-
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, mit einer Kurbelwelle, welche in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist, einer Ausgleichswelle zum Ausgleichen von freien Massenkräften und/oder freien Massenmomenten, wobei die Ausgleichswelle mit der Kurbelwelle drehmomentübertragend verbunden ist, einer ölgeschmierten Komponente, welche in einem Raum angeordnet ist, welcher einen Öleinlass und einen Ölauslass aufweist, und einer Strahlpumpe, welche eine Mischkammer, eine Treibmittel-Düse, einen Pumpeneinlass und einen Pumpenauslass aufweist, wobei der Pumpeneinlass mit dem Ölauslass des Raums fluidisch verbunden ist.
-
Derartige Verbrennungsmotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei der Verbrennungsmotor üblicherweise einen Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse aufweist, wobei der Zylinderkopf gemeinsam mit dem Kurbelgehäuse mehrere Zylinder begrenzen. In den Zylindern ist jeweils ein Kolben angeordnet. Jeder Kolben ist über einen Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden, wobei die Kurbelwelle in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Zum Ausgleichen von freien Massenkräfte und/oder freien Massenmomenten ist die Kurbelwelle üblicherweise mit mindestens einer Ausgleichswelle drehmomentübertragend verbunden. Derartige freie Massenkräfte und/oder Massenmomente treten im Betrieb des Verbrennungsmotors insbesondere durch die Bewegungen der Kolben und der Pleuel auf und beeinflussen das Laufverhalten und die Laufruhe des Verbrennungsmotors. Die Ausgleichswelle weist mindestens ein exzentrisch angeordnetes Gegengewicht auf, durch welches die auftretenden, freien Massenkräfte und -momente ausgeglichen werden können. Stirnseitig an der Ausgleichswelle ist eine Pumpe angeordnet, welche durch die Ausgleichswelle angetrieben wird. Ein derartiger Verbrennungsmotor wird beispielsweise in der
DE 10 2014 207 071 A1 offenbart.
-
Außerdem ist beispielsweise aus der
DE 20 2013 006 386 U1 eine Ölversorgungsvorrichtung eines Turboladers bekannt, wobei die Ölversorgungsvorrichtung eine Strahlpumpe zum Absaugen des Öls aus dem Turbolader aufweist.
-
Weiterhin offenbart die
DE 101 39 141 A1 ein Trockensumpfsystem für einen Verbrennungsmotor. Das Trockensumpfsystem umfasst eine Pumpeinrichtung zum Absaugen von Öl aus einem Kurbelgehäuse, wobei die Pumpeinrichtung eine Pumpe und eine öldurchströmte, rotierende Hohlwelle aufweist. Durch eine Öffnung in der rotierenden Hohlwelle wird Öl aus dem Kurbelgehäuse abgesaugt, wobei der hierzu erforderliche Unterdruck durch die mit der rotierenden Hohlwelle fluidisch verbundene Pumpe erzeugt wird.
-
Nachteilhaft an derartigen Ausführungen der Verbrennungsmotoren ist, dass die Pumpe den Bauraum des Verbrennungsmotors vergrößert, wobei die zusätzliche Pumpe in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, in welchem der Bauraum aufgrund der vielen Komponenten, insbesondere Anbaukomponenten des Verbrennungsmotors, begrenzt ist.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welcher einen geringen Bauraum aufweist.
-
Dadurch, dass die Mischkammer der Strahlpumpe sich zumindest teilweise durch die Ausgleichswelle erstreckt, wird die Strahlpumpe zumindest teilweise in die Ausgleichswelle integriert und dadurch der Bauraum des Verbrennungsmotors reduziert. Die in die Ausgleichswelle integrierte Mischkammer ist die Komponente der Strahlpumpe, die den größten Bauraum erfordert, wobei die restlichen Komponenten der Strahlpumpe, insbesondere die Treibdüse, nahezu keinen Bauraum erfordern. Dadurch, dass die den Bauraum der Strahlpumpe hauptsächlich bestimmende Mischkammer sich durch die bereits vorhandene Ausgleichswelle erstreckt, ist nahezu kein zusätzlicher Bauraum für die Strahlpumpe erforderlich. Damit kann auf eine einfache und kostengünstige Weise der Bauraum des Verbrennungsmotors reduziert werden.
