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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend ein Kurbelgehäuse, eine Kurbelwelle, eine erste Pumpe mit einem Pumpenrad, einer ersten Pumpenwelle und wenigstens einem zweiten Antriebsrad und eine zweite Pumpe mit einer zweiten Pumpenwelle.
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„Verbunden“ heißt vorliegend insbesondere derart verbunden, dass eine Antriebskraft übertragen werden kann. Dies kann durch eine drehfeste Verbindung erreicht werden, beispielsweise einen Riementrieb, einen Kettentrieb, eine Zahn- oder Reibradverbindung oder dergleichen. Dementsprechend ist ein „Antriebsrad“ insbesondere ein Kettenrad, ein Reibrad oder eine Riemenscheibe.
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Aus der
DE 10 2005 056 507 A1 ist eine Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der auf einer gemeinsamen Welle ein Pumpenrad und ein Antriebsrad angeordnet sind. Das Pumpenrad ist in einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine integriert angeordnet, indem in dem Kurbelgehäuse ein saugseitiger Kühlmittelraum und ein druckseitiger Kühlmittelraum der Kühlmittelpumpe ausgebildet sind. Das Antriebsrad wird von einem Zugmittel der Brennkraftmaschine, das das Antriebsrad sowie desweiteren eine Anzahl Räder, die auf Wellen der Brennkraftmaschine angeordnet sind, umschlingt, angetrieben.
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Aus der
DE 10 2007 007 683 A1 ist ein Antrieb bekannt für mindestens zwei Zusatzaggregate einer Brennkraftmaschine, mit einer Hauptantriebswelle, die ein Zusatzaggregat antreibt und die über ein Zahnradgetriebe mit einer Aggregatsantriebswelle gekuppelt ist, wobei mit der Aggregatsantriebswelle das andere Zusatzaggregat angetrieben wird und das Zahnradgetriebe als Flüssigkeitspumpe wirkend ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem besonders kompakten Aufbau zu schaffen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend ein Kurbelgehäuse, eine Kurbelwelle, eine erste Pumpe mit einem Pumpenrad, einer ersten Pumpenwelle und wenigstens einem zweiten Antriebsrad und eine zweite Pumpe mit einer zweiten Pumpenwelle, wobei die Kurbelwelle wenigstens ein erstes Antriebsrad aufweist, das wenigstens eine zweite Antriebsrad mit dem wenigstens einen ersten Antriebsrad verbunden ist, die erste Pumpenwelle und die zweite Pumpenwelle koaxial zueinander angeordnet sind und die erste Pumpenwelle mit der zweiten Pumpenwelle derart verbunden ist, dass die erste Pumpe zwischen der zweiten Pumpe und dem zweiten Antriebsrad angeordnet ist. Damit kann neben einem ersten Fluid ein zweites Fluid gefördert werden. Es kann ein zwischen der zweiten Pumpe und dem wenigstens einen zweiten Antriebsrad vorhandener Bauraum für die erste Pumpe genutzt werden.
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Das wenigstens eine zweite Antriebsrad und die erste Pumpenwelle können durch ein einziges Bauteil gebildet sein oder das wenigstens eine zweite Antriebsrad und die erste Pumpenwelle können als zunächst gesonderte Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann eine Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindung sein. Damit ergibt sich eine besonders kompakte und haltbare Antriebsverbindung.
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Aufgrund der zueinander koaxialen Anordnung der ersten Pumpenwelle und der zweiten Pumpenwelle können das wenigstens eine zweite Antriebsrad, das Pumpenrad der ersten Pumpe und die zweite Pumpenwelle eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Es kann ein gemeinsamer Antrieb der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe erfolgen.
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Die erste Pumpenwelle und die zweite Pumpenwelle können mittels einer axial fügbaren Verbindung miteinander verbunden sein. Damit kann bei einem Zusammenbau der Brennkraftmaschine zunächst die zweite Pumpenwelle und nachfolgend die erste Pumpenwelle montiert werden. Alternativ können auch zunächst die erste Pumpenwelle und die zweite Pumpenwelle miteinander verbunden und nachfolgend gemeinsam montiert werden.
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Die erste Pumpenwelle und die zweite Pumpenwelle können reib- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die erste Pumpenwelle und die zweite Pumpenwelle mittels einer Kegelverbindung miteinander verbunden sein. Damit können erforderliche Antriebskräfte sicher übertragen werden. Die Verbindung ist günstig herstellbar. Die Verbindung ist zu Demontagezwecken lösbar.
