EP1336746A1 - Zylinderblock und Druckgussverfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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EP1336746A1
EP1336746A1 EP02100142A EP02100142A EP1336746A1 EP 1336746 A1 EP1336746 A1 EP 1336746A1 EP 02100142 A EP02100142 A EP 02100142A EP 02100142 A EP02100142 A EP 02100142A EP 1336746 A1 EP1336746 A1 EP 1336746A1
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cylinder
water jacket
block core
core
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EP02100142A
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Dietmar Ulrich Laufenberg
Gerd Anton Schwertfirm
Hans Walter Metz
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/14—Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
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    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F2001/106—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using a closed deck, i.e. the water jacket is not open at the block top face

Definitions

  • the invention relates to a cylinder block of the closed-deck type, containing one cast cylinder block core with at least one cylinder and a water jacket.
  • the invention further relates to a method for producing such Cylinder block.
  • From DE 28 36 810 A1 is a cylinder block made in light metal die casting known from the so-called closed-deck type.
  • the cylinder block has several Cylinder for receiving the piston of an internal combustion engine, the cylinder are surrounded by a water jacket for cooling.
  • the execution of the Cylinder blocks in the closed-deck form state that the water jacket is facing up is closed - except for possible smaller openings.
  • the water jackets for cylinder blocks extend from open-deck type up to the top of the cylinder block, so that this from later mounted cylinder head must also be covered and sealed. This Sealing is usually very prone to failure and expensive.
  • cylinder blocks have of the open-deck type a structurally lower stability and Stiffness.
  • Theoretically is from DE 28 36 810 A1 also a die-cast process Embodiment of a cylinder block of the closed-deck type known, at which the water jacket is open on the underside towards the crankcase.
  • an object of the present invention was an option that can be used in practice for producing a cylinder block of the closed-deck type in the die casting process.
  • the closed-deck type cylinder block of the present invention includes a cast one Cylinder block core with at least one cylinder and with a water jacket.
  • the cylinder block is characterized in that the cylinder block core does not surround the water jacket on the outside facing away from the cylinder.
  • the water jacket is therefore not on it Narrow side up (open deck) or down (DE 28 36 810 A1) open, but this is more or less completely open to the outside.
  • This allows the cylinder block core to be manufactured in a die casting process which enables cost-effective mass production of the cylinder block becomes.
  • the cylinder block has the advantages of the closed-deck type, So a simpler and better sealing of the cylinder by the cylinder head as well as greater rigidity of the cylinder block.
  • the one facing away from the cylinder Side can additionally or alternatively also by reinforcing ribs be designed so that by the combustion pressure and / or by screw forces occurring cylinder deformations are reduced.
  • the cylinder block preferably has one connected to the cylinder block core Cover on which the water jacket on the side facing away from the cylinder closes.
  • the cover consists of one Material consists of good heat conduction properties with high stability having.
  • the cover can be a water jacket be shaped or profiled in such a way that the flow and / or the heat distribution in the water jacket is optimized.
  • the cover By being a relative large side wall surface of the water jacket through the separate cover is formed, it is possible to give this surface an optimal shape, without the manufacturing limitations of a cast manufacturing process to be subject.
  • the water jacket of the cylinder block preferably extends over the top approx. 20 to 50% of the height of the cylinder. This is the main area of focus the heat of combustion, so that good cooling is important here.
  • the cylinder block core comprises in one piece also a crankcase, which surrounds the crankshaft.
  • the cylinder block core advantageously consists of a light metal, which can be aluminum in particular.
  • the invention further relates to a method for producing a cylinder block of the type explained above, which is characterized in that the cylinder block core is produced in a die casting process. Furthermore, the side open water jacket through corresponding projections in the die casting mold trained, or this is from the completion of the die casting process the castings obtained.
  • Advantageous in this manufacturing process is the use of a die casting process, which is an inexpensive mass production allowed.
  • a cylinder block core is used side cover of the water jacket connected. This connection can in particular done by screwing. Because the water jacket on its open side is closed by its own cover and not how in the case of open-deck forms that have to be closed by the cylinder head, the Design of the corresponding interfaces optimal in relation to the (smaller) Requirements of a water jacket seal are made.
