DE10232318A1 - Machine housing for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Maschinengehäuse (1), insbesondere Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine, in dem sich zwischen zwei gegenüberliegenden Gehäusewänden (3, 3') zumindest ein Lagerstuhl (2, 2') für eine Welle erstreckt und die Gehäusewände (3, 3') über ein Verbindungselement (4, 4') in Richtung des Lagerstuhls (2, 2') versteift sind, wobei das Maschinengehäuse (1) aus einem Material mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Verbindungselement (4, 4') ist. DOLLAR A Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein höherer Zylinderinnendruck für die Brennkraftmaschine zulässig, bei gleicher Lagerdimensionierung.Machine housing (1), in particular a cylinder crankcase for an internal combustion engine, in which at least one bearing bracket (2, 2 ') for a shaft extends between two opposite housing walls (3, 3') and the housing walls (3, 3 ') via a connecting element ( 4, 4 ') are stiffened in the direction of the bearing bracket (2, 2'), the machine housing (1) being made of a material with a greater coefficient of thermal expansion than the connecting element (4, 4 '). DOLLAR A Due to the configuration according to the invention, a higher internal cylinder pressure is permissible for the internal combustion engine, with the same bearing dimensions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinengehäuse für eine Brennkraftmaschine gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a machine housing for an internal combustion engine according to the characteristics in the preamble of claim 1.

Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 34 44 838 C2 aus. In dieser ist ein Maschinengehäuse, ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine in V-Bauart beschrieben. Um den Schnittpunkt der zwei V-förmig angeordneten Zylinderachsen ist die Kurbelwellenlagerung, bestehend aus einem Lagerstuhl mit einem Lagerdeckel. Der Lagerstuhl ist einstöckig und materialeinheitlich mit dem Zylinderkurbelgehäuse. Um beim Betrieb der Brennkraftmaschine die Zug- und Druckspannungen im Lagerstuhl zu minimieren, ist der Lagerstuhl derart ausgebildet, dass er mit einem Radius in die Seitenwände des Zylinderkurbelgehäuses übergeht. An diesen zwei gegenüberliegend angeordneten Gehäusewänden ist zur weiteren Reduzierung der beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Zug- und Druckspannungen ein Versteifungselement angeordnet, welches sich bogenförmig von einer Gehäusewand zur anderen Gehäusewand herüberspannt, und beidseitig mit der jeweiligen Gehäusewand verschraubt ist. Zusätzlich zur Versteifung dient dieses Verbindungselement als Ölhobel zur Beruhigung des Öls, welches unterhalb des Verbindungselementes in der Ölwanne gesammelt wird.It is based on the German patent specification DE 34 44 838 C2 out. In this a machine housing, a cylinder crankcase for an internal combustion engine in V-type is described. Around the intersection of the two V-shaped cylinder axes is the crankshaft bearing, consisting of a bearing bracket with a bearing cap. The storage chair is one-story and made of the same material with the cylinder crankcase. In order to minimize the tensile and compressive stresses in the bearing bracket during operation of the internal combustion engine, the bearing bracket is designed such that it merges with a radius into the side walls of the cylinder crankcase. To further reduce the tensile and compressive stresses that occur during operation of the internal combustion engine, a stiffening element is arranged on these two oppositely arranged housing walls, which is arched from one housing wall to the other housing wall and is screwed to the respective housing wall on both sides. In addition to the stiffening, this connecting element serves as an oil squeegee to calm the oil that is collected in the oil pan below the connecting element.

Wie allgemein bekannt ist, ist eine Maßnahme zur Leistungssteigerung bei modernen Brennkraftmaschinen die Steigerung des Zylinderinnendrucks bei der Verbrennung. Eine Erhöhung des Zylinderinnendruckes bedeutet einen besseren Wirkungs grad, und somit effizientere Brennkraftmaschinen. Neben weiteren Faktoren wird der heute maximale Zylinderinnendruck durch die Kurbelwellenlagerung begrenzt.As is well known, one is measure to increase performance in modern internal combustion engines the internal cylinder pressure during combustion. An increase in Cylinder pressure means better efficiency, and therefore more efficient internal combustion engines. In addition to other factors, the maximum cylinder pressure today due to the crankshaft bearing limited.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Zylinderkurbelgehäuse aufzuzeigen, welches höhere Zylinderinnendrücke bei einer unveränderten Lagerstuhldimensionierung zulässt.Object of the present invention is to show a generic cylinder crankcase, which higher Cylinder internal pressures with an unchanged Dimensioning of the warehouse.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the feature solved in the characterizing part of claim 1.

