EP2228530A1 - Kurbelgehäuse für eine Hubkolbenmaschine - Google Patents

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EP2228530A1
EP2228530A1 EP09155119A EP09155119A EP2228530A1 EP 2228530 A1 EP2228530 A1 EP 2228530A1 EP 09155119 A EP09155119 A EP 09155119A EP 09155119 A EP09155119 A EP 09155119A EP 2228530 A1 EP2228530 A1 EP 2228530A1
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EP
European Patent Office
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crankcase
struts
bearing
wall
cylinder
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Application number
EP09155119A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Lenz
Urban Morawitz
Bernd Steiner
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Classifications

    • 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 or frames
    • F02F7/0043—Arrangements of mechanical drive elements
    • F02F7/0053—Crankshaft bearings fitted in the crankcase
    • 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 or frames
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0007—Crankcases of engines with cylinders in line

Definitions

  • the invention relates to a crankcase for a reciprocating engine according to the preamble of claim 1.
  • Both the EP 0 459 428 A1 as well as the EP 0 818 620 B1 show how a crankshaft bearing over a composite of bands, straps and struts with the crankcase can be made very stiff and lightweight.
  • the object of the invention is therefore to optimize a crankcase of an internal combustion engine with respect to rigidity and in particular noise behavior on.
  • a crankcase for a reciprocating engine includes bearing assemblies for receiving a crankshaft, which is connected per cylinder unit via a connecting rod with a piston which is movable in a cylinder and wherein the cylinder is covered by a cylinder head.
  • Each bearing assembly has a bearing body integrally connected to the crankcase, which has a recess for receiving the crankshaft together with a bolted to the bearing body bearing cap.
  • Each bearing body is with the Crankcase connected via a number of struts, wherein first struts are arranged in the axial extension of the screws of the bearing caps and extending to the cylinder block, wherein second struts extend from the bearing body to a region of a ⁇ lwannenflansches and wherein third struts are as intermediate stiffeners to the extend the respective crankcase wall. It thus span between the connecting portions of the first and third and second and third struts of a first and a second bearing assembly with the crankcase surface areas of the crankcase. To increase the rigidity and strength, according to the invention, these resulting surface areas are cambered in at least one direction, preferably along the longitudinal axis of the internal combustion engine.
  • the surface areas mentioned in both directions d. H. along the longitudinal axis of the internal combustion engine and transversely cambered.
  • the third struts in such a way that they halve the distance between the first and second struts.
  • the connection of the third struts with the crankcase takes place approximately centrally between the connection of the crankcase walls to the cylinder block and the formation of the crankcase to a ⁇ lwannenflansch.
  • approximately the same surface area results for the surfaces resulting between the connecting regions of the first and third struts and the surfaces resulting between the connecting regions of the second and third struts.
  • further third struts for supporting the bearing assemblies can be arranged on the crankcase wall.
  • the distance between the first and third struts can not only be halved, but z. B. divided or quartered. It is inventively possible to reinforce even a crankcase side by further third struts. Thus, an unequal number of struts per crankcase side can certainly be provided.
  • crankcase wall or the crankcase walls between the connection points of the first, second and third struts are preferably additionally reinforced by ribs. Both ribs along the longitudinal axis of the internal combustion engine (longitudinal ribs) or transversely thereto (transverse ribs) can be arranged. A combination of longitudinal and transverse ribs makes sense.
  • the openings between the struts, at least partially z. B. be closed by thin walls. This gives additional stiffness without significantly increasing the weight. It is also conceivable to at least partially close the area between the first struts, z. B. by a thin wall.
  • oil passages are provided for the return of the lubricating oil from the cylinder head into the oil pan. These oil passages run inside or outside the cylinder block and may at least partially continue to either inside or outside of the crankcase. According to the invention, these oil channels can be used in addition to the reinforcement / stiffening of a crankcase.
  • the inventive at least one oil passage is formed as a hollow profile and integrally formed as additional reinforcement with the crankcase.
  • This reinforcement can be used in addition to or as an alternative to the aforementioned ribs.
  • this at least one oil passage may be formed on the outer wall of the crankcase. Likewise, however, the at least one oil passage may be at least partially formed on the inner wall of the crankcase.
  • FIG. 1 schematically shows a part of an internal combustion engine 1.
