Beschreibung

Insbesondere bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen für Personenkraftfahrzeuge ist man bestrebt, das Gewicht weitestgehend zu reduzieren. Man war daher dazu überge¬ gangen, die Zylinderblöcke aus Leichtmetall herzustellen, was jedoch zur Folge hatte, daß zwei unterschiedliche

Materialien verwendet werden mußten, nämlich Leichtmetall für den Zylinderblock und entsprechende Grauguß- Qualitäten für die die Zylinder bildenden Laufbüchsen. Man war daher bemüht, durch konstruktive Maßnahmen einen Zylinderblock zu konzipieren, ^• der bei entsprechend hoher Gestaltfestigkeit auch aus Grauguß hergestellbar war. Ein derartiger Zylinderblock ist in WO 94/07017 beschrieben. Bei der Verwendung entsprechender Grauguß-Qualitäten, bei¬ spielsweise Compact-Graphit-Guß (CGG) , ist es möglich, auch einen dünnwandigen Zylinderblock herzustellen. Durch die Anordnung von U-förmigen Verstärkungsrippen auf der Außenseite des Wassermantels im Bereich der Teilungsebene zwischen je zwei benachbarten Zylindern und durch eine fluchtende Zuordnung der Zylinderkopfschrauben zu den Befe- stigungsschrauben des von unten angesetzten Lagerdeckels der Kurbelwellenlagerung ergibt sich ein definierter, geradliniger Kraftfluß zwischen Zylinderkopf und Kurbel¬ wellenlagerung. Dies ermöglicht eine Festigkeitsberechnung mit hinreichender Genauigkeit, so daß bei der Bemessung der übrigen, weitgehend flächigen und als Mantel dienenden Teile des Zylinderblockesdie Wandstärke praktisch nur noch im Hinblick auf eine einwandfreie Gießbarkeit zu berück¬ sichtigen ist. Der vorbekannte Zylinderblock ist jedoch so konzipiert, daß die die Lagergasse bildenden Teile der Lagerschalen jeweils in der Teilungsebene zwischen zwei Zylindern über entsprechende Stege angegossen sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder¬ block zu schaffen, der eine noch weitergehende Gewichtsredu¬ zierung ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Zylinderblock für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit mehrfach gela¬ gerter Kurbelwelle und mit einem die Zylinder umschließen¬ den Wassermantel, dessen nach unten verlängerte Außenwand sich in etwa bis in die Teilungsebene der Kurbelwellenlage- rungen erstreckt und dessen umlaufender freier Rand eine

Anlagefläche bildet, sowie mit einem an dieser Anlagefläche anliegenden und mit dieser verbundenen Grundrahmen, auf dem die Kurbelwellenlagerungen angeordnet sind, deren lös¬ bare Lagerdeckel auf der den Zylindern zugewandten Seite des Grundrahmens angeordnet sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die zwischen dem, den Zylinderblock nach oben abschließenden Zylinderkopf und den Kurbelwellenlage¬ rungen aufzunehmenden Kräfte über die dem Grundrahmen zuge¬ ordneten Teile der Kurbelwellenlagerungen unmittelbar auf- genommen werden, so daß die zugehörigen Lagerdeckel und deren Befestigungsschrauben entsprechend geringere Kräfte aufzunehmen haben und damit entsprechend dünnwandiger bemes¬ sen werden können. Der Grundrahmen bietet zugleich eine erhebliche Versteifung des freien Randes der nach unten verlängerten Außenwandung des Wassermantels, so daß sich trotz der geringen Wandstärke eine hohe Gestaltfestig¬ keit des Gesamtblocks ergibt. Besonders vorteilhaft ist eε, wenn zumindest der Zylinderblock aus Vermicular-Guß (GGV, vorteilhaft GGV 40) ausgeführt ist, der gegenüber anderen Gußqualitäten eine höhere Belastbarkeit durch Zug¬ kräfte und eine hohe Eigendämpfung bei Schwingungsbeanspru¬ chungen aufweist, so daß ein "Dröhnen" trotz der verhältnis ^¬ mäßig dünnen Wandungen weitgehend unterbunden ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, daß die Kurbelwellenlagerungen am Grundrahmen voll¬ ständig montiert werden und erst dann die Verbindung mit dem Zylinderblock erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Grundrahmen mit dem freien Rand der Außenwand des Wassermantels über Schrauben verbunden ist, wobei jeweils zwei Schrauben in der Mittelebene einer Kurbelwellenlagerung verlaufen. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Kraftverlauf zwischen den Befestigungsschrauben des Zylinderkopfes und den Befestigungsschrauben des Grund¬ rahmens in einer Ebene liegt. Hierdurch ergibt sich ferner, daß jeweils für einen Zylinder für vier Befestigungsschrau- ben des Zylinderkopfes entsprechend vier Befestigungsschrau¬ ben für den Grundrahmen vorgesehen sind.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die in der Mittelebene der Kurbelwellenlagerung angeordneten Schrauben zur Befestigung des Grundrahmens in etwa mit den Schrauben zur Befestigung des Zylinderkopfes fluchten. Aufgrund der durch die Anord¬ nung der Grundrahmens bewirkten Verbesserung der Gestalt¬ festigkeit des Zylinderblockes genügt es, wenn die Befesti- gungsschrauben für den Grundrahmen in diesem Bereich mög¬ lichst dicht an der Kurbelwellenlagerung angeordnet sind. Ein genaues Fluchten, wie dies bei dem vorbekannten Zylin¬ derblock noch vorgesehen wird, ist bei der erfindungsge¬ mäßen Konzeption nicht erforderlich.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Grundrahmen zusätzlich zu den in der Mittelebene der Kurbelwellenlagerungen angeordneten Schrauben mit dem Rand der Außenwandung des Wassermantels über jeweils zwei weitere Schrauben verbunden ist, die jeweils in einer durch die Zylinderachse verlaufenden Parallelebene angeordnet sind. Hierdurch ist es auch möglich, der äußeren Wandung des Wassermantels in ihrem unteren Bereich eine, im Horizontalschnitt gesehen, Wellen- Struktur zu geben, die zu einer Erhöhung der Formsteifig- keit führt, und darüber hinaus unter Ausnutzung der verbesserten Zugfestigkeit von Vermicular-Grauguß auch