Durch die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Maschinengehäuses und des Verbindungselementes wird im warmen Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine statische Druckspannung im Übergangsradius beidseitig des Lagerstuhls am Übergang zu den Gehäusewänden generiert. Diese statische Druckvorspannung ermöglicht eine deutlich höhere dynamische Druck- bzw. Zugbetriebsbelastung, wodurch bei dauerfester Auslegung des Maschinengehäuses der Auslegungszünddruck, der maximale Zylinderinnendruck, entsprechend angehoben werden kann. Damit kann bei gegebenem Bauraum und Gewicht die Leistungsdichte von Brennkraftmaschinen wesentlich erhöht werden, wodurch in vorteilhafter Weise der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert wird.By the difference in the coefficient of thermal expansion of the machine housing and the connecting element is in the warm operating state Internal combustion engine a static compressive stress in the transition radius on both sides of the camp chair at the transition generated to the housing walls. This static pressure preload enables a significantly higher dynamic Pressure or train operating load, whereby with a permanent design of the machine housing the design ignition pressure, the maximum cylinder pressure, can be raised accordingly. With a given installation space and weight, the power density can be reduced of internal combustion engines can be increased significantly, making them more advantageous Way the efficiency of the internal combustion engine is improved.

Je nach Belastung des Maschinengehäuses, bzw. des Lagerstuhls durch den Zylinderinnendruck kann gemäß Patentanspruch 2 ein Verbindungselement für einen einzigen Lagerbereich eines Lagerstuhls vorgesehen sein bzw. ein gemeinsames Verbindungselement für mehrere Lagerbereiche. Durch das Überdecken mehrerer Lagerbereiche mit einem Verbindungselement werden einfach zu montierende Verbindungselemente erzielt.Depending on the load on the machine housing or the bearing bracket by the cylinder pressure can according to claim 2 a connecting element for a single storage area of a storage chair can be provided or a common connecting element for several storage areas. By covering up Multiple storage areas with a connecting element are easy connecting elements to be assembled achieved.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 erlaubt eine einfache Montage bzw. Demontage des Verbindungselementes von dem Maschinengehäuse.The design according to claim 3 allows easy assembly and disassembly of the connecting element from the machine housing.

Gemäß Patentanspruch 4 und Patentanspruch 5 können sowohl das Maschinengehäuse als auch das Verbindungselement aus heute handelsüblichen und für Brennkraftmaschinen gängigen Werkstoffen hergestellt werden. So ist beispielsweise für das Maschinengehäuse Aluminiumguss mit einem linearen Wärmeausdehnungsko effizienten (Längenausdehnungskoeffizient) α = 21,7 × 10–6 [1/K], bzw. Alusil mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 19,2 × 10–6 [1/K] oder Magnesiumguss mit einem Wärmeausdehnenskoeffizienten α = 26,7 × 10–6 [1/K] einsetzbar. Demgegenüber kann das Verbindungselement z. B. aus Schmiedestahl C45, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 11,7 × 10–6 [1/K] oder Grauguss mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 11,0 × 10–6 [1/K] bzw. Chrommolybdänstahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 12,0 × 10–6 [1/K] hergestellt werden. Darüber hinaus kann für das Verbindungselement auch glasfaserverstärkter Kunststoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 5,2 × 10–6 [1/K] verwendet werden, wenn gleichzeitig ein Graugussmaschinengehäuse mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 11,0 × 10–6 [1/K] zum Einsatz kommt. Mit diesen, hier beispielhaft und nicht vollständig genannten Werkstoffkombinationen sind in vorteilhafter Weise viele heute üblicher Materialien für Maschinengehäuse abgedeckt.According to claim 4 and claim 5, both the machine housing and the connecting element can be made from materials that are commercially available today and are common for internal combustion engines. For example, for the machine housing, cast aluminum with a linear coefficient of thermal expansion (coefficient of linear expansion) α = 21.7 × 10 –6 [1 / K], or Alusil with a coefficient of thermal expansion α = 19.2 × 10 –6 [1 / K] or magnesium casting with a thermal expansion coefficient α = 26.7 × 10 –6 [1 / K] can be used. In contrast, the connecting element z. B. from forged steel C45, with a coefficient of thermal expansion α = 11.7 × 10 -6 [1 / K] or gray cast iron with a coefficient of thermal expansion α = 11.0 × 10 -6 [1 / K] or chrome molybdenum steel with a coefficient of thermal expansion α = 12.0 x 10 -6 [1 / K]. In addition, glass fiber reinforced plastic with a coefficient of thermal expansion α = 5.2 × 10 −6 [1 / K] can also be used for the connecting element if a gray cast iron machine housing with a coefficient of thermal expansion α = 11.0 × 10 −6 [1 / K] is used. With these material combinations, which are mentioned here by way of example and are not fully mentioned, many materials which are common today for machine housings are advantageously covered.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.The invention is described below of a preferred embodiment closer in a single figure explained.

