DE102008007283A1

DE102008007283A1 - Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit nockenwellengetriebener Pumpe

Info

Publication number: DE102008007283A1
Application number: DE102008007283A
Authority: DE
Inventors: Alois Haberl; Christian Schimke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-02-02
Filing date: 2008-02-02
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Brennkraftmaschinengehäuse, wenigstens einer Nockenwelle sowie einer nockenwellengetriebenen Pumpe, wobei die Pumpe einen mit der Nockenwelle verbundenen Rotor und einen brennkraftmaschinengehäusefesten Stator umfasst und der Rotor der Pumpe mit der Nockenwelle axial und radial lagefest und der Stator der Pumpe mit dem Brennkraftmaschinengehäuse drehfest, jedoch axial und radial begrenzt verlagerbar verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Brennkraftmaschinengehäuse, wenigstens einer Nockenwelle sowie einer nockenwellengetriebene Pumpe, wobei die Pumpe einen mit der Nockenwelle verbundenen Rotor und einen brennkraftmaschinengehäusefesten Stator umfasst.
Eine derartige Anordnung einer Pumpe an einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 199 61 317 C1 bekannt, wobei eine Flügelzellenvakuumpumpe an einer Stirnseite eines Zylinderkopfes angeflanscht ist. Bestandteil der Unterdruckpumpe ist eine Pumpen-Antriebswelle, über die ein Rotor der Pumpe im Pumpeninnenraum angetrieben wird. Über eine Steckkupplung ist diese Antriebswelle mit einer Nockenwelle drehfest verbunden. Mit dieser Steckkupplung können insbesondere thermisch bedingte axiale, radiale und Winkeltoleranzen zwischen Nockenwelle und Unterdruckpumpe ausgeglichen werden. Das Pumpengehäuse bildet den Pumpenstator und ist mit dem Zylinderkopf axial und radial fest verbunden, während der Rotor der Pumpe mittels der Steckkupplung einen Toleranzausgleich ermöglicht.
Indem so sowohl an der Nockenwelle als auch an der Unterdruckpumpe Kupplungselemente erforderlich sind, muss die Nockenwelle kupplungsseitig bearbeitet werden, Kupplungsbauteile sowie eine Verliersicherung für die Kupplung sind notwendig, Bauteile der Unterdruckpumpe sind zu bearbeiten und gegebenenfalls zu härten, es wird in axialer Richtung Bauraum beansprucht, was sich unmittelbar auf die Baulänge der Brennkraftmaschine auswirkt und es besteht ein Verschleißrisiko der Kupplung. Die direkte Positionierung der Unterdruckpumpe am Zylinderkopf erfordert hinsichtlich der Abdichtung zwischen Unterdruckpumpe und Zylinderkopf eine besondere Steifigkeit der Unterdruckpumpe, was eine Gewichtserhöhung mit sich bringt. Aufgrund des Zentrierdurchmessers der konventionellen Unterdruckpumpe ist die Gestaltungsfreiheit bei den Austrittskanälen eingeschränkt, Form und Führung hinsichtlich Leistungsaufnahme sind nicht optimierbar. Nicht zuletzt ist die Zugänglichkeit nicht optimal, da eine Montage der Unterdruckpumpe üblicherweise durch Einstecken und Verschraubung von hinten erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine eingangs genannte Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit der die erwähnten Nachteile vermeiden werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der Rotor der Pumpe mit der Nockenwelle axial und radial lagefest und der Stator der Pumpe mit dem Brennkraftmaschinengehäuse drehfest, jedoch axial und radial begrenzt verlagerbar verbunden ist. Auf diese Weise erfolgt ein Ausgleich axialer, radialer und Winkeltoleranzen nicht zwischen Nockenwelle und Unterdruckpumpe, sondern zwischen Unterdruckpumpe und Brennkraft maschinengehäuse. Damit können Bauteile, wie Kupplungsschlitz an der Nockenwelle und zusätzliche Kupplungsbauteile entfallen und die Baulänge der Brennkraftmaschine wird reduziert. Es besteht kein Verschleißrisiko einer Kupplung, sodass Abhilfemaßnahmen, wie Härten von Kupplungsteilen, entfallen können. Außerdem kann eine Bearbeitung und Abdichtung der Verbindung Unterdruckpumpe-Brennkraftmaschinengehäuse entfallen oder wird stark vereinfacht, eine potentielle Leckagestelle entfällt. Schließlich wird eine Gewichtsreduktion erreicht, indem vermehrt leichtere Werkstoffe, wie Kunststoff, verwendet werden können und Versteifungsmaßnahmen sowie Befestigungsbauteile entfallen können. Ferner werden Montage und Zugänglichkeit vereinfacht.