  • the figures show a one-piece cylinder block core 1 of a four-cylinder in-line engine.
  • the cylinder block core 1 has four in contact with each other ("Siamese") cylinder 2, at the lower end of which a crankcase 4 is attached is.
  • Siamese cylinder 2
  • On the outward-facing side surfaces of the cylinder is a cavity a water jacket 3 is formed, the top 7 of which is shot.
  • at the cylinder block core 1 is therefore one of the closed deck Type, which by a higher stability and less problems with the sealing is characterized by the cylinder head (not shown).
  • the water jacket 3 is open to the side of the cylinder block core 1 educated. This makes it possible to die-cast the cylinder block core 1 to manufacture and at the same time to realize the closed-deck shape.
  • the Formation of the cavities of the water jacket 3 can be done by appropriate Protrusions are made in the die. Alternatively, the water jacket can be removed Completion of the die casting milled into the cylinder block core from the side become.
  • boreholes 8 with an internal thread are provided on the side in the cylinder block core, over each of which a cover 9 (only one is shown in FIGS. 2 and 3) made of sheet metal or another suitable material onto the water coats can be screwed on.
  • This cover 9 is preferably on their inside shaped and designed so that these the water flow and optimizes the heat distribution.
  • the sectional view of Figure 2 also shows the between two cylinders 2 located chambers 6 of the water jacket and the screw holes 5 running parallel to the cylinders 2 for the cylinder head.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock vom closed-deck Typ, welcher im Druckgußverfahren hergestellt werden kann. Der die Zylinder (2) umgebende Wassermantel (3) ist zu diesem Zweck zur Seite hin offen ausgebildet. Die seitliche Öffnung kann durch eine Abdeckung (9) verschlossen werden, welche an ihrer Innenseite zusätzlich eine die Strömungsverteilung und/oder Wärmeabgabe fördernde Formgebung aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock vom closed-deck Typ, enthaltend einen gegossenen Zylinderblockkern mit mindestens einem Zylinder und einem Wassermantel. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zylinderblocks.
Aus der DE 28 36 810 A1 ist ein im Leichtmetall-Druckguß hergestellter Zylinderblock vom sogenannten closed-deck Typ bekannt. Der Zylinderblock weist mehrere Zylinder zur Aufnahme der Kolben einer Brennkraftmaschine auf, wobei die Zylinder zur Kühlung von einem Wassermantel umgeben sind. Die Ausführung des Zylinderblocks in der closed-deck Form besagt, daß der Wassermantel nach oben hin - bis auf eventuelle kleinere Durchlässe - geschlossen ist.
Im Gegensatz hierzu erstrecken sich die Wassermäntel bei Zylinderblöcken vom open-deck Typ bis zur Oberseite des Zylinderblockes, so daß diese vom später aufgesetzten Zylinderkopf mit abgedeckt und gedichtet werden müssen. Diese Abdichtung ist in der Regel sehr störanfällig und aufwendig. Weiterhin weisen Zylinderblöcke vom open-deck Typ eine strukturell bedingte geringere Stabilität und Steifigkeit auf. Da jedoch die Herstellung eines Zylinderblockes vom closed-deck Typ im Druckgußverfahren große Probleme bereitet, werden mit diesem Verfahren bisher fast ausschließlich Zylinderblöcke vom open-deck Typ hergestellt. Theoretisch ist indes aus der DE 28 36 810 A1 auch eine im Druckgußverfahren hergestellte Ausführungsform eines Zylinderblockes vom closed-deck Typ bekannt, bei der der Wassermantel an der Unterseite zum Kurbelgehäuse hin offen ist.
Vor diesem Hintergrund bestand eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine in der Praxis anwendbare Möglichkeit zur Herstellung eines Zylinderblockes vom closed-deck Typ im Druckgußverfahren bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderblock mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der erfindungsgemäße Zylinderblock vom closed-deck Typ enthält einen gegossenen Zylinderblockkern mit mindestens einem Zylinder und mit einem Wassermantel. Der Zylinderblock ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblockkern den Wassermantel an der vom Zylinder abgewandten Außenseite nicht umgibt.
