WO2013131812A1 - Brennkraftmaschine mit einem zylindergehäuse und einem kurbelgehäuse - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem zylindergehäuse und einem kurbelgehäuse Download PDF

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WO2013131812A1
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housing
internal combustion
combustion engine
crankcase
crankshaft
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Christof Knollmayr
Andreas Zurk
Helmut Melde-Tuczai
Stefan LICHTENEGGER
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0065—Shape of casings for other machine parts and purposes, e.g. utilisation purposes, safety
    • F02F7/0073—Adaptations for fitting the engine, e.g. front-plates or bell-housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F7/0043—Arrangements of mechanical drive elements
    • F02F7/0046—Shape of casings adapted to facilitate fitting or dismantling of engine parts

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a cylinder housing and a crankcase, according to the preamble of patent claim 1.
  • a four-cylinder internal combustion engine which comprises a cylinder block.
  • the cylinder block which carries a cylinder head, is connected to a crankshaft housing via a flange device.
  • This crankshaft housing is provided with a flywheel housing which houses a flywheel. It is essential in this embodiment that the cylinder block-cylinder head unit can be expanded together with the connected crankshaft after loosening additional parts from the crankcase upwards.
  • a housing structure of an internal combustion engine comprises a crankcase lower part, which is bounded by lateral longitudinal walls. On one of these lateral walls protrudes - seen in the transverse direction of the engine - a console which is supported relative to the longitudinal wall with a node element.
  • the AT 507 480 A2 describes an internal combustion engine with a cylinder head and a cylinder block, which are designed in one piece as a head-block unit, wherein a crankcase is attached to the cylinder block.
  • the crankcase consists of a first part adjoining the head block unit and a second part adjoining the first part, the first and second parts being divided in a plane containing the axis of a crankshaft.
  • JP 6-117 213 A discloses an engine housing having a cylinder housing and a crankcase with a balancer shaft, wherein the crankshaft and the balancer shaft are operatively connected via a spur gear. Over a Terminal housing structure, the crankcase can be connected to a gear stage for a starter motor receiving gear housing.
  • crankcase for easy uptake of the crankshaft with connecting rod bearings, the flywheel and the balance shaft has favorable conditions.
  • the crankcase is structurally designed so that its space requirement, which also affects the total of the internal combustion engine, is relatively low.
  • connection housing structure made of one piece with the crankcase, which can be connected in an exemplary manner with the transmission housing of the first transmission.
  • Outstanding design means represent the bearing portions in the support bracket embodying the connection housing structure, wherein the first, second and third bearing portions are used to receive bearing shafts of the gearbox and the fourth bearing portions for supporting the drive shaft and a transfer case is formed.
  • the high load-bearing support bracket protrudes laterally with the console extension over the longitudinal wall of the crankcase, which is incorporated in this console extension of the bearing portion for the transfer case.
  • the console extension is supported relative to the longitudinal wall of the crankcase.
  • the internal combustion engine is characterized in that the crankshaft, e.g. with connecting rods and flywheel, the balancer shaft and the two-shaft gear can be combined to form a mounting unit, which with a simple production process step. can be brought into a final assembly position by a simple movement in the direction of the cylinder housing.
  • Figure 1 is a top view of a bow of a motor vehicle with an internal combustion engine.
  • FIG. 2 is an oblique view of a free front end face of a crankcase of the internal combustion engine.
  • Fig. 3 is an oblique view of a change gear facing rear end face of the crankcase of FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a mounting illustration of a crankshaft with flywheel and balance shaft in the crankcase according to FIGS. 2 and FIG. 3.
  • a motor vehicle 1 has in a bow 2 a drive unit 3, which is surrounded by a recess 4 of a body structure 5 of the motor vehicle 1.
  • the power plant system 3 is disposed between front wheels 6 and 7 which are rotatable with steering means 8 and 9.
  • the power plant 3 comprises an internal combustion engine 10 with e.g. two horizontally disposed cylinders and a transverse to the direction of travel
  • the crankshaft 11 forms together with connecting rods 13 and 14 and pistons 15 and 16 a crank mechanism 17.
  • Parallel to the crankshaft 11 extends a balance shaft 18 - Fig. 5 -, with the torsional vibrations of the crank mechanism 17 are at least reduced.
  • crankcase 12 is connected to a parting plane 19 with a cylinder housing 20 - shown in phantom only. 2 and FIG. 3 - connected, to be called, crankcase 12 and cylinder housing 20 are made separately.