1 zeigt die dreidimensionale Aufsicht auf ein Maschinengehäuse 1, hier einem Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit nicht direkt erkennbaren Zylindern in V-Anordnung. Die Aufsicht zeigt einen Kurbelwellenlagerbereich mit Blick durch eine nicht dargestellte Ölwanne. Das Maschinengehäuse 1 weist vier Lagerstühle 2, 2', 2'', 2''' mit jeweils einem korrespondierenden Lagerdeckel 5, 5', 5'', 5''' auf. Die vier Lagerbereiche, bestehend jeweils aus einem Lagerstuhl 2, 2', 2'', 2''' und einem Lagerdeckel 5, 5', 5'', 5''', dienen zur Lagerung einer nicht dargestellten Kurbelwelle. Parallel zur Ausrichtung der Kurbelwelle befinden sich beidseitig der Lagerbereiche zwei gegenüberliegende Gehäusewände 3, 3' des Maschinengehäuses 1. Die Gehäusewände 3, 3' dienen der Befestigung der nicht dargestellten Ölwanne. Der Lagerstuhl 2'' ist von einem Verbindungselement 4 und der Lagerstuhl 2''' von einem Verbindungselement 4' überspannt. Jedes Verbindungselement 4, 4' ist einerseits an der Gehäusewand 3 und andererseits an der Gehäusewand 3' mit jeweils zwei Schrauben 6, 6' befestigt. 1 shows the three-dimensional view of a machine housing 1 , here a cylinder crankcase for an internal combustion engine with not directly recognizable cylinders in a V arrangement. The top view shows a crankshaft bearing area with a view through an oil pan, not shown. The machine housing 1 has four camp chairs 2 . 2 ' . 2 '' . 2 ''' each with a corresponding bearing cap 5 . 5 ' . 5 '' . 5 ''' on. The four storage areas, each consisting of a storage chair 2 . 2 ' . 2 '' . 2 ''' and a bearing cap 5 . 5 ' . 5 '' . 5 ''' , serve to support a crankshaft, not shown. Parallel to the alignment of the crankshaft, two opposite housing walls are located on both sides of the bearing areas 3 . 3 ' of the machine housing 1 , The housing walls 3 . 3 ' are used to attach the oil pan, not shown. The camp chair 2 '' is from a connector 4 and the camp chair 2 ''' from a fastener 4 ' spans. Any fastener 4 . 4 ' is on the one hand on the housing wall 3 and on the other hand on the housing wall 3 ' with two screws each 6 . 6 ' attached.

Das Verbindungselement 4, 4' weist sowohl eine hohe Materialfestigkeit, als auch einen Querschnitt, der Zug- bzw. Druckspannungen besonders gut aufnehmen kann, auf. In der Mitte eines jeden Verbindungselements 4, 4', in Einbaulage in der Brennkraftmaschine der tiefste Punkt, befindet sich eine Bohrung, durch die ein auf dem Verbindungselement 4, 4' angesammeltes Schmiermittel abtropfen kann.The connecting element 4 . 4 ' has both high material strength and a cross-section that can absorb tensile or compressive stresses particularly well. In the middle of each connector 4 . 4 ' , in the installed position in the internal combustion engine the lowest point, there is a hole through which one on the connecting element 4 . 4 ' accumulated lubricant can drip off.