diesen Teil der äußeren Wandung des Wassermantels mit in die Kraftübertragung zwischen dem Zylinderkopf einerseits und dem Grundrahmen andererseits mit einzubeziehen. Das bedeutet, daß jeweils den vier Befestigungsschrauben des Zy- linderkopfes je Zylinder im zugehörigen Bereich des Grundrahmenε jeweils sechs Befestigungsschrauben zugeordnet sind.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß am Zylinderblock in dem von der nach unten verlängerten Außenwandung des Wassermantels umschlossenen Bereich jeweils die unteren freien Ränder der Zylinder eine Begrenzungsebene gegenüber dem in Kurbelwellenlängs¬ richtung durchgehend freien Raum bilden. Hierdurch ist gegenüber den vorbekannten Konzeptionen, bei denen die Kurbelwellenlagerungen über Tragstege im Bereich der Tei¬ lungsebene zwischen je zwei benachbarten Zylindern ange¬ ordnet sind, eine erhebliche Gewichtsreduzierung möglich.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Außenwandung des Wassermantels jeweils mit wenigstens einer in der Teilungsebene zwischen zwei Zylindern verlaufenden, nach außen weisenden Zugrippe versehen ist, die sich zwischen dem Bereich der Aufnahmebohrungen der Zylinderkopfschrauben und dem Bereich der in der gleichen Ebene liegenden Aufnahmebohrungen der Befestigungsschrauben für den Grundrahmen erstreckt. Durch die Anordnung einer derartigen Zugrippe, die in dem hier stark eingezogenen Bereich der Außenwandung des Wassermantels verläuft, können die zwischen dem Zylinderkopf und dem Grundrahmen wirksamen und vom Zylinderblock aufzunehmenden Kräfte in erster Linie über diese Zugrippe aufgenommen werden, so daß der gewünsch¬ te definierte, möglichst geradlinige Kraftfluß zwischen Zylinderkopf und Grundrahmen noch verbessert wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Grundrahmen an wenigstens einer Längsseite mit wenigstens einem längslaufenden ölkanal