  • the cylinder housing 20 is provided with cylinder bores - not shown - in which the pistons 15 and 16 are moved back and forth.
  • chambers 21, 22 and 23 are defined, which are bounded by transverse walls 24, 25, 26 and 27.
  • the chambers 21 and 22 receive connecting rod bearings 28 and 29; in the chamber 23, a flywheel 30 coupled to the crankshaft 11 rotates.
  • the crankshaft 11 and the balance shaft 18 are operatively connected by means of a two-shaft transmission 31 comprising two spur gears 32 and 33.
  • the crankcase 12 is bounded by a free front end 34 and a rear end 35.
  • the rear end face 35 is formed as a connection housing structure 36 of the crankcase 12 - Fig. 3 -.
  • the terminal housing structure 36 is designed in the manner of a support bracket 37, which is made in one piece with said terminal housing structure 36 - and the crankcase 12 - and a high-strength, load-bearing connection system between crankshaft housing 12 and an adjacent transmission housing 38 of an example designed as a double clutch transmission change gear 39th
  • first, second and third bearing sections 40, 41 and 42 are designed to receive bearing shafts of the change gear 39.
  • a fourth bearing portion 43 is for installing a transfer case 44.
  • the terminal housing structure 36 and the gear housing are assembled in a connecting plane Ve.
  • the support bracket 37 projects laterally beyond a longitudinal wall 46 of the crankcase 12 with a bracket extension 45 - distance As FIG. 2 -, such that the console extension 45 and the longitudinal wall 46 are aligned substantially at right angles to each other.
  • the console extension 45 of the bearing portion 43 is incorporated for the transfer case 44.
  • the console extension 45 is supported relative to the longitudinal wall 46 by means of a rib construction 47.
  • the rib structure 47 has at least a first rib node element 48 and a second rib node element 49, wherein the rib node elements 48 and 49 extend on both sides of the fourth bearing section 43.
  • the rib structure 47 comprises, at least on the longitudinal wall 46, a rib grid 50 whose reinforcement configuration can be determined iteratively and / or mathematically.
  • crankshaft 11 for example, with connecting rods 13 and 14 and flywheel 30, the balance shaft 18 and the two - shaft gear 31 between the crankshaft 11 and balance shaft 18 to a mounting unit 51 -. 5-summarized. The latter can be brought into a mounting position Mp in the crankcase 12 by moving in the direction of B cylinder housing 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse und einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle und z.B. eine Ausgleichswelle gelagert sind, wobei die Kurbelwelle über Pleuel mit Kolben zusammenwirkt, die in Zylinderbohrungen des Zylindergehäuses hin und her bewegt werden, welche Brennkraftmaschine z. B. mit einem Wechselgetriebe koppelbar ist, wobei das Kurbelgehäuse (12) getrennt von dem Zylindergehäuse (20) hergestellt ist und für die Aufnahme der Kurbelwelle (11) und einem mit dieser verbundenen Schwungrad (30) Querwände (24, 25, 26 und 27) vorgesehen sind, welche Querwände (24, 25, 26 und 27) Kammern (21, 22 und 23) im Kurbelgehäuse (12) begrenzen, in denen Pleuellager (28 und 29) bzw. das Schwungrad (30) bewegt werden und wobei die Kurbelwelle (11) und die Ausgleichswelle (18) über ein Getriebe, vorzugsweise ein Zweiwellengetriebe (31), in Wirkverbindung stehen. Eine einfache Fertigung und eine kompakte Bauweise wird ermöglicht, wenn das Schwungrad (30) von einer Anschlussgehäusestruktur (36) des Kurbelgehäuses (12) begrenzt wird, die mit einem Getriebegehäuse (38) des Wechselgetriebes (39) verbindbar ist, und die Anschlussgehäusestruktur (36) nach Art einer Tragkonsole (37) ausgeführt und aus einem Stück mit dem Kurbelgehäuse (12) hergestellt ist.

Description

Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse und einem Kurbelgehäuse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse und einem Kurbelgehäuse, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern, einer Kurbelwelle und zwei Ausgleichswellen bekannt, JP 2-61356. Die Kurbelwelle und die Ausgleichswellen sind zwischen einem unteren Kurbelgehäuse und einem oberen Kurbelgehäuse gelagert. Kurbelwangen und Kurbelzapfen der Kurbelwelle sind in ersten und zweiten Kammern der Kurbelgehäuse angeordnet. In einer dritten Kammer zwischen oberem und unterem Kurbelgehäuse ist ein Getriebe zur Beeinflussung der Ausgleichswellen vorgesehen. Besagte Ausgleichswellen rotieren in seitlichen Räumen, die durch das untere und das obere Kurbelgehäuse gebildet werden.
