(57)【要約】【課題】品質面及び費用面の問題並びに内部応力によるエンジン損傷のリスクを解消するか又は軽減するエンジンハウジングを提供する。【解決手段】本発明は、シリンダブロック（６）及びシリンダヘッドユニット（５）を有するエンジンハウジング（４）に関するものである。シリンダヘッドユニット（５）は、ヘッド部分（８）と、ピストン走行面（１１）を内側に備える少なくとも１つの一体的に鋳造された中空円筒部分（９）と、から構成される。シリンダヘッドユニット（５）の中空円筒部分（９）は、中空円筒部分の軸線方向（１２）においてシリンダブロック（６）内に挿入されることができる。さらに、シリンダヘッドユニット（５）は、少なくとも１つの固定部材（２３）によって、中空円筒部分の軸線方向（１２）においてシリンダブロック（６）に対して締結固定されることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック（６）及びシリンダヘッドユニット（５）を有するエンジンハウジング（４）であって、
前記シリンダヘッドユニット（５）が、ヘッド部分（８）と、ピストン走行面（１１）を内側に備える少なくとも１つの一体的に鋳造された中空円筒部分（９）と、から構成され、
シリンダヘッドユニット（５）の中空円筒部分（９）が、中空円筒部分（９）の軸線方向（１２）においてシリンダブロック（６）内に少なくとも部分的に挿入されることができ、
シリンダヘッドユニット（５）が、少なくとも１つの固定部材（２３）によって、中空円筒部分（９）の軸線方向（１２）においてシリンダブロック（６）に対して締結固定されることができる、エンジンハウジング。
【請求項２】
シリンダヘッドユニット（５）とシリンダブロック（６）との間に、冷却剤を循環させる少なくとも１つの冷却剤通路（１９）が形成され、
前記冷却剤通路（１９）が、ヘッド部分（８）とシリンダブロック（６）との間の第１の遷移界面（２４）では少なくとも１つのシール部材（２７）によってエンジンハウジング（４）の外部環境に対して密閉され、かつ、中空円筒部分（９）とシリンダブロック（６）との間の他の遷移界面（２８）では少なくとも１つの他のシール部材（２９）によって、クランク軸を収容するクランク室（３９）に対して密閉される、請求項１に記載のエンジンハウジング。
【請求項３】
中空円筒部分（９）とシリンダブロック（６）との間の他の遷移界面（２８）では、少なくとも１つの他のシール部材（２９）が、隣接する中空円筒部分（９）の他のシール部材（２９）に対して所定の高さ間隔（３５）だけずらして配置される、請求項２に記載のエンジンハウジング。
【請求項４】
ヘッド部分（８）とシリンダブロック（６）との間の第１の遷移界面（２４）における遷移面と、中空円筒部分（９）とシリンダブロック（６）との間の他の遷移界面（２８）における遷移面が、互いに対して角度付けされ、特に、互いに対して直角に方向付けされる、請求項２に記載のエンジンハウジング。
【請求項５】
シリンダヘッドユニット（５）のヘッド部分（８）に、燃焼室（１４）に通じる流入流出通路（２０）と、噴射ノズル又は点火プラグ用の少なくとも１つの取付け開口部（２１）と、が設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項６】
シリンダヘッドユニット（５）を中空円筒部分（９）の軸線方向（１２）においてシリンダブロック（６）に対して締結固定することができる固定部材（２３）が、付加的にクランク軸軸受（４５）の軸受シェル（４０）に予張力を付与するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項７】
シリンダヘッドユニット（５）の中空円筒部分（９）の軸線方向の長さ（３６）が、シリンダブロック（６）の壁高（３７）の５０％から２００％の間、特に、８０％から１１０％の間、好ましくは、概ね１００％である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項８】
中空円筒部分（９）とシリンダブロック（６）との間の他の遷移界面（２８）の領域において、中空円筒部分（９）が、円筒状又は円錐状の外側のジャケット面（１８）を有し、シリンダブロック（６）内にクリアランス無しで収容される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項９】
シリンダヘッドユニット（５）が、中空円筒部分（９）の軸線方向（１２）に対して垂直に延びるショルダー面（４４）を有し、
前記ショルダー面（４４）によって、シリンダヘッドユニット（５）がシリンダブロック（６）において支持され、
前記ショルダー面（４４）がシリンダブロック（６）に対して締結固定される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項１０】
シリンダブロック（６）の上端面（２５）が、中空円筒部分（９）の軸線方向において、シリンダヘッドユニット（５）のシリンダベース（１５）を収容する平面の高さに概ね位置する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項１１】
シリンダヘッドユニット（５）が、第１の物質密度を有する第１の材料（２２）から形成され、
シリンダブロック（６）が、第１の材料（２２）とは異なる物質密度を有する他の材料（３８）から形成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項１２】
シリンダヘッドユニット（５）の材料（２２）が、シリンダブロック（６）の材料（３８）よりも大きい物質密度を有する、請求項１１に記載のエンジンハウジング。