-
Im Betrieb der Strahlpumpe wird durch die Treibdüse ein Treibmedium mit einer hohen Geschwindigkeit in die Mischkammer eingesprüht. Der Treibstrahl trifft in der Mischkammer auf das Saugmedium und reißt das Saugmedium mit, woraus ein Druckabfall, d.h. eine Saugwirkung, resultiert und das Saugmedium gefördert wird.
-
Weiterhin ist die Mischkammer üblicherweise düsenförmig ausgeführt, wodurch das Treibmittel-Saugmedium-Gemisch beschleunigt wird und damit der dynamische Druck des Gemisches erhöht wird, wobei bei einer Erhöhung des dynamischen Drucks der statische Druck absinkt und dadurch eine Saugwirkung erzielt wird.
-
Vorzugsweise ist die Ausgleichswelle als Hohlkörper ausgeführt und weist einen Hohlraum auf, wobei eine Innenumfangsfläche des Hohlraums zumindest einen Teil der Mischkammer begrenzt. Dadurch, dass die Innenumfangsfläche des Hohlraums die Mischkammer begrenzt, sind keine zusätzlichen Komponenten und zusätzliche Herstellungs- und Montagevorgänge zur Ausbildung der Mischkammer erforderlich, wodurch die Strahlpumpe auf eine einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Mischkammer einen, im Kurbelgehäuse vorgesehenen, ersten Abschnitt und einen, in der Ausgleichswelle vorgesehenen, zweiten Abschnitt auf, wobei die Treibmittel-Düse in dem ersten Abschnitt der Mischkammer angeordnet ist und der Pumpeneinlass am ersten Abschnitt vorgesehen ist. Dadurch können die Treibmittel-Düse und der Pumpeneinlass an einer stillstehenden Komponente, d.h. insbesondere am Kurbelgehäuse, angeordnet werden, wodurch die Montage und die Herstellung der Treibmittel-Düse und des Pumpeneinlasses vereinfacht wird. Weiterhin muss bei einer derartigen Ausgestaltung ausschließlich eine Abdichtstelle zwischen einer stillstehenden Komponente, d.h. dem Kurbelgehäuse, und einer rotierenden Komponente, d.h. der Ausgleichswelle, abgedichtet werden.
-
Vorzugsweise weist das Kurbelgehäuse einen Stutzen auf, welcher stirnseitig in die Ausgleichswelle ragt, wobei in einem Radialspalt zwischen dem Stutzen und der Ausgleichswelle ein Dichtelement angeordnet ist. Dadurch kann eine mögliche Leckagestelle zwischen dem stillstehenden Kurbelgehäuse und der rotierenden Ausgleichswelle einfach, beispielsweise durch einen Radialwellendichtring, abgedichtet werden, wobei der Radialwellendichtring an einer Außenumfangsfläche des Stutzens befestigt ist und mit einer Dichtlippe an der Innenumfangsfläche der rotierenden Ausgleichswelle anliegt.
-
Vorzugsweise weist die Mischkammer einen diffusorartigen Abschnitt auf, wodurch die Saugwirkung verbessert wird. Weiterhin wird eine Ölabscheidung aus einem vorliegenden Gemisch verbessert, wobei die Ölabscheidung dadurch erzielt wird, dass das Öl durch die rotierende Ausgleichswelle, d.h. durch die Mischkammer, geleitet wird und die rotierende Ausgleichswelle nach dem Prinzip eines Fliehkraftabscheiders wirkt.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Pumpenauslass an einer Stirnseite der Ausgleichswelle angeordnet. Dadurch kann der Pumpenauslass einfach und kostengünstig hergestellt werden, indem die Ausgleichswelle über die gesamte Länge als Hohlwelle ausgeführt wird. Dabei wird der Pumpeneinlass an einem ersten Stirnende der Ausgleichswelle angeordnet und der Pumpenauslass an dem entgegengesetzten Stirnende angeordnet.