  • a crankcase 4 consisting of a cylinder block 2 and containing integrally formed with the cylinder block 2, the two crankcase walls 4a.
  • the crankcase walls 4 a end in a respective ⁇ lwannenflansch 5, which is suitable for fixing an oil pan in a known manner.
  • the bearing assembly 6 according to the invention consists of a bearing body 13 and a bearing cap 8, which together form a recess 7 for receiving a crankshaft.
  • the bearing cap 8 is usually fastened to the bearing body 13 with two screws (not shown here).
  • Each bearing assembly 6 is connected to first struts 9 with the cylinder block 2.
  • Each bearing assembly 6 is supported in the direction of the oil pan flange 5 via second struts 10.
  • each bearing assembly 6 is connected via third struts 11 with the crankcase wall 4a and the crankcase walls 4a. If required, further third struts 11 can be arranged in order to better divide the forces and to divert them into the crankcase 4. If the connection points or connection areas of the first, second and third struts 9, 10, 11 with the crankcase wall 4 a are conceptually connected, surfaces 12 are stretched. According to the invention, these surfaces 12 are cambered at least in one direction. This significantly increases the rigidity of the crankcase walls 4a and thus of the overall system.
  • the resulting surface areas 12 should have approximately the same surface area.
  • the third struts 11 are connected approximately to the housing walls 4a in the middle between the first and second struts 9, 10. For several third struts 11 per side of a bearing assembly 6, this applies analogously.
  • the openings 14 between the first and third and / or the second and third struts 9, 10, 11 may also be at least partially closed by thin walls. This significantly increases the rigidity of the overall system.

Abstract

Ein Kurbelgehäuse 4 für eine Hubkolbenmaschine 1 enthält Lageranordnungen 6 zur Aufnahme einer Kurbelwelle, die je Zylindereinheit 3 über ein Pleuel mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Zylinder 3 bewegbar ist und wobei der Zylinder 3 von einem Zylinderkopf abgedeckt ist. Jede Lageranordnung 6 weist einen mit dem Kurbelgehäuse 4 einstückig verbundenen Lagergrundkörper 13 auf, der zusammen mit einem mit dem Lagergrundkörper 13 verschraubten Lagerdeckel 8 eine Ausnehmung 7 zur Aufnahme der Kurbelwelle aufweist. Jeder Lagergrundkörper 13 ist mit dem Kurbelgehäuse 4 über eine Anzahl von Streben 9, 10, 11 verbunden, wobei erste Streben 9 in axialer Verlängerung der Schrauben der Lagerdeckel 8 angeordnet sind und sich bis zum Zylinderblock 2 erstrecken, wobei zweite Streben 10 sich von dem Lagergrundkörper 13 zu einem Bereich eines Ölwannenflansches 5 erstrecken und wobei dritte Streben 11 sich als dazwischenliegende Versteifungen zu der jeweiligen Kurbelgehäusewand 4a hin erstrecken. Es spannen sich somit zwischen den Verbindungsbereichen der ersten und dritten und zweiten und dritten Streben 9, 10, 11 einer ersten und einer zweiten Lageranordnung 6 mit dem Kurbelgehäuse 4 Flächenbereiche 12 des Kurbelgehäuses 4 auf. Zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit werden erfindungsgemäß diese sich ergebenden Flächenbereiche 12 in zumindest einer Richtung, vorzugsweise entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine 1, bombiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Gattungsgemäße Kurbelgehäuse sind z. B. aus der EP 0 459 428 A1 und EP 0 818 620 B1 bekannt. Moderne Hubkolbenmaschinen erzielen immer höhere Leistung pro Hubraum. Daraus resultierend nimmt die Bauteilbelastung immer mehr zu. Insbesondere die Kurbelwelle bzw. die Kurbelwellenlagerung wird zunehmend stärker belastet. Es ist daher sinnvoll, insbesondere die Kurbelwellenlagerung sehr stabil auszuführen. Andererseits sollte eine Brennkraftmaschine möglichst leicht sein, da ein möglichst geringes Gewicht das Gewicht eines Kraftfahrzeugs niedrig hält und sich ein niedriges Fahrzeuggewicht positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Sowohl die EP 0 459 428 A1 als