1 zeigt ein Maschinengehäuse bzw. Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit Zylindern in V-Anordnung. Abweichend davon kann das Verbindungselement 4, 4' auch in Reihenmotoren eingesetzt werden. Welches Brennverfahren, Otto- oder Dieselbrennverfahren, die Brennkraftmaschine aufweist ist unerheblich. 1 shows a machine housing or cylinder crankcase for an internal combustion engine with cylinders in a V-arrangement. Deviating from this, the connecting element 4 . 4 ' can also be used in in-line engines. Which combustion process, gasoline or diesel combustion process, the internal combustion engine has is irrelevant.

Das Zylinderkurbelgehäuse ist im Ausführungsbeispiel aus Aluminiumguss, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 21,7 × 10–6 [1/K], während das Verbindungselement 4, 4' aus einem Schmiedestahl C45 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 11,7 × 10–6 [1/K] gefertigt ist. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden auch die Verbindungselemente 4, 4' erwärmt, wobei sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten α zwischen dem Maschinengehäuse 1 und den Verbindungselementen 4 ,4' statische Druckspannungen im Übergangsbereich von den Lagerstühlen zu den Gehäusewänden 3, 3' aufbauen. Die statisch erzeugten Druckspannungen wirken den dynamischen Zugspannungen, die bei der Verbrennung auftreten, im Übergangsradius vom Lagerstuhl 2, 2' zur Gehäusewand 3, 3' entgegen und ermöglichen somit die Erhöhung des Zylinderinnendrucks, für eine deutlich höhere dynamische Betriebsbelastung. Durch den erhöhten Zylinderinnendruck steigt der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, wodurch der Brennstoffverbrauch reduziert wird. Somit kann bei gegebenen Bauraum und Gewicht die Leistungsdichte von der Brennkraftmaschine erhöht werden.In the exemplary embodiment, the cylinder crankcase is made of cast aluminum, with a coefficient of thermal expansion α = 21.7 × 10 −6 [1 / K], while the connecting element 4 . 4 ' is made from a forged steel C45 with a thermal expansion coefficient α = 11.7 × 10 –6 [1 / K]. When operating the internal combustion engine, the connecting elements 4 . 4 ' heated, due to the different coefficients of thermal expansion α between the machine housing 1 and the connecting elements 4 . 4 ' static compressive stress in the transition area from the storage chairs to the housing walls 3 . 3 ' build up. The statically generated compressive stresses act on the dynamic tensile stresses that occur during combustion in the transition radius from the bearing bracket 2 . 2 ' to the housing wall 3 . 3 ' counter and thus enable the increase in the cylinder pressure for a significantly higher dynamic operating load. The increased internal cylinder pressure increases the efficiency of the internal combustion engine, which reduces fuel consumption. The power density of the internal combustion engine can thus be increased for a given installation space and weight.

In weiteren Ausführungsvarianten kann das Maschinengehäusematerial auch aus:

  • – Alusil mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 19,2 × 10–6 [1/K] in Verbindung mit einem Verbindungselement 4, 4' aus einem Gussmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 11,0 × 10–6 [1/K], oder
  • – Magnesiumguss mit einem Wärmeausdehnenskoeffizienten α = 26,7 × 10–6 [1/K] in Verbindung mit einem Verbindungselement 4, 4' aus Chrommolybdänstahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 12,0 × 10–6 [1/K] sein.
In other versions, the machine housing material can also consist of:
  • - Alusil with a coefficient of thermal expansion α = 19.2 × 10 –6 [1 / K] in connection with a connecting element 4 . 4 ' from a cast material with a coefficient of thermal expansion α = 11.0 × 10 -6 [1 / K], or
  • - Magnesium casting with a thermal expansion coefficient α = 26.7 × 10 –6 [1 / K] in connection with a connecting element 4 . 4 ' made of chromium molybdenum steel with a coefficient of thermal expansion α = 12.0 × 10 -6 [1 / K].

Eine weitere technisch relevante Variante ist die Werkstoffpaarung für ein Maschinengehäusematerial aus:
– Grauguss mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 11,0 × 10–6 [1/K] in Verbindung mit einem Verbindungselement 4, 4' aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α = 5,2 × 10–6 [1/K].Another technically relevant variant is the material pairing for a machine housing material made of:
- Gray cast iron with a coefficient of thermal expansion α = 11.0 × 10 –6 [1 / K] in connection with a connecting element 4 . 4 ' made of a glass fiber reinforced plastic with a thermal expansion coefficient α = 5.2 × 10 –6 [1 / K].

