WO2018091121A1 - Motorblock für einen verbrennungsmotor eines kraftwagens und verfahren zum herstellen eines motorblocks für einen verbrennungsmotor eines kraftwagens - Google Patents

Motorblock für einen verbrennungsmotor eines kraftwagens und verfahren zum herstellen eines motorblocks für einen verbrennungsmotor eines kraftwagens Download PDF

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    • F02F1/18—Other cylinders
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    • F02F3/00—Pistons 
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing

Definitions

  • Engine block for an internal combustion engine of a motor vehicle and method for producing an engine block for an internal combustion engine of a motor vehicle
  • the invention relates to an engine block for an internal combustion engine of a motor vehicle and a method for producing an engine block for an internal combustion engine of a motor vehicle, the type specified in the preambles of the independent claims.
  • Such engine blocks are also often referred to as a crankcase. Due to the design of such crankcase, a required suit of cylinder head bolts, different
  • DE 10 2008 026 146 B4 shows a cylinder which initially widens slightly from a top dead center and then narrows again in the direction of bottom dead center.
  • the cylinder shown there has a bulbous shape.
  • DE 10 2011 117 660 B4 also shows a cylinder which deviates from a strictly cylindrical shape.
  • the cylinder is subdivided into two cylinder space sections, between which viewed in the axial direction is a transition section.
  • the two cylinder chamber sections have different diameter from each other.
  • DE 10 2009 024 227 B4 shows a generic engine block for an internal combustion engine of a motor vehicle, with at least one cylinder within which a piston between a top dead center and a bottom dead center is movably received, and with a cylinder bore whose
  • Cylinder inner diameter widens in the direction of bottom dead center.
  • noise-optimized operation of the internal combustion engine is favored.
  • the cylinder inner diameter only widens below the region in which a piston system change takes place during operation of the internal combustion engine, the cylinder inner diameter being from top dead center tapered to the area in which a during operation of the internal combustion engine
  • Piston plant change takes place. It is therefore a noise and friction-optimized geometry with respect to the diameter of the cylinder bore provided. As a result, the friction between the piston and cylinder bore can be reduced during operation of the internal combustion engine, which also results in a particularly favorable noise behavior of the internal combustion engine. Due to the partial widening of the cylinder inner diameter of the cylinder bore only below the region in which performs a Kolbenanlagen Lob during operation of the engine, the piston clearance of the piston can be optimally designed with regard to unwanted noise developments. Below the piston system change, the friction loss can also be minimized by increasing the size of the game and by avoiding overlapping conditions.
  • Cylinder inside diameter widens to bottom dead center of the piston. This allows a particularly noise-optimized and consumption-optimized operation of the
  • Cylinder inside diameter widens conically. In other words, the cylinder inside diameter thus widens linearly. This is particularly favorable in terms of manufacturing technology and can be easily implemented.
  • a cylinder bore is machined so that the cylinder inner diameter widens in the direction of bottom dead center , It is provided in accordance with the invention that the expanding cylinder inner diameter is produced only below the area in which performs a Kolbenanlagen
  • Cylinder inside diameter D is made tapering from the top dead center UT to the region X.
  • Advantageous embodiments of the engine block according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • the expanding cylinder inner diameter is produced by honing.
  • the expanding cylinder inner diameter can be produced in a particularly exact manner.
  • Fig. 1 is a side sectional view of two different cylinders of a
  • Fig. 2 is a further sectional side view of the two cylinders, wherein the
  • Pistons are each in their bottom dead center.
  • cylinders 10, 12 which are each part of respective non-illustrated internal combustion engines are shown in a sectional side view in Fig. 1. Respective pistons 14 are arranged in FIG. 1 in their top dead center OT. The cylinders 10, 12 are both shown in the heated state, which they reach in the fired operation of the respective internal combustion engines after a certain duration. The shape of the cylinders 10, 12 shown here thus corresponds to the shape which the cylinders 10, 12 upon reaching their usually occurring
  • the two cylinders 10, 12 differ in terms of the geometry of respective cylinder liners 16, 18.
