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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2010 011 477 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse auf, in welchem ein Kurbeltrieb der Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise aufgenommen ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Pumpe zum Fördern eines Schmiermittels aus einem Sammelbereich des Kurbelgehäuses, wobei die Pumpe eine Saugseite und eine Druckseite aufweist. Während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird der Kurbeltrieb mit Schmiermittel insbesondere in Form von Schmieröl versorgt, wobei das Schmieröl auch als Öl bezeichnet wird. Mittels des Schmiermittels wird der Kurbeltrieb geschmiert und/oder gekühlt.
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Nach dem Versorgen des Kurbeltriebs mit dem Schmiermittel kann sich das Schmiermittel unter Ausbildung eines so genannten Schmiermittelsumpfs in dem Sammelbereich des Kurbelgehäuses sammeln. Da das Schmiermittel auch als Öl bezeichnet wird, wird der Schmiermittelsumpf auch als Sumpf oder Ölsumpf bezeichnet. Mittels der Pumpe wird das Schmiermittel von dem Schmiermittelsumpf beispielsweise zu wenigstens einem Behälter gefördert, von welchem das Schmiermittel dann beispielsweise mittels einer weiteren Pumpe zu jeweiligen Schmierstellen, welche mit dem Schmiermittel zu versorgen sind, gefördert wird. Hierdurch kann beispielsweise eine so genannte Trockensumpfschmierung der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Ferner offenbar die
DE 37 14 881 A1 ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, die mit einem von einem Frischluftanschluss versorgten und in Abhängigkeit von dem in einem Ansaugkrümmer vorherrschenden Saugdruck geregelten Belüftungssystem für eine Ölwanne des Kurbelgehäuses ausgerüstet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders effektive und wirkungsgradgünstige Schmiermittelversorgung realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders effektive und wirkungsgradgünstige Schmiermittelversorgung, insbesondere des Kurbeltriebs, realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Pumpe wenigstens einen Umgehungskanal aufweist, über welchen zumindest ein Teil des Schmiermittels aus dem Sammelbereich unter alleiniger Nutzung von durch den Kurbeltrieb geleisteter Pumparbeit von der Saugseite auf die Druckseite der Pumpe förderbar ist. Unter der alleinigen Nutzung der durch den Kurbeltrieb geleisteten Pumparbeit ist zu verstehen, dass zumindest ein Teil des Schmiermittels aus dem Sammelbereich von der Saugseite auf die Druckseite über beziehungsweise durch den Umgehungskanal lediglich beziehungsweise ausschließlich mittels Pumparbeit gefördert wird, welche durch den Kurbeltrieb bewirkt beziehungsweise von dem Kurbeltrieb geleistet wird.
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Zum Fördern des Schmiermittels aus dem Sammelbereich von der Saugseite auf die Druckseite durch den Umgehungskanal wird keine Pumparbeit der Pumpe genutzt. Dadurch können Planschverluste sowie eine erforderliche Antriebsleistung für die als Saugpumpe ausgebildete Pumpe besonders gering gehalten werden, sodass eine effektive und wirkungsgradgünstige beziehungsweise effiziente Schmiermittelversorgung der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist. Insbesondere lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen eine wirkungsgradoptimierte Trockensumpfschmierung realisieren, da eine Absaugleistung, mittels welcher Schmiermittel aus dem Sammelbereich gefördert und somit aus dem Sammelbereich abgesaugt wird, unter Nutzung der von dem Kurbeltrieb geleisteten Pumparbeit im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen erhöht werden kann, ohne dass hierzu der Einsatz von zusätzlichen Pumpen und/oder eine Erhöhung der Leistung der Pumpe erforderlich ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Idee ist, Pulsationsarbeit in Form von Druck, welche beispielsweise durch auf- und abwärts Bewegungen von Kolben des Kurbeltriebs im Kurbelgehäuse entsteht, sowie durch den Kurbeltrieb geleistete Ausschiebearbeit gezielt zu nutzen, um das Schmiermittel unter alleiniger Nutzung der beschriebenen Arbeiten durch den Umgehungskanal hindurch zur Druckseite und somit zu einer Ausgangsseite der Pumpe zu fördern, insbesondere zu drücken. Die genannten Arbeiten können in Kombination mit der als Absaugpumpe fungierenden Pumpe verwendet werden, um einen besonders hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Absaugung des Schmiermittels aus dem Sammelbereich zu realisieren. Hierbei wird der Umgehungskanal als so genannter Bypass beziehungsweise Bypass-Öffnung in der Pumpe gezielt genutzt, um die beschriebenen Arbeiten zum Fördern des Schmiermittels von der Saugseite zur Druckseite zu nutzen. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Pumpe kann somit die Antriebsleistung der Pumpe reduziert werden, da durch den als Bypass fungierenden Umgehungskanal zumindest kurzzeitig keine Saugleistung von der Pumpe bereitgestellt und somit von einer Antriebsquelle zum Antreiben der Pumpe abgegriffen werden muss. Darüber hinaus kann ein in dem Kurbelgehäuse und somit in einer Kurbelkammer des Kurbelgehäuses herrschender Druck weiter als mit einer herkömmlichen Absaugpumpe abgesenkt werden. Somit reduzieren sich die Reibleistung des Kurbeltriebs sowie auch die Ventilations- und Planschverluste.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische und geschnittene Perspektivansicht einer Pumpe zum Absaugen von Schmiermittel aus einem Sammelbereich eines Kurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine;
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2 eine schematische Perspektivansicht von Zahnrädern der Pumpe;
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3 eine schematische Perspektivansicht eines der Zahnräder.
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In den Figuren sind gleichen oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Pumpe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst ein in den Figuren nicht dargestelltes Kurbelgehäuse sowie einen Kurbeltrieb, welcher zumindest teilweise in dem Kurbelgehäuse aufgenommen ist. Hierzu weist das Kurbelgehäuse wenigstens einen Kurbelraum auf, welcher auch als Triebwerksraum bezeichnet wird. Dabei ist der Kurbeltrieb zumindest teilweise in dem Kurbelraum angeordnet.
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Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein Zylindergehäuse, welches einstückig mit dem Kurbelgehäuse ausgebildet sein kann, so dass das Zylindergehäuse beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse (ZKH) ausgebildet sein kann. Alternativ ist es möglich, dass das Zylindergehäuse als separat von dem Kurbelgehäuse ausgebildetes und mit dem Kurbelgehäuse verbundenes Gehäuseelement ausgebildet ist. Durch das Zylindergehäuse ist eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine gebildet. In den Zylindern laufen während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ab. Der Kurbeltrieb umfasst dabei eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, welche an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. In dem jeweiligen Zylinder ist ein jeweiliger Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei die Kolben ebenfalls Bestandteile des Kurbeltriebs sind.
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Der jeweilige Kolben ist über ein jeweiliges Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden. Auch die Pleuel sind Bestandteile des Kurbeltriebs, welcher somit zumindest die Kurbelwelle, die Pleuel und die Kolben umfasst. Insbesondere ist die Kurbelwelle in dem Kurbelraum aufgenommen, sodass sich beispielsweise die Pleuel von dem Kurbelraum in die Zylinder hinein erstrecken. Bewegen sich somit die Kolben in den Zylindern auf und ab, so kommt es in Folge dieser Auf- und Abbewegungen der Kolben zu Pulsationen in dem Kurbelraum. Diese Pulsationen führen zu Druckschwankungen beziehungsweise Druckänderungen in dem Kurbelraum, da beispielsweise durch die Auf- und Abbewegungen der Kolben ein im Kurbelraum aufgenommenes Gas von dem Kurbelraum in den Zylinder – insbesondere auf einer jeweilige, dem Kurbelraum zugewandte Unterseite des jeweiligen Kolbens – und zurück gefördert wird. Diese Druckpulsationen werden auch als Pumpen bezeichnet, sodass der Kurbeltrieb durch die Auf- und Abbewegungen der Kolben Pulsationsarbeit beziehungsweise Pumparbeit leistet. Ferner leistet der Kurbeltrieb Ausschiebearbeit.