versehen ist, von dem jeweils in der Mittelebene einer

Kurbelwellenlagerung ein Seitenkanal abzweigt, der jeweils in die auf dieser Seite in der Ebene verlaufenden Aufnahme¬ bohrungen der Befestigungsschrauben für den Grundrahmen und den Lagerdeckel durchsetzt und im Lagerdeckel ausmündet. Gegenüber dem vorbekannten Zylinderblock, bei dem der Öl- kanal noch in die Wandung des Wassermantels eingegossen war, bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß der Ölkanal nunmehr in einem ohnehin relativ starkwandig auszubildenden Bereich des Grundrahmens angeordnet ist. Da der Grundrahmen in seinem geometrisch sehr viel ein¬ facheren Aufbau für eine Bearbeitung leichter aufzuspannen ist, kann sowohl die Bearbeitung des längslaufenden ölkanals als auch die Bearbeitung der von diesem abzweigenden Seiten- kanäle durch eine einfache Bohroperation, ggf. in nur einer Aufspannung, bewerkstelligt werden. Zweckmäßig ist es hier¬ bei, wenn die Aufnahmebohrungen für die Befestigungsschrau¬ ben des Grundrahmens und der Lagerdeckel jeweils in dem von einem Seitenkanal durchsetzten Bereich einen vergrößer- ten Durchmesser aufweisen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß für die Führung der Seitenkanäle keine zusätzlichen Materialzugaben am Grundrahmen vorgesehen werden müssen. Die Seitenkanäle können vielmehr jeweils in der Mittelebene einer Kurbelwellenlagerung geführt werden. Durch die Anord- nung eines vergrößerten Bereichs in den Aufnahmebohrungen kann das für die Schmierung der Kurbelwellenlagerungen zuzuführende öl jeweils die Befestigungsschrauben in diesem Bereich umströmen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Grundrahmen mit den Lagerdeckeln der Kurbelwellenlagerungen als Funktionseinheit gegossen und bearbeitet wird, wobei die Lagerdeckel in Betriebsfunktion ^" an den ^' Grundrahmen angeformt und nachträglich abgetrennt sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Grundrahmen mit seinen Kurbelwellenlagerungen einschließlich der zugehö¬ rigen Lagerdeckel als Einheit bearbeitet werden kann, wobei

sowohl die Grundfläche des Grundrahmens als auch die der Anlagefläche am Wassermantel zugeordnete Anlagefläche des Grundrahmens ebenso wie die Gewindebohrungen für die Befe¬ stigungsschrauben, die Bohrungen von Ölkanal und Seiten- kanälen bewerkstelligt werden kann. Die Lagerdeckel können hierbei entweder in einem ersten Schritt vom Grundrahmen abgetrennt werden und die Sitzflächen für die Lagerdeckel zusammen mit den entsprechenden Flächen des Grundrahmens bearbeitet werden. Zweckmäßig ist es jedoch, zunächst alle mechanischen Bearbeitungen der Flächen vorzunehmen und anschließend nach der vollständigen Bearbeitung die Lager¬ deckel vom Grundrahmen abzuscheren, wobei mit Vorteil daε Bruchverhalten des Graugußmaterials ausgenutzt wird.

Aus DE-A-37 37 211 ist es zwar bekannt, an einen Motorblock mit angegossenen Lagerstühlen die zugehörigen Lagerdeckel mit anzugießen und nach der Bearbeitung abzutrennen. Da die Lagerdeckel jedoch zusammen mit dem Motorblock gegossen werden, sind die Lagerdeckel in gleicher Weise ausgerichtet wie die zugehörigen Lagerstühle, wobei für die Verbindung der Lagerdeckel mit dem Lagerblock sehr stabile Verbindungs¬ stege vorgesehen werden müssen, die anschließend zwar durch¬ trennt werden, die in ihrer Masse jedoch am Motorblock verbleiben und hier zu einer zusätzlichen Gewichtserhöhung führen, die ohne jegliche Funktion für den fertigen Motor ist.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Zylinderblocks für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Zylinderblock mit abgenommenem Zylinderkopf,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt gem. der Linie

II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt gem. der Linie

III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch den Wassermantel gem. der Linie IV-IV in

Fig. 2 bzw. Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht auf die Anlagefläche der verlängerten Außenwandung des Wasser- mantels (Pfeil V in Fig. 2) ,

Fig. 6 eine Ansicht auf die Standfläche des

Grundrahmens (Pfeil VI in Fig. 2) .

Der in Fig. 1 in einer Aufsicht dargestellte Motorblock

1 für einen Mehrzylinder-Reihenmotor ist hier mit abgenom¬ menem Zylinderkopf dargestellt, so daß die zugehörige Dicht¬ fläche 2 erkennbar ist. Wie die Aufsicht ferner erkennen läßt, sind die einzelnen Zylinder 3 stoffschlüssig verbunden und damit integraler Teil des Motorblocks 1. Die Zylinder 3 sind hierbei von einem Wassermantel 4 umgeben, dessen Durchtrittsöffnungen 5 in dem Bereich des abgenommenen Zylinderkopfes ebenfalls erkennbar sind. Der Zylinderkopf ist jeweils im Bereich der Teilungsebene zwischen zwei Zylindern über zwei Zylinderkopfschrauben verbindbar, hier durch deren Gewindebohrungen 2.1 erkennbar, so daß je Zylinder insgesamt vier Befestigungsschrauben 2.1 vorhanden sind. Der Wassermantel 4 ist zur Innenseite durch den je¬ weiligen Zylinder und zur Außenseite durch eine Außenwan- düng 6 begrenzt.