  • the diameter D of the cylinder bore 16 of the left cylinder 10 decreases in the direction of a bottom dead center UT of the piston 14.
  • the cylinder bore 16 tapers So according to the present presentation downwards. In the cold state, however, so deviating from the present representation, the diameter D is the
  • Cylinder run 16 of the left cylinder 10 constant, so does not change in the axial direction of the cylinder bore 16.
  • Internal combustion engine performs a piston system change of the piston 14. Starting from the region X, the diameter D of the cylinder bore 18 widens conically in the direction of bottom dead center UT of the piston 14, whereby the diameter D of the cylinder bore tapers from top dead center UT to region X.
  • This expanding in a region B shape of the cylinder bore 18 is achieved by the cylinder bore 18 is not made with a constant diameter D. Instead, the cylinder bore 18 is made in such a way that it already widens in the region B in the cold state, ie the diameter D increases starting from the region X of the piston system change to the bottom dead center UT.
  • the degree of increase in diameter in the cold state of the cylinder 12 is selected so that the cylinder 12 has a trumpet-like widening in the direction of the bottom dead center UT even when the operating temperature is reached.
  • the cylinder bore 18 of the right cylinder 12 does not taper in the heated state in the direction of the bottom dead center UT, instead the cylinder bore 18 widens in the direction of bottom dead center UT.
  • Fig. 2 the two guided in the respective cylinders 10, 12 pistons 14 are shown in their respective bottom dead centers UT. Again, the two cylinders 10, 12 are shown in the heated state, which they reach after a certain period of operation of the respective internal combustion engines. As already explained, the left of the two cylinders 10 in the cold state has a cylindrical shape with a constant
  • Diameter D of the cylinder bore 16 wherein in the right of the two cylinders 12 in the cold state, the cylinder bore 18 in the area B widens in the direction of bottom dead center UT.
  • Cylinder head bolts different thermal expansions of the cylinder 10 in the fired operation and occurring within the cylinder 10 pressures during combustion occurs, as seen in FIGS. 1 and 2, to significant deviations from the ideal cylinder shape, which has the cylinder liner 16 in the cold state ,
  • Cylinder run 18 can be excluded. As a result, significant

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, mit zumindest einem Zylinder (12), innerhalb welchem ein Kolben (14) zwischen einem oben Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) beweglich aufnehmbar ist, und mit einer Zylinderlaufbahn (18), deren Zylinderinnendurchmesser (D) sich in Richtung des unteren Totpunkts (UT) aufweitet, wobei sich der Zylinderinnendurchmesser (D) erst unterhalb von dem Bereich (X) aufweitet, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagewechsel vollzieht, wobei sich der Zylinderinnendurchmesser (D) vom oberen Totpunkt (UT) bis zum Bereich (X) verjüngt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für ein Verbrennungsmotor eines Kraftwagens mit wenigstens einem Zylinder (12).

Description

Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens und Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens
Die Erfindung betrifft einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
Üblicherweise weisen Zylinder in Motorblöcken für Verbrennungsmotoren im
Fertigteilzustand eine zylindrische Form auf. Derartige Motorblöcke werden auch häufig als Kurbelgehäuse bezeichnet. Bedingt durch die Konstruktion derartiger Kurbelgehäuse, einem erforderlichen Anzug von Zylinderkopfschrauben, unterschiedlichen
Wärmeausdehnungen im befeuerten Betrieb und durch im Betrieb auftretende
Zylinderdrücke während der Verbrennung kommt es zum Teil allerdings zu deutlichen Abweichungen von einer idealen Zylinderform, was mit Reibleistungsverlusten und infolgedessen auch mit Verbrauchsnachteilen verbunden ist.
Es ist an sich schon bekannt, bei der Herstellung von Zylindern in Motorblöcken für Verbrennungsmotoren auch von einer streng zylindrischen Form abzuweichen. So zeigt beispielsweise die DE 10 2008 026 146 B4 einen Zylinder, welcher sich zunächst von einem oberen Totpunkt etwas aufweitet und sich dann in Richtung des unteren Totpunkts wieder verengt. Mit anderen Worten weist der dort gezeigte Zylinder eine bauchige Form auf.
