EP1361356A2 - Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse - Google Patents

Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse Download PDF

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EP1361356A2
EP1361356A2 EP03010316A EP03010316A EP1361356A2 EP 1361356 A2 EP1361356 A2 EP 1361356A2 EP 03010316 A EP03010316 A EP 03010316A EP 03010316 A EP03010316 A EP 03010316A EP 1361356 A2 EP1361356 A2 EP 1361356A2
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EP
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crankcase
cylinder block
cylinder
bearing
crankshaft
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EP1361356B1 (de
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Werner Prof.Dr.-Ing. Habil Hoffmann
Stefan Kühn
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IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/041—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of cylinder or cylinderhead positioning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases

Definitions

  • the invention relates to a device for moving the cylinder block and head compared to the crankcase with those mentioned in the preamble of claim 1 Features.
  • a device for relocating is previously known from document EP 0 426 540 A1 of the cylinder block and head relative to the crankcase for the purpose of changing the compression with the type described below.
  • a crankcase receiving the crankshaft points on both sides of the crankshaft mounted control shafts with eccentrics that alternate over the length of the housing are distributed and arranged on both sides of the crankshaft axis Engage the mounting holes on the bearing blocks or arms of the cylinder block.
  • the cylinder block with the cylinder head forms a coupling link between the eccentrics and is displaced relative to the crankshaft when the eccentric is turned.
  • the straight connecting line between the axes of the control shafts runs around the crankshaft area above or below the crankshaft and cuts the cylinder axis in one oblique or at a right angle according to Figure 18.
  • the adjusting mechanism which is designed as a crank drive and consists of an eccentric shaft with connecting rods, requires a considerable amount Space and a larger number of components. As a result of the swivel movement of cylinder block and cylinder head is greater flexibility of the intake and Exhaust system required for motion compensation.
  • the invention has for its object a generic device for Relocate the cylinder block and head against the crankcase with one stable positioning of the adjusting mechanism to be designed without excessive Weight gain would have to be accepted.
  • This task is carried out in a generic device for moving the cylinder block and head compared to the crankcase according to the invention by the characterizing features of claim 1 solved.
  • the arrangement and mounting of the adjusting shafts with their eccentrics in the upper area of the cylinder block close to the cylinder head and the arrangement of the bearing lanes of the adjusting shafts in the crankcase above hollow support bars designed for the purpose of supporting the adjustment mechanism for moving the cylinder block and head relative to the crankcase are stable ,
  • the stability of the crankcase structure is significantly increased by the design of the hollow support-like support strips in the upper part of the crankcase, so that the forces emanating from the cylinder block can be easily absorbed and transmitted by the crankcase.
  • the adjustment mechanism is arranged in such a way that the connecting straight line of the bearing eyes or arms of the cylinder block is approximately perpendicular to the cylinder axis, resulting in a gearbox parallelogram for displacing the cylinder block relative to the fixed crankcase. Due to the high connection of the control shafts, the necessary seal (sealing flange, sealing sleeve) can also be arranged between the crankcase and cylinder block above the gearbox connection, without causing an engine extension due to the sealing sleeve.
  • FIG. 1 schematically shows a part of a cylinder block 1 and a crankcase 2 of an internal combustion engine, the displacement of the cylinder block 1 compared to the crankcase 2 by adjusting shafts 4 in connection with them Eccentrics 8 takes place.
  • at least one of the control shafts 4 is connected via a Motor, not shown, driven to the corresponding via an engine control unit Displacement of the cylinder block 1 is controlled.
  • Moving the Cylinder blocks 1 opposite the crankcase 2 are made in a known manner and are not the subject of the solution according to the invention.
  • the adjusting shafts 4 run on both sides of the cylinder in the upper, the cylinder head near area of the cylinder block 1 arranged.
  • the control shafts are advantageous 4 made in one piece. But it is also possible to make the control shafts 4 built.
  • the positioning shafts 4 are preferably mounted in the crankcase 2 and the storage of the eccentric 8 takes place in the cylinder block 1.
