EP0435847B1 - Brennkraftmaschine mit hin- und hergehenden Kolben - Google Patents

Brennkraftmaschine mit hin- und hergehenden Kolben Download PDF

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EP0435847B1
EP0435847B1 EP90890332A EP90890332A EP0435847B1 EP 0435847 B1 EP0435847 B1 EP 0435847B1 EP 90890332 A EP90890332 A EP 90890332A EP 90890332 A EP90890332 A EP 90890332A EP 0435847 B1 EP0435847 B1 EP 0435847B1
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internal combustion
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cylinder head
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Helmut Dipl.-Ing. Melde-Tuczai
Manfred Ing. Breitenberger
Freddy Dipl.-Ing. Van Nerum
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AVL List GmbH
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AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
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    • F02B75/00—Other engines
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F2001/104—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using an open deck, i.e. the water jacket is open at the block top face

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with an engine, which has reciprocating pistons and a cylinder block, with a cylinder head and with a separate outer structure for sound reduction, which on its underside by a rigid component, e.g. a lead frame, is closed, so that the outer structure is significantly stiffened by forming a box closed on all sides.
  • a rigid component e.g. a lead frame
  • the invention has for its object to remedy these disadvantages, the construction effort should be kept as low as possible.
  • this is achieved in that the engine is connected to the outer structure only via the rigid cylinder head, the outer structure being attached to the cylinder head, e.g. is screwed tight.
  • the cylinder head, the cylinder block and the outer structure are additionally acoustically decoupled by a cylinder head gasket, which additionally significantly reduces the structure-borne noise excitation of the outer structure.
  • the outer structure can have a circumferential flange which carries the oil pan. This further increases the rigidity of the outer structure.
  • the size of the oil pan which preferably consists of layer material (sandwich sheet), can advantageously be adapted to the excitation center in order to minimize its noise emission.
  • the side parts of the outer structure can be connected to one another by means of at least one transverse screw connection passing through the crank chamber, as a result of which the level of rigidity of the outer structure can be advantageously influenced.
  • attachments, engine mountings and Gearboxes are attached to the engine and these spacers penetrate the outer structure and are decoupled from structure-borne noise via elastic seals.
  • the "box”, which is closed on all sides, is therefore not subjected to any additional force exceptions except for its own weight. The effect achieved is less sound radiation with less construction work.
  • the power-carrying engine 1 together with its outer structure 4 is screwed onto the cylinder head 3 via the cylinder head gasket 2.
  • the outer structure 4 is screwed onto the cylinder head 3 via the cylinder head gasket 2.
  • the rigid cylinder head 3 is additionally acoustically decoupled from the outer structure 4 via the cylinder head gasket 2.
  • the outer structure 4 is closed by a lead frame 5 in the form of a rigid shell with an opening 6 for dismantling the connecting rod cover 7 at the bottom.
  • the additional possible cross screw connections 20 mutually support the walls at suitable points.
  • the oil pan 8 is sealed as high as possible on a flange 9 on the outer structure 4.
  • the transmission-side flywheel housing 10 is fastened to the outer structure 4 and the lead frame 5 in order to increase the rigidity of the motor-transmission unit. This also reduces the structure-borne noise level introduced by the engine into the transmission.
  • the engine 1 consists of the moving parts: piston 11, connecting rod 12, crankshaft 13 and the cylinder block 14, the bearing bracket 15 and the bearing bracket 16.
  • a loader 17 is fastened to the outer structure 4 via a holder 19.
  • the transmission is attached to the engine 1 via cylindrical intermediate pieces 21.
  • the passage through the outer structure 4 is sealed by elastic seals 22. These can be vulcanized with the intermediate pieces 21 or designed in the manner of shaft seals.
  • the brackets 23 for the engine suspension can be screwed to the inner structure via such intermediate pieces 21.
  • the console 23 or similar components can also be used for receiving units 24. The result is a "box" which is closed on all sides and which, apart from its own weight, does not experience any additional force. The effect achieved is less sound radiation.
  • a turbocharger is provided, of which the supercharger 17 attached to the cylinder head 3 is shown.
  • the structure-borne noise decoupling between the charger 17 and the cylinder head 3 can be accomplished by an element 18 which is flexible in the axial direction.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Triebwerk, das hin- und hergehende Kolben und einen Zylinderblock aufweist, mit einem Zylinderkopf sowie mit einer separaten Außenstruktur zur Schallreduktion, die an ihrer Unterseite durch einen steifen Bauteil, z.B. einen Leiterrahmen, abgeschlossen ist, sodaß die Außenstruktur in sich deutlich versteift wird, indem eine allseits geschlossene Schachtel gebildet ist.
  • Um die Schallabstrahlung zu verringern, ist es bekannt, die Brennkraftmaschinen mit Teil-, Voll-, Naß- und Trockenkapseln zu versehen. Nachteile der bisherigen Maßnahmen sind einerseits die nur lokale Wirkung von Teilkapseln an den Einzelbauteilen bzw. der große Aufwand bei den an sich sehr wirkungsvollen vollen Naß- bzw. Trockenkapseln.