-
Vorzugsweise ist der Pumpenauslass über eine Ablaufleitung fluidisch mit einem im Kurbelgehäuse vorgesehenen Ölsumpf oder mit einem Öltank des Motor-Ölkreislaufs fluidisch verbunden. Dadurch kann das zur Kühlung und Schmierung der Lagerelemente verwendete Öl wieder dem Motor-Ölkreislauf zugeführt werden.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Ablaufleitung ein Rückschlagventil auf, wodurch ein Rücklauf des Öls von einer Ölsammelstelle, d.h. der Ölwanne oder dem Ölsumpf, in die Strahlpumpe verhindert werden kann und damit ein Volllaufen der Strahlpumpe mit Öl zuverlässig verhindert werden kann.
-
Alternativ weist die Ablaufleitung einen Abschnitt auf, welcher geodätisch über dem Ölsumpf oder über der Ölwanne angeordnet ist, wodurch ebenfalls ein Rücklauf des Öls in die Strahlpumpe verhindert werden kann.
-
Vorzugsweise ist der Öleinlass mit einem Motor-Ölkreislauf fluidisch verbunden. Dadurch erfolgt die Ölversorgung der ölgeschmierten Komponente durch einen bereits vorhandenen Öl-Kreislauf, so dass kein zusätzlicher Öl-Kreislauf erforderlich ist und der Aufwand und die Kosten für einen separaten Öl-Kreislauf entfallen.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Treibmittel-Düse mit dem Motor-Ölkreislauf fluidisch verbunden, so dass das durch den Motor-Ölkreislauf zirkulierende Öl auch als Treibmittel verwendet wird und kein separates Treibmittel und keine zusätzliche Fördereinrichtungen erforderlich sind.
-
Vorzugsweise ist ein Turbolader vorgesehen, welcher ein Turbolader-Gehäuse aufweist, welches in einen Turbinen-Raum, einen Verdichter-Raum und einen Lager-Raum unterteilt ist, wobei in dem Turbinenraum ein Turbinenrad angeordnet ist, im Verdichter-Raum ein Verdichterrad angeordnet ist und im Lager-Raum eine das Turbinenrad und das Verdichterrad verbindende und über Lagerelemente drehbar gelagerte Lagerwelle angeordnet ist, wobei die Lagerwelle in den Turbinen-Raum und in den Verdichter-Raum ragt, wobei die Lagerelemente die ölgeschmierten Komponenten sind und der Lager-Raum einen Öleinlass und einen Ölauslass aufweist.
-
Bei Turboladern können sich Druckverhältnisse einstellen, welche dazu führen, dass Öl ausgehend vom Lager-Raum in den Turbinen-Raum und in den Verdichter-Raum gedrückt wird, so dass Öl ausgehend vom Lager-Raum in den Turbinen-Raum und in den Verdichter-Raum strömt. Daraus resultiert ein erhöhter Ölverbrauch. Des Weiteren können bei anderen Druckverhältnissen Abgase und Luft ausgehend von dem Verdichter- und Turbinen-Raum in den Lager-Raum gedrückt werden, wobei die Luft und die Abgase bei anschließendem Wechsel der Druckverhältnisse gemeinsam mit Öl in den Verdichter- und den Turbinen-Raum gedrückt werden. Die mit dem Ölablauf verbundene Strahlpumpe sorgt dafür, dass im Lager-Raum dauerhaft ein leichter Unterdruck herrscht, wodurch eine Strömung des Öls aus dem Lager-Raum in den Turbinen-Raum und in den Verdichter-Raum verhindert wird, da durch den im Lager-Raum vorliegenden Unterdruck die Strömung immer in Richtung des Lager-Raums gerichtet ist. Dadurch wird im Betrieb dauerhaft eine geringe Menge von Luft und Abgasen ausgehend von dem Verdichter- und dem Turbinen-Raum in den Lager-Raum gesaugt, wobei das Gemisch aus Öl, Luft und Abgasen durch die Pumpe abgeführt wird.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Lager-Raum durch eine Labyrinth-Dichtung zum Verdichter-Raum und/oder zum Turbinenraum abgedichtet. Eine derartige Labyrinth-Dichtung ist verschleißarm, wartungsfrei und temperaturbeständig. Dabei ist an der Lagerwelle eine mitrotierende Dichtscheibe vorgesehen, welche in eine Nut des Turbolader-Gehäuses ragt.