  • the adjusting shafts 4 and their Eccentrics 8 are arranged such that the connecting straight line 5 of the control shafts 4 and eccentric 8 receiving bearing eyes or arms of the cylinder block 1 approximately is perpendicular to the cylinder axis 9 of the internal combustion engine. It means that the adjustment mechanism for moving the cylinder block 1 relative to the crankcase 2 shows a gear parallelogram. 2 is schematic the adjustment gear to change the volume of the combustion chamber Internal combustion engine shown.
  • crankcase 2 To stabilize the crankcase 2 and for the stable mounting of the control shafts 4, eccentric 8 and the adjustment mechanism, not shown, existing adjustment mechanism are formed in the upper region of the crankcase 2 like a hollow beam Support strips 6 are provided, which extend over the length of the crankcase 2 extend.
  • crankcase 2 in the crankshaft plane is not shown separately, so that the single bearing cover is eliminated and the bearing of the crankshaft 3 in a lower part extending over the entire width of the crankcase 2 takes place (bedplate). This arrangement results in straightening and stabilization the power flow in the crankcase 2.
  • FIG. 3 shows a cross section through an internal combustion engine, the one Displacement of the cylinder block 1 into its upper position, with a large combustion chamber volume, shows.
  • FIG. 3 also shows the bearing arms of the cylinder block Inclusion of the positioning shaft bearing (eccentric). With 3 is in the crankcase 2 marked crankshaft bearing alley.
  • FIG. 4 shows a further cross section through an internal combustion engine.
  • FIG. 4 shows the web 7 extending between the cylinder tubes and the Bearing of the control shafts 4 in the crankcase 2.
  • the cylinder block 1 is used for highly stressed to increase the stability Motors in gray cast iron with reduced wall thickness or in vermicular cast iron.
  • the consequent exploitation of the higher strength of gray cast iron or Vermicular casting compared to aluminum can be advantageous in terms of lightweight construction be used to reduce weight. This can be done with a split version of cylinder block 1 and cylinder head these are still made of aluminum.
  • a further weight-reducing measure consists in the actuating shafts 4 to train hollow.
  • the support strips 6 can also be used for a targeted recording and forwarding Return oil from the cylinder head can be used. This is done via accordingly positioned bores 11 ( Figure 3) below the actuating shafts 4 a targeted introduction of return oil in the support bar volumes. By not shown separately The return oil can be channeled directly into the oil pan through channels in the storage chair levels become.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse mit einer stabilen Lagerung des Stellmechanismus zu gestalten, ohne dass eine übermäßige Gewichtszunahme in Kauf genommen werden müsste. Erfindungsgemäß wird durch die Anordnung und Lagerung der Stellwellen mit ihren Exzentern im oberen, dem Zylinderkopf nahen Bereich des Zylinderblocks und die Anordnung der Lagergassen der Stellwellen im Kurbelgehäuse oberhalb von hohlträgerartig ausgebildeten Tragleisten eine stabile Lagerung des Verstellmechanismus zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse erzielt. Durch die Gestaltung der hohlträgerartigen Tragleisten im oberen Teil des Kurbelgehäuses wird die Stabilität der Kurbelgehäusestruktur wesentlich erhöht, so dass die vom Zylinderblock ausgehenden Kräfte vom Kurbelgehäuse problemlos aufgenommen und weitergeleitet werden können. Dabei ist der Verstellmechanismus so angeordnet, dass die Verbindungsgerade der Lageraugen oder -arme des Zylinderblocks etwa senkrecht zur Zylinderachse steht, wodurch ein Getriebeparallelogramm zur Verlagerung des Zylinderblocks gegenüber dem feststehenden Kurbelgehäuse entsteht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, das Verdichtungsverhältnis von Ottomotoren auf die Klopffestigkeit im Volllastbetrieb auszulegen. Das hat zur Folge, dass im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine Wirkungsgradverluste hingenommen werden, da in diesem Bereich theoretisch höhere Verdichtungsverhältnisse gefahren werden könnten. Zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Teillastbetrieb ist es bekannt, die Verbrennungsräume variabel verstellbar zu gestalten. Durch Schwenken beziehungsweise durch Verlagern des kompletten Zylinderkopfes wird der Abstand zwischen Kolben und Zylinderkopf und somit das Brennraumvolumen und damit das Verdichtungsverhältnis verändert.