Besonders bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise ist die Pumpe innerhalb des Brennkraftmaschinengehäuses angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders reduzierte Baulänge der Brennkraftmaschine und die Pumpe ist in einem geschützten Bereich angeordnet, eventuelle Leckagemengen bleiben innerhalb des Brennkraftmaschinengehäuses.
Bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, bei der die Nockenwelle mehrere Lagerstellen aufweist, ist es bevorzugt, wenn die Pumpe in Nockenwellenachsrichtung außerhalb der letzten Lagerstelle angeordnet ist. Diese fliegende Lagerung vereinfacht in besonderer Weise Montage und Zugänglichkeit. Insbesondere bei einer gebauten Nockenwelle kann jedoch die Pumpe auch zwischen zwei Nockenwellenlagern angeordnet sein.
Zweckmäßigerweise weist zur Verbindung mit dem Brennkraftmaschinengehäuse der Stator der Pumpe einen radial vorstehenden stutzenartigen Fortsatz auf, der in einer korrespondierenden Ausnehmung im Brennkraftmaschinengehäuse einsitzt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, bei der ein Anschlussstutzen durch das Brennkraftmaschinengehäuse hindurchgeführt ist, eine Verbindung des Stators der Pumpe mit dem Brennkraftmaschinengehäuse mittels dem durch das Brennkraftmaschinengehäuse hindurchgeführten Anschlussstutzen. Damit ist ohne weitere Verbindungselemente auf Platz sparende und einfache Weise eine Verdrehsicherung zwischen Pumpe und Brennkraftmaschinengehäuse erreicht.
Einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zufolge ist zwischen dem Stator der Pumpe und dem Brennkraftmaschinengehäuse ein Federelement angeordnet. Damit kann insbesondere das akustische Verhalten verbessert werden, indem die Übertragung und gegebenenfalls eine Verstärkung von betriebsbedingten Schwingungen von der Pumpe auf das Brennkraftmaschinengehäuse verhindert wird. Außerdem wird damit die mechanische Belastung der Pumpe verringert und so deren Lebensdauer erhöht.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der stutzenartige Fortsatz des Pumpenstators einen Auslasskanal der Pumpe bildet und/oder der Pumpenrotor in seinem Verbindungsbereich mit der Nockenwelle einen Einlasskanal der Pumpe bildet. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte und integrierte Bauweise.
Nachfolgend sind besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
1 ausschnittsweise eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit nockenwellengetriebener Pumpe, bei der der Pumpenrotor mit der Nockenwelle axial und radial lagefest und Pumpenstator mit dem Brennkraftmaschinengehäuse drehfest, jedoch axial und radial begrenzt verlagerbar verbunden ist,
2 ein zwischen Pumpenstator und Brennkraftmaschinengehäuse angeordnetes Federelement,
3 eine Pumpe, bei der der stutzenartige Fortsatz des Pumpenstators einen Auslasskanal der Pumpe bildet und
4 eine Pumpe, bei der der Pumpenrotor in seinem Verbindungsbereich mit der Nockenwelle einen Einlasskanal der Pumpe bildet.
1 zeigt ausschnittsweise eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit nockenwellengetriebener Pumpe 100, bei der der Pumpenrotor mit der Nockenwelle 106 axial und radial lagefest und der Pumpenstator 110 mit dem Brennkraftmaschinengehäuse 102, 104 drehfest, jedoch axial und radial begrenzt verlagerbar verbunden ist.
In einem Zylinderkopf 102 ist die Nockenwelle 106 mit Nocken 108 drehbar gelagert. Die Nockenwelle 106 umfasst mehrere Nocken, wie 108, zur Betätigung von Ein- oder Auslassventilen der Brennkraftmaschine und ist ausgehend von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels eines Zugmittels antreibbar. Dabei dreht die Nockenwelle mit halber Brennkraftmaschinendrehzahl.