-
Durch eine derartige Ausgestaltung des Verbrennungsmotors kann der Bauraum des Verbrennungsmotors auf eine einfache und kostengünstige Weise reduziert werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, und
- 2 zeigt einen Querschnitt einer Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors aus 1.
-
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Motorgehäuse 12, einem Frischluftpfad 14 und einem Abgaspfad 16. Das Motorgehäuse 12 umfasst ein Kurbelgehäuse 18 und einen an dem Kurbelgehäuse 18 anschließenden Zylinderkopf 20. Das Kurbelgehäuse 18 enthält mehrere Zylinder 22, in denen jeweils ein Kolben 24 hubverstellbar angeordnet ist und welche jeweils einen Brennraum 26 begrenzen. Der Zylinderkopf 20 enthält mehrere Gaswechselventile 28, mit denen das Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Brennraum 26 bzw. das Abführen von Abgas aus dem jeweiligen Brennraum 26 gesteuert wird. Die Steuerung der Gaswechselventile 28 erfolgt üblicherweise mittels einer in der 1 nicht gezeigten Nockenwelle. Im Kurbelgehäuse 20 ist eine Kurbelwelle 30 angeordnet, die mit den Kolben 24 jeweils über einen Pleuel 32 verbunden ist. Die Kurbelwelle 30 ist über eine Kette 35, alternativ durch ein Stirnradgetriebe, mit einer Ausgleichswelle 36 drehmomentübertragend verbunden, wobei die Ausgleichswelle 36 dem Ausgleich von freien Massenkräften und/oder freien Massenmomenten im Betrieb des Verbrennungsmotors dient und über zwei Lagerelemente 100, 102 drehbar am Kurbelgehäuse 18 gelagert ist. Die Ausgleichswelle 36 weist, wie in 2 gezeigt, zwei exzentrisch angeordnete Ausgleichselemente 37, 39 auf.
-
Der Verbrennungsmotor 10 weist außerdem einen Abgasturbolader 34 auf, welcher eine in dem Abgaspfad 16 angeordnete Turbine 38 mit einem Turbinenrad 40 sowie einen in dem Frischluftpfad 14 angeordneten Verdichter 42 mit einem Verdichterrad 44 umfasst. Das Turbinenrad 40 und das Verdichterrad 44 sind über eine gemeinsame Lagerwelle 45 miteinander drehfest verbunden. Der Abgasturbolader 34 umfasst außerdem ein Turbolader-Gehäuse 46 mit einem Turbinen-Raum 50, einem Verdichter-Raum 48 und einen axial zwischen dem Turbinen-Raum 50 und dem Verdichter-Raum 48 angeordneten Lager-Raum 52. Die Lagerwelle 45 ist im Lager-Raum 52 angeordnet und ragt in den Verdichter-Raum 48 und in den Turbinen-Raum 50, wobei jeweils ein Radialspalt zwischen der Lagerwelle 45 und dem Turbolader-Gehäuse 46 durch jeweils eine Labyrinth-Dichtung 57, 59 abgedichtet ist. Die Labyrinth Dichtungen 57, 59 weisen jeweils eine an der Lagerwelle 45 angeordnet Dichtscheibe auf, welche in jeweils eine am Turbolader-Gehäuse 46 ausgebildete Nut eingreifen. Im Lager-Raum 52 sind zwei, als Wälzlager oder Gleitlager ausgeführte Lagerelemente 54, 56 zum drehbaren Lagern der Lagerwelle 45 vorgesehen, wobei die Lagerelemente 54, 56 zwei ölgeschmierte Komponenten sind.