Darüber hinaus kann das Verbindungselement 4, 4' auch aus einem Sintermaterial mit über die Materialzusammensetzung variablem Wärmeausdehnungskoeftizient ? sein.In addition, the connecting element 4 . 4 ' also from a sintered material with a coefficient of thermal expansion that is variable over the material composition? his.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für jeden Lagerbereich ein eigenes Verbindungselement 4, 4' vorgesehen, in anderen Ausführungsbeispielen kann sich auch ein einzelnes Verbindungselement 4, 4' sich über mehrere Lagerbereiche erstrecken.In the present exemplary embodiment there is a separate connecting element for each storage area 4 . 4 ' provided, in other embodiments, a single connecting element 4 . 4 ' extend over several storage areas.

Neben einer Schraubverbindung zwischen Verbindungselement 4, 4' und Gehäusewänden 3, 3' sind auch formschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbindungen denkbar. Des weiteren kann das Verbindungselement 4, 4' derart ausgestaltet sein, dass es gleichzeitig als Ölhobel fungiert, und die Aufgabe der Beruhigung des Schmiermittels beim Betrieb der Brennkraftmaschine im Kurbelgehäuse übernimmt.In addition to a screw connection between the connecting element 4 . 4 ' and housing walls 3 . 3 ' positive or non-positive connections are also conceivable. Furthermore, the connecting element 4 . 4 ' be designed such that it also functions as an oil plane and takes over the task of calming the lubricant during operation of the internal combustion engine in the crankcase.

11
Maschinengehäusemachine housing
2, 2'2, 2 '
Lagerstuhlbearing block
3, 3'3, 3 '
Gehäusewandhousing wall
4, 4'4, 4 '
Verbindungselementconnecting element
5, 5'5, 5 '
Lagerdeckelbearing cap
6, 6'6 6 '
Schraubescrew

Claims (6)

Maschinengehäuse (1), insbesondere Zylinderkurbelgehäuse, für eine Brennkraftmaschine, in dem sich zwischen zwei gegenüberliegenden Gehäusewänden (3, 3') zumindest ein Lagerstuhl (2, 2') für eine Welle erstreckt und die Gehäusewände (3, 3') über ein Verbindungselement (4, 4') in Richtung des Lagerstuhls (2, 2') versteift sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (1) aus einem Material mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizient als das Verbindungselement (4, 4') ist.Machine housing ( 1 ), in particular a cylinder crankcase, for an internal combustion engine in which there are between two opposite housing walls ( 3 . 3 ' ) at least one camp chair ( 2 . 2 ' ) for a shaft and the housing walls ( 3 . 3 ' ) via a connecting element ( 4 . 4 ' ) towards the camp chair ( 2 . 2 ' ) are stiffened, characterized in that the machine housing ( 1 ) made of a material with a greater coefficient of thermal expansion than the connecting element ( 4 . 4 ' ) is. Maschinengehäuse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4, 4') für zumindest einen Lagerbereich (2, 2') vorgesehen ist.Machine housing according to claim 1, characterized in that the connecting element ( 4 . 4 ' ) for at least one storage area ( 2 . 2 ' ) is provided. Maschinengehäuse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4, 4') lösbar mit den Gehäusewänden (3, 3') verbunden ist.Machine housing according to one of the aforementioned claims, characterized in that the connecting element ( 4 . 4 ' ) detachable with the housing walls ( 3 . 3 ' ) connected is. Maschinengehäuse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4, 4') aus einem Stahl-, Kunststoff- oder Sintermaterial ist.Machine housing according to one of the ge mentioned claims, characterized in that the connecting element ( 4 . 4 ' ) is made of a steel, plastic or sintered material. Maschinengehäuse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (1) aus einem Leichtmetall ist.Machine housing according to one of the aforementioned claims, characterized in that the machine housing ( 1 ) is made of a light metal. Maschinengehäuse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Kurbelwelle ist.machine housing according to one of the aforementioned claims, characterized in that the shaft is a crankshaft.
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