Der in Fig. 2 dargestellte Vetikalschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 zeigt hier den Grundaufbau. Bereits anhand von Fig. ^' 1 beschriebene Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß diese anhand der Bezugszei¬ chen in Fig. 2 ohne weiteres identifiziert werden können.

Wie die Schnittdarstellung erkennen läßt, ist die Außenwan¬ dung 6 des Wassermantels 4 bis in den Bereich der Teilungs¬ ebene 7 der Kurbelwellenlagerung 8 verlängert. An ihrem umlaufenden freien Rand 9 ist die verlängerte Außenwandung 6 mit einer Anlagefläche 10 versehen, an der ein Grundrahmen 11 anliegt und über Befestigungsschrauben befestigt ist, wobei die Befestigungsschrauben hier nur durch die zugehörigen Durchgangslöcher und Gewindebohrungen dargestellt sind. Zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung sind hier lediglich die Durchgangs- und/oder Gewindelöcher 12 für diese Befestigungsschrauben dargestellt.

Die Kurbelwellenlagerung 8 am Grundrahmen 11 ist nun so konzipiert, daß der am Grundrahmen 11 befindliche Lager- schalenteil 13 in Richtung auf- den Zylinder 3 weist, so daß der zugehörige Lagerdeckel 14 auf der den Zylindern 3 zugekehrten Seite des Grundrahmens 11 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt nun den Vertikalschnitt gem. der Linie III-III in Fig. 1, der durch die Teilungsebene zwischen je zwei benachbarten Zylindern verläuft. Wie aus einem Vergleich der Aufsicht gem. Fig. 1 sowie der Schnittdarstellung in Fig. 2 und Fig. 3 erkennbar ist, weist die verlängerte Außenwandung 6 nicht nur im Bereich des Wassermantels 4 sondern auch in ihrer Verlängerung im Bereich der Teilungs¬ ebene 7 in einem Horizontalschnitt eine Wellenstruktur auf, wobei jeweils der "Wellenscheitel" im Bereich der Schnittebene II-II und das "Wellental" im Bereich der Schnittebene III-III liegt. Dies ist auch in der in Fig. 5 dargestellten, gegen die Anlagefläche 10 der verlängerten Außenwandung 6 des Wassermantels 4 gerichteten Ansicht von unten zu erkennen. Fig. 5 zeigt diese Ansicht bei abge¬ nommenem Grundrahmen. Die Schraubenlöcher 12 für die Schrau¬ ben zur Befestigung des Grundrahmens sind in ihrer geometri- sehen Zuordnung zu dem jeweiligen Zylinder ebenfalls zu erkennen. Dies wird nachstehend noch näher beschrieben werden.

In Fig. 6 ist dann ebenfalls in einer Ansicht von unten der Grundrahmen 11 dargestellt. Wie die Ansicht erkennen läßt, weist der Grundrahmen 11 einen äußeren, umlaufenden Rahmenteil 11.1 auf, der jeweils im Bereich der Teilungs- ebene zwischen zwei benachbarten Zylindern 3 , die hier nur angedeutet sind, mit Querstegen 11.2 versehen ist. Auf diesen Querstegen 11.2 ist dann jeweils die Kurbel¬ wellenlagerung 8 angeordnet.

Auch in dieser Darstellung sind jeweils die Schraubenlöcher 12 für die Befestigungsschrauben zur Verbindung des Grund¬ rahmens 11 am freien Rand 9 der verlängerten Außenwandung 6 des Wassermantels zu erkennen. Die Zuordnung der Befesti¬ gungsschrauben 15 der Lagerdeckel 14 der einzelnen Kurbel- Wellenlagerungen 8 ist in Fig. 6 durch die Kennzeichnung ihrer Längsachse ebenfalls ersichtlich.