【請求項１３】
シリンダヘッドユニット（５）が、ねずみ鋳鉄から形成されて、ピストン走行面（１１）を直接的に形成し、
シリンダブロック（６）が、アルミニウム又は鋳造アルミニウムから形成される、請求項１１または１２に記載のエンジンハウジング。
【請求項１４】
エンジンハウジング（４）の終端部において冷却剤を循環させる冷却剤通路（１９）が、一方ではシリンダヘッドユニット（５）用の第１の材料（２２）によって境界決めされ、他方では第１の材料（２２）とは異なるシリンダブロック（６）用の他の材料（３８）によって境界決めされる、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項１５】
シリンダブロック（６）が、シリンダヘッドユニット（５）用の取付け開口部の反対側に位置する終端部において、クランク室（３９）の少なくとも一部を形成する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエンジンハウジング。
【請求項１６】
シリンダヘッドユニット（５）及びシリンダブロック（６）を有するエンジンハウジング（４）を備えた内燃機関（１）であって、
エンジンハウジング（４）には、少なくとも１つのピストン（７）及び少なくとも１つのクランク軸（３）が収容され、
エンジンハウジング（４）が請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエンジンハウジングである、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１及び請求項１６に記載されているような、内燃機関のエンジンハウジング及び当該エンジンハウジングを有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノブロック型の内燃機関が特許文献１から公知であり、そこでは、内側に位置するピストンの走行面を備えた少なくとも１つの中空円筒が、少なくとも１つのシリンダヘッドと一体な鋳造品として形成されており、統合されたシリンダヘッドユニットを形成している。その場合には、内燃機関のエンジンブロック又はシリンダブロックが、一列に並んだシリンダの垂直平面に沿って分割されており、それにより、シリンダブロックが、垂直の分割平面又は接合平面を有する２つのハーフシェルから構成される。これらハーフシェルは、シリンダヘッドユニットを支持するか又は部分的に収容するシリンダブロックの上方部分、及びクランク室を形成するシリンダブロックの下方部分のそれぞれの半分が、シリンダブロック構造の２つのハーフシェルによって形成されるように、寸法設計されている。シリンダヘッドユニットとシリンダブロックとの間の相互の支持状態は、ピストン移動方向において互いに離隔した２つの支持領域によってもたらされる。第１の支持領域は、シリンダヘッドユニットのシリンダベースの高さに概ね位置決めされており、その場合には、シリンダヘッドユニットが、水平の支持面と、シリンダブロックのハーフシェルどうしの間に介在するシールと、によって支持されている。冷却剤が貫流する冷却剤通路は、このシールによって内燃機関の外部環境に対して密閉されている。他のシール部材を有する他の支持領域は、シリンダヘッドユニットの中空円筒の開放端部の直ぐ近傍に形成されている。さらに、中空円筒の外壁には、連続的な突出部又はリブ状の突出部が形成されている。この突出部が、シリンダブロックの２つのハーフシェルの内側に形成された、対応する溝状の切欠きにポジティブフィット方式で嵌入する。使用状態においては、シリンダブロックの２つのハーフシェルが接合されて、シリンダベースに対して横方向に延びるねじによって互いに締結固定される。中空円筒に設けられたリブ形状の突出部と、シリンダブロックのハーフシェルの内側に設けられた溝状の凹部と、の間のポジティブフィット方式の係合状態によって、シリンダヘッドユニットが中空円筒の軸線方向においてシリンダブロックに対して固定されている。
【０００３】
特許文献２から公知であるモノブロック型のデザインを有するエンジンにおいては、シリンダヘッドユニットが一体的な鋳造品から形成されており、その内部には、ピストンを案内して滑り運動させる走行ブッシュが圧入されている。このシリンダヘッドユニットには、燃焼空気及び排ガス用の全ての流入流出通路、並びに点火プラグ又はインジェクタ用の差込み開口部が組み入れられている。さらに、シリンダヘッドユニットには、冷却剤媒体を循環させる冷却剤通路が形成されている。クランク軸を収容して支承するクランク室は、連続的な保持ウェブを底端部に有しており、それにより、エンジンの下方の終端部に位置するオイルパンへの接続部が形成されている。クランク室は、底部に向かう方向に閉じており、特に、中空円筒状に形成されており、その場合には、円筒体の軸線が水平方向に延びている。エンジンハウジングの組立て時には、シリンダヘッドユニットが、頂部のみが開放するクランク室に配置され、次いで、ピストン移動方向に配置されてエンジンハウジングの全体に及ぶボルト配列体によって締結固定される。ボルト配列体のボルト頭部は、底部が閉じたクランク室の基部において支持されている。
【０００４】