Die Pumpe 100 dient zur Erzeugung von Unterdruck für Nebenaggregate der Brennkraftmaschine oder für das Kraftfahrzeug und ist beispielsweise eine Einflügelunterdruckpumpe mit einem topfförmigen Stator 110 mit konchoidenförmiger Innenkontur, in dem ein Rotor drehbar gelagert ist. In dem Rotor ist orthogonal zu dessen Drehachse ein Flügel verschieblich gelagert, der mit seinen Flügelspitzen an der einen Arbeitsraum begrenzenden Umfangsfläche anliegt und dabei den Arbeitsraum in einen Saugraum und einen Druckraum unterteilt. Der Saugraum ist mit einer Einlassöffnung und der Druckraum ist mit einer Auslassöffnung versehen, wobei die Auslassöffnung in der den Druckraum umgebenden Umfangsfläche angeordnet ist. Gegebenenfalls kann die Pumpe 100 auch eine Flügelzellenpumpe, eine innen- oder außenverzahnte Zahnradpumpe, eine Hubkolbenpumpe oder eine innen- oder außenbeaufschlagte Radialkolbenpumpe sein. Die Pumpe dient zur Förderung eines Fluids, insbesondere eines Betriebs- und/oder Schmierfluids, wie Öl oder Kraftstoff.
Der Rotor der Pumpe 100 ist mit der Nockenwelle 106 axial und radial lagefest verbunden, während der Stator 110 der Pumpe 100 mit dem Brennkraftmaschinengehäuse, vorliegend mit dem Zylinderkopf 102 der Brennkraftmaschine, drehfest, jedoch axial und radial begrenzt verlagerbar verbunden ist. Zur Verdrehsicherung weist der Pumpenstator 110 einen radial vorstehenden stutzenartigen Fortsatz 112 auf, der in einer korrespondierenden Ausnehmung 116 im Zylinderkopf 102 einsitzt. Dabei ist eine ausreichende Bewegungsfreiheit zwischen Pumpenstator 110 und Zylinderkopf 102 gegeben, damit axiale, radiale und Winkeltoleranzen zwischen Nockenwelle und Unterdruckpumpe ausgeglichen werden können.
Die Pumpe 100 weist einen Ein- oder Auslass 118 auf, der als Anschlussstutzen 120 zur Verbindung mit einer Fluidleitung ausgebildet ist. Nockenwelle 108 und Pumpe 100 sind in einem Raum 103 angeordnet, der vom Zylinderkopf 102 und einer Zylinderkopfhaube 104 umschlossen ist. Der Anschlussstutzen 120 ist durch eine Öffnung 119 in der Zylinderkopfhaube 104 aus dem Raum 103 nach außen geführt. Dabei kann der Anschlussstutzen zusätzlich oder alternativ zum Fortsatz 112 eine Verdrehsicherung für den Pumpenstator 110 bilden, wobei zweckmäßigerweise zwischen Anschlussstutzen und Zylinderkopfhaube 104 ein Federelement angeordnet ist. Die Pumpe 100 ist am Ende der Nockenwelle 106 angeordnet.
2 zeigt ein zwischen dem Stator 210 der Pumpe 200 und dem Brennkraftmaschinengehäuse, vorliegend dem Zylinderkopf 202 angeordnetes Federelement 222. Das Federelement 222 ist vorzugsweise ein zylindrisch, ringförmig oder topfförmig ausgeführtes Elastomerelement, das den stutzenartigen Fortsatz 212 in seinem Kontaktbereich zum Zylinderkopf 202, im Bereich der Ausnehmung 216, umgibt. Mit 218 ist ein Ein- oder Auslass der Pumpe 200 und mit 220 ein Anschlussstutzen bezeichnet. Der Anschlussstutzen 220 kann zusätzlich oder alternativ zum Fortsatz 212 eine Verdrehsicherung für den Pumpenstator 210 bilden, wobei zweckmäßigerweise zwischen Anschlussstutzen 220 und Brennkraftmaschinengehäuse ein Federelement, wie 222, angeordnet ist.
3 zeigt eine Pumpe 300, bei der der stutzenartige Fortsatz 312 des Pumpenstators 310 einen Ein- oder Auslasskanal 313 der Pumpe 300 bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet das Federelement 322 selbst einen durchlassend hohlen stutzenartigen Fortsatz 312. Mit 306 ist die Nockenwelle und mit 308 ein Nocken bezeichnet. Die Ausnehmung 316 im Zylinderkopf 302 dient sowohl der Verdrehsicherung des Pumpenstators 310 als auch der Fluidzu- oder -abführung. Ein Anschlussstutzen der Pumpe 300 kann zusätzlich oder alternativ zum Fortsatz 312 eine Verdrehsicherung für den Pumpenstator 310 bilden, wobei zweckmäßigerweise zwischen Anschlussstutzen und Brennkraftmaschinengehäuse ein Federelement, wie 322, angeordnet ist.
