DE102006007009B4

DE102006007009B4 - Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder umfassenden Zylinderkurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102006007009B4
Application number: DE102006007009A
Authority: DE
Inventors: Richard Clos
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006007009A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder (6) umfassenden Zylinderkurbelgehäuse (1) und mit einem auf dem Zylinderkurbelgehäuse (1) montierten Zylinderkopf (2), wobei das Zylinderkurbelgehäuse (1) und der Zylinderkopf (2) durch Verschraubungen (3) als Verbindungselemente miteinander verbunden sind, wobei das Zylin derkurbelgehäuse (1) Aufnahmen (4) für die Verbindungselemente aufweist, und wobei das Zylinderkurbelgehäuse (1) Kühlmittelkanäle (7) aufweist, die zum Zylinderkopf (2) hin offen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmen (4) des Zylinderkurbelgehäuses (1) Gewindebolzen (5) angeordnet sind, dass die Verschraubungen (3) des Zylinderkurbelgehäuses (1) mit den Gewindebolzen (5) verbunden sind und dass die Gewindebolzen (5) in dem Zylinderkurbelgehäuse (1) in den Kühlmittelkanälen (7) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder umfassenden Zylinderkurbelgehäuse und mit einem auf dem Zylinderkurbelgehäuse montierten Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt bei einer Brennkraftmaschine das Zylinderkurbelgehäuse und den Zylinderkopf durch eine Verschraubung miteinander zu verbinden. Dabei ist es zur Kühlung einer flüssig gekühlten Brennkraftmaschine üblich die im Zylinderkurbelgehäuse angeordneten Zylinderlaufbahnen der Zylinder mit Kühlmittelkanälen zu umgeben. Als Beispiel für diese allgemein übliche Bauweise sei die DE 3625947 A1 genannt.
Aus der GB 30 20 45 ist zur Verschraubung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine bekannt, dass an der Außenseite des Kurbelhause die Verschraubung des Deckels über Gewindebolzen erfolgt.
Aus der AT 501 339 A1 ist eine Zugankerverschraubung bekannt, mit der das gesamte Gehäuse einer Brennkraftmaschine vom Kurbelwellenlagerträger bis zum Zylinderkopf verschraubt ist.
Aus der DE 970637 C ist ein Großgasmaschinen-Zylinder mit Entlastungs-Spannstangen bekannt, die einen den Zylinder umgebenden Kühlmantel durchqueren.
Die Weiterentwicklung der Brennkraftmaschinen bedingt, dass immer kompakter ausgeführte Zylinderkurbelgehäuse Brennkraftmaschinen mit einer immer höheren Leistungsabgabe bilden. Dabei wird zunehmend der gleiche Bauraum für die erforderlichen Kühlmittelkanäle sowie für die notwendigen Verschraubungen benötigt. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, deren Kühlmittelkanäle zum Zylinderkopf hin offen ausgeführt sind (open deck), kann es bei der Konstruktion schwierig sein die erforderlichen Verschraubungen geeignet zu plazieren. Als Lösung für dieses Problem ist es bekannt, die Verschraubungen als „nasse Schrauben" in den Kühlmittelkanälen offen zu führen. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die Verschraubungen vor Korrosion geschützt werden müssen, und dass die Durchgänge der Schrauben abgedichtet werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf anzugeben, bei dem die Verschraubung des Zylinderkopfes in Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses an den erforderlichen Stellen erfolgen kann, ohne dass die Verschraubung mit Kühlmittel in Kontakt kommt. Zudem soll eine Möglichkeit geschaffen werden, dass Kräfte aus dem Zylinderkopf besonders großflächig über die Verschraubung in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach in den Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses Gewindebolzen angeordnet sind. Die Verschraubungen des Zylinderkurbelgehäuses sind mit den Gewindebolzen verbunden. Zudem sind die Gewindebolzen in dem Zylinderkurbelgehäuse in den Kühlmittelkanälen angeordnet.
Die Gewindebolzen weisen auf der dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Seite vorzugsweise ein Außengewinde auf, welche in den Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet sind. Für eine gleichmäßige Einleitung von Kräften sind die Außengewinde der Gewindebolzen großflächig ausgebildet.