他のモノブロック型のデザインが特許文献３から公知であり、そこでは、少なくとも１つの中空円筒体と、少なくとも１つのシリンダヘッドと、が一体的な鋳造品として形成されており、それらがシリンダヘッドユニットを形成するように結合されている。中空円筒体ごとに１つのピストン走行用ブッシュが、シリンダヘッドユニット内に圧入されている。シリンダブロック又はエンジンブロックは、クランク室の頂部を少なくとも部分的に構成する鋳造品であって、その鋳造品には、クランク室の側壁が形成されており、それら側壁は、弁を制御する少なくとも１つの上部のカム軸用の少なくとも１つの軸受を形成するシリンダヘッドユニットよりも高い位置まで延びている。上向きに延びるそれら側壁には、冷却剤が循環する冷却剤通路が組み込まれている。シリンダヘッドユニットは、ピストン移動方向において軸線方向に挿入されることによって、シリンダブロックユニットに取り付けられる。
【０００５】
特許文献１に記載されたデザインは、クランク室が垂直に分割されていることが原因で、クランク室がピストン移動方向に対して横方向に螺合されなければならない、という欠点を有している。さらに、このデザインは、シリンダヘッドユニットとシリンダブロックとの間の密閉性が問題であり、長期的には漏洩が発生するリスクにさらされる、という欠点を有している。さらに、シリンダヘッドユニットとシリンダブロックとの間に堅固なポジティブフィット方式の結合状態が存在するので、エンジンブロック内の温度差、又は異なる熱膨張係数が原因で、異なる熱膨張度がもたらされることがありうるし、それに付随してシリンダブロックとシリンダヘッドユニットとの間に機械的な応力が生じることがありうる。特許文献２に記載のデザインは、特許文献３に記載のものと同様に、少なくとも１つの走行ブッシュをシリンダヘッドユニット内に付加的に圧入しなければならない、という欠点を有している。さらに、このデザインは、本来的に閉じた構造の冷却剤通路が鋳造ブロックに組み込まれているので、これら部分を形成するためには、内側に配置される鋳造コアが必要になる、という欠点を有している。さらに、提案された構造の結果として使用される鋳造技術においては、高い要求が課せられる。これら公知のデザインのシリンダヘッドユニットとシリンダブロックユニットは空間又は部屋で分割されているので、エンジン構造部をできる限り軽量化し、かつ費用効率的に製造することは、ほとんど不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４７０８１０５号明細書
【特許文献２】英国特許第２４２５５７０号明細書
【特許文献３】国際公開第２００４／１１１４１８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、これら品質面及び費用面の問題、並びに内部応力によるエンジン損傷のリスクを解消するか又は軽減するエンジンハウジングを提供することである。本発明の他の目的は、エンジンハウジング及びそれを有する内燃機関が長期間にわたって機能できるようにし、かつ長い耐用年数を達成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のこれら課題は、請求項１に記載された特徴によって解決され、特に、シリンダブロック及びシリンダヘッドユニットを有し、シリンダヘッドユニットが、ヘッド部分と、ピストン走行面を内側に備える少なくとも１つの一体的に鋳造された中空円筒部分と、から形成され、シリンダヘッドユニットの中空円筒部分が、中空円筒部部分の軸線方向においてシリンダブロック内に少なくとも部分的に挿入されることができ、シリンダヘッドユニットが、少なくとも１つの固定部材によって、中空円筒部分の軸線方向においてシリンダブロックに対して締結固定される（ｃｌａｍｐｅｄ）ことができる、エンジンハウジングによって解決される。これにより、請求項１６に記載された内燃機関用の良好な基礎となる、最適化された構成ユニット及び改良されたエンジンハウジングがもたらされる。
【０００９】
換言すると、シリンダブロック及びシリンダヘッドユニットを有するエンジンハウジングが提案されており、シリンダヘッドユニットは、ヘッド部分と、ピストン走行面を内側に備える少なくとも１つの一体的に鋳造された中空円筒部分と、から構成されている。その場合に、シリンダヘッド部分の中空円筒部分は、中空円筒部分の軸線方向においてシリンダブロック内に少なくとも部分的に挿入されることができる。中空円筒部分の内側には、その内部で往復移動するピストン用の滑り面が形成されるので、別個のピストン走行ブッシュを設ける必要がなくなる。さらに、シリンダヘッドユニットは、少なくとも１つの固定部材によって、中空円筒部分の軸線方向においてシリンダブロックに対して締結固定されることができる。
【００１０】
本発明によって提案されるデザインの他の利点は、シリンダヘッドユニットのヘッド部分と、一体的に鋳造された中空円筒部分との間に分割面又は接合面が存在しないので、燃焼室を密閉するシリンダヘッドシールが不要になることである。本発明によって提案される１つ特別な利点は、中空円筒部分がシリンダブロックに対して軸線方向に移動可能であることによって、エンジンの組立てが簡素化されることである。さらに、温度変化が原因でシリンダブロックと中空円筒部分との間の接触面又は遷移界面で生じる相対運動の大部分が相殺されるので、エンジンハウジング内の機械的な応力が防止されるか又は最小限に抑えられる。特に、シリンダヘッドユニットとシリンダヘッドユニットを少なくとも部分的に収容するシリンダブロックが、異なる熱膨張係数を有する異なる材料から形成されている場合には、上記の構造が特に効果的になる。さらに、シリンダヘッドユニットが中空円筒部分の軸線方向においてシリンダブロックに対して締結固定されることができるので、シリンダヘッドユニットが、シリンダブロックに対する位置に関して正確に形成される、という利点もある。その結果、燃料燃焼の途中にエンジンハウジング内で発生する主力が、その主方向において吸収される。所謂「湿式シリンダブッシュ」又は「湿式ピストンガイドブッシュ」によって、中空円筒部分の外側のジャケット面が冷却剤と直接的に接触できるようになるので、冷却剤への良好かつ迅速な熱伝達が可能になり、それにより、高負荷下の内燃機関においても、良好な放熱又は冷却が保証されるので、長い耐用年数及び良好な動作信頼性が達成されうる。従って、本発明によって提案されたデザインにおいては、中空円筒の内部に圧入される別個の走行ブッシュが不要になるので、エンジンシリンダに対する冷却性能及び冷却挙動が支援されるとともに、極めて費用効果的なエンジンハウジングの構造が得られる。