-
Der Verbrennungsmotor 10 weist weiterhin einen Motor-Ölkreislauf 60 auf, welcher zum Schmieren unterschiedlicher Komponenten des Verbrennungsmotors 10 dient. Hierzu umfasst der Motor-Ölkreislauf 60 ein Ölreservoir 62, welches durch einen Ölsumpf 63 im Kurbelgehäuse 18 ausgeführt ist. Ferner umfasst der Motor-Ölkreislauf 60 eine Ölpumpe 64, welche das Öl durch Schmierölleitungen 66, 68 zu unterschiedlichen Stellen fördert. Die Schmierölleitung 68 ist fluidisch mit einem Öleinlass 53 an den Abgasturbolader 34 bzw. an den Lager-Raum 52 angeschlossen, um die ölgeschmierten Lagerelemente 54, 56 mit Öl zu versorgen. Das Öl sorgt dabei einerseits für einen Schmierölfilm an den Lagerelementen 54, 56 und andererseits für eine Kühlung der Lagerelemente 54, 56. Ausgehend vom Lager-Raum 52 wird das überschüssige und abtropfende Öl über einen Ölauslass 55 und eine Rückführleitung 70 mittels einer Pumpe 72 in den Ölsumpf 63 zurückgefördert.
-
Die Pumpe 72 ist als Strahlpumpe ausgeführt. 2 zeigt eine derartige Strahlpumpe 72, wobei die Strahlpumpe 72 eine Mischkammer 74 und eine Treibmittel-Düse 76 aufweist.
-
Erfindungsgemäß erstreckt sich die Mischkammer 74 der Strahlpumpe 72 zumindest abschnittsweise durch die Ausgleichswelle 36. Die Mischkammer 74 weist einen ersten Abschnitt 92 und einen an den ersten Abschnitt 92 anschließenden, zweiten Abschnitt 96 auf, wobei der erste Abschnitt 92 im Kurbelgehäuse 18 angeordnet ist und der zweite Abschnitt 96 in der Ausgleichswelle 36 angeordnet ist. In dem ersten Abschnitt 92 der Mischkammer 74 ist die Treibmittel-Düse 76 angeordnet und ein Pumpeneinlass 78 vorgesehen, wobei die Treibmittel-Düse 76 am Kurbelgehäuse 18 befestigt ist und der Pumpeneinlass 78 durch einen Ölkanal im Kurbelgehäuse 18 gebildet ist. Der Pumpeneinlass 78 ist über die Rückführleitung 70 mit dem Ölauslass 55 des Abgasturboladers 34 fluidisch verbunden. Die Treibmittel-Düse 76 ist mit der Schmierölleitung 68 des Motor-Ölkreislaufs 60 fluidisch verbunden, so dass als Treibmittel auch das Öl aus dem Motor-Ölkreislauf 60 verwendet wird. Der zweite Abschnitt 96 der Mischkammer 74 wird durch eine Innenumfangsfläche 84 eines Hohlraums 82 begrenzt, wobei die Ausgleichswelle 36 als Hohlkörper ausgeführt ist und den Hohlraum 82 aufweist. Der zweite Abschnitt 96 weist einen düsenartigen Unterabschnitt 97 und einen diffusorartigen Unterabschnitt 98 auf, wobei an einem dem düsenartigen Unterabschnitt 97 abgewandten Axialende des diffusorartigen Unterabschnitt 98 ein Pumpenauslass 80 vorgesehen ist. Der Pumpenauslass 80 ist über eine Ablaufleitung 81, welche einen Abschnitt der Rückführleitung 70 bildet, mit dem Ölsumpf 63 fluidisch verbunden. Die Ablaufleitung 81 weist entweder ein Rückschlagventil 104 oder einen geodätisch oberhalb des Ölsumpfs 63 angeordneten Abschnitt 110 auf. Durch das Rückschlagventil 105 oder den Abschnitt 110 wird verhindert, dass Öl aus dem Ölsumpf 63 in die Strahlpumpe 72 zurückströmt.