Grundsätzlich kann der Gewindebolzen auch ein Innengewinde aufweisen. Zudem sind eine Reihe weiterer Verbindungsmethoden alternativ denkbar. So kann der Gewindebolzen auch in das Zylinderkurbelgehäuse eingeklebt werden. Auch das Ausbilden eines Bajonettverschlusses, der mit einer Drehbewegung in einer Aussparung des Zylinderkurbelgehäuses einrastet, ist im Rahmen dieser Erfindung ausführbar.
Auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite weisen die Gewindebolzen aus Kostengründen vorzugsweise ein Innengewinde zur Aufnahme der üblichen Verschraubungen des Zylinderkopfes auf.
Je nach dem Material, welches für die Gewindebolzen verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, das Innengewinde zur Aufnahme der Verschraubungen des Zylinderkopfes als separates Bauteil bei der Herstellung des Gewindebolzens in den Gewindebolzen einzugießen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in das Zylinderkurbelgehäuse zwischen zwei Zylinder zur Verbesserung der Kühlung Bohrungen eingebracht sind, welche die Kühlmittelkanäle zu beiden Seiten der Zylinder miteinander verbinden. Die Bohrungen sind dabei gegenüber der Zylinderkopfebene in einem flachen Winkel zwischen zwei benachbarte Zylinder in das Zylinderkurbelgehäuse eingebracht. Bei der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses taucht der die Bohrungen herstellende Bohrer in die Kühlmittelkanäle des Zylinderkurbelgehäuses ein. Um einen besonders flachen Winkel der Bohrungen zu ermöglichen sind die Kühlmittelkanäle zumindest im Bereich zweier benachbarter Zylinder und zumindest im Bereich der Zylinderkopfebene verbreitert ausgebildet.
Die Gewindebolzen weisen im Bereich der Kühlmittelkanäle eine Einschnürung auf, durch welche die Gewindebolzen beim Betrieb der Brennkraftmaschine leichter von dem in den Kühlmittelkanälen strömenden Kühlmittel umströmt werden können und einen geringeren Strömungswiderstand bewirken.
Gegebenenfalls können die Gewindebolzen im Bereich der Einschnürung einen elliptischen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewindebolzen an der dem Zylinderkopf zugewandten Seite verbreitert ausgebildet sind. Diese verbreitert ausgebildete Seite der Gewindebolzen kommt an mindestens einer Stelle an dem Zylinderkurbelgehäuse zur Auflage und stütz sich an dem Zylinderkurbelgehäuse ab.
In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewindebolzen aus einem Material hergestellt sind, dessen Ausdehnungskoeffizienten so gewählt ist, dass die Baugruppe aus Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderkopf bei allen an der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen und Temperaturdifferenzen zuverlässig durch die Gewindebolzen und die Verschraubungen verbunden sind. Dabei können auch Temperaturdifferenzen berücksichtigt werden, die insbesondere bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine auftreten.
In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innengewinde der Gewindebolzen von der zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und dem Zylinderkopf angeordneten Zylinderkopfdichtung gegen das in den Kühlmittelkanälen fließende Kühlmittel abdichtet sind, so dass die Verschraubung nicht mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen.
Im Folgenden ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, die mittels in Gewindebolzen angeordneten Verschraubungen miteinander verbunden sind, anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 ein Schnittbild durch eine Brennkraftmaschine mit v-förmiger Zylinderanordnung, bei der das Zylinderkurbelgehäuse und die Zylinderköpfe durch eine Verschraubung verbunden sind, welche innerhalb der Kühlmittelkanäle von Gewindebolzen gebildet wird,
2 eine Detailansicht eines Schnittbildes durch die Brennkraftmaschine mit v-förmiger Zylinderanordnung durch einen in dem Zylinderkurbelgehäuse angeordnetem Gewindebolzen.
Eine auf eine maximale Leistungsabgabe entwickelte achtzylindrige Brennkraftmaschine mit v-förmiger Zylinderanordnung weist im Zylinderkurbelgehäuse breite, die Zylinderlaufbahnen umgebende Kühlmittelkanäle auf. Die Kühlmittelkanäle sind dafür ausgelegt von den Zylinderlaufbahnen extrem viel Abwärme aufzunehmen und abzuführen. Dementsprechend nehmen die Kühlmittelkanäle den wesentlichen, die Zylinderlaufbahnen umgebenen Bauraum in Anspruch. Die Kühlmittelkanäle in dem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkurbelgehäuse sind zum Zylinderkopf hin offen ausgeführt. Die Verbindung zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und dem Zylinderkopf erfolgt mittels einer im Zylinderkopf geführten Verschraubung, die im Zylinderkurbelgehäuse in Gewindebolzen eingeschraubt werden.