【００１１】
また、シリンダヘッドユニットとシリンダブロックとの間に、冷却剤を循環させる少なくとも１つの冷却剤通路が形成されており、冷却剤通路が、ヘッド部分とシリンダブロックとの間の第１の遷移界面では、少なくとも１つのシール部材によってエンジンハウジングの外部環境に対して密閉されており、かつ、中空円筒部分とシリンダブロックとの間の他の遷移界面では、少なくとも１つの他のシール部材によって、クランク軸を収容するクランク室ハウジングに対して密閉されていることが効果的でありうる。これによる利点は、冷却剤通路が、２つの鋳造部分のいずれか一方に組み込まれた内部チャンバではない、ということである。結果的に、内側に配置される金型コア、すなわち、高価であり製造の観点から問題が多い、所謂ロスト金型コアが不要にするか又は削減することができる。提案された構造によれば、シリンダヘッドユニットとシリンダブロックの互いに隣接する部分の幾何学配置又は境界面によって、冷却剤通路が中空円筒部分のジャケット部分の周りに直接的に形成される。構造的に独立したシール部材によって、信頼性の高い冷却剤通路の密閉性を、互いに隣接する部分において長期間にわたって達成することができる。他の特別な利点は、熱によって誘発される相対運動及び温度差を原因とする熱膨張が、冷却剤通路の密閉性に一切の影響を及ぼさないか、又は僅かな影響しか及ぼさないことであり、結果的に信頼性の高い密閉性を達成できることである。
【００１２】
さらに、少なくとも１つのシール部材は、中空円筒部分とシリンダブロックとの間の他の遷移界面では、隣接する中空円筒部分の他のシール部材に対して所定の高さだけずらして配置されることができる。この特徴による利点は、燃焼室又は個々の中空円筒部分どうしの間隔、すなわち、シリンダ間の距離又は所謂シリンダベース寸法を比較的小さく又は狭くできることである。これにより、一列に並んだシリンダを有する内燃機関の高さを、できる限り小さくすることができる。このことは、個々のシリンダにおいてシールリングを収容する切込みを、隣接するシリンダにおいてシールリングを収容する切込みに対して高さ方向にずらすことによって達成される。さらに、直接的に隣接する個々のシリンダの切込みを十分に深く形成することができ、その場合も、直接的に隣接するシリンダ間の中間ウェブが過度にくびれて材料が過度に弱化されることはない。隣接して位置するシリンダの切込み間の高さ方向のずれ量は十分に大きく選択されることができ、それにより、中間ウェブの溝状の切込みの領域における材料の最低限の肉厚が保証される。
【００１３】
さらに、ヘッド部分とシリンダブロックとの間の第１の遷移界面における遷移面と、中空円筒部分とシリンダブロックとの間の他の遷移界面における遷移面は、互いに対して角度付けされることができ、特に、互いに対して直角に方向付けされることができる。これによる利点は、対応する部分が製造工程の途中で簡易に製造されることができ、効果的な相互支持状態及び荷重伝達が達成されることである。
【００１４】
また、シリンダヘッドユニットのヘッド部分に、燃焼室に通じる流入流出通路と、噴射ノズル又は点火プラグ用の少なくとも１つの取付け開口部と、が設けられることが効果的である。これによる利点は、鋳造工程において既に材料の節約が考慮されるので、最終加工の途中で切削除去される必要のある材料が少量に抑えられることである。
【００１５】
１つの特徴によれば、シリンダヘッドユニットを中空円筒部分の軸線方向においてシリンダブロックに対して締結固定することができる固定部材が、付加的にクランク軸軸受の軸受シェルにも締結固定力を付与するように設けられるか、又はそのように構成されることができる。これによる利点は、エンジンの垂直軸線に関して、エンジンの内部燃焼圧による高い負荷の加わる部分が、できるだけ少数のねじによって螺合されるか又は締結固定されるので、発生する力の伝達及び吸収が効率化されることである。その結果、エンジンハウジングの組立て時間をできる限り短くすることができるので、費用効果的な製造のための良好な基盤を提供することができる。特に、クランク軸の主軸受の軸受シェル、シリンダブロック、及びシリンダヘッド部分を互いに螺合して一体的なアセンブリを形成する、少なくとも１つのねじが設けられている。その場合には、少なくとも１つの固定部材が、シリンダヘッド部分に係止されるか又は螺合され、ねじヘッドが軸受シェルにおいて支持される。少なくとも１つの固定部材のシャフトは、シリンダブロックに設けられた孔を貫通している。
【００１６】
さらに、シリンダヘッドユニットの中空円筒部分の軸線方向の長さは、シリンダブロックの壁高の５０％から２００％の間、特に、８０％から１１０％の間、好ましくは、約１００％にされうる。これによる利点は、シリンダブロックが、できるだけ大きいエンジン構造の体積及び材料比率を占めるので、比較的密度が小さいシリンダブロック材料、例えば、アルミニウムを選択することによって、エンジンハウジングの総重量が削減されるか又は比較的小さくされうることである。
【００１７】