Aus der DE 31 21 605 AI geht eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine hervor, die einen Zylinderblock umfasst. Der Zylinderblock, der einen Zylinderkopf trägt, ist über eine Flanscheinrichtung mit einem Kurbelwellengehäuse verbunden. Dieses Kurbelwellengehäuse ist mit einem Schwungradgehäuse versehen, das ein Schwungrad aufnimmt. Wesentlich bei dieser Ausführung ist, dass die Zylinderblock-Zylinderkopfeinheit zusammen mit der angeschlossenen Kurbelwelle nach Lösen von Ergänzungsteilen aus dem Kurbelwellengehäuse nach oben hin ausbaubar ist.
Gemäß der WO 2009/084015 A2 umfasst eine Gehäusestruktur einer Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuseunterteil, das von seitlichen Längswänden begrenzt wird. Über eine dieser seitlichen Wände ragt - in Motorquerrichtung gesehen - eine Konsole hinaus, die gegenüber der Längswand mit einem Knotenelement abgestützt ist.
Die AT 507 480 A2 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock, welche einstückig als Kopf- Block-Einheit ausgeführt sind, wobei am Zylinderblock ein Kurbelgehäuse befestigt ist. Das Kurbelgehäuse besteht aus einem an die Kopf-Block-Einheit anschließenden ersten Teil und einem an den ersten Teil anschließenden zweiten Teil, wobei erster und zweiter Teil in einer die Achse einer Kurbelwelle beinhaltenden Ebene geteilt sind .
Die JP 6-117 213 A offenbart ein Motorgehäuse mit einem Zylindergehäuse und einem Kurbelgehäuse mit einer Ausgleichswelle, wobei die Kurbelwelle und die Ausgleichswelle über ein Stirnradgetriebe in Wirkverbindung stehen. Über eine Anschlussgehäusestruktur kann das Kurbelgehäuse mit einem Zahnradstufen für einen Startermotor aufnehmendes Getriebegehäuse verbunden werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse und einem Kurbelgehäuse so auszubilden, dass sich ein kompaktes sowie baulich einfaches und funktionsgerecht mit einem angrenzenden Getriebe zusammenbaubares Triebwerk für ein Kraftfahrzeug realisieren lässt. Dabei sollte aber auch sichergestellt werden, dass der Einbau bspw. von Komponenten wie Kurbelwelle, Pleuel und Schwungrad lediglich aufwandsarme Maßnahmen erfordert.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass das Kurbelgehäuse zur einfachen Aufnahme der Kurbelwelle mit Pleuellagern, des Schwungrads und der Ausgleichswelle günstige Voraussetzungen aufweist. Dabei ist hervorzuheben, dass das Kurbelgehäuse baulich so gestaltet ist, dass sein Raumbedarf, der auch den der Brennkraftmaschine insgesamt beeinflusst, relativ gering ist. Musterhaft ausgebildet ist die aus einem Stück mit dem Kurbelgehäuse hergestellte Anschlussgehäusestruktur, die auf vorbildliche Weise mit dem Getriebegehäuse des ersten Getriebes verbindbar ist. Hervorragende gestalterische Mittel stellen die Lagerabschnitte in der die Tragkonsole verkörpernde Anschlussgehäusestruktur dar, wobei die ersten, zweiten und der dritten Lagerabschnitte zur Aufnahme von Lagerwellen des Wechselgetriebes dienen und der vierte Lagerabschnitte zur Lagerung von Antriebswelle bzw. eines Verteilergetriebes ausgebildet ist. Beispiel gebend ist, dass die hohe Belastungen aufnehmende Tragkonsole mit der Konsolenverlängerung seitlich über die Längswand des Kurbelgehäuses hinausragt, wobei in diese Konsolenverlängerung der Lagerabschnitt für das Verteilergetriebe eingearbeitet ist. Zur gezielten Festigkeit der Konsolenverlängerung am Kurbelgehäuse trägt die Rippenkonstruktion bei, mit der die Konsolenverlängerung gegenüber der Längswand des Kurbelgehäuses abgestützt ist. Schließlich zeichnet sich die Brennkraftmaschine dadurch aus, dass die Kurbelwelle z.B. mit Pleueln und Schwungrad, die Ausgleichswelle und das Zweiwellengetriebe zu einer Montageeinheit zusammenfassbar sind, die mit einem einfachen Produktionsprozessschritt d.h. durch ein einfaches Bewegen in Richtung Zylindergehäuse in eine Montageendposition verbringbar sind .