Die DE 10 2011 117 660 B4 zeigt ebenfalls einen Zylinder, der von einer streng zylindrischen Form abweicht. Der Zylinder ist in zwei Zylinderraumabschnitte unterteilt, zwischen welchen in axialer Richtung gesehen ein Übergangsabschnitt liegt. Die beiden Zylinderraumabschnitte weisen dabei voneinander unterschiedliche Durchmesser auf. Schließlich zeigt die DE 10 2009 024 227 B4 einen gattungsgemäßen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, mit zumindest einem Zylinder, innerhalb welchem ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt beweglich aufnehmbar ist, und mit einer Zylinderlaufbahn, deren
Zylinderinnendurchmesser sich in Richtung des unteren Totpunkts aufweitet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorblock für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Motorblocks bereitzustellen, mittels welchen ein reibleistungs- und
geräuschoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors begünstigt wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines
Kraftwagens sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Motorblocks mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine reibleistungs- und geräuschoptimierte Betriebsweise eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsmäßigen Motorblock vorgesehen, dass sich der Zylinderinnendurchmesser erst unterhalb von dem Bereich aufweitet, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht, wobei sich der Zylinderinnendurchmesser vom oberen Totpunkt bis zum Bereich verjüngt, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein
Kolbenanlagenwechsel vollzieht. Es ist also eine geräusch- und reibleistungsoptimierte Geometrie im Hinblick auf den Durchmesser der Zylinderlaufbahn vorgesehen. Dadurch kann die Reibung zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn während des Betriebs des Verbrennungsmotors reduziert werden, wobei sich zudem auch ein besonders günstiges Geräuschverhalten des Verbrennungsmotors ergibt. Durch die partielle Aufweitung des Zylinderinnendurchmessers der Zylinderlaufbahn erst unterhalb des Bereiches, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht, kann das Kolbenspiel des Kolbens optimal im Hinblick auf unerwünschte Geräuschentwicklungen ausgelegt werden. Unterhalb des Kolbenanlagenwechsels kann zudem durch Spielvergrößerung und durch die Vermeidung von Überdeckungszuständen die Reibleistung minimiert werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Motorblocks können erhebliche Verbrauchsvorteile erzielt werden, sodass ein wesentlicher Beitrag zur Erreichung von CC -Flottenzielen begünstigt wird. Insbesondere werden durch den erfindungsgemäßen Motorblock auch die üblicherweise sehr hohen Kundenanforderungen bezüglich des Motorengeräusches erfüllt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich der
Zylinderinnendurchmesser bis zum unteren Totpunkt des Kolbens aufweitet. Dadurch kann ein besonders geräuschoptimierter und verbrauchsoptimierter Betrieb des
Verbrennungsmotors realisiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich der
Zylinderinnendurchmesser kegelförmig aufweitet. Mit anderen Worten weitet sich der Zylinderinnendurchmesser also linear auf. Das ist insbesondere fertigungstechnisch besonders günstig und einfach realisierbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens mit wenigstens einem Zylinder, innerhalb welchem ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt beweglich aufnehmbar ist, wird eine Zylinderlaufbahn derart bearbeitet, dass deren Zylinderinnendurchmesser sich in Richtung des unteren Totpunkts aufweitet. Dabei ist es erfindungsmäßig vorgesehen, dass der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser erst unterhalb von dem Bereich hergestellt wird, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagenwechsel vollzieht, wobei der
Zylinderinnendurchmesser D sich vom oberen Totpunkt UT bis zum Bereich X verjüngend hergestellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Motorblocks sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
Vorzugsweise wird der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser durch Honen hergestellt. Dadurch kann der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser auf besonders exakte Weise hergestellt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in Kombination untereinander sondern auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht von zwei unterschiedlichen Zylindern eines
Motorblocks, wobei sich ein jeweiliger Kolben im oberen Totpunkt befindet; und in
Fig. 2 eine weitere geschnittene Seitenansicht der beiden Zylinder, wobei sich die
Kolben jeweils in ihrem unteren Totpunkt befinden.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
Zwei unterschiedliche Zylinder 10, 12, welche jeweils Teil jeweiliger nicht näher dargestellter Verbrennungsmotoren sind, sind in einer geschnittenen Seitenansicht in Fig. 1 gezeigt. Jeweilige Kolben 14 sind in Fig. 1 dabei in ihrem oberen Totpunkt OT angeordnet. Die Zylinder 10, 12 sind beide im erwärmten Zustand gezeigt, welchen sie im befeuerten Betrieb der jeweiligen Verbrennungsmotoren nach einer gewissen Dauer erreichen. Die Form der hier dargestellten Zylinder 10, 12 entspricht also derjenigen Form, welche die Zylinder 10, 12 bei Erreichen ihrer üblicherweise auftretenden
Betriebstemperatur während des Betriebs der jeweiligen Verbrennungsmotoren aufweisen.