さらに、中空円筒部分とシリンダブロックとの間の他の遷移界面の領域において、中空円筒部分が、概ね円筒状又は円錐状の外側のジャケット面を有することができ、中空円筒部分がシリンダブロック内にクリアランス無しで収容されることができる。これによる利点は、中空円筒部分が、軸線方向においてシリンダブロックに圧入されうるとともに、計画通りに位置決めされて固定されうることである。他の利点は、中空円筒部分がシリンダブロックに対して軸線方向に移動可能であることによって、温度に誘発される異なる熱膨張度を原因とする相対運動が、応力を割合に受けずに相殺されうることである。
【００１８】
さらに、シリンダヘッドユニットが中空円筒部分の軸線方向に対して垂直に延びるショルダー面を有し、ショルダー面によって、シリンダヘッドユニットがシリンダブロックに支持され、ショルダー面がシリンダブロックに対して締結固定されることが、実用上は有利である。これによる利点は、このショルダー面又は支持面の方向付けによって、機械加工が簡易になることである。他の利点は、このショルダー面において２つの部分が互いに締結固定されることによって、エンジン力を吸収する最適な力伝達が達成されることである。特に、ショルダー面に対して直角に力が伝達される場合には、膨張力及びくさび力が回避されるので効果的である。
【００１９】
他の好ましい実施形態によれば、シリンダブロックの上端面が、中空円筒部分の軸線方向において、シリンダヘッドユニットのシリンダベースを収容する平面の高さに概ね位置することができる。これによる利点は、シリンダブロックが、できるだけ大きいエンジン構造の体積及び構成比率を占めるので、低密度のシリンダブロック材料、例えば、鋳造アルミニウムを選択することによって、エンジンハウジングの総重量が削減されうることである。
【００２０】
特に、シリンダヘッドユニットが、第１の物質密度を有する第１の材料から形成され、シリンダブロックが、第１の材料とは異なる物質密度を有する他の材料から形成されることが効果的でありうる。これにより、エンジンのそれぞれの機能部分に最適と見なされる材料特性の選択を保証することができる。ピストン走行ブッシュとして直接的に使用される中空円筒部分と直接的又は一体的に形成されるシリンダヘッドユニットは、十分な耐荷重性及び耐摩耗性を有し、良好な滑り特性を有し、かつ、燃焼室内で高い燃焼温度及び高い圧力に耐えうる最適な材料から形成されることができる。これにより、鋳造アルミニウム又はねずみ鋳鉄を加工するのに、費用的要求及び技術的要求に関して最適化された鋳造工程を利用することができる。
【００２１】
他の好ましい実施形態によれば、シリンダヘッドユニットの材料は、シリンダブロック用の材料よりも大きい材料密度を有することができる。これによる利点は、比較的小さい機械的負荷及び熱的負荷を受ける部分、例えば、シリンダブロックにおいては、組み立てられた材料体積の少なくとも大半が比較的小さい密度を有することになるので、エンジン構造の総重量を削減することができる。特に、比較的大きい機械的負荷及び熱的負荷にさらされるシリンダヘッドユニットに使用される材料は、好ましくは、比較的密度が大きい材料から形成されるので、熱的要求及び機械的要求をより良好に満足することができる。
【００２２】
特に、１つの実施形態によれば、シリンダヘッドユニットがねずみ鋳鉄から形成されてピストン走行面を直接的に構成しうるとともに、シリンダブロックがアルミニウム又は鋳造アルミニウムから形成されうる。これによる利点は、ねずみ鋳鉄が比較的良好な耐磨耗性と比較的高い耐温度性を有することである。さらに、アルミニウム又は鋳造アルミニウムは、鋳造工程の途中で簡易に取り扱うことができる。アルミニウムの密度はねずみ鋳鉄よりも遥かに小さいので、シリンダブロックにアルミニウムを使用することには、比較的軽量なエンジンハウジング構造を実現できる、という利点もある。
【００２３】
１つの特徴によれば、エンジンハウジングの前方の終端部において冷却剤を循環させる冷却剤通路が、一方ではシリンダヘッドユニット用の第１の材料によって境界決めされ、他方では第１の材料とは異なるシリンダブロック用の他の材料によって境界決めされている。これにより、所謂「湿式ピストンガイドブッシュ」が形成されるので、エンジンハウジングのシリンダに良好な冷却挙動及び高い冷却性能がもたらされる。さらに、それぞれの材料特性の利点を最適に利用する材料の組合せを選択することも可能である。
【００２４】
最後に、シリンダブロックは、シリンダヘッドユニット用の取付け開口部の反対側に位置する終端部において、クランク室の少なくとも一部を形成することができる。これによる利点は、できるだけ大きい結合型の機能ユニットを形成することによって、それら機能ユニットが単一の物品として鋳造されうることである。これにより平面の分割が回避されるので、シール材料が省略される、という利点もたらされる。次いで、エンジンハウジングの組立てに必要な部品数が著しく削減されるので、組立て費用及び建造費用を低く抑えることができる。
【００２５】
本発明がより明確に理解されるように、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。
これら添付図面は簡略化された概略図面である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】クランク軸の軸線に沿った内燃機関の長手方向の垂直断面図である。
【図２】図１に示される内燃機関のシリンダを、クランク軸の軸線に垂直な断面、特に、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面で示す断面図である。