Vorbekannt ist durch die Schrift EP 0 426 540 A1 eine Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse zum Zwecke der Verdichtungsänderung mit nachfolgend beschriebener Bauart.
Ein die Kurbelwelle aufnehmendes Kurbelgehäuse weist beiderseits der Kurbelwelle gelagerte Stellwellen mit Exzentern auf, die über die Länge der Gehäuse wechselweise verteilt angeordnet sind und in beidseitig der Kurbelwellenachse angeordnete Aufnahmebohrungen von Lagerstegen oder - armen des Zylinderblocks eingreifen. Der Zylinderblock mit dem Zylinderkopf bildet ein Koppelglied zwischen den Exzentern und wird beim Verdrehen der Exzenter relativ zur Kurbelwelle verlagert. Die Verbindungsgerade zwischen den Achsen der Stellwellen verläuft um den Kurbelwellenbereich über oder unter der Kurbelwelle und schneidet die Zylinderachse in einem schrägen oder gemäß Figur 18 in einem rechten Winkel.
Vorbekannt ist es bei Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis auch, zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse den Zylinderblock einseitig in Höhe des kurbelwellenseitigen Endes der Zylinderbüchsen im Kurbelgehäuse schwenkbar zu lagern und auf der anderen Seite der Kurbelwellenachse über einen am Kurbelgehäuse gelagerten Kurbeltrieb, der über pleuelartige Elemente am Zylinderblock angelenkt angreift, den Zylinderblock zu verschwenken. Dieser nimmt dabei unterschiedlich nahe oder der Kurbelwelle fernere Stellungen ein, wodurch die Verdichtung verändert werden kann. (Auto-Zeitung 10/2000 S. 68 - 69, Heinrich Bauer Zeitschriften Verlag KG, Hamburg) Nachteilig ist die ungünstige Krafteinleitung vom Zylinderblock ins Kurbelgehäuse und zur Getriebeanbindung. Der Stellmechanismus, der als Kurbelantrieb ausgebildet ist und aus einer Exzenterwelle mit Pleuelstangen besteht, erfordert einen erheblichen Bauraum und eine größere Anzahl von Bauteilen. Infolge der Schwenkbewegung von Zylinderblock und Zylinderkopf ist eine größere Flexibilität der Ansaug- und Abgasanlage zum Bewegungsausgleich erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse mit einer stabilen Lagerungen des Stellmechanismus zu gestalten, ohne dass eine übermäßige Gewichtszunahme in Kauf genommen werden müßte.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch die Anordnung und Lagerung der Stellwellen mit ihren Exzentern im oberen, dem Zylinderkopf nahen Bereich des Zylinderblocks und die Anordnung der Lagergassen der Stellwellen im Kurbelgehäuse oberhalb von hohlträgerartig ausgebildeten Tragleisten wird eine stabile Lagerung des Verstellmechanismus zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse erzielt. Durch die Gestaltung der hohlträgerartigen Tragleisten im oberen Teil des Kurbelgehäuses wird die Stabilität der Kurbelgehäusestruktur wesentlich erhöht, so dass die vom Zylinderblock ausgehenden Kräfte vom Kurbelgehäuse problemlos aufgenommen und weitergeleitet werden können. Dabei ist der Verstellmechanismus so angeordnet, dass die Verbindungsgerade der Lageraugen oder -arme des Zylinderblocks etwa senkrecht zur Zylinderachse steht, wodurch ein Getriebeparallelogramm zur Verlagerung des Zylinderblocks gegenüber dem feststehenden Kurbelgehäuse entsteht.
Durch die hohe Anbindung der Stellwellen kann ebenfalls die notwendige Abdichtung (Dichtflansch, Dichtmanschette) zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderblock oberhalb der Getriebeanbindung angeordnet werden, ohne daß durch die Dichtmanschette eine Motorverlängerung verursacht würde.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben; sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
An Hand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1:
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse,
Fig. 2:
die erfindungsgemäße Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse als Getriebeschaltbild,
Fig. 3:
einen Schnitt durch den Zylinderblock mit Stellwellen und das Kurbelgehäuse,
Fig. 4:
einen weiteren Schnitt durch den Zylinderblock mit Stellwellen und das Kurbelgehäuse.