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Der Kurbeltrieb, insbesondere Schmierstellen des Kurbeltriebs, wird beziehungsweise werden während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine mit Schmiermittel in Form von Schmieröl versorgt, wobei das Schmieröl auch einfach als Öl bezeichnet wird. Mittels des Öls wird der Kurbeltrieb beziehungsweise werden die Schmierstellen versorgt und dadurch gekühlt und/oder geschmiert. Dabei weist das Kurbelgehäuse wenigstens einen Sammelbereich auf, in welchem sich das Öl nach dem Versorgen der Schmierstellen mit dem Öl unter Bildung eines Ölsumpfes sammeln kann. Der Ölsumpf wird auch als Schmiermittelsumpf oder einfach als Sumpf bezeichnet. Beispielsweise tropft das Öl nach dem Kühlen und/oder Schmieren der Schmierstellen von dem Kurbeltrieb ab und sammelt sich unter Bildung des Ölsumpfes in dem Sammelbereich.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner die Pumpe 10, welche als Absaugpumpe genutzt wird. Mittels der Pumpe 10 wird das Öl aus dem Sammelbereich beziehungsweise aus dem Ölsumpf gefördert und von dem Sammelbereich weggefördert. Insbesondere wird das Öl von dem Ölsumpf zu wenigstens einem Behälter mittels der Pumpe 10 gefördert. Beispielsweise mittels einer weiteren Pumpe wird das Öl von dem Behälter zu dem Kurbetrieb beziehungsweise zu den Schmierstellen gefördert. Dadurch ist beispielsweise eine Trockensumpfschmierung der Verbrennungskraftmaschine dargestellt, sodass auch bei einer sportlichen fahrweise und bei hohen, auf die Verbrennungskraftmaschine wirkenden Beschleunigungen eine hinreichende Schmiermittelversorgung der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden kann.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Pumpe 10 wenigstens ein Gehäuse 12 aufweist, welches auch als Pumpengehäuse bezeichnet wird. Ferner ist die Pumpe 10 als Außenzahnradpumpe ausgebildet und weist dabei zwei in dem Gehäuse 12 drehbar aufgenommene Zahnräder 14 und 16 auf, welche um jeweilige Drehachsen relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar sind. In 1 veranschaulichen jeweilige Pfeile 18 und 20 jeweilige Drehrichtungen, in die sich die Zahnräder 14 und 16 während eines Betriebs der Pumpe 10 relativ zu dem Gehäuse 12 drehen. Die Zahnräder 14 und 16 sind als Außenzahnräder beziehungsweise als Stirnräder ausgebildet und weisen dabei jeweilige Grundkörper 22 und 24 sowie jeweilige, mit den Grundkörpern 22 und 24 verbundene und als Außenverzahnung ausgebildete Verzahnungen 26 und 28 auf, welche miteinander in Eingriff stehen. Dies bedeutet, dass die Zahnräder 14 und 16 über die Verzahnungen 26 und 28 in Eingriff stehen. Die jeweilige Verzahnung 26 beziehungsweise 28 weist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads 14 beziehungsweise 16 aufeinander folgenden und voneinander beabstandeten Zähnen 30 beziehungsweise 32 auf. In Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads 14 beziehungsweise 16 sind zwischen den jeweiligen Zähnen 30 beziehungsweise 32 jeweilige Zahnlücken 34 beziehungsweise 36 angeordnet. Drehen sich die Zahnräder 14 und 16 während des Betriebs der Pumpe 10 relativ zu dem Gehäuse 12, so greifen die jeweiligen Zähne 30 in die jeweils korrespondierenden Zahnlücken 36 und die Zähne 32 in die jeweils korrespondierenden Zahnlücken 34 ein. Hierdurch wird das Schmiermittel (Öl) aus dem Sammelbereich von einer Saugseite 38 zu einer Druckseite 40 der Pumpe 10 gefördert. Die Saugseite 38 wird auch als Eingangsseite der Pumpe 10 bezeichnet, da das Schmiermittel aus dem Sammelbereich auf der Saugseite 38 mittels der Pumpe 10 angesaugt wird und in die Pumpe 10 einströmt. Mittels der Zahnräder 14 und 16 wird das Schmiermittel von der Saugseite 38 auf die Druckseite 40 gefördert, wobei die Druckseite 40 auch als Ausgangsseite der Pumpe 10 bezeichnet wird. Auf der Ausgangsseite (Druckseite 40) strömt das Schmiermittel aus der Pumpe 10 und von der Pumpe 10 weg beziehungsweise zu dem zuvor genannten Behälter.