【図３】図１に示される内燃機関の主要部品を固定する固定配列体及び固定部材と平行な断面を、クランク軸の軸線に垂直な断面、特に、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
最初に指摘しておくと、異なる実施形態における同一の構成要素には、同一の参照符号及び同一の構成要素名が付与されており、その場合の明細書全体における開示内容は、同一の参照符号及び同一の構成要素名を有する同一の構成要素を意味するものに置き換えられうる。また、本明細書内で選択される位置の記載、例えば、上方、下方、側方等は、直接的に説明され例示される図面に関するものであり、これら位置の記載は、位置が変化する場合には、新たな位置を意味する記載に置き換えられうる。
【００２８】
図１は、クランク軸３の軸線２に沿った内燃機関１の断面を示している。この図に部分的に示される内燃機関１は、シリンダヘッドユニット５及びシリンダブロック６を備えたエンジンハウジング４を有している。さらに、エンジンハウジング４内には、少なくとも１つのピストン７とクランク軸３が収容されている。図示のシリンダヘッドユニット５は、ヘッド部分８と、少なくとも１つの中空円筒部分９と、から組み立てられている。ヘッド部分８と中空円筒部分９は、一体的に形成されており、特に、単一の鋳造品から形成されている。その場合には、シリンダ１０ごとに或いは中空円筒部分９ごとに、ヘッド部分８と中空円筒部分９とからなるシリンダヘッドユニット５を形成することが可能である。ただし、１つのヘッド部分８と複数の中空円筒部分９とからなる複数のシリンダ１０を備えたシリンダヘッドユニット５を形成することも可能である。その場合には、ヘッド部分８が、内燃機関１の燃焼室の弁を支承し制御する機能を果たす。図１に示す実施形態には、３つのシリンダ１０及びピストン７を有する内燃機関１が示されている。シリンダヘッドユニット５は、図示の実施例においては、一体的に結合された１つのヘッド部分８と、それに形成された３つの中空円筒部分９と、からなり、それら中空円筒部分は、１つのピストン７を案内して滑り移動させるために設けられている。
【００２９】
中空円筒部分９は、その内壁又は内面において直接的にピストン走行面１１を形成しており、それに沿ってピストン７を中空円筒部分９の軸線方向１２において往復移動させることができる。その場合には、シリンダヘッドユニット５の材料によって形成されるピストン走行面１１が、十分に安定かつ正確なガイド作用をピストン７に付与する。ピストン走行面１１と、それによって案内されるピストン７との間の十分な密閉性をもたらすのは、ピストン７のジャケット面に保持された複数のピストンリング１３である。従って、燃料が燃焼する際に燃焼室１４内に生じる圧力がピストン７の往復運動に変換されるように、かつ、燃焼ガスがクランク軸３に向かう方向にもクランク室３９に向かう方向にも流れることのないように、燃焼室１４は十分に密閉されている。
【００３０】
その場合には、燃焼室１４が多数の面によって境界決めされる。第一に、燃焼室１４は、シリンダヘッドユニット５によって形成されてヘッド部分８と中空円筒部分９の間の仮想的な分割面又は遷移面を形成するシリンダベース１５によって境界決めされる。さらに、燃焼室１４は、中空円筒部分９のピストン走行面１１によって形成されることができる。さらに、燃焼室１４はピストンベース１６によって境界決めされており、そのピストンベースは、典型的には、ピストン７の連接ロッド１７の反対側に位置する燃焼室槽の内側に延びている。
【００３１】
中空円筒部分９は、比較的薄肉の中空円筒部材によって形成され、その場合には、中空円筒部分９の外側のジャケット面１８の少なくとも一部が、冷却剤通路１９の境界面を形成している。中空円筒部分９は、ヘッド部分８において直接的に鋳造され、例えば、鋳込成形においてヘッド部分８と一緒に形成される。
【００３２】
ピストン７と中空円筒部分９が高速で相対移動するので、ピストン走行面１１には高い要求が課せられる。特に、その表面性質、温度耐性、耐磨耗性、及び製造誤差は、互いに接して滑り移動する部分又は面における過度の磨耗が回避されるように、特に高い要求を満足していなければならない。さらに、接触面は、可能な限り最適な相互密閉性を保証しなければならない。
【００３３】
中空円筒部分９の外側のジャケット面１８は、概ね円筒状に形成されている。中空円筒部分９の外側のジャケット面１８は、ヘッド部分８の反対側の終端部において円錐状又は円錐台形状に形成され、若しくは段部を有することもできるし、ヘッド部分８の反対側の終端部において円錐状又は円錐台形状に形成され、かつ段部を有することもできる。
【００３４】
シリンダヘッドユニット５のヘッド部分８は、燃焼室１４内のガス交換のための流入流出通路２０と、噴射ノズル、グロープラグ、又は点火プラグ等のための取付け開口部２１と、を有している。図１から図３に示すエンジンハウジング４の実施形態は、内燃機関１がディーゼル燃料で駆動される場合に特に効果的であると考えられる。流入流出通路２０には、内部に弁が収容される弁軸受座が取り付けられ、その弁が燃焼室１４内の制御されたガス交換を担う。上述したシリンダヘッドユニット５の本体は、第１の材料２２から形成され、かつ鋳造工程において一体的に鋳造される。第１の材料２２は、シリンダブロック６用の材料と比較して、高い強度又は耐荷重能力、及び高い表面硬さを有している。シリンダヘッドユニット５用の第１の材料２２が良好な耐摩耗性を有し、かつ燃焼室１４内の高温及び高圧に耐えることができると、さらに効果的である。
【００３５】