auch die EP 0 818 620 B1 zeigen, wie eine Kurbelwellenlagerung über einen Verbund aus Bändern, Trägern und Streben mit dem Kurbelgehäuse besonders steif und leicht ausgeführt werden kann. Dadurch, daß die Kräfte durch die erwähnten Bänder, Träger und Streben wenigstens zum Teil in die Kurbelgehäusewand geleitet werden, ergibt sich eine erhöhte Belastung der Kurbelgehäusewand. Zusätzlich besteht die Gefahr, daß bei einer leichten Ausführung der Kurbelgehäusewand akustische Nachteile entstehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine in Bezug auf Steifigkeit und insbesondere Geräuschverhalten weiter zu optimieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kurbelgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Danach enthält ein Kurbelgehäuse für eine Hubkolbenmaschine Lageranordnungen zur Aufnahme einer Kurbelwelle, die je Zylindereinheit über ein Pleuel mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Zylinder bewegbar ist und wobei der Zylinder von einem Zylinderkopf abgedeckt ist. Jede Lageranordnung weist einen mit dem Kurbelgehäuse einstückig verbundenen Lagergrundkörper auf, der zusammen mit einem mit dem Lagergrundkörper verschraubten Lagerdeckel eine Ausnehmung zur Aufnahme der Kurbelwelle aufweist. Jeder Lagergrundkörper ist mit dem Kurbelgehäuse über eine Anzahl von Streben verbunden, wobei erste Streben in axialer Verlängerung der Schrauben der Lagerdeckel angeordnet sind und sich bis zum Zylinderblock erstrecken, wobei zweite Streben sich von dem Lagergrundkörper zu einem Bereich eines Ölwannenflansches erstrecken und wobei dritte Streben sich als dazwischenliegende Versteifungen zu der jeweiligen Kurbelgehäusewand hin erstrecken. Es spannen sich somit zwischen den Verbindungsbereichen der ersten und dritten und zweiten und dritten Streben einer ersten und einer zweiten Lageranordnung mit dem Kurbelgehäuse Flächenbereiche des Kurbelgehäuses auf. Zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit werden erfindungsgemäß diese sich ergebenden Flächenbereiche in zumindest einer Richtung, vorzugsweise entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine, bombiert.
  • Vorteilhaft und zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit werden die genannten Flächenbereiche in beiden Richtungen, d. h. entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine und quer dazu bombiert.
  • Sinnvoll ist es auch, die dritten Streben so anzuordnen, daß sie Strecke zwischen ersten und zweiten Streben halbieren, d. h. die Verbindung der dritten Streben mit dem Kurbelgehäuse erfolgt näherungsweise mittig zwischen der Anbindung der Kurbelgehäusewände an den Zylinderblock und der Ausformung des Kurbelgehäuses zu einem Ölwannenflansch. Dadurch ergeben sich näherungsweise gleiche Flächeninhalte für die sich zwischen den Verbindungsbereichen der ersten und dritten Streben ergebenen Flächen und den sich zwischen den Verbindungsbereichen der zweiten und dritten Streben ergebenen Flächen.
  • Bevorzugt können weitere dritte Streben zur Abstützung der Lageranordnungen an die Kurbelgehäusewand angeordnet werden. Die Strecke zwischen den ersten und dritten Streben kann so nicht nur halbiert werden, sondern wird z. B. gedrittelt oder geviertelt. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, auch nur eine Kurbelgehäusenseite durch weitere dritte Streben zu verstärken. So kann durchaus ein ungleiche Anzahl an Streben je Kurbelgehäuseseite vorgesehen sein.
  • Sinnvoll ist es weiterhin, wenn diese dritten Streben die genannte Strecke gleichmäßig unterteilen, d. h. die Abstände zwischen den Anbindungsbereichen der dritten Streben an der Kurbelgehäusewand sind näherungsweise gleich.
  • Bevorzugt werden zusätzlich die Kurbelgehäusewand oder die Kurbelgehäusewände zwischen den Anbindungspunkten der ersten, zweiten und dritten Streben durch Rippen verstärkt. Dabei können sowohl Rippen entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine (Längsrippen) oder auch quer dazu (Querrippen) angeordnet sein. Auch eine Kombination von Längs- und Querrippen ist sinnvoll.