-
Die Kopplung zwischen dem ersten Abschnitt 92 und dem zweiten Abschnitt 96 erfolgt über einen am Kurbelgehäuse 18 vorgesehenen Stutzen 90, welcher in die Ausgleichswelle 36 eingreift. Im einem Radialspalt zwischen der Innenumfangsfläche 84 und dem Stutzen 90 ist ein Dichtelement 94 angeordnet.
-
Durch eine derartige Ausgestaltung der Strahlpumpe 72 wird der Bauraum des Verbrennungsmotors 10 reduziert, da die Strahlpumpe 72 durch die Integration in die Ausgleichswelle 36 nahezu keinen zusätzlichen Bauraum erfordert.
-
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 können sich beim Abgasturbolader 34 Druckverhältnisse einstellen, welche dazu führen, dass Öl ausgehend vom Lager-Raum 52 in den Turbinen-Raum 50 und/oder in den Verdichter-Raum 48 gedrückt wird, so dass Öl ausgehend vom Lager-Raum 52 in den Turbinen-Raum 50 und in den Verdichter-Raum 48 strömt. Daraus resultiert ein erhöhter Ölverbrauch. Des Weiteren können bei anderen Druckverhältnissen Abgase und Luft ausgehend von dem Verdichter- und Turbinen-Raum 48, 50 in den Lager-Raum 52 gedrückt werden, wobei die Luft und die Abgase bei anschließendem Wechsel der Druckverhältnisse gemeinsam mit Öl in den Verdichter- und den Turbinen-Raum 48, 50 gedrückt werden. Die mit dem Ölauslass 55 verbundene Strahlpumpe 72 bewirkt, dass im Lager-Raum 52 dauerhaft ein leichter Unterdruck herrscht, wodurch eine Strömung des Öls aus dem Lager-Raum 52 in den Turbinen-Raum 50 und in den Verdichter-Raum 48 verhindert wird, da durch den im Lager-Raum 52 vorliegenden Unterdruck die Strömung immer in Richtung des Lager-Raums 52 gerichtet ist. Dadurch wird im Betrieb dauerhaft eine geringe Menge von Luft und Abgasen ausgehend von dem Verdichter- und dem Turbinen-Raum 48, 50 in den Lager-Raum 52 gesaugt, wobei das Gemisch aus Öl, Luft und Abgasen durch die Strahlpumpe 72 abgeführt wird.
-
Dadurch, dass die Mischkammer 74 abschnittsweise rotiert, findet eine Ölabscheidung nach dem Prinzip eines Fliehkraftabscheiders statt, wobei das Öl sich an der Innenumfangsfläche 84 absetzt und die aus dem Lager-Raum 52 abgesaugten Abgase und Luft zentral aus dem Pumpenauslass 80 strömen. Ausgehend vom Pumpenauslass 80 wird das Öl über die Abführleitung 81 zum Ölsumpf 63 geführt und die Abgase und die Luft ins Kurbelgehäuse eingeleitet.
-
Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Es können beispielsweise die Ausgleichswelle 36 oder der Turbolader 34 anders ausgeführt werden. Anderenfalls kann eine derartige in die Ausgleichswelle 36 zumindest teilweise integrierte Strahlpumpe 72 auch zur Absaugung eines Schmier- oder Kühlmittels an einer anderen Komponente des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen werden.