In Figur 1 ist schematisch ein Teil eines Zylinderblocks 1 und eines Kurbelgehäuses 2 eines Verbrennungsmotors dargestellt, wobei die Verlagerung des Zylinderblocks 1 gegenüber dem Kurbelgehäuse 2 durch Stellwellen 4 in Verbindung mit daran angeordneten Exzentern 8 erfolgt. Dabei wird mindestens eine der Stellwellen 4 über einen nicht dargestellten Motor angetrieben, der über ein Motorsteuergerät zur entsprechenden Verlagerung des Zylinderblocks 1 angesteuert wird. Das Verlagern des Zylinderblocks 1 gegenüber dem Kurbelgehäuse 2 erfolgt in bekannter Weise und ist nicht Gegenstand der erfindungsgemäßen Lösung.
Die Stellwellen 4 sind beidseitig der Zylinder verlaufend im oberen, dem Zylinderkopf nahen Bereich des Zylinderblocks 1 angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Stellwellen 4 einstückig ausgeführt. Es ist aber auch möglich, die Stellwellen 4 gebaut auszuführen. Die Lagerung der Stellwellen 4 erfolgt vorzugsweise im Kurbelgehäuse 2 und die Lagerung der Exzenter 8 erfolgt im Zylinderblock 1. Die Stellwellen 4 und deren Exzenter 8 sind so angeordnet, dass die Verbindungsgerade 5 der die Stellwellen 4 und Exzenter 8 aufnehmenden Lageraugen oder -arme des Zylinderblocks 1 etwa senkrecht zur Zylinderachse 9 des Verbrennungsmotors steht. Das bedeutet, dass der Verstellmechanismus zum Verlagern des Zylinderblocks 1 gegenüber dem Kurbelgehäuse 2 ein Getriebeparallelogramm darstellt. In der Figur 2 ist schematisch das Verstellgetriebe zur Veränderung des Volumens des Verbrennungsraumes des Verbrennungsmotors dargestellt.
Zur Stabilisierung des Kurbelgehäuses 2 und zur stabilen Lagerung des aus Stellwellen 4, Exzenter 8 und dem nicht dargestellten Verstellantrieb bestehenden Verstellmechanismuses sind im oberen Bereich des Kurbelgehäuses 2 hohlträgerartig ausgebildete Tragleisten 6 vorgesehen, die sich über die Länge des Kurbelgehäuses 2 erstrecken. Die hohlträgerartig ausgebildeten Tragleisten 6 gewährleisten maßgeblich die Stabilität des Kurbelgehäuses 2.
Nicht gesondert dargestellt ist eine Teilung des Kurbelgehäuses 2 in der Kurbelwellenebene, so dass die Einzellagerdeckel entfallen und die Lagerung der Kurbelwelle 3 in einem sich über die ganze Breite des Kurbelgehäuses 2 erstreckenden Unterteil erfolgt (Bedplate). Durch diese Anordnung erfolgt eine Begradigung und Stabilisierung des Kraftflusses im Kurbelgehäuse 2.
In Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor dargestellt, der eine Verlagerung des Zylinderblocks 1 in seine obere Stellung, bei einem größten Brennraumvolumen, zeigt. Die Figur 3 zeigt weiter die Lagerarme des Zylinderblocks zur Aufnahme der Stellwellenlagerung (Exzenter). Mit 3 ist die in dem Kurbelgehäuse 2 befindliche Lagergasse Kurbelwelle gekennzeichnet.
In Figur 4 ist ein weiterer Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor dargestellt.
Die Figur 4 zeigt den zwischen den Zylinderrohren sich erstreckenden Steg 7 und die Lagerung der Stellwellen 4 im Kurbelgehäuse 2.
Im Interesse eines geringeren Zylinderverzuges kann bei großen Beanspruchungen die in Fig. 3 und 4 beispielhaft gegebene Anordnung der Lager Stellwelle 4 und Exzenter 8 auch vertauscht ausgeführt sein. In diesem Fall erfolgt die Anordnung der Lagerarme des Zylinderblocks zur Stellwellenlagerung (Exzenter) im Bereich des sich zwischen den Zylinderrohren erstreckenden Steges 7. Und die Lagerung der Stellwellen 4 im Kurbelgehäuse 2 erfolgt jeweils in Ebene der Zylindermitten.