  • Erfindungsgemäß können auch die Öffnungen zwischen den Streben zumindest teilweise z. B. durch dünne Wände geschlossen werden. Dies gibt zusätzlich Steifigkeit ohne das Gewicht nennenswert zu erhöhen. Vorstellbar ist es auch, den Bereich zwischen den ersten Streben zumindest teilweise zu schließen, z. B. durch eine dünne Wand.
  • Üblicherweise sind für die Rückführung des Schmieröls vom Zylinderkopf in die Ölwanne Ölkanäle vorgesehen. Diese Ölkanäle laufen innerhalb oder außerhalb des Zylinderblocks und können sich zumindest teilweise ebenso innerhalb oder außerhalb des Kurbelgehäuses fortsetzen. Erfindungsgemäß können diese Ölkanäle zusätzlich zur Verstärkung/Versteifung eines Kurbelgehäuses herangezogen werden.
  • Dabei wird der erfindungsgemäße wenigstens eine Ölkanal als Hohlprofil ausgebildet und als zusätzliche Verstärkung mit dem Kurbelgehäuse einstückig ausgeformt. Diese Verstärkung kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor genannten Rippen eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäß kann dieser mindestens eine Ölkanal an der Außenwand des Kurbelgehäuses ausgeformt sein. Ebenso kann aber der mindestens eine Ölkanal zumindest teilweise an der Innenwand des Kurbelgehäuses ausgeformt sein.
  • Die zur Verdeutlichung der Erfindung beigefügte Figur zeigt:
    • Fig. 1
    skizziert einen Teil einer Brennkraftmaschine 1 bestehend aus Zylinderblock 2 und erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse 4.
  • Figur 1 zeigt schematisch einen Teil einer Brennkraftmaschine 1. Zu sehen ist ein Kurbelgehäuse 4 bestehend aus einem Zylinderblock 2 und enthaltend mit dem Zylinderblock 2 einstückig ausgebildet die beiden Kurbelgehäusewände 4a. Die Kurbelgehäusewände 4a enden in je einem Ölwannenflansch 5, der in bekannter Weise zur Befestigung einer Ölwanne geeignet ist. Die erfindungsgemäße Lageranordnung 6 besteht aus einem Lagergrundkörper 13 und einem Lagerdeckel 8, die zusammen eine Ausnehmung 7 zur Aufnahme einer Kurbelwelle ausbilden. Der Lagerdeckel 8 wird üblicherweise mit zwei, hier nicht gezeigten, Schrauben an dem Lagergrundkörper 13 befestigt. Jede Lageranordnung 6 wird mit ersten Streben 9 mit dem Zylinderblock 2 verbunden. Jede Lageranordnung 6 wird in Richtung Ölwannenflansch 5 über zweite Streben 10 abgestützt. Zusätzlich wird jede Lageranordnung 6 über dritte Streben 11 mit der Kurbelgehäusewand 4a bzw. den Kurbelgehäusewänden 4a verbunden. Es können bei Bedarf auch weitere dritte Streben 11 angeordnet werden, um die Kräfte noch besser aufzuteilen und in das Kurbelgehäuse 4 abzuleiten. Verbindet man nun gedanklich die Verbindungspunkte bzw. Verbindungsbereiche der ersten, zweiten und dritten Streben 9, 10, 11 mit der Kurbelgehäusewand 4a, so spannen sich Flächen 12 auf. Erfindungsgemäß sind diese Flächen 12 zumindest in einer Richtung bombiert. Dadurch erhöht sich erheblich die Steifigkeit der Kurbelgehäusewände 4a und damit des Gesamtsystems. Sollten die ersten Streben 9 nicht bis zur Kurbelgehäusewand 4a heranreichen, so wird erfindungsgemäß nur der Bereich der aufgespannten Flächen 12 bis zum Anschluß der Kurbelgehäusewände 4a an den Zylinderblock 2 betrachtet. Erfindungsgemäß sollten die sich ergebenden Flächenbereiche 12 ungefähr den gleichen Flächeninhalt aufweisen. Das bedeutet, daß die dritten Streben 11 ungefähr an die Gehäusewände 4a in der Mitte zwischen den ersten und zweiten Streben 9, 10 angebunden sind. Bei mehreren dritten Streben 11 pro Seite einer Lageranordnung 6 gilt dies entsprechend analog.
