EP1709307B1 - Kühlmittelpumpenanordnung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kühlmittelpumpenanordnung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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EP1709307B1
EP1709307B1 EP04803697A EP04803697A EP1709307B1 EP 1709307 B1 EP1709307 B1 EP 1709307B1 EP 04803697 A EP04803697 A EP 04803697A EP 04803697 A EP04803697 A EP 04803697A EP 1709307 B1 EP1709307 B1 EP 1709307B1
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pump
coolant
combustion engine
internal combustion
camshaft
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Georg Emmersberger
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F01P5/12—Pump-driving arrangements

Definitions

  • the invention relates according to the preamble of claim 1, a coolant pump assembly for a camshaft comprehensive engine of a motor vehicle having a pump housing and a pump shaft with a pump impeller end arranged.
  • Such a water pump arrangement shows and describes, for example, the DE 199 41 891 A1 according to which the water pump has a pump housing formed of a pump body and a pump cover, which is connected to the crankcase of the internal combustion engine.
  • the pump shaft is accommodated and rotatably mounted in a shaft support section.
  • the Wellenstützanites in this case has one three times the pump shaft diameter corresponding length and is lubricated oil for lubrication, wherein the lubricating oil is supplied by means of an oil feed opening from the crankcase.
  • a seal is then axially provided on the shaft support portion.
  • This water pump assembly builds due to the pump shaft support and additionally due to the axially subsequent to this seal very long, which can be disadvantageous especially when using the internal combustion engine in a motorcycle depending on the installation position.
  • long coolant hoses are required to connect the water pump.
  • the invention is therefore the object of an initially mentioned coolant pump assembly with respect to a compact, short-built internal combustion engine, in particular for use in a motorcycle, at the same time simple and easy to maintain construction, educate.
  • the object is achieved by the features of claim 1, wherein the underlying idea comprises the substantially flying bearing of the pump shaft by means of a angeord Neten within the engine bearing.
  • the bearing is arranged inside the internal combustion engine in the cylinder head or in the crankcase.
  • the pump shaft is non-rotatable and coaxial with a driving them. Camshaft connected.
  • the water pump speed and thus the pump power are so directly dependent on the engine speed, the pump shaft according to another embodiment, the middle or directly from another motor shaft can be driven.
  • the pump shaft is supported by means of the last camshaft bearing arranged adjacently to the pump arrangement.
  • the last camshaft bearing is at the same time a bearing element for the pump shaft carrying the pump impeller.
  • a seal in particular a mechanical seal
  • the mechanical seal is designed like a pipe section and seals with its radially inner surface against the pump shaft. With its radially outer surface, the seal is supported on the inner radius of a receptacle on the pump housing on the one hand and centering on the inner radius of a receptacle on the crankcase on the other.
  • the pump shaft is hollow and the camshaft has a thread at its end.
  • the pump shaft is centered on the camshaft inside or outside.
  • FIG. 1 shows a coolant pump assembly 100 for an internal combustion engine of a motor vehicle, not shown here, in this case a four-cylinder in-line engine for a motorcycle.
  • the coolant pump arrangement 100 is connected to the front side of the cylinder head 102 of the internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is installed transversely to the direction of travel, so that the individual cylinders are inclined side by side with the head obliquely forward. In the direction of travel, the coolant pump arrangement 100 is accordingly arranged to the left.
  • the filling of the cylinder takes place through inlet ports 150, 152, 154, 156 from above, while the combustion exhaust gases are discharged obliquely downwards / forwards; Accordingly, the intake camshaft for actuating the intake valves 158, 160, 162, 164 is up.
  • the coolant pump arrangement 100 comprises an intake stub 168 through which coolant, for example cooling water, is drawn via the thermostat 166 of the radiator 170.
  • the coolant is supplied to the water jacket, with a division of the coolant flow into a main flow for cooling the cylinder head 102 and a partial flow for cooling the crankcase. If cooling of the internal combustion engine, for example, during the warm-up phase, (still) is not required, the coolant flows in accordance with a flow control due to the thermostat position bypassing the radiator 170 directly via the short-circuit pipe 174 back to the suction nozzle 168. Only when a predetermined temperature is reached that Thermostat 166 from the short-circuit current, so that the suction nozzle 168 is acted upon by the inclusion of the cooler 170 via the line 176.
  • FIG. 2 A detailed view of a coolant pump arrangement 200 for an internal combustion engine of a motor vehicle is with FIG. 2 shown in section.
  • the coolant pump arrangement 200 is connected to the front side of the cylinder head 202 of the internal combustion engine and sucks through a suction nozzle 222 to coolant, the pressure side of the radial pump is denoted by 226.
  • the camshaft 202 comprises the cylinder head shell-like bearings, which receive the camshafts. The bearings are closed by means not shown bearing bridges.
  • the end last, the cam 224 adjacent bearing 220 of the intake camshaft 204 is shown.