Zur Erhöhung der Stabilität wird erfindungsgemäß der Zylinderblock 1 für hochbeanspruchte Motoren in wanddickenreduziertem Grauguss oder in Vermikularguss ausgeführt. Die konsequente Ausnutzung der höheren Festigkeit von Grauguss oder Vermikularguss gegenüber Aluminium kann vorteilhaft im Sinne des Leichtbaues gezielt zur Gewichtsreduzierung ausgenutzt werden. Dabei kann bei geteilter Ausführung von Zylinderblock 1 und Zylinderkopf dieser nach wie vor aus Aluminium bestehen. Eine weitere gewichtsreduzierende Maßnahme besteht darin, die Stellwellen 4 hohl auszubilden.
Die Tragleisten 6 können ebenfalls für eine gezielte Aufnahme und Weiterleitung von Rücklauföl aus dem Zylinderkopf genutzt werden. Dabei erfolgt über entsprechend positionierte Bohrungen 11 (Figur 3) unterhalb der Stellwellen 4 eine gezielte Einleitung von Rücklauföl in die Tragleistenvolumina. Durch nicht gesondert dargestellte Kanäle in den Lagerstuhlebenen kann das Rücklauföl direkt bis in die Ölwanne weitergeleitet werden.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Zylinderblock
2
Kurbelgehäuse
3
Lagergasse Kurbelwelle
4
Stellwelle
5
Verbindungsgerade
6
Tragleisten
7
Steg
8
Exzenter
9
Zylinderachse
10
Lagergasse Stellwelle
11
Bohrungen

Claims (8)

  1. Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse mit folgender Bauart,
    das die Kurbelwelle aufnehmende Kurbelgehäuse weist in seinem Oberteil zwei beiderseits der Zylinder gelagerte Stellwellen mit Exzentern auf, die über die Länge des Kurbelgehäuses wechselweise verteilt angeordnet sind und in Aufnahmebohrungen von Lagerstegen oder - armen des Zylinderblocks eingreifen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    die Verbindungsgerade (5) der Lageraugen oder - arme des Zylinderblocks (1) steht etwa senkrecht zur Zylinderachse (9),
    die Lagerungen der Stellwellen (4) und deren Exzenter (8) verlaufen im oberen, dem Zylinderkopf nahen Bereich des Zylinderblocks (1),
    die Lagergassen (10) der Stellwellen (4) sind im Kurbelgehäuse (2) oberhalb von hohlträgerartig ausgebildeten Tragleisten (6), die sich über die Länge des Kurbelgehäuses (2) erstrecken, angeordnet.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (2) aus Leichtmetall besteht und die Partie der Lagergasse der Kurbelwelle (3) und/oder die Partie der Lagergasse (10) der Stellwellen (4) als Grauguss-Eingussteil gestaltet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lagergassen (10) der Stellwellen (4) im Kurbelgehäuse (2) aus Leichtmetall bestehen.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stellwellen (4) einstückig oder gebaut ausgeführt sind.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelwellengehäuse (2) in Kurbelwellenebene geteilt ausgeführt ist, wobei das die Kurbelwelle aufnehmende Unterteil als Lagerbrücken- bzw. bedplate-Konstruktion ausgebildet ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderblock (1) aus wanddickenreduziertem Grauguss oder Vermikularguss besteht.
  7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stellwellen (4) hohl ausgebildet sind.
  8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Tragleisten (6) zur Aufnahme von Rücklauföl über Bohrungen (11) mit dem Zylinderkopf und über in den Lagerstuhlebenen angeordneten Kanälen mit einer am Kurbelgehäuse angeordneten Ölwanne verbunden sind.
EP03010316A 2002-05-10 2003-05-07 Einrichtung zum Verlagern des Zylinderblocks und -kopfs gegenüber dem Kurbelgehäuse Expired - Lifetime EP1361356B1 (de)

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