  • Bei den Naßkapseln tritt insbesondere der Nachteil auf , daß die in der Schallabstrahlung geminderte Außenkapsel zum erregenden Triebwerk im Inneren gegen Öl abgedichtet werden muß. Diese Dichtung stellt einen aufwendigen und risikobehafeten Bauteil dar. Zusätzlich treten durch die Bauart bedingt, Resonanzen zwischen Triebwerk und Außenkapsel auf, die zu Vibrationsproblemen führen, da die Entkoppelung über elastische Elemente erfolgt und somit ein Feder-Massesystem gebildet wird.
  • Es sind Brennkraftmaschinen der genannten Art bekannt, bei welchen die Außenschale elastisch über Elastomere mit der Motorstruktur verbunden ist. Es handelt sich um eine trockene Kapsel, die den Motor vollständig umschließt. Diese trockene Kapsel ist an allen möglichen Motorflächen elastisch aufgehängt. Es ergibt sich dabei der Nachteil, daß Elastomere verschleißen können, daß infolge Wärmestauproblemen eine Kapselbelüftung erforderlich ist und Aggregate schlecht, nämlich nur über "Wartungsdeckel" oder durch Entfernen der Kapsel zugänglich sind.
  • Aus der US-A 4 771 747 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine versteifte Außenstruktur aufweist. Diese Außenstruktur ist jedoch direkt mit dem Triebwerk verbunden bzw. stellt sogar einen Teil dieses Triebwerks dar. Eine Schallreduktion kann daher nicht in nennenswertem Umfang eintreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben, wobei der Bauaufwand möglichst klein gehalten werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Triebwerk mit der Außenstruktur nur über den steifen Zylinderkopf verbunden ist, wobei die Außenstruktur am Zylinderkopf befestigt, z.B. festgeschraubt ist.
  • Dadurch entsteht eine hohe Steifigkeit der Außenstruktur sowie eine hohe Steifigkeit der Motor-Getriebe-Einheit, da das Getriebe über seine gesamte Bauhöhe an der Außenstruktur angeflanscht werden kann. Eine Schallreduktion entsteht dadurch, daß die Außenschale mit dem Triebwerk nur über den steifen Zylinderkopfboden verbunden ist und dieser dementsprechend niedrige Körperschallpegel aufweist und daher die Außenstruktur nur in geringem Maße durch Körperschall angeregt wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Zylinderkopf, der Zylinderblock und die Außenstruktur durch eine Zylinderkopfdichtung zusätzlich akustisch hochfrequent entkoppelt sind, wodurch zusätzlich die Körperschallanregung der Außenstruktur deutlich vermindert wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Außenstruktur einen umlaufenden Flansch aufweisen, der die Ölwanne trägt. Dadurch wird die Steifigkeit der Außenstruktur zusätzlich noch erhöht. Vorteilhaft kann die vorzugsweise aus Schichtmaterial (Sandwichblech) bestehende Ölwanne an das Anregungszentrum durch ihre Größe angepaßt sein, um deren Geräuschabstrahlung zu minimieren.
  • Zusätzlich können die Seitenteile der Außenstruktur mittels mindestens einer den Kurbelraum durchsetzenden Querverschraubung miteinander verbunden sein, wodurch die Höhe der Steifigkeit der Außenstruktur vorteilhaft beeinflußt werden kann.
  • Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß über mit dem Zylinderblock fest verbundene Zwischenstücke, vorzugsweise mit zylindrischer Form, Anbauteile, Motoraufhängung und Getriebe am Triebwerk befestigt sind und diese Zwischenstücke die Außenstruktur durchdringen und von dieser, über elastische Dichtungen körperschallentkoppelt sind. Die allseits geschlossene "Schachtel" wird so außer vom Eigengewicht durch keine weiteren Krafteinleitungen belastet. Der erzielte Effekt besteht in einer geringeren Schallabstrahlung bei kleinem Bauaufwand.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 und
    • Fig. 2 einen axialen Längsschnitt dieser Maschine,
    • Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 4 und
    • Fig. 4 einen axialen Längsschnitt dieser Maschine.
  • Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist das kraftführende Triebwerk 1 samt seiner Außenstruktur 4 über die Zylinderkopfdichtung 2 am Zylinderkopf 3 festgeschraubt. Zwischen der Außenstruktur 4 und dem Triebwerk 1 besteht keine körperschallführende Verbindung, außer über den steifen Zylinderkopf 3, der zusätzlich über die Zylinderkopfdichtung 2 von der Außenstruktur 4 akustisch entkoppelt ist.
  • Die Außenstruktur 4 wird von einem Leiterrahmen 5 in Form einer steifen Schale mit einer Öffnung 6 zur Demontage der Pleuelstangendeckel 7 unten verschlossen. Die zusätzlich möglichen Querverschraubungen 20 stützen die Wände an geeigneten Stellen gegenseitig ab. Die Ölwanne 8 ist möglichst hochgezogen an einem Flansch 9 an der Außenstruktur 4 abgedichtet.
  • Das getriebeseitige Schwungradgehäuse 10 ist zur Erhöhung der Steifigkeit der Motor-Getriebe-Einheit an der Außenstruktur 4 und dem Leiterrahmen 5 befestigt. Damit wird auch der vom Motor in das Getriebe eingeleitete Körperschallpegel reduziert.
  • Das Triebwerk 1 besteht aus den bewegten Teilen: Kolben 11, Pleuelstange 12, Kurbelwelle 13 und dem Zylinderblock 14, dem Lagerstuhl 15 und dem Lagerbügel 16. Ein Lader 17 ist über eine Halterung 19 an der Außenstruktur 4 befestigt.
  • Bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 ist das Getriebe über zylindrische Zwischenstücke 21 am Triebwerk 1 befestigt. Der Durchtritt durch die Außenstruktur 4 wird durch elastische Dichtungen 22 abgedichtet. Diese können mit den Zwischenstücken 21 vulkanisiert oder auch in der Art von Wellendichtringen konzipiert sein. Ebenso können die Konsolen 23 für die Motoraufhängung über solche Zwischenstücke 21 an der Innenstruktur verschraubt sein. Die Konsole 23 oder ähnliche Bauteile können auch für die Aufnahme von Aggregaten 24 verwendet werden. Es entsteht somit eine allseits geschlossene "Schachtel", die außer dem Eigengewicht keine weiteren Krafteinleitungen erleidet. Der erzielte Effekt besteht in einer geringeren Schallabstrahlung.
  • Im vorliegenden Falle ist ein Turbolader vorgesehen, von dem der am Zylinderkopf 3 befestigte Lader 17 dargestellt ist. Die Körperschallentkopplung zwischen Lader 17 und dem Zylinderkopf 3 kann von einem in Achsrichtung nachgiebigem Element 18 bewerkstelligt werden.

