JP4078207B2 - 液冷内燃機関用のシリンダクランクケース - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、液冷内燃機関用のシリンダクランクケースに関する。
【０００２】
シリンダクランクケースの重量減少のためには、液状稼動材のための案内部を素材に適合させて別々にすることを顧慮しながら、直接的に又は間接的に成形されたクランクシャフト軸受を有するシリンダから実質的に形成されていて大きな負荷にさらされる駆動装置ブロックを、好ましくはより大きな負荷にさらすことのできる材料から製造すること、且つ、より小さな負荷にさらされるケーシング壁を、特に薄壁に作成される軽量の素材から別個に形成することが知られている。
【０００３】
ドイツ特許出願公開第4306269号明細書(DE4306269A1)から、液冷内燃機関用のシリンダクランクケースが知られていて、このシリンダクランクケースでは、デッキにクランクシャフト側に成形されている軸受台と、これらの軸受台上に一体式に配設されているシリンダチューブとを有する駆動装置ブロックがケーシングジャケットで取り囲まれていて、この際、ケーシングジャケットは、潤滑油を案内するクランク空間をシリンダチューブに付設されている冷却剤空間から分割するために、フランジを介してデッキと密閉可能な結合状態にある。構造原理としてのみ示されているこのシリンダクランクケースでは、駆動装置ブロックのために様々な素材を使用すること及びジャケット化が考えられるが、このシリンダクランクケースは、稼動可能な内燃機関のための模範例としては除外される。
【０００４】
それに対し、ドイツ特許出願公開第4409750号明細書(DE4409750A1)では、列を成して配設されている複数のシリンダチューブを含むシリンダインサートを有し且つ実質的にマグネシウムから成るケーシングを備えた、液冷内燃機関用の模範的なシリンダクランクケースが示されて説明されている。液状稼動材を素材に適合させて別々に案内するために、マグネシウムが周囲に鋳込まれていてアルミニウム合金から成るシリンダインサートは、シリンダヘッド側の端部領域において、互いに結合されているシリンダチューブを包囲し且つ冷却剤空間を形成するための包囲壁を有し、それにより、他の液状稼動材として潤滑油が好ましくはマグネシウム製ケーシング内に形成されている流路内に案内されている。この周知のシリンダクランクケースでは、確かに冷却剤としての冷却水がマグネシウム製ケーシング内には案内されていないが、組み込まれた軸受台を有するこのマグネシウム製ケーシングは軽重量の構造方式により高出力の内燃機関に適しているとは言えない。
【０００５】
それに対し、ヨーロッパ特許第0751289号明細書(EP0751289B1)では、デッキにおいて一方の側面に配設されている軸受台と他方の側面に設けられているシリンダチューブを有し、鉄材料から形成された駆動装置ブロックが、周囲鋳造により製造されたアルミニウム製ケーシング内で使用されている、液冷内燃機関のための模範的なシリンダクランクケースが示されて説明されている。この文献の図面から見て取れるように、非図示のシリンダヘッドはアルミニウム製ケーシング内でネジ固定され、それに対し、クランクシャフト軸受の軸受キャップは、鉄材料から形成されている軸受台とネジ固定されている。それによりシリンダヘッドとクランクシャフト軸受キャップとの間の力の流れは、不利な方式で、異なる熱膨張値を有する素材を介して経過する。このことは例えば特に高いプレッシングを伴うシリンダヘッドシーリングを必要とする。
【０００６】
この問題は、ドイツ特許発明第19540763号明細書(DE19540763C1)に従う液冷内燃機関用のシリンダクランクケースにより回避されていて、このシリンダクランクケースでは、一方の側面でデッキに配設されている軸受台と、他方の側面でデッキに一体式に設けられているシリンダチューブとを有する、鉄材料から製造された駆動装置ブロック、及び、追加的に比較的離れて位置するシリンダヘッドネジ固定用のネジパイプが設けられている。比較的重量の大きいこの駆動装置ブロックには、アルミニウム合金又はマグネシウム合金から成るケーシングが周囲に鋳込まれ得るが、この際、マグネシウム製ケーシングの場合には冷却水との不利な接触を回避するために手間と費用のかかる腐蝕防止部が設けられなくてはならない。
【０００７】
本発明の基礎を成す課題は、複合鋳造で製造され、アルミニウム合金及びマグネシウム合金から成るシリンダクランクケースにおいて、必要とされる液状稼動材を素材に適合させて別々に案内し、力とモーメントを確実に受けとる構造体を提示することである。