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Die zweite Pumpenwelle kann mittels wenigstens einem Lager in dem Kurbelgehäuse gelagert sein und das wenigstens eine Lager kann zugleich zur Lagerung der ersten Pumpenwelle dienen. Unter „Lagerung“ wird vorliegend eine drehbare Lagerung verstanden. Die Lagerung kann ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Damit kann eine gesonderte Lagerung für die erste Pumpenwelle entfallen. Es wird ein besonders kompakter und günstiger Aufbau erzielt.
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Die erste Pumpe kann eine Kühlmittelpumpe und/oder die zweite Pumpe kann eine Kraftstoffpumpe sein.
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Die Brennkraftmaschine kann wenigstens ein drittes Antriebsrad, das mit einer Brennkraftmaschinenwelle verbunden ist, aufweisen und das wenigstens eine Zugmittel kann das erste Antriebsrad, das wenigstens eine zweite Antriebsrad und das wenigstens eine dritte Antriebsrad miteinander verbinden. Die Brennkraftmaschinenwelle kann eine Nockenwelle sein. Damit kann die Pumpenwelle in einen bereits vorhandenen Zugmitteltrieb integriert sein.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung ein Kettenrad-/Wasserpumpenmodul, mit dem ein Bauraum zwischen Kettenrad (Steuertrieb) und Einspritzpumpe im Kurbelgehäuse genutzt werden kann. Eine Pumpe kann aus dem Riementrieb entfernt werden, es ergeben sich Reibleistungsvorteile. Es wird eine Kühlmittelführung im Kurbelgehäuse ermöglicht. Eine Demontage der Hochdruckpumpe wird ohne Öffnen des Wasserkreislaufs ermöglicht. Der vorhandene Bauraum im Kurbelgehäuse zwischen Kettenrad (Steuertrieb) und Hochdruckpumpe kann zur Integration der Wasserpumpe genutzt werden. Die Wasserpumpe kann Teil des Kettenrads des Steuertriebs sein. Die Saugseite der Pumpe kann im Kurbelgehäuse integriert sein, die Druckseite kann durch Kurbelgehäuse und Deckel (am Kurbelgehäuse verschraubt und abgedichtet) gebildet sein. Von der Druckseite wird das Kühlmittel über einen, im Kurbelgehäuse integrierten Kanal zu den thermisch hoch belasteten Stellen geleitet.
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Die vorgeschlagene Wasserpumpe besteht beispielsweise aus einem Kettenrad kombiniert mit einem Wasserpumpenrad und einem Deckel. Der Deckel befindet sich zwischen Kettenrad und Wasserpumpenrad. Der Deckel bildet die Rückseite der Wasserpumpe (Trennung zwischen Wassermantel und Ölraum/Kettenkasten). Zwischen dem Deckel und dem Ketten-Wasserpumpenrad befinden sich zwei Dichtungen, die den Wassermantel gegen den Ölraum/Kettenkasten abdichten. Die Wasserpumpe (bestehend aus Ketten-Wasserpumpenrad, Deckel und Dichtungen) besitzt vorliegend kein eigenes Lager. Die Wasserpumpe sitzt auf der Welle der Hochdruckpumpe (Kegelverbindung zwischen der Welle der Hochdruckpumpe und dem Ketten-Wasserpumpenrad). Die Lagerstellen der Hochdruckpumpe können gleichzeitig die Lagerstellen der Wasserpumpe sein. Der Antrieb der Hochdruckpumpe und der Wasserpumpe erfolgt über das Kettenrad der Wasserpumpe.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
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Die Figur zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse, Hochdruckpumpe, Wasserpumpe und Steuertrieb in Schnittdarstellung. Der Steuertrieb ist an einer Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet, die abhängig von einer Einbauposition der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug vorne, hinten, rechts oder links angeordnet sein kann.
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Die in der Figur dargestellte Brennkraftmaschine 1 dient zum Antrieb eines ansonsten nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann ein einspuriges oder mehrspuriges Kraftfahrzeug sein. Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftrad oder ein Personenkraftwagen sein. Die Brennkraftmaschine 1 ist eine Wärmekraftmaschine, die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit umwandelt. Als Kraftstoff wird insbesondere ein flüssiger Kohlenwasserstoff, wie ein Ottokraftstoff, ein Dieselkraftstoff oder Flüssiggas, verwendet. Gegebenenfalls kann jedoch auch ein anderer Kraftstoff, wie Wasserstoff, verwendet werden.