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Um nun eine besonders wirkungsgradgünstige und effektive Schmiermittelversorgung der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, weist die Pumpe 10 wenigstens einen Umgehungskanal 42 auf, über welchen zumindest ein Teil des Schmiermittels aus dem Sammelbereich unter alleiniger Nutzung der durch den Kurbeltrieb geleisteten Pumparbeit von der Saugseite 38 auf die Druckseite 40 der Pumpe 10 förderbar ist beziehungsweise gefördert wird. Dieses Fördern von Schmiermittel von der Saugseite 38 zur Druckseite 40 unter alleiniger Nutzung der von dem Kurbeltrieb geleisteten Pumparbeit ist in 1 durch einen Pfeil 44 veranschaulicht. Unter der alleinigen Nutzung der von dem Kurbeltrieb geleisteten Pumparbeit zum Fördern von Schmiermittel von der Saugseite 38 durch den Umgehungskanal 42 auf die Druckseite 40 ist zu verstehen, dass lediglich beziehungsweise ausschließlich durch den Kurbeltrieb geleistete Pumparbeit und keine von der Pumpe 10 geleistete Arbeit genutzt wird, um das Schmiermittel von der Saugseite 38 auf die Druckseite 40 durch den Umgehungskanal 42 zu fördern. Die durch den Kurbeltrieb geleistete Pumparbeit umfasst beispielsweise die zuvor genannten Arbeiten in Form der Pulsationsarbeit und der durch den Kurbeltrieb geleisteten Ausschiebearbeit des Öls.
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Aus 2 ist erkennbar, dass die jeweiligen Zähne 30 beziehungsweise 32 einstückig mit dem jeweiligen Grundkörper 22 beziehungsweise 24 ausgebildet sind. Ein erster Teil der Zähne 30 beziehungsweise 32 weist eine erste Zahnbreite auf, wobei ein zweiter Teil der Zähne 30 beziehungsweise 32 eine gegenüber der ersten Zahnbreite geringere, zweite Zahnbreite aufweist. Dies bedeutet, dass der zweite Teil gegenüber dem ersten Teil in der Zahnbreite reduziert ist. Dies ist besonders gut aus 3 erkennbar, wobei in 3 ein Doppelpfeil 46 die Erstreckung des Umgehungskanals 42 in Umfangsrichtung des in 3 gezeigten Zahnrads 16 veranschaulicht. Ferner veranschaulicht in 3 ein Doppelpfeil 48 die in axialer Richtung des Zahnrads 16 verlaufende Erstreckung des Umgehungskanals 42. Mit anderen Worten veranschaulicht der Doppelpfeil 46 eine Bogenlänge des Umgehungskanals 42, wobei der Doppelpfeil 48 eine Breite des Umgehungskanals 42 veranschaulicht.