少なくとも１つの固定部材２３によって、シリンダヘッドユニット５がエンジンハウジング４及びシリンダブロック６に固定されるとともに、シリンダヘッドユニット５には、シリンダブロック６に向かう方向に予張力が加えられる（ｐｒｅ−ｔｅｎｓｉｏｎｅｄ）。シリンダヘッドユニット５が、特にねじの形態を有する多数の固定部材２３を介してシリンダブロック６と結合されていると効果的である。クランク軸３の主軸受ごとに２つのねじ型の固定部材２３を設けるのが実用的であるので（図３）、図示された３シリンダ式の内燃機関１の実施例（図１）では、シリンダヘッドユニット５をシリンダブロック６に固定し、同時にクランク軸３をシリンダブロック６のクランク室３９内に回転可能に保持するために、合計で８つの固定部材２３が設けられている。
【００３６】
上述したシリンダ１０の周りの１つの冷却剤通路１９又は複数の冷却剤通路１９は、シリンダブロック６の内面と、それに隣接するシリンダヘッドユニット５の外面と、の間に主として形成される。従って、シリンダヘッドユニット５とシリンダブロック６の２つの境界面は互いに接触し、かつ冷却剤の流出を阻止するように密閉されなければならない。シリンダヘッドユニット５とシリンダブロック６の間の第１の遷移界面２４は、概ねシリンダベース１５の高さに位置しており、その場合の対応する分割面又は接合面は水平に設置され、かつシリンダブロック６の上端面２５及びシリンダヘッドユニット５の段付き面２６によって形成される。冷却剤通路１９が密閉されるように、これら２つの面２５，２６の間にはシール部材２７が配置されている。このシール部材２７は、例えば、単一の平面的なプラスチックシールでありうる。ただし、シール部材２７が金属積層型のシールの形態で提供されることも可能であり、その場合にはシールのコアがばね鋼から形成されるとともに外表面が薄いエラストマー層から形成される。
【００３７】
シリンダヘッドユニット５とシリンダブロック６との間の他の遷移界面２８は、中空円筒部分９におけるヘッド部分８とは反対側の終端部に位置している。この遷移界面２８は、少なくとも１つの他のシール部材２９によって密閉されている。その場合に使用されるシール部材２９は、好ましくは少なくとも１つのシールリング、特に、少なくとも１つのＯリングによって形成されており、それがシリンダブロック６の対応する切込み溝３０内に保持されている。エンジンハウジング４の外方のシリンダ１０に設けられた切込み溝３０は、シリンダブロック６のジャケット壁３１の内側に形成されている。内燃機関１内に複数のシリンダ１０が配置されている場合には、中央に配置されているシリンダ１０に対するシール部材２９用の他の切込み溝３０は、シリンダブロック６の少なくとも１つの中間ウェブ３２に配置されている。
【００３８】
図１に示す実施例では、複数のシリンダ１０を有する内燃機関１が示されている。個々のシリンダ１０間の軸間距離３３、又は所謂シリンダベース寸法ができる限り小さくなるように、中間ウェブ３２の肉厚３４もできる限り小さくされている。シール部材２９用の切込み溝３０が原因で、中間ウェブ３２はさらに弱化される。隣接するシリンダ１０の２つの切込み溝３０が同一の高さ水準に、すなわち、正確に対向するように形成された場合には、中間ウェブ３２は両側に配置された切込み溝３０によって大きく弱化されてしまう。このような中間ウェブ３２の弱化をできる限り抑制するために、隣接するシリンダ１０の切込み溝３０は、理想的には、同一の高さ又は同一の同じ高さ水準に設けられることはなく、これらは所定の高さ間隔３５だけ互いにずらして配置されている。これにより、中間ウェブ３２をできる限り薄い肉厚３４で形成できるにもかかわらず、十分な強度及び安定性が付与されることを保証できる。
【００３９】
図１に示す実施形態において、中空円筒部分９の軸線方向の長さ３６は、シリンダブロック６の壁高３７の約１００％である。この比は構造的に約５０％から２００％の間で選択することができる。この値を比較的大きく選択した場合には、エンジンハウジング４を形成するために、より大きい割合の第１の材料２２を使用する必要があり、この第１の材料２２は、典型的に、第１の材料２２とは異なるシリンダブロック６用の他の材料３８よりも重量が大きいか、又は物質密度が大きい。この値が小さく選択される場合には、シリンダブロック６の外側のジャケット壁３１が、比較的長く上方に延びていなければならない。
【００４０】
シリンダブロック６は、好ましくは、シリンダヘッドユニット５用の材料よりも軽量であるか又は密度が小さい他の材料３８から形成されている。他の材料３８は、少なくとも、エンジンハウジング４内に生じる力を材料構造に損傷を与えずに吸収できる程度の強度を有する必要がある。この種の材料３８の一例として、鋳造アルミニウムから形成されたシリンダブロック６が挙げられる。
【００４１】
図２では、内燃機関１が、シリンダ１０のシリンダ中心を通る、クランク軸３の軸線２に垂直な横断面で示されている。この断面には、クランク室３９内に配置された内燃機関１の構成部分が示されている。そこから特に明らかであるように、クランク軸軸受、特に、クランク軸の主軸受の軸受シェル４０が、一対の固定部材２３によって、シリンダブロック６に螺合されるとともにシリンダヘッドユニット５にも同時に螺合されている。その場合に、軸受シェル４０は、クランク軸３のバランス質量体４１によって部分的に覆われている。図面が見やすくなるように、クランク室３９の下方部分を形成するオイルパンは示されていない。
【００４２】