【０００８】
この課題は、特許請求項１に記載した特徴により解決される。
【０００９】
本発明の長所は、一方では、アルミニウム合金から成り、冷却剤空間と共に形成されている駆動装置ブロックが、シリンダヘッドとクランクシャフト軸受キャップとの間の力の流れを受けとり、この駆動装置ブロックは、他方では、ケーシングのためにマグネシウム合金を周囲鋳造することで、充填可能な貫通穴及び流路を介し、アルミニウム製駆動装置ブロックと共に曲げに対して堅固で且つねじりに対して強いユニットを形成し、このユニットは、マグネシウム製ケーシングの適切な詳細形成により有利にサポートされている。
【００１０】
有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
次に、図面に描かれた実施形態に基づき、本発明を説明する。
【００１２】
詳細には図示されていない液冷内燃機関のためのシリンダクランクケース１は、デッキ３にクランクシャフト側に成形されている軸受台４と、これらの軸受台４上に一体式に配設されているシリンダチューブ５とを有する、アルミニウム合金から製造されている駆動装置ブロック２を含み、それらのシリンダチューブ５はこれらに成形されている包囲壁６、６’を用いてシリンダヘッド側の冷却剤空間７、７’を境界付けている。
【００１３】
比較的短い或いは低い包囲壁６、６’には、シリンダヘッドをネジ固定するために用いられるネジパイプ（ネジ穴）８が成形されていて、これらのネジパイプ８は、シリンダチューブ５に配設され且つ軸受台４に向けられたウェブ９を介し、デッキ３と、力を伝達する結合状態にある。従って有利には、詳細には図示されていない内燃機関の非図示のシリンダヘッドと、軸受台４と一致する軸受キャップとの間の力の流れが、比較的高い剛性を有するアルミニウム製駆動装置ブロック２内だけで経過するということが確実にされている。
【００１４】
軽重量ではあるが高硬質のシリンダクランクケース１を達成するために、アルミニウム製駆動装置ブロック２は、クランクルーム１１を境界付けるケーシング壁部分１２、１２’を有し且つマグネシウム合金から製造されるケーシング１０内に鋳込まれている。
【００１５】
図４から詳細に見て取れるように、互いに対向して位置するケーシング壁部分１２、１２’は、互いに横結合部１３を介して結合されていて、この際、ケーシング壁部分１２、１２’を補強する横結合部１３内には各々の軸受台４が鋳込まれている。ケーシング壁部分１２、１２’の横結合部１３と、周囲で鋳込まれた軸受台４との間には、有利には収縮結合部が達成され、これらの収縮結合部はアルミニウム製駆動装置ブロック２とマグネシウム製ケーシング１０に対して力とモーメントを分配するために用いられている。
【００１６】
特にオイル流路１４、１５を用いて潤滑油を案内するために形成されているマグネシウム製ケーシング１０は、第１端部領域において、一体式に配設されている端面側の竪穴（シャフト）１６を用いて補強され、特にねじりに対して補強されている。
【００１７】
他方の第２端部領域においてマグネシウム製ケーシング１０は、アルミニウム製駆動装置ブロック２にリブ１７を介して支持されて配設されているネジ目１８を包囲し、これらのネジ目１８は、非図示のクラッチハウジング又は変速機ハウジングを取り外し可能に接続するために用いられる。
【００１８】
マグネシウム製ケーシング１０とアルミニウム製駆動装置ブロック２との間の追加的な締結を達成するためには、後で説明するように、アルミニウム製駆動装置ブロック２に分配配置されて設けられていてマグネシウム合金により鋳造時に流入される貫通穴及び充填可能な流路が追加的に設けられている。
【００１９】
図２から見て取れるように、アルミニウム製駆動装置ブロック２は、デッキ３と及び互いに結合されているシリンダチューブ５を含み、それにより、包囲壁６、６’は、結合されているシリンダチューブ５を介して互いに分けられている冷却剤空間７、７’を境界付けている。図２から更に見て取れるように、排気ガス側の冷却剤空間７’には、マグネシウム製ケーシング１０を通過するアルミニウム製供給管１９が設けられていて、更に、空気吸入側の冷却剤空間７は、アルミニウム製駆動装置ブロック２の第１端部領域内に配設されている流出・上昇流路２０を有し、この流出・上昇流路２０はシリンダヘッド側の接続部と結合状態にある。
【００２０】