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Insgesamt ist aus 1 und 2 erkennbar, dass zumindest ein Längenbereich des Umgehungskanals 42 auf einer ersten Seite durch das Zahnrad 16, insbesondere durch den Grundkörper 24 des Zahnrads 16, und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite durch das Zahnrad 14, insbesondere durch den Grundkörper 22 des Zahnrads 14, begrenzt ist. Dies bedeutet, dass die gegenüberliegenden Grundkörper 22 und 24 – zumindest in einer jeweiligen Drehstellung der Zahnräder 14 und 16 – zumindest den genannten Teilbereich des Umgehungskanals 42 begrenzen, sodass zumindest ein Teil des Schmiermittels aus dem Sumpf in der genannten Drehstellung der Zahnräder 14 und 16 mittels der von dem Kurbeltrieb geleisteten Pumparbeit durch den Umgehungskanal 42 gefördert werden kann, da zumindest in der genannten Drehstellung die Druckseite 40 über den Umgehungskanal 42 direkt fluidisch mit der Saugseite 38 verbunden ist. Somit veranschaulicht der Pfeil 44 einen Verlauf eines Volumenstroms des Öls durch den als Bypass fungierenden Umgehungskanal 42, wobei dieser Volumenstrom alleinig durch die Pulsationsarbeit des Kurbeltriebs, insbesondere der Kolben, sowie durch die Ausschiebearbeit hervorgerufen wird.
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Der genannte Teilbereich des Umgehungskanals 42 ist somit in axialer Richtung des jeweiligen Zahnrads 14 beziehungsweise 16 neben dem jeweiligen zweiten Teil der Zähne 30 beziehungsweise 32 angeordnet. Der Umgehungskanal 42 kann nicht über die vollständige, erste Zahnbreite verlaufen, da dann die Zahnräder 14 und 16 in dem Teilbereich des Umgehungskanals 42 keine Zähne mehr aufweisen würden, sodass zumindest eines der Zahnräder 14 und 16 nicht mehr angetrieben würde, da die Verzahnungen 26 und 28 in der genannten Drehstellung nicht mehr ineinander greifen würden.
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Die genannte Drehstellung, in welcher die Grundkörper 22 und 24 auf die beschriebene Weise zumindest einen Teilbereich des Umgehungskanals 42 begrenzen, ist in 1 gezeigt. Dabei sind der Betrieb der Pumpe 10 und somit die Drehungen der Zahnräder 14 und 16 beispielsweise auf die Auf- und Abbewegungen der Kolben derart abgestimmt, dass sich die Zahnräder 14 und 16 bei einer Abwärtsbewegung zumindest eines der Kolben in der in 1 gezeigten Drehstellung befinden und somit die in 1 gezeigte Position einnehmen. Die Zahnräder 14 und 16 nehmen die genannte Drehstellung zu einem Zeitpunkt beziehungsweise zu einer Zeit ein, welche auch als Steuerzeit bezeichnet wird. Beispielsweise die durch den Doppelpfeil 46 veranschaulichte Bogenlänge und die Steuerzeit des Umgehungskanals 42 können variiert werden, um einen optimierten Volumenstrom des Öls zu generieren und somit die als Absaugpumpe fungierende Pumpe 10 zu entlasten. Dadurch kann eine besonders effektive und wirkungsgradgünstige Schmiermittelversorgung der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpe
- 12
- Gehäuse
- 14
- Zahnrad
- 16
- Zahnrad
- 18
- Pfeil
- 20
- Pfeil
- 22
- Grundkörper
- 24
- Grundkörper
- 26
- Verzahnung
- 28
- Verzahnung
- 30
- Zahn
- 32
- Zahn
- 34
- Zahnlücke
- 36
- Zahnlücke
- 38
- Saugseite
- 40
- Druckseite
- 42
- Umgehungskanal
- 44
- Pfeil
- 46
- Doppelpfeil
- 48
- Doppelpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010011477 A1 [0002]
- DE 3714881 A1 [0004]