さらに、図２には、カム軸用の切欠き４２と、弁操作に必要なプランジャ用の切欠き４３が示されている。ただし、この図には、カム軸とプランジャが示されていない。図示した内燃機関１の実施形態では、弁が操作されることによって、シリンダ１０の側方に位置するカム軸が、垂直方向に延びるプランジャに操作力を伝達する。次いで、プランジャが、それに応じた操作運動を上方に位置するロッカアームに伝達し、次いで、ロッカアームが弁を操作する。
【００４３】
この表示からよく分かるように、ヘッド部分８と中空円筒部分９との間の遷移領域において、シリンダヘッドユニット５にはショルダー面４４が形成されている。ショルダー面４４は、シリンダブロック６の上端面２５において支持されているので、少なくとも１つの固定部材２３によって生じる予張力を吸収するか、又はシリンダブロック６に伝達することができる。
【００４４】
図３は、一対の固定部材２３の平面における内燃機関１の断面を示している。明確に認識されるように、クランク軸軸受４５の軸受シェル４０は２つのねじ型の固定部材２３によってシリンダブロック６に結合されており、それら固定部材２３は、シリンダヘッドユニット５のヘッド部分８に螺合されるとともにヘッド部分８において係止されている。従って、シリンダブロック６は、クランク軸軸受４５を補完する少なくとも１つの軸受シェル４０と、シリンダヘッドユニット５のヘッド部分８と、の間に或る程度は締結固定されている。
【００４５】
さらに認識されるように、固定部材２３がボルトの形態で設けられており、そのボルトが軸受シェル４０の後方からシリンダヘッドユニット５内に延びている。その場合に、軸受シェル４０とシリンダブロック６には簡素な孔が設けられており、それら孔に固定部材２３のシャフトが挿通されている。シリンダヘッドユニット５には、固定部材２３ごとに１つのねじ穴が形成されており、そのねじ穴に固定部材２３が螺入される。固定部材２３によって、シリンダヘッドユニット５とシリンダブロック６との間の接触面及び遷移界面２４、並びにシリンダブロック６と軸受シェル４０との間の接触面に、十分な締結固定力がもたらされる。少なくとも１つの軸受シェル４０とシリンダブロック６との間には、クランク軸３を回転可能に収容するクランク軸軸受４５が形成されている。
【００４６】
一例として示した実施形態は、可能性のあるエンジンハウジング４の変形例を示しており、本発明が具体的に図示された変形例に限定されることはなく、むしろ個々の変形例の種々の組合せも可能であることが指摘されるべきである。可能性のある組合せは、当該技術分野の当業者が、開示された技術的な教示に基づいて想到しうる範囲内にある。従って、図示されて説明された変形例の個々の細部を組み合わせることによって得られる全ての考えうる変形例が実現可能であり、それら全ての考えうる変形例が本発明の技術的範囲に属することになる。
【００４７】
さらに、図示されて説明された種々の実施例に基づく個々の特徴又はそれら特徴の組合せも、本発明によって提案される独立かつ発明的な解決策であると解釈されることができる。
【００４８】
それら独立かつ発明的な解決策の基礎となる課題を、発明の詳細な説明において見出すことができる。
【００４９】
発明の詳細な説明における数値範囲についての全ての記載は、あらゆる部分的範囲をも含んでいると解釈されるべきであり、例えば、１から１０の範囲は、下限である１から上限である１０までの間の全ての部分的な範囲、すなわち、１又はそれよりも大きい下限値で始まって１０又はそれよりも小さい下限値で終わる全ての部分的な範囲、例えば、１から１．７の範囲、３．２から８．１の範囲、又は５．５から１０の範囲をも含んでいると理解されるべきである。
【００５０】
特に、図１から図３に示された対象物の個々の実施形態は、本発明によって提案される独立した解決策を構成している。本発明によって提案される解決策を、これら図面の詳細な説明から見出すことができる。
【００５１】
最後に、エンジンハウジング４の構造がより明確に理解されるように、エンジンハウジング及びその構成部分が実寸から幾分外れて、若しくは拡大ないし縮小されて、又は実寸から幾分外れて、かつ拡大ないし縮小されて示されていることが、念のため指摘されるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１    内燃機関
２    軸線
３    クランク軸
４    エンジンハウジング
５    シリンダヘッドユニット
６    シリンダブロック
７    ピストン
８    ヘッド部分
９    中空円筒部分
１０    シリンダ
１１    ピストン走行面
１２    軸線方向
１３    ピストンリング
１４    燃焼室
１５    シリンダベース
１６    ピストンベース
１７    連接ロッド
１８    外側のジャケット面
１９    冷却剤通路
２０    流入流出通路
２１    取付け開口部
２２    第１の材料
２３    固定部材
２４    第１の遷移界面
２５    上端面
２６    段付き面
２７    シール部材
２８    他の遷移界面
２９    他のシール部材
３０    切込み溝
３１    ジャケット壁
３２    中間ウェブ
３３    軸間距離
３４    肉厚
３５    高さ間隔
３６    軸線方向の長さ
３７    壁高
３８    他の材料
３９    クランク室
４０    軸受シェル
４１    バランス質量体
４２    カム軸用の切欠き
４３    プランジャ用の切欠き
４４    ショルダー面
４５    クランク軸軸受
【図１】
2015031278.tif 000003
【図２】
2015031278.tif 000004
【図３】
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