Bei dem vorgeschlagenen Zylinderblock ist somit der Wassermantel nicht an seiner Schmalseite nach oben (open-deck) oder nach unten (DE 28 36 810 A1) hin offen, sondern dieser ist mehr oder weniger vollständig zur Außenseite hin offen. Dies erlaubt es, den Zylinderblockkern in einem Druckgußverfahren herzustellen, wodurch eine kostengünstige Massenproduktion des Zylinderblockes möglich wird. Gleichzeitig weist der Zylinderblock die Vorteile des closed-deck Typs auf, also eine einfachere und bessere Abdichtung der Zylinder durch den Zylinderkopf sowie eine größere Steifigkeit des Zylinderblocks.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die vom Zylinder abgewandte Seite, also die im Wasser befindliche Seite so gestaltet, daß eine verbesserte Kühlung, z. B. durch Kühlrippen, erfolgen kann. Die vom Zylinder abgewandte Seite kann zusätzlich oder alternativ auch durch Verstärkungsrippen so gestaltet werden, daß die durch den Verbrennungsdruck und/oder durch Schraubenkräfte auftretenden Zylinderverformungen verringert werden.
Vorzugsweise weist der Zylinderblock eine mit dem Zylinderblockkern verbundene Abdeckung auf, welche den Wassermantel an der vom Zylinder abgewandten Seite verschließt. Durch diese Abdeckung wird somit die aus herstellungstechnischen Gründen im Gußverfahren offen zu lassende Seite des Wassermantels verschlossen. Da die betreffende Seite weder extremen Druck noch extremen Temperaturbelastungen ausgesetzt ist, sind an die Abdeckung keine außergewöhnlich hohen Anforderungen zu stellen. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Abdeckung aus einem Werkstoff besteht, der bei hoher Stabilität gute Wärmeleitungseigenschaften aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Abdeckung zum Wassermantel hin derart geformt beziehungsweise profiliert sein, daß die Strömung und/oder die Wärmeverteilung im Wassermantel optimiert wird. Dadurch, daß eine verhältnismäßig große seitliche Wandfläche des Wassermantels durch die separate Abdeckung gebildet wird, ist es möglich, dieser Fläche eine optimale Form zu verleihen, ohne dabei den fertigungstechnischen Grenzen eines gußtechnischen Herstellungsverfahrens unterworfen zu sein.
Der Wassermantel des Zylinderblockes erstreckt sich vorzugsweise über die oberen ca. 20 bis 50% der Höhe des Zylinders. In diesem Bereich entsteht schwerpunktmäßig die Verbrennungswärme, so daß es hier auf eine gute Kühlung ankommt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Zylinderblockes umfaßt der Zylinderblockkern einstückig auch ein Kurbelgehäuse, welches die Kurbelwelle umgibt.
Weiterhin besteht der Zylinderblockkern vorteilhafterweise aus einem Leichtmetall, bei dem es sich insbesondere um Aluminium handeln kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes der vorstehend erläuterten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zylinderblockkern in einem Druckgußverfahren hergestellt wird. Ferner wird der seitlich offene Wassermantel durch entsprechende Vorsprünge in der Druckgußform ausgebildet, oder dieser wird aus dem nach Abschluß des Druckgußverfahrens erhaltenen Gießling herausgearbeitet. Vorteilhaft bei diesem Herstellungsverfahren ist der Einsatz eines Druckgußverfahrens, welches eine kostengünstige Massenherstellung erlaubt.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird mit dem Zylinderblockkern eine seitliche Abdeckung des Wassermantels verbunden. Diese Verbindung kann insbesondere durch Verschrauben geschehen. Dadurch, daß der Wassermantel an seiner offenen Seite durch eine eigene Abdeckung geschlossen wird und nicht wie bei open-deck Formen vom Zylinderkopf verschlossen werden muß, kann die Ausgestaltung der entsprechenden Grenzflächen optimal in Bezug auf die (geringeren) Anforderungen einer Wassermanteldichtung vorgenommen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
perspektivisch den Zylinderblockkern eines erfindungsgemäßen Zylinderblockes,
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II von Figur 1, und
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie III-III von Figur 1.