1 zeigt ein Schnittbild durch die Brennkraftmaschine mit dem Zylinderkurbelgehäuse 1, welches eine v-förmige Zylinderanordnung aufweist.
Die Gewindebolzen 5 sind an der dem Zylinderkurbelgehäuse 1 zugewandten Seite mit einem speziellen Außengewinde 5.1 ausgebildet, welches in der Aufnahme 4 des Zylin derkurbelgehäuses 1 komplementär ausgebildet ist. Dieses speziell ausgebildete Außengewinde 5.1 bewirkt, dass die Kräfte aus dem Zylinderkopf 2 sehr gleichmäßig in das Zylinderkurbelgehäuse 1 eingeleitet werden. Dabei können die Außengewinde 5.1 der Gewindebolzen 5 mit einem Sicherungslack in den komplementär ausgebildeten Auf nahmen 4 des Zylinderkurbelgehäuses 1 fixiert sein, wodurch die Kräfte noch gleichmäßiger in das Zylinderkurbelgehäuse 1 eingeleitet werden.
Die Gewindebolzen 5 sind aus einer ähnlichen Aluminiumlegierung hergestellt wie das Zylinderkurbelgehäuse 1. Der wesentliche Unterschied besteht in einer kleineren thermischen Ausdehnung, wodurch die Verschraubung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine geringfügig vorgespannt sind.
Die Gewindebolzen 5 sind an der dem Zylinderkopf 2 zugewandten Seite 5.4 mit einem Innengewinde 5.3 ausgebildet, in welche die im Zylinderkopf 2 geführten Verschraubung 3 eingedreht werden.
Zwischen die inneren Zylinder 6 sind in das Zylinderkurbelgehäuse 1 Bohrungen 9 eingebracht, durch welche die Kühlung zwischen den Zylinderlaufbahnen verbessert wird. Die Bohrungen 9 sind in einem Winkel von 30 Grad gegenüber der Zylinderkopfebene in das Zylinderkurbelgehäuse 1 eingebracht. Bei der Herstellung der Zylinderkurbelgehäuses 1 erfolgt das Herstellen dieser Bohrungen 9, indem der Bohrer über die Kühlmittelkanäle 7 in das Zylinderkurbelgehäuse 1 eintaucht. Damit der flache Winkel von 30 Grad realisiert werden kann, sind die Kühlmittelkanäle 7 im Bereich zweier benachbarter Zylinder 6 und im Bereich der Zylinderkopfebene verbreitert ausgebildet.
2 zeigt eine Detailansicht des Schnittbildes durch einen in dem Zylinderkurbelgehäuse 1 angeordnetem Gewindebolzen 5.
Der Gewindebolzen 5 ist im mittleren Bereich eingeschnürt ausgebildet, so dass die in den Kühlmittelkanälen 7 angeordneten Gewindebolzen 5 dem Kühlmittelstrom nur einen geringen Strömungswiderstand entgegenstellen. Um den Strömungswiderstand minimal zu halten sind die Gewindebolzen 5 im Querschnitt tropfenförmig ausgebildet. Die dem Zylinderkopf 2 zugewandte Seite 5.4 der Gewindebolzen 5 ist verbreitert ausgebildet, so dass die verbreitert ausgebildete Seite 5.4 in den Kühlmittelkanälen 7 an zwei Stellen an dem Zylinderkurbelgehäuse 1 zur Auflage kommen. Durch diese Auflage wird ein Verspannen Gewindebolzen 5 vermieden.
Bei der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses 1 werden vor dem Planschleifen der Zylinderkopfebene die Gewindebolzen 5 in die Aufnahmen 4 eingesetzt. Dadurch liegen die dem Zylinderkopf 2 zugewandten Seiten 5.4 der Gewindebolzen 5 nach dem Planschleifen exakt in der Zylinderkopfebene.
Durch diesen Aufbau werden die dem Zylinderkopf 2 zugewandten Seiten 5.4 der Gewindebolzen 5 von der Zylinderkopfdichtung 8 bedeckt, wodurch die Innengewinde 5.3 zur Aufnahme der Verschraubung 3 gegenüber den Kühlmittelkanälen 7 abgedichtet sind, und wobei die Verschraubungen 3 des Zylinderkopfes 2 vor einer Benetzung mit Kühlmittel geschützt sind.
Die Bohrungen 9 zwischen zwei Zylindern 6, durch welche die Kühlmittelkanäle 7 zu beiden Seiten der Zylinderreihe miteinander verbunden werden, sind zweistufig, d. h. mit zwei verschiedenen Durchmessern, ausgeführt. Zuerst wird auf beiden Seiten durch die verbreitert ausgeführten Kühlmittelkanäle eine erste Bohrung 9.1 mit einem Durchmesser von vier Millimetern zwischen zwei Zylinder 6 eingebracht, dann wird eine zweite Bohrung 9.2 auf beiden Seiten mit einem Durchmesser von zweieinhalb Millimetern fortgesetzt, bis sich die zweiten Bohrungen 9.2 treffen. Durch die mit einem unterschiedlichen Durchmesser ausgeführten Bohrungen 9 wird die dünner werdende Materialstärke zwischen den Zylindern 6 berücksichtigt. Bei Bedarf kann die Bohrung 9 mehrfach zwischen den gleichen zwei Zylindern 6 angeordnet sein.

Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine kann die Verschraubung des Zylinderkopfes in Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses an den dafür optimalen Stellen erfolgen, ohne dass die Verschraubungen mit Kühlmittel in Kontakt kommen. Zudem werden die Kräfte aus dem Zylinderkopf besonders großflächig über die Verschraubung in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet. Bezugszeichenliste:

Zylinderkurbelgehäuse	1
Zylinderkopf	2
Verschraubungen	3
Aufnahmen	4

Gewindebolzen	5
Außengewinde Gewindebolzen	5.1
Einschnürung Gewindebolzen	5.2
Innengewinde Gewindebolzen	5.3
Verbreiterte Seite Gewindebolzen	5.4

Zylinder	6
Kühlmittelkanäle	7
Zylinderkopfdichtung	8
Bohrungen	9
Erste Bohrung	9.1
Zweite Bohrung	9.2

Claims

Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder (6) umfassenden Zylinderkurbelgehäuse (1) und mit einem auf dem Zylinderkurbelgehäuse (1) montierten Zylinderkopf (2), wobei das Zylinderkurbelgehäuse (1) und der Zylinderkopf (2) durch Verschraubungen (3) als Verbindungselemente miteinander verbunden sind, wobei das Zylin derkurbelgehäuse (1) Aufnahmen (4) für die Verbindungselemente aufweist, und wobei das Zylinderkurbelgehäuse (1) Kühlmittelkanäle (7) aufweist, die zum Zylinderkopf (2) hin offen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmen (4) des Zylinderkurbelgehäuses (1) Gewindebolzen (5) angeordnet sind, dass die Verschraubungen (3) des Zylinderkurbelgehäuses (1) mit den Gewindebolzen (5) verbunden sind und dass die Gewindebolzen (5) in dem Zylinderkurbelgehäuse (1) in den Kühlmittelkanälen (7) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (5) auf der dem Zylinderkurbelgehäuse (1) zugewandten Seite ein Außengewinde (5.1) aufweisen, dass die Außengewinde (5.1) der Gewindebolzen (5) in den Aufnahmen (4) des Zylinderkurbelgehäuses (1) angeordnet sind, und dass die Außengewinde (5.1) der Gewindebolzen (5) großflächig ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (5) auf der dem Zylinderkopf (2) zugewandten Seite ein Innengewinde (5.3) zur Aufnahme der Verschraubungen (3) aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zylinderkurbelgehäuse (1) zwischen zwei Zylinder (6) Bohrungen (9) eingebracht sind, dass die Bohrungen einen flachen Winkel gegenüber der Zylinderkopfebene in das Zylinderkurbelgehäuse (1) eingebracht sind, dass die Bohrungen (9) über die Kühlmittelkanäle (7) in das Zylinderkurbelgehäuse (1) eingebracht sind, und dass die Kühlmit telkanäle (7) zumindest im Bereich zweier benachbarter Zylinder (6) und zumindest im Bereich der Zylinderkopfebene verbreitert ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (5) im Bereich der Kühlmittelkanäle (7) eine Einschnürung (5.2) aufweisen, und dass die Einschnürung (5.2) beim Betrieb der Brennkraftmaschine von Kühlmittel umströmt wird.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (5) an der dem Zylinderkopf (2) zugewandten Seite (5.4) verbreitert ausgebildet sind, und dass die verbreitert ausgebildete Seite (5.4) der in den Kühlmittelkanälen (7) angeordneten Gewindebolzen (5) an mindestens einer Stelle an dem Zylinderkurbelgehäuse (1) zur Auflage kommt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (5) aus einem Material hergestellt sind, dessen Ausdehnungskoeffizienten so gewählt ist, dass die Baugruppe aus Zylinderkurbelgehäuse (1) und Zylinderkopf (2) bei allen an der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen und Temperaturdifferenzen zuverlässig durch die Gewindebolzen (5) und die Verschraubungen (3) verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse (1) und dem Zylinderkopf (2) eine Zylinderkopfdichtung (8) angeordnet ist, und dass die Innengewinde (5.3) der Gewindebolzen (5) von der Zylinderkopfdichtung (8) gegen das in den Kühlmittelkanälen (7) fließende Kühlmittel abdichtet sind.