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Bei der Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine 1 entsteht Wärme. Zur Abfuhr dieser Wärme, d. h. zur Kühlung der Brennkraftmaschine 1, ist vorliegend eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen. Zur Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine 1 wird ein Kühlmittel, üblicherweise ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, verwendet. Bei einem Betrieb kann die Brennkraftmaschine 1 Wärme an das Kühlmittel abgeben. Mit dem Kühlmittel kann diese Wärme abtransportiert werden. Üblicherweise wird die Wärme zu einem Wärmetauscher transportiert und dort an einen Kühlluftstrom abgegeben. Die Wärme kann jedoch auch auf ein anderes Medium übertragen werden. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt und kann wieder zur Aufnahme von Wärme der Brennkraftmaschine 1 genutzt werden. Das Kühlmittel kann in einem Kühlmittelkreislauf umlaufend verwendet werden.
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Zur Umwälzung des Kühlmittels in einem solchen Kühlmittelkreislauf dient die Kühlmittelpumpe 2. Die Kühlmittelpumpe 2 ist vorliegend eine Kreiselpumpe, die mittels eines rotierenden Pumpenrads 3 die Zentrifugalkraft zur Förderung des Kühlmittels nutzt. Über einen saugseitige Kühlmittelraum 4 kann das Kühlmittel in die Kreiselpumpe eintreten. Bei einem Betrieb der Kühlmittelpumpe 2 wird das Kühlmittel vom rotierenden Pumpenrad 3 mitgerissen und zunächst auf einer Kreisbahn nach außen gezwungen. Dabei aufgenommene Bewegungsenergie des Kühlmittels erhöht den Druck innerhalb der Kühlmittelpumpe 2 und presst das flüssige Kühlmittel in Richtung eines druckseitigen Kühlmittelraums 5. Ein zentrales Bauteil der Kühlmittelpumpe 2 ist somit das Pumpenrad 3, das mechanische Energie als Impuls an das Fluid übergibt. Vorliegend ist eine Halbaxialpumpe mit einem Pumpenrad 3 vom Halbaxialtyp verwendet. Es kann jedoch auch eine Radialpumpe mit einem Pumpenrad vom Radialtyp oder eine Axialpumpe mit einem Pumpenrad vom Axialtyp verwendet werden. Eine Radialpumpe weist in der Regel eine geringere spezifische Drehzahl und eine größere maximale Förderhöhe auf. Eine Axialpumpe weist in der Regel eine höhere spezifische Drehzahl und eine geringere maximale Förderhöhe auf.
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Das Pumpenrad 3 ist an einem ersten Ende 6 einer Pumpenwelle 7 angeordnet, an deren zweiten Ende 8 zwei Antriebsräder 9, 10 angeordnet sind. Vorliegend sind die Antriebsräder 9, 10 als Kettenräder ausgebildet. Die Antriebsräder 9, 10, oder eines der Antriebsräder 9, 10, können bei einer anderen Anwendung jedoch auch als Riemenscheiben ausgebildet sein. Das Antriebsrad 9 ist näher an dem Pumpenrad 3 angeordnet, als das Antriebsrad 10. Das Antriebsrad 9 weist einen größeren Durchmesser auf, als das Antriebsrad 10. Ein erstes Kraftübertragungsmittel - hier das als Rollenkette vorliegende Zugmittel 11 - dient zum Antrieb der Pumpenwelle 7 ausgehend von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1. Ein zweites Kraftübertragungsmittel - hier das als Rollenkette vorliegende Zugmittel 12 - verbindet die Pumpenwelle 7 mit einer Brennkraftmaschinenwelle, insbesondere mit einer Nockenwelle oder mit zwei Nockenwellen der Brennkraftmaschine 1. Mit den Nockenwellen sind Ventile der Brennkraftmaschine 1 antreibbar, die einen Gaswechsel in Brennräumen steuern.. Bei einer anderen Ausführung kann nur ein Antriebsrad zum Antrieb der Pumpenwelle vorgesehen sein und ein zweites Zugmittel, das die Pumpenwelle mit einer Brennkraftmaschinenwelle verbindet, kann entfallen.