Die Figuren zeigen einen einstückigen Zylinderblockkern 1 eines Vierzylinder-Reihenmotors. Der Zylinderblockkern 1 weist vier miteinander in Kontakt stehende ("siamesische") Zylinder 2 auf, an deren unterem Ende ein Kurbelgehäuse 4 angesetzt ist. An den nach außen weisenden Seitenflächen der Zylinder ist als Hohlraum ein Wassermantel 3 ausgebildet, dessen Oberseite 7 geschossen ist. Bei dem Zylinderblockkern 1 handelt es sich also um einen solchen vom closed-deck Typ, welcher durch eine höhere Stabilität und geringere Probleme bei der Abdichtung durch den Zylinderkopf (nicht dargestellt) gekennzeichnet ist.
Der Wassermantel 3 ist erfindungsgemäß zur Seite des Zylinderblockkerns 1 offen ausgebildet. Hierdurch wird es möglich, den Zylinderblockkern 1 im Druckgußverfahren herzustellen und gleichzeitig die closed-deck Form zu verwirklichen. Die Ausbildung der Hohlräume des Wassermantels 3 kann dabei durch entsprechende Vorsprünge in der Druckgußform erfolgen. Alternativ kann der Wassermantel nach Fertigstellung des Druckgusses von der Seite her in den Zylinderblockkern eingefräst werden.
Weiterhin sind seitlich im Zylinderblockkern Bohrlöcher 8 mit Innengewinde vorgesehen, über welche je eine Abdeckung 9 (nur eine ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt) aus Metallblech oder einem anderen geeigneten Material auf die Wassermäntel aufgeschraubt werden kann. Vorzugsweise ist diese Abdeckung 9 an ihrer Innenseite so geformt und derart ausgebildet, daß diese den Wasserfluß und die Wärmeverteilung optimiert. Die Schnittansicht von Figur 2 zeigt ferner die zwischen zwei Zylindern 2 befindlichen Kammern 6 des Wassermantels sowie die parallel zu den Zylindern 2 verlaufenden Schraubenlöcher 5 für den Zylinderkopf.

Claims (10)

  1. Zylinderblock vom closed-deck Typ, enthaltend einen gegossenen Zylinderblockkern (1) mit mindestens einem Zylinder (2) und einem Wassermantel (3),
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zylinderblockkern (1) den Wassermantel (3) an der vom Zylinder (2) abgewandten Außenseite nicht umgibt.
  2. Zylinderblock nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zylinderblockkern (1) im Druckgußverfahren hergestellt ist.
  3. Zylinderblock nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zylinderblockkern (1) an der vom Zylinder (2) abgewandten Außenseite Verstärkungs- und/oder Kühlrippen aufweist.
  4. Zylinderblock nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    er eine mit dem Zylinderblockkern (1) verbundene Abdeckung (9) aufweist, welche den Wassermantel (3) an der vom Zylinder (2) abgewandten Außenseite verschließt.
  5. Zylinderblock nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Abdeckung (9) zum Wassermantel (3) hin so geformt ist, dass die Strömung im Wassermantel und/oder die Wärmeverteilung optimiert wird.
  6. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Wassermantel (3) sich über die oberen 20 bis 50% der Zylinderhöhe erstreckt.
  7. Zylinderblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zylinderblockkern (1) ein Kurbelgehäuse (4) umfasst.
  8. Zylinderblock nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zylinderblockkern (1) aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium besteht.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zylinderblockkern (1) im Druckgussverfahren hergestellt wird, und daß der seitlich offene Wassermantel (3) durch die Druckgußform ausgespart und/oder aus dem erhaltenen Gießling herausgearbeitet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    mit dem Zylinderblockkern (1) eine seitliche Abdeckung (9) des Wassermantels (3) verbunden, vorzugsweise verschraubt wird.
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