Die beiden Zylinder 10, 12 unterscheiden sich in Hinblick auf die Geometrie jeweiliger Zylinderlaufbahnen 16, 18. Im hier dargestellten erwärmten Zustand verringert sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16 des linken Zylinders 10 in Richtung eines unteren Totpunkts UT des Kolbens 14. Die Zylinderlaufbahn 16 verjüngt sich also gemäß der vorliegenden Darstellung nach unten hin. Im kalten Zustand hingegen, also abweichend von der vorliegenden Darstellung, ist der Durchmesser D der
Zylinderlaufbahn 16 des linken Zylinders 10 konstant, verändert sich also in axialer Richtung der Zylinderlaufbahn 16 nicht.
Im hier dargestellten erwärmten Zustand verändert sich bei dem rechten der beiden Zylinder 12 der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 in axialer Richtung des Zylinders 12 ebenfalls. Allerdings weitet sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 unterhalb von einem Bereich X auf, in welchem sich während des Betriebs des
Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagewechsel des Kolbens 14 vollzieht. Ausgehend von dem Bereich X weitet sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 in Richtung des unteren Totpunkts UT des Kolbens 14 kegelförmig auf, wobei sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn vom oberen Totpunkt UT bis zum Bereich X verjüngt.
Diese sich in einem Bereich B aufweitende Form der Zylinderlaufbahn 18 wird erzielt, indem die Zylinderlaufbahn 18 nicht mit einem konstanten Durchmesser D hergestellt wird. Stattdessen wird die Z Zylinderlaufbahn 18 derart hergestellt, dass diese sich bereits im kalten Zustand in dem Bereich B aufweitet, sich der Durchmesser D also ausgehend von dem Bereich X des Kolbenanlagewechsels bis zum unteren Totpunkt UT vergrößert. Der Grad der Durchmesservergrößerung im kalten Zustand des Zylinders 12 wird dabei so gewählt, dass der Zylinder 12 auch bei erreichter Betriebstemperatur eine sich in Richtung des unteren Totpunkts UT trompetenartig aufweitende Form aufweist. Im Gegensatz zum linken Zylinder 10 verjüngt sich die Zylinderlaufbahn 18 des rechten Zylinders 12 im erwärmten Zustand also nicht in Richtung des unteren Totpunkts UT, stattdessen weitet sich die Zylinderlaufbahn 18 in Richtung des unteren Totpunkts UT auf.
In Fig. 2 sind die beiden in den jeweiligen Zylindern 10, 12 geführten Kolben 14 in ihren jeweiligen unteren Totpunkten UT dargestellt. Wiederum sind die beiden Zylinder 10, 12 im erwärmten Zustand dargestellt, welchen sie nach einer gewissen Betriebsdauer der jeweiligen Verbrennungsmotoren erreichen. Wie bereits erläutert, weist der linke der beiden Zylinder 10 im kalten Zustand eine zylindrische Form mit konstantem
Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16 auf, wobei sich beim rechten der beiden Zylinder 12 im kalten Zustand die Zylinderlaufbahn 18 im Bereich B in Richtung des unteren Totpunkts UT aufweitet.