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Das Pumpenrad 3 und die Pumpenwelle 7 sind vorliegend als zunächst gesonderte Bauteile hergestellt und nachfolgend miteinander reibschlüssig verbunden. Es kann jedoch auch eine andere Verbindungsart gewählt werden oder Pumpenrad und die Pumpenwelle können durch ein einziges Bauteil gebildet sein. Die Antriebsräder 9, 10 bilden vorliegend mit der Pumpenwelle 7 ein einziges Bauteil. Ein Antriebsrad oder beide Antriebsräder können jedoch auch als zunächst gesonderte Bauteile hergestellt und nachfolgend mit der Pumpenwelle 7 verbunden sein.
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Das Gehäuse 13 der Kühlmittelpumpe 2 ist in eine Kurbelgehäuse 14 der Brennkraftmaschine 1 integriert ausgebildet. Das Kurbelgehäuse 14 bildet mit einem Abschnitt einen Teil des Gehäuses 13 der Kühlmittelpumpe 2. In dem Kurbelgehäuse 14 sind der saugseitige Kühlmittelraum 4 und der druckseitige Kühlmittelraum 5 ausgebildet. Der saugseitige Kühlmittelraum 4 ist ein ringartig geformter Raum, der in der Figur links axial an das Pumpenrad 3 anschließt. Der saugseitige Kühlmittelraum 4 dient zur Kühlmittelzuführung zum Pumpenrad 3. Der druckseitige Kühlmittelraum 5 ist ein ringartig geformter Raum mit einem größeren Durchmesser, der radial weiter außen liegt und axial in Richtung der Antriebsräder 9, 10 von einem kurbelgehäusefesten Deckel 15 begrenzt wird. Der Deckel 15 bildet einen Teil des Gehäuses 13 der Kühlmittelpumpe 2. Der druckseitige Kühlmittelraum 5 dient zur Kühlmittelabführung vom Pumpenrad 3 und dazu, die durch das Pumpenrad 3 in der Kühlmittelströmung induzierte kinetische Energie in einen statischen Druck umzuwandeln.
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Radial außen ist zwischen Pumpenrad 3 und Gehäuse 13 ein umlaufender Spalt 16 vorhanden, dessen Ausgestaltung im Wesentlichen den Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe 2 bestimmt. Radial innen ist zwischen Pumpenrad 3 und Gehäuse 13 eine Dichtungseinrichtung 17 angeordnet. Zwischen Deckel 15 und Pumpenwelle 7 sind vorliegend zwei Dichtungseinrichtungen 18, 19 angeordnet.
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Die Pumpenwelle 7 ist koaxial mit der einer Pumpenwelle 20 einer Kraftstoffpumpe 21 verbunden. Die Pumpenwelle 20 der Kraftstoffpumpe 21 weist an ihrem der Kühlmittelpumpe 2 zugewandten Ende einen Kegelsitz 22 auf. Die Pumpenwelle 7 der Kühlmittelpumpe 2 weist eine korrespondierende Aufnahme 23 auf. Zwischen Pumpenwelle 20 der Kraftstoffpumpe 21 und Pumpenwelle 7 der Kühlmittelpumpe 2 ist eine O-Ringdichtung 24 angeordnet.
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Die Kraftstoffpumpe 21 ist eine Hochdruckpumpe zur Bereitstellung eines Kraftstoffdrucks in einem Rail oder zur Direkteinspritzung. Die Kraftstoffpumpe 21 ist insbesondere eine Hubverdrängerpumpe, wie Axialkolbenpumpe oder Radialkolbenpumpe. Die Kraftstoffpumpe 21 weist einen oder mehrere, beispielsweise drei, Kolben auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kühlmittelpumpe
- 3
- Pumpenrad
- 4
- saugseitiger Kühlmittelraum
- 5
- druckseitiger Kühlmittelraum
- 6
- erstes Ende
- 7
- Pumpenwelle
- 8
- zweites Ende
- 9
- Antriebsrad
- 10
- Antriebsrad
- 11
- erstes Zugmittel
- 12
- zweites Zugmittel
- 13
- Gehäuse
- 14
- Kurbelgehäuse
- 15
- Deckel
- 16
- Spalt
- 17
- Dichtungseinrichtung
- 18
- Dichtungseinrichtung
- 19
- Dichtungseinrichtung
- 20
- Pumpenwelle
- 21
- Kraftstoffpumpe
- 22
- Kegelsitz
- 23
- Aufnahme
- 24
- O-Ringdichtung