Claims (6)

  1. Brennkraftmaschine mit einem Triebwerk (1) , das hin- und hergehende Kolben (11) und einen Zylinderblock (14) aufweist, mit einem Zylinderkopf (3) sowie mit einer separaten Außenstruktur (4) zur Schallreduktion, die an ihrer Unterseite durch einen steifen Bauteil, z.B. einen Leiterrahmen (5), abgeschlossen ist, sodaß die Außenstruktur (4) in sich deutlich versteift wird, indem eine allseits geschlossene Schachtel gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (1) mit der Außenstruktur (4) nur über den steifen Zylinderkopf (3) verbunden ist, wobei die Außenstruktur (4) am Zylinderkopf (3) befestigt, z.B. festgeschraubt ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (3) , der Zylinderblock (14) und die Außenstruktur (4) durch eine Zylinderkopfdichtung (2) zusätzlich akustisch hochfrequent entkoppelt sind.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenstruktur (4) einen umlaufenden Flansch (9) aufweist, der eine Ölwanne (8) trägt.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus Schichtmaterial bestehende Ölwanne (8) an das Anregungsspektrum durch ihre Größe angepaßt ist, um deren Geräuschabstrahlung zu minimieren.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile der Außenstruktur (4) mittels mindestens einer den Kurbelraum durchsetzenden Querverschraubung (20) miteinander verbunden sind.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über mit dem Zylinderblock (14) fest verbundene Zwischenstücke (21), vorzugsweise mit zylindrischer Form, Anbauteile (24), Motoraufhängung (23) und Getriebe am Triebwerk (1) befestigt sind und diese Zwischenstücke (21) die Außenstruktur (4) durchdringen und von dieser über elastische Dichtungen (22) körperschallentkoppelt sind.
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