Aufgrund der im kalten Zustand vollständig zylindrischen Form der Zylinderlaufbahn 16 und weiterer Faktoren, wie unter anderem dem erforderlichen Anzug von
Zylinderkopfschrauben, unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Zylinders 10 im befeuerten Betrieb und durch innerhalb des Zylinders 10 auftretende Drücke während der Verbrennung kommt es, wie in den Fig. 1 und 2 erkennbar, zu deutlichen Abweichungen von der idealen Zylinderform, welche die Zylinderlaufbahn 16 im kalten Zustand aufweist.
Bei dem linken der beiden Zylinder 10 ergibt sich im hier dargestellten erwärmten Zustand aufgrund des sich in Richtung des unteren Totpunkts UT verringernden Durchmessers D das Problem, dass der Kolben 14 im befeuerten Zustand eine Überdeckung 20 mit der Zylinderlaufbahn 16 aufweist. In der Nähe des unteren Totpunkts UT ist also der Kolbendurchmesser größer als der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 16. Der Kolben 14 berührt dadurch während der Auf- und Abbewegung zwischen oberem Totpunkt OT und unterem Totpunkt UT die Zylinderlaufbahn 16. Infolgedessen treten
Reibleistungsverluste auf und es entwickeln sich unerwünschte Geräusche.
Bei dem rechten Zylinder 12 hingegen, bei welchem sich der Durchmesser D der Zylinderlaufbahn 18 - sowohl im kalten als auch im erwärmten Zustand - in dem Bereich B sukzessive in Richtung des unteren Totpunkts UT aufweitet, ergibt sich im gesamten Bereich B ein gewisses Kolbenspiel des Kolbens 14 in radialer Richtung. Dies wirkt sich positiv auf Geräuschentwicklungen und Reibungsverluste aus, welche dadurch minimiert werden können.
Aufgrund der trompetenförmigen Durchmesseraufweitung der Zylinderlaufbahn 18 im Bereich B wird nämlich erreicht, dass zwischen der Zylinderlaufbahn 18 und dem Kolben 14 in radialer Richtung immer ein gewisser Abstand 22 gewahrt wird. Aufgrund der Aufweitung der Zylinderlaufbahn 18 in Richtung des unteren Totpunkts UT wird eine radiale Spielvergrößerung zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderlaufbahn 18 erzielt. Dadurch können Überdeckungszustände zwischen dem Kolben 14 und der
Zylinderlaufbahn 18 ausgeschlossen werden. Infolgedessen können erhebliche
Verbrauchsvorteile und auch akustische Vorteile erzielt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Motorblock für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens mit zumindest einem Zylinder (12), innerhalb welchem ein Kolben (14) zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) beweglich aufnehmbar ist, und mit einer Zylinderlaufbahn (18), deren Zylinderinnendurchmesser (D) sich in Richtung des unteren Totpunkts (UT) aufweitet,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Zylinderinnendurchmesser (D) erst unterhalb von dem Bereich (X) aufweitet, in welchem sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagewechsel vollzieht, wobei sich der Zylinderinnendurchmesser (D) vom oberen Totpunkt (UT) bis zum Bereich (X) verjüngt.
2. Motorblock nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Zylinderinnendurchmesser (D) bis zum unteren Totpunkt (UT) Kolbens (14) aufweitet.
3. Motorblock nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Zylinderinnendurchmesser (D) kegelförmig aufweitet.
4. Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens mit wenigstens einem Zylinder (12), innerhalb welchem ein Kolben (14) zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) beweglich aufnehmbar ist, bei welchem eine Zylinderlaufbahn (1Θ) derart bearbeitet wird, dass deren Zy!inderinnendurchmesser (D) sich in Richtung des unteren Totpunkts (UT) aufweitet,
dadurch gekennzeichnet, dass
der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser (D) erst unterhalb von dem Bereich (X) hergestellt wird, in welchem sich während des Betriebs des
Verbrennungsmotors ein Kolbenanlagewechsel vollzieht, wobei der
Zylinderinnendurchmesser (D) sich vom oberen Totpunkt (UT) bis zum Bereich (X) verjüngend hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der sich aufweitende Zylinderinnendurchmesser (D) durch Honen hergestellt wird.
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