図１及び図４から認識できるように、アルミニウム製駆動装置ブロック２のシリンダチューブ５と包囲壁６、６’は、マグネシウム製ケーシング１０と共にシリンダヘッド側で共通の密閉面２１で面一となるように終端していて、この際、密閉面近傍の追加的な結び付けのために、マグネシウム製ケーシング１０は、鋳造時に流入可能な貫通穴２２を用い、包囲壁６、６’上で密閉面２１の下方の外側においてネジパイプ８を結合させるフランジ２３内で追加的に形状拘束的に即ち互いの形状で拘束し合うように結合されている。
【００２１】
図２及び図３では、ネジパイプ８が、デッキ側で包囲壁６、６’を超えるように形成されていて、更に、冷却剤空間７、７’の下側で互いに間隔をおいてシリンダチューブ５に配設されている２つのウェブ９を介し、デッキ３と、力を伝達する結合状態にあることが示されていて、この際、両方のウェブ９は、一方ではシリンダチューブ部分、他方ではウェブを結合させる中間壁２４を用い、アルミニウム製駆動装置ブロック２のまわりにマグネシウム製ケーシング１０を鋳造する際に鋳造材料により充填可能な流路２５（図４参照）を形成し、これは、マグネシウム製ケーシング１０をほぼ半分のケーシングの高さでアルミニウム製シリンダインサート２と形状拘束的に締結させるためである。
【００２２】
特に図２から見て取れるように、アルミニウム製駆動装置ブロック２における軸受台４は、マグネシウム製ケーシング１０の横結合部１３の横断面を領域ごとに増加させるために、各々、両方の端面側に溝状の凹部２６を有し、それにより、有利には、ケーシング１０のケーシング壁部分１２、１２’を好ましく強化するために、横結合部１３における横断面の厚いブームが達成されている。アルミニウム製軸受台４における軸受キャップネジ固定部に関して述べると、凹部２６のクランクシャフト側の境界部２７は、分配されたクランクシャフト軸受２９の軸受中央面から、軸受台４内で支持可能な軸受キャップネジ固定部２８のために十分な間隔をもって配設されている。
【００２３】
アルミニウム製軸受台４とマグネシウム製ケーシング１０の横結合部１３との形状拘束的な締結を向上させるために、軸受台４は、図２に従い、貫通穴３１を有する側面の突出部３０を有し、それらの貫通穴３１は、マグネシウム製ケーシング１０の鋳造時に鋳造材料により充填可能である。この構成によりマグネシウム製ケーシング１０は、下側の端部においてもアルミニウム製駆動装置ブロック２と締結されている。
【００２４】
特に図３から認識できるように、シリンダチューブ５は、デッキ３と各々の冷却剤空間７、７’の下側との間において、ネジパイプ８のウェブ９の間でほぼ中央に配設されている補強リブ３２を有する。シリンダチューブ５の補強のために用いられるこれらの補強リブ３２は、有利にはマグネシウム製ケーシング１０の形状拘束的な結び付けのためにアルミニウム製駆動装置ブロック２の表面を拡大させる。
【００２５】
シリンダクランクケース１を追加的に強化或いは補強するためには、軸受台４と一致する非図示の軸受キャップが非図示の軸受フレームに組み込まれ得て、この場合、クランクシャフト軸受２９は、少ない作動遊びを達成するために、場合によっては鉄材料から形成されている鋳込み部材を含んでいる。
【００２６】
曲げ負荷及びねじり負荷に対する他の補強は、特に、マグネシウム製ケーシング１０内に両方の縦側面に渡り分配されて配設されている排気流路３３及びオイルリターン流路１５が設けられていることで達成されていて、これらの排気流路３３及びオイルリターン流路１５は、各々、機械縦軸線に対して横向きに指向されている長方形横断面３４を有し、この際、流路１５、３３の壁部はケーシング・縦方向リブ３５と結合状態にあり、これらの流路と縦方向リブ３５の結合領域内には、アルミニウム製ネジのために設計されていて機関・支持要素及び／又は補助ユニットを接続するためのネジプラグ３６が設けられている。
【００２７】
より大きく負荷することのできる接続位置を達成するために、アルミニウム製駆動装置ブロック２に配設されている軸受台４の１つ又は複数のものには、横方向に向けられていてマグネシウム製ケーシング１０を通過するピン３７が配設され得て、このピン３７は、別個の装置を固定するためのアルミニウム製ネジのために各々ねじ込み用ネジ山を有する（図５参照）。
【００２８】
また、素材の統一した密閉面２１を達成するためには、アルミニウム製駆動装置ブロック２が、包囲壁６、６’においてシリンダチューブ５と面一で構成されていてマグネシウム製ケーシング１０を覆う密閉フランジ３８を有することも考慮され得る。
【００２９】
軸受台４を受ける前記の軸受フレームは、好ましくはマグネシウム合金からも成る。
【００３０】
