelzapfen gelagert sind und ein gemeinsamer Reihenversatz erreicht werden soll. Sie kann auch auf Motorbaureihen angewendet werden, bei denen die Zylinderreihen in einem anderen Winkel als 90 Grad zueinander angeordnet sind.

Claims

1. Baureihe von Hubkolbenmotoren, wobei jeder Motor der Baureihe einen Motorblock (11) mit zwei Reihen (12,13) von zwei oder mehr V-förmig angeordneten Zylindern, eine Kurbelwelle (14), die im Motorblock gelagert ist und zwei oder mehr Kurbelzapfen (22, 22a) aufweist, Kolben (16), jeweils zur wechselseitigen Bewegung in einer jeweiligen Zylinderbohrung geführt, und Pleuel (17a) umfaßt, die jeweils an einem Ende ein Pleuelaugenlager (18), das mit einem entsprechenden Kolben verbunden ist, und am anderen Ende ein Pleuelhauptlager (21) aufweisen, wobei bei jedem Motor der Baureihe das Pleuelhauptlager des Pleuels jedes Zylinders in einer Reihe (12) und das Pleuelhauptlager des Pleuels des gegenüberliegenden Zylinders in der anderen Reihe (13) nebeneinander auf einem jeweiligen Kurbelzapfen gelagert sind, wobei die Baureihe eine Motorart umfaßt, bei der jeder der entsprechenden Kurbelzapfen (22) mit einem gleichmäßigen Durchmesser und mit einer gleichmäßigen Achse (23) ausgebildet ist und bei der es keinen wesentlichen Abstand zwischen benachbarten Seitenflächen (24) der jeweiligen Pleuelhauptlager (21) gibt, sowie eine andere Motorart, die eine von der ersten Motorart verschiedene Anzahl von Zylindern aufweist und bei der jeder der entsprechenden Kurbelzapfen (22a) mit versetzten Achsen (23a, 23b) ausgebildet ist und benachbarte Seitenflächen der jeweiligen Pleuelhauptlager axial beabstandet sind, wobei die Achsen (29) der Zylinder einer Reihe (12) sowohl bei jener einen als auch bei jener anderen Motorart im Verhältnis zur Kurbelwellenachse zu den Achsen der Zylinder der anderen Reihe (13) um ein als Reihenversatz (L5) bezeichnetes Maß versetzt sind, das den beiden Motorarten gemein ist, wobei die Achse (29) jedes Zylinders bei jener anderen Motorart im Verhältnis zur Kurbelwellenachse zum axialen Mittelpunkt (31) des jeweiligen Pleuelhauptlagers (21) um ein Maß versetzt ist, das als Pleuelversatz (L4) bezeichnet wird, und jene andere Motorart so angeordnet ist, daß der Reihenversatz (L5) geringer ist als der Abstand (L7) zwischen den axialen Mittelpunkten der Pleuelhauptlager an jedem der jeweiligen Kurbelzapfen (22a).

2. Baureihe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (29) jedes Zylinders bei jener einen Motorart im Verhältnis zur Kurbelwellenachse zum axialen Mittelpunkt (31) des jeweiligen Pleuelhauptlagers (21) um ein Maß versetzt ist, das auch als Pleuelversatz (L4) bezeichnet wird, und jene eine Motorart so angeordnet ist, daß der Reihenversatz (L5) größer ist als der Abstand (L6) zwischen den axialen Mittelpunkten der Pleuelhauptlager an jedem der jeweiligen Kurbelzapfen (22).

3. Baureihe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuelaugenlager (18) jedes Pleuels (17a) mittig um die Achse (29) des jeweiligen Zylinders angeordnet ist, so daß sein axialer Mittelpunkt im Verhältnis zum axialen Mittelpunkt (31) des jeweiligen Pleuelhauptlagers (21) versetzt ist.

4. Baureihe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelversatz (L4) von sowohl jener einen als auch jener anderen Motorart identisch sind.

5. Baureihe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrungen von sowohl jener einen als auch jener anderen Motorart identisch sind.

6. Baureihe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuel (17a) von sowohl jener einen als auch jener anderen Motorart identisch sind.

7. Baureihe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei jener einen Motorart um einen V8 und jener anderen Motorart um einen V6 handelt.

8. Baureihe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei ein Motor jener anderen Art dadurch gekennzeichnet ist, daß die Größe des Pleuelversatzes (L4) ein Viertel des axialen Abstands (L3) zwischen benachbarten Seitenflächen (24) der Pleuelhauptlager (21) auf jedem der Kurbelzapfen (22a) beträgt.