  • Die Öffnungen 14 zwischen den ersten und dritten und/oder den zweiten und dritten Streben 9, 10, 11 können auch durch dünne Wände zumindest teilweise verschlossen sein. Dies erhöht deutlich die Steifigkeit des Gesamtsystems.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Teil einer Brennkraftmaschine
    2
    Zylinderblock
    3
    Zylinder
    4, 4a
    Kurbelgehäuse, Kurbelgehäusewand
    5
    Ölwannenflansch
    6
    Lageranordnung
    7
    Ausnehmung zur Kurbelwellenaufnahme
    8
    Lagerdeckel
    9
    erste Streben
    10
    zweite Streben
    11
    dritte Streben
    12
    bombierte Flächen
    13
    Lagergrundkörper
    14
    Öffnung zwischen zweiter und dritter Strebe

Claims (10)

  1. Kurbelgehäuse (4) für eine Hubkolbenmaschine (1) das Lageranordnungen (6) zur Aufnahme einer Kurbelwelle aufweist, die je Zylindereinheit über ein Pleuel mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Zylinder (3) bewegbar ist und wobei der Zylinder (3) von einem Zylinderkopf abgedeckt ist, wobei jede Lageranordnung (6) einen mit dem Kurbelgehäuse (4) bzw. Zylinderblock (2) einstückig verbundenen Lagergrundkörper (13) aufweist, der zusammen mit einem mit dem Lagergrundkörper (13) verschraubten Lagerdeckel (8) eine Ausnehmung (7) zur Aufnahme der Kurbelwelle aufweist, wobei jeder Lagergrundkörper (13) mit dem Kurbelgehäuse (4) über eine Anzahl von Streben (9, 10, 11) verbunden ist, wobei erste Streben (9) in axialer Verlängerung der Schrauben der Lagerdeckel (8) angeordnet sind und sich bis zum Zylinderblock (2) erstrecken, wobei zweite Streben (10) sich von dem Lagergrundkörper (13) zu einem Bereich eines Ölwannenflansches (5) erstrecken und wobei dritte Streben (11) sich als dazwischenliegende Versteifungen zu der jeweiligen Kurbelgehäusewand (4a) hin erstrecken und wobei die sich somit zwischen den Verbindungsbereichen der ersten und dritten und zweiten und dritten Streben (9, 10, 11) der Lageranordnungen (6) mit dem Kurbelgehäuse (4) Flächenbereiche (12) des Kurbelgehäuses (4) aufspannen
    dadurch gekennzeichnet, daß
    diese sich ergebenden Flächenbereiche (12) in zumindest einer Richtung vorzugsweise entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine (1) bombiert sind.
  2. Kurbelgehäuse (4) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    diese sich ergebenden Flächenbereiche (12) entlang der Längsachse und quer dazu bombiert sind.
  3. Kurbelgehäuse (4) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die sich ergebenden Flächenbereiche (12) näherungsweise den gleichen Flächeninhalt aufweisen.
  4. Kurbelgehäuse (4) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    auf wenigstens einer Kurbelgehäusenseite weitere dritte Streben (11) zur Abstützung der Lageranordnungen (6) an die Kurbelgehäusewand (4a) angeordnet werden.
  5. Kurbelgehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Abstände zwischen den Anbindungsbereichen der ersten, zweiten und dritten Streben (9, 10, 11) an die Kurbelgehäusewand (4a) näherungsweise gleich sind.
  6. Kurbelgehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kurbelgehäusewand (4a) oder -wände durch Längsrippen und/oder Querrippen verstärkt werden.
  7. Kurbelgehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Öffnung zwischen den Streben zumindest teilweise durch dünne Wände geschlossen sind.
  8. Kurbelgehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Öffnung zwischen den ersten Streben (9) zumindest teilweise durch eine dünne Wand geschlossen ist.
  9. Kurbelgehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche Anspruch 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Kurbelgehäuse (4) mindestens einen Ölkanal aufweist.
  10. Kurbelgehäuse (4) nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der mindestens eine Ölkanal an einer Außenwand (4a) des Kurbelgehäuses (4) ausgeformt ist oder zumindest teilweise an der Innenwand ausgeformt ist.
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