本発明に従って構成されたシリンダクランクケース１は、液状稼動材のうち冷却水がアルミニウム製部材内だけに案内されていて、それに対し、潤滑油は主にマグネシウム製部材内で送られているというように構想されている。
【００３１】
アルミニウム合金は、好ましくは共晶の又は過共晶のアルジル(Alusil)化合物が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シリンダクランクケースを示す斜視図である。
【図２】 本発明による駆動装置ブロックを示す斜視図である。
【図３】 図２によるIII−III線に沿った駆動装置ブロックの断面を示す図である。
【図４】 図１によるシリンダクランクケース内のIV−IV線に沿った断面を示す図である。
【図５】 変形されて形成されたシリンダクランクケースの詳細断面を示す図である。

Claims (11)

1. 液冷内燃機関用のシリンダクランクケースにおいて、
   − このシリンダクランクケースが、デッキ（３）にクランクシャフト側に成形されている軸受台（４）と、これらの軸受台（４）上に一体式に配設されているシリンダチューブ（５）とを有する、アルミニウム合金から製造されている駆動装置ブロック（２）を含み、
   − シリンダチューブ（５）が、これらに成形されている包囲壁（６、６’）を用いてシリンダヘッド側の冷却剤空間（７、７’）を境界付けていて、更には、
   − 包囲壁（６、６’）に成形されていてシリンダヘッドをネジ固定するために用いられるネジパイプ（８）が、シリンダチューブ（５）に配設されているウェブ（９）を介し、デッキ（３）と、力を伝達する結合状態にあり、更に、
   − アルミニウム製駆動装置ブロック（２）が、マグネシウム合金から製造されているケーシング（１０）内に鋳込まれていて、このケーシング（１０）が、クランクルーム（１１）を境界付けるケーシング壁部分（１２、１２’）を有し、
   − ケーシング壁部分（１２、１２’）が、鋳込まれている軸受台（４）を用いて横結合部（１３）を介して互いに結合されていて、更に、
   − オイル流路（１４、１５）と共に形成されているマグネシウム製ケーシング（１０）が、第１端部領域において、一体式に配設されている端面側の竪穴（１６）を用いて補強されていて、且つ、
   − 他方の第２端部領域において、クラッチハウジング又は変速機ハウジングを取り外し可能に接続するための、アルミニウム製駆動装置ブロック（２）にリブ（１７）を介して支持されて配設されているネジ目（１８）を包囲していて、更に、
   − マグネシウム製ケーシング（１０）が、アルミニウム製駆動装置ブロック（２）に分配配置されて設けられていてマグネシウム合金により流入される貫通穴及び充填可能な流路を介し、アルミニウム製駆動装置ブロック（２）と追加的に結合されていること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
2. 請求項１に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − アルミニウム製駆動装置ブロック（２）が、デッキ（３）と及び互いに結合されているシリンダチューブ（５）を含み、及び、
   − 包囲壁（６、６’）が、対応して部分的に結合されているシリンダチューブ（５）を介して互いに分けられている冷却剤空間（７、７’）を境界付けていて、更には、
   − 排気ガス側の冷却剤空間（７’）には、マグネシウム製ケーシング（１０）を通過するアルミニウム製供給管（１９）が設けられていて、及び、
   − 空気吸入側の冷却剤空間（７）が、アルミニウム製駆動装置ブロック（２）の第１端部領域内に配設されている流出・上昇流路（２０）を有すること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
3. 請求項２に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − アルミニウム製駆動装置ブロック（２）のシリンダチューブ（５）と包囲壁（６、６’）が、マグネシウム製ケーシング（１０）と共にシリンダヘッド側で共通の密閉面（２１）で面一となるように終端していて、更には、
   − マグネシウム製ケーシング（１０）が、鋳造時に流入可能な貫通穴（２２）を用い、包囲壁（６、６’）上で密閉面（２１）の下方の外側においてネジパイプ（８）を結合させるフランジ（２３）内で追加的に形状拘束的に結合されていること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