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher erläutert wird . Es zeigen Fig. 1 eine Ansicht von oben auf einen Bug eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2 eine Schrägansicht auf eine freie vordere Stirnseite eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine;
Fig. 3 eine Schrägansicht auf eine einem Wechselgetriebe zugekehrten hintere Stirnseite des Kurbelgehäuses nach Fig . 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des mit der Brennkraftmaschine verbindbaren Wechselgetriebes;
Fig. 5 eine Einbaudarstellung einer Kurbelwelle mit Schwungrad und Ausgleichswelle in das Kurbelgehäuse gemäß den Fig . 2 und Fig. 3.
Ein Kraftfahrzeug 1 weist in einem Bug 2 ein Antriebsaggregat 3 auf, das von einer Ausnehmung 4 einer Aufbaustruktur 5 des Kraftfahrzeugs 1 umgeben ist. Das Antriebsaggregatsystem 3 ist zwischen Vorderrädern 6 und 7 angeordnet, die mit Lenkeinrichtungen 8 und 9 drehbar sind . Das Antriebsaggregat 3 umfasst eine Brennkraftmaschine 10 mit z.B. zwei horizontal liegenden Zylindern sowie eine quer zur Fahrtrichtung A verlaufende Kurbelwelle 11, die in ein Kurbelgehäuse 12 eingesetzt ist. Die Kurbelwelle 11 bildet zusammen mit Pleueln 13 und 14 sowie Kolben 15 und 16 einen Kurbeltrieb 17. Parallel zur Kurbelwelle 11 erstreckt sich eine Ausgleichswelle 18 - Fig. 5 -, mit der Drehschwingungen des Kurbeltriebs 17 zumindest reduziert werden. Das Kurbelgehäuse 12 ist an einer Trennebene 19 mit einem lediglich mit strichpunktierten Linien dargestellten Zylindergehäuse 20 - Fig . 2 und Fig . 3 - verbunden, will heißen, Kurbelgehäuse 12 und Zylindergehäuse 20 sind getrennt voneinander hergestellt. Das Zylindergehäuse 20 ist mit Zylinderbohrungen - nicht abgebildet - versehen, in denen die Kolben 15 und 16 hin und her bewegt werden. In dem Zylindergehäuse 20 sind Kammern 21, 22 und 23 festgelegt, die von Querwänden 24, 25, 26 und 27 begrenzt werden. Die Kammern 21 und 22 nehmen Pleuellager 28 und 29 auf; in der Kammer 23 rotiert ein mit der Kurbelwelle 11 gekoppeltes Schwungrad 30. Darüber hinaus stehen die Kurbelwelle 11 und die Ausgleichswelle 18 mittels eines Zweiwellengetriebes 31, umfassend zwei Stirnräder 32 und 33, in Wirkverbindung .
Das Kurbelgehäuse 12 wird von einer freien vorderen Stirnseite 34 und einer hinteren Stirnseite 35 begrenzt. Die hintere Stirnseite 35 ist als Anschlussgehäusestruktur 36 des Kurbelgehäuses 12 ausgebildet - Fig . 3 -. Die Anschlussgehäusestruktur 36 ist nach Art einer Tragkonsole 37 gestaltet, die aus einem Stück mit besagter Anschlussgehäusestruktur 36 - und dem Kurbelgehäuse 12 - hergestellt ist und ein hochfestes, tragendes Verbindungssystem zwischen Kurbel- gehäuse 12 und einem angrenzenden Getriebegehäuse 38 eines z.B. als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführtes Wechselgetriebes 39.
In die Anschlussgehäusestruktur 36 sind mehrere Lagerabschnitte 40, 41, 42 und 43 integriert. Erste, zweite und dritte Lagerabschnitte 40, 41 und 42 sind zur Aufnahme von Lagerwellen des Wechselgetriebes 39 ausgebildet. Und ein vierter Lagerabschnitt 43 dient zum Einbau eines Verteilergetriebes 44. Darüber hinaus sind die Anschlussgehäusestruktur 36 und das Getriebegehäuse in einer Verbindungsebene Ve zusammengesetzt.