Wie aus Fig. 2, 3, 5 und 6 ersichtlich, sind nun die Durch¬ gangslöcher 12 für die Befestigungsschrauben zur Befestigung des Grundrahmens 11 jeweils so angeordnet, daß sich die Durchgangslöcher 12.1 jeweils in einem "Wellental" der Wellenstruktur der Außenwandung 6 des Wassermantels 4 be¬ finden, während die anderen Durchgangslöcher 12.2 sich jeweils im Bereich eines "Wellenscheitels" befinden. Damit ist der Grundrahmen 11 jeweils mit sechs Schrauben je Zy¬ linder befestigt, während der Zylinderkopf, wie die Auf¬ sicht gem. Fig. 1 zeigt, jeweils mit vier Schrauben je Zylinder befestigt ist. Die Anordnung ist hierbei nun so getroffen, daß die Durchgangslöcher 12.1 mit den Zylinder- köpfschrauben 2.1 nahezu fluchten, so daß die im Betrieb jeweils beim Arbeits- und beim Kompressionshub auftretenden Zugkräfte im Bereich des Zylinderkopfes von vier Schrauben und im Bereich des Grundrahmens 11 von jeweils sechs Schrauben aufgenommen werden. Von Bedeutung ist hierbei, daß die auf die Kurbelwellenlagerung 8 wirkenden Kräfte jeweils über der Steg 11.2 aufgenommen werden, so daß jeweils die Befestigungsschrauben 15 der Lagerdeckel 14 einer er-

heblich geringeren Belastung ausgesetzt sind und dementspre¬ chend sowohl die Befestigungsschrauben 15 als auch der Lagerdeckel 14 sehr viel dünnwandiger und damit gewichtsre¬ duzierend konzipiert werden kann. Da die jeweils in einem "Wellental" liegenden Befestigungsschrauben 12.1 für den Grund¬ rahmen 11 nahezu fluchtend zu den Zylinderkopfschrauben 2.1 angeordnet sind, erfolgt hier eine praktisch geradlinige Übertragung der Zugkräfte zwischen Zylinderkopf einerseits und Grundrahmen 11 andererseits.

Zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Materials der Außenwan¬ dung 6 des Wassermantels 4 ist jeweils in der Teilungsebene zwischen zwei Zylindern 3 eine nach außen weisende Zugrippe 16 vorgesehen, wie dies aus dem Horizontalschnitt gem. Fig. 4 und dem Vertikalschnitt gem. Fig. 3 ersichtlich ist. In einer Abwandlung der Konzeption ist es jedoch mög¬ lich, anstelle einer Zugrippe zwei parallel verlaufende Zugrippen vorzusehen, wie dies in Fig. 4 durch den durch den Kreis A gekennzeichneten Bereich angedeutet ist.

In Fig. 4 sind ferner jeweils durch ihre Mittelachse die Positionen der Durchgangs- und/oder Gewindelöcher 12.1 am freien Rand 9 sowie der Zylinderkopfschrauben 2.1 gekenn¬ zeichnet.

Wie vorstehend beschrieben, sind die Kurbelwellenlagerungen 8 auf dem Grundrahmen 11 angeordnet, der in sich wiederum zumindest im Bereich der Stege 11.2 als Rahmenkonstruktion ausgebildet sein kann. Damit bleibt der darüberliegende Raumbereich durchgehend frei und wird nach oben jeweils nur durch die Begrenzungswand 17 des Wassermantels 4 be¬ grenzt, wobei lediglich des untere Ende 3.1 des jeweiligen Zylinders in diesen Raum hineinragt, wie dies in Fig. 3 zu erkennen ist. Die sonst übliche Materialanhäufung für die Stege der Kurbelwellenlagerungen entfällt hierbei.

Die Ölversorgung für die einzelnen Kurbelwellenlagerungen 8 kann nun in der Weise gestaltet werden, daß an einer Seite des Grundrahmens 11 ein längslaufender ölkanal 18 angeordnet ist, von dem aus jeweils im Bereich eines Steges 11.2 ein Seitenkanal 19 abzweigt, der sich bis in den Be¬ reich des Lagerdeckels 14 erstreckt. Da bei der gegebenen Anordnung durch den Seitenkanal 19 jeweils die Aufnahme¬ bohrungen 12.1 für die Befestigungsschrauben des Grund¬ rahmens sowie die Aufnahmebohrungen für die Befestigungs- schrauben 15 des Lagerdeckels 14 durchstoßen werden, ist die Anordnung in diesem Bereich so getroffen, daß jeweils im Durchtrittsbereich des Seitenkanals 19 die Bohrungen 12 und die Bohrungen für die Schrauben 15 jeweils in diesem Bereich eine Erweiterung 19.1 aufweisen, so daß in montier- tem Zustand das aus dem längslaufenden ölkanal 18 durch den Seitenkanal 19 fließende öl in diesem Bereich die ein¬ geführten Befestigungsschrauben umströmt und so über die Austrittsöffnung 20 im Lagerdeckel 14 dem zugehörigen Kurbelwellenlager zugeführt werden kann.