4. 請求項３に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − ネジパイプ（８）が、デッキ側で包囲壁（６、６’）を超えるように形成されていて、且つ、
   − 各々、冷却剤空間（７、７’）の下側でシリンダチューブ（５）に互いに間隔をおいて配設されている２つのウェブ（９）を介し、デッキ（３）と、力を伝達する結合状態にあり、更には、
   − 両方のウェブ（９）が、一方ではシリンダチューブ部分、他方ではウェブを結合させる中間壁（２４）を用い、アルミニウム製駆動装置ブロック（２）のまわりにマグネシウム製ケーシング（１０）を鋳造する際に鋳造材料により充填可能な流路（２５）を、シリンダインサート（２）とケーシング（１０）の他の形状拘束的な締結のために形成すること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − 軸受台（４）が、マグネシウム製ケーシング（１０）の横結合部（１３）の横断面を領域ごとに増加させるために、各々、両方の端面側に溝状の凹部（２６）を有し、更には、
   − 凹部（２６）のクランクシャフト軸受側の境界部（２７）が、分配されたクランクシャフト軸受（２９）の軸受中央面から、軸受台（４）内で支持可能な軸受キャップネジ固定部（２８）のために十分な間隔をもって配設されていること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
6. 請求項５に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − 軸受台（４）が、貫通穴（３１）を有する側面の突出部（３０）を有し、
   − アルミニウム製軸受台（４）とマグネシウム製ケーシング（１０）の横結合部（１３）の形状拘束的な締結のために、貫通穴（３１）が、マグネシウム製ケーシング（１０）の鋳造時に鋳造材料により充填可能であること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − シリンダチューブ（５）が、デッキ（３）と各々の冷却剤空間（７、７’）の下側との間において、ネジパイプ（８）のペアごとのウェブ（９）の間でほぼ中央に配設されている補強リブ（３２）を有すること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − 軸受台（４）と一致する軸受キャップが軸受フレーム（ベッドプレート）に組み込まれていて、クランクシャフト軸受（２９）が、場合によっては鉄材料から形成されている鋳込み部材を含んでいること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のシリンダクランクケースにおいて、
   − マグネシウム製ケーシング（１０）内に両方の縦側面に渡り分配されて配設されている排気流路及びオイルリターン流路（３３、１５）が設けられていて、
   − 排気流路及びオイルリターン流路（３３、１５）が、各々、機械縦軸線に対して横向きに指向されている長方形横断面（３４）を有し、更には、
   − 流路（１５、３３）の壁部が、ケーシング・縦方向リブ（３５）と結合状態にあり、及び、
   − これらの結合領域内には、アルミニウム製ネジのために設計されていて、機関支持要素、又は補助ユニット、又は機関支持要素及び補助ユニットを接続するためのネジプラグ（３６）が設けられていること
   を特徴とするシリンダクランクケース。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のシリンダクランクケースにおいて、
    − アルミニウム製駆動装置ブロック（２）に配設されている軸受台（４）の１つ又は複数のものには、横方向に向けられていてマグネシウム製ケーシング（１０）を通過し、別個の装置を固定するための特にアルミニウム製ネジのために各々ねじ込み用ネジ山を有するピン（３７）が配設されていること
    を特徴とするシリンダクランクケース。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシリンダクランクケースにおいて、
    − アルミニウム製駆動装置ブロック（２）が、包囲壁（６、６’）においてシリンダチューブ（５）と面一で構成されていてマグネシウム製ケーシング（１０）を覆う密閉フランジ（３８）を有すること
    を特徴とするシリンダクランクケース。

Images