Die Tragkonsole 37 ragt mit einer Konsolenverlängerung 45 seitlich über eine Längswand 46 des Kurbelgehäuses 12 hinaus - Abstand As Fig . 2 -, dergestalt, dass die Konsolenverlängerung 45 und die Längswand 46 im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind . In diese Konsolenverlängerung 45 ist der Lagerabschnitt 43 für das Verteilergetriebe 44 eingearbeitet. Die Konsolenverlängerung 45 ist gegenüber der Längswand 46 mittels einer Rippenkonstruktion 47 abgestützt. Die Rippenkonstruktion 47 weist wenigstens ein erstes Rippenknotenelement 48 und ein zweites Rippenknotenelement 49 auf, wobei die Rippenknotenelemente 48 und 49 beiderseits des vierten Lagerabschnitts 43 verlaufen. Überdies umfasst die Rippenkonstruktion 47 zumindest an der Längswand 46 ein Rippengitter 50, dessen Verstärkungskonfiguration iterativ und/oder rechnerisch ermittelbar ist.
Schließlich ist die Kurbelwelle 11 bspw. mit Pleueln 13 und 14 und Schwungrad 30, die Ausgleichswelle 18 und das Zweiwellengetriebe 31 zwischen Kurbelwelle 11 und Ausgleichswelle 18 zu einer Montageeinheit 51 - Fig . 5 -zusammenfassbar. Letztere ist durch Bewegen in Richtung B Zylindergehäuse 20 in eine Montageposition Mp im Kurbelgehäuse 12 verbringbar.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse und einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle und z. B. eine Ausgleichswelle gelagert sind, wobei die Kurbelwelle über Pleuel mit Kolben zusammenwirkt, die in Zylinderbohrungen des Zylindergehäuses hin und her bewegt werden, welche Brennkraftmaschine z. B. mit einem Wechselgetriebe koppelbar ist, wobei das Kurbelgehäuse (12) getrennt von dem Zylindergehäuse (20) hergestellt ist und für die Aufnahme der Kurbelwelle (11) und einem mit dieser verbundenen Schwungrad (30) Querwände (24, 25, 26 und 27) vorgesehen sind, welche Querwände (24, 25, 26 und 27) Kammern (21, 22 und 23) im Kurbelgehäuse (12) begrenzen, in denen Pleuellager (28 und 29) bzw. das Schwungrad (30) bewegt werden und wobei die Kurbelwelle (11) und die Ausgleichswelle (18) über ein Getriebe, vorzugsweise ein Zweiwellengetriebe (31), in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (30) von einer Anschlussgehäusestruktur (36) des Kurbelgehäuses (12) begrenzt wird, die mit einem Getriebegehäuse (38) des Wechselgetriebes (39) verbindbar ist, und die Anschlussgehäusestruktur (36) nach Art einer Tragkonsole (37) ausgeführt und aus einem Stück mit dem Kurbelgehäuse (12) hergestellt ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Anschlussgehäusestruktur (36) mehrere Lagerabschnitte (40, 41, 42 und 43) integriert sind .
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste, zweite und dritte Lagerabschnitte (40, 41 und 42) der Anschlussgehäusestruktur (36) zur Aufnahme von Lagerwellen für des Wechselgetriebes (39) ausgeführt sind.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Lagerabschnitt (43) der Anschlussstruktur zur Lagerung eines Verteilergetriebes (44) ausgebildet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die Tragkonsole (37) mit einer Konsolenverlängerung (45) seitlich über eine Längswand (46) des Kurbelgehäuses (12) hinausragt, in welcher Konsolenverlängerung (45) der Lagerabschnitt (43) für das Verteilergetriebe (44) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolenverlängerung (45) gegenüber der Längswand (46) mittels einer Rippenkonstruktion (47) abgestützt ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenkonstruktion (47) wenigstens erste und zweite Rippenknoten- elemente (48 und 49) aufweist, die beiderseits des vierten Lagerabschnitts (43) verlaufen.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der Längswand (46) die Rippenkonstruktion (47) als Rippengitter (50) ausgebildet ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (11) bspw. mit Pleueln (13 und 14) sowie dem Schwungrad (30), die Ausgleichswelle (18) und das Zweiwellengetriebe (31) zwischen Kurbelwelle (11) und Ausgleichswelle (18) zu einer Montageeinheit (51) zusammenfassbar sind, welche Montageeinheit (51) in Richtung (B) Zylindergehäuse (20) in eine Montageposition (Mp) im Kurbelgehäuse (12) verbringbar sind.
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