4 zeigt eine Pumpe 400, bei der der Pumpenrotor 410 in seinem Verbindungsbereich mit der Nockenwelle 406 einen Ein- oder Auslasskanal 432 der Pumpe 400 bildet. Eine Fluidzufuhr erfolgt durch die hohle Nockenwelle 406 und ist mit der Ankopplung der Pumpe 400 kombiniert. Das Nockenwellenrohr der gebauten Nockenwelle 406 ist mit einem topfförmigen Nockenwelleneinsatz 407 verstärkt und zugleich wird damit der Raum 409 gegenüber dem restlichen Raum der Nockenwelle 406 abgeschlossen. Die Pumpe 400 wird vom letzten Nockenwellenlager 426 im Zylinderkopf 402 beispielsweise über eine Ringnut 424 in der Nockenwelle 406 und Öffnungen 428 in Nockenwelle 406 und Nockenwelleneinsatz 407 versorgt. Weiterhin sind im Ende des Pumpenrotors 434 ein Sieb 430 und eine erforderliche Blendenöffnung 432 angeordnet. Über einen zusätzlichen radialen Kanal 436 ist das Axiallager zwischen Pumpenstator 410 und Pumpenrotor 434 zu Schmierzwecken fluidbeaufschlagbar. Mittels des Einsatzes 438 wird gezielt die Fluidverteilung zwischen Axiallager und Innerem der Pumpe 400 gesteuert. Ein Anschlussstutzen der Pumpe 400 kann zusätzlich oder alternativ eine Verdrehsicherung für den Pumpenstator 410 bilden, wobei zweckmäßigerweise zwischen Anschlussstutzen und Brennkraftmaschinengehäuse ein Federelement angeordnet ist.
Die Verbindung zwischen Pumpe 400 und Nockenwelle 406 kann mit einem selbstsichernden Clip nach Einführen des Pumpenrotors 434 in den topfförmigen Nockenwelleneinsatz 407 ausgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine ermöglicht eine optimale Umsetzung eine radialen Auslasskanals, wobei die Form variabel ist, da der Fluidaustritt aufgrund der bevorzugten Anordnung innerhalb der Zylinderkopfhaube erfolgt. Die Zuführung einer Leitung 418 kann bauraumangepasst durch die Zylinderkopfhaube hindurch oder den Zylinderkopf hindurch erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19961317 C1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Brennkraftmaschinengehäuse (102, 104, 202, 302, 402), wenigstens einer Nockenwelle (106, 306, 406) sowie einer nockenwellengetriebene Pumpe (100, 200, 300, 400) , wobei die Pumpe (100, 200, 300, 400) einen mit der Nockenwelle (106, 306, 406) verbundenen Rotor (434) und einen brennkraftmaschinengehäusefesten Stator (110, 210, 310, 410) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (434) der Pumpe (100, 200, 300, 400) mit der Nockenwelle (106, 306, 406) axial und radial lagefest und der Stator (110, 210, 310, 410) der Pumpe (100, 200, 300, 400) mit dem Brennkraftmaschinengehäuse (102, 104, 202, 302, 402) drehfest, jedoch axial und radial begrenzt verlagerbar verbunden ist.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (100, 200, 300, 400) innerhalb des Brennkraftmaschinengehäuses (102, 104, 202, 302, 402) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nockenwelle (106, 306, 406) mehrere Lagerstellen (426) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (100, 200, 300, 400) in Nockenwellenachsrichtung außerhalb der letzten Lagerstelle (426) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung mit dem Brennkraftmaschinengehäuse (102, 104, 202, 302) der Stator (110, 210, 310) der Pumpe (100, 200, 300) einen radial vorstehenden stutzenartigen Fortsatz (112, 212, 313) aufweist, der in einer korrespondierenden Ausnehmung (116, 216, 316) im Brennkraftmaschinengehäuse (102, 104, 202, 302) einsitzt.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anschlussstutzen (120, 220) durch das Brennkraftmaschinengehäuse (104) hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung des Stators (110, 210, 310, 410) der Pumpe (100, 200, 300, 400) mit dem Brennkraftmaschinengehäuse (104) mittels dem durch das Brennkraftmaschinengehäuse (104) hindurchgeführten Anschlussstutzen (120, 220) erfolgt.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (210, 310) der Pumpe (200, 300) und dem Brennkraftmaschinengehäuse (202, 302) ein Federelement (222, 322) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stutzenartige Fortsatz (313) des Pumpenstators (310) einen Auslasskanal der Pumpe (300) bildet.
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (434) in seinem Verbindungsbereich mit der Nockenwelle (406) einen Einlasskanal (432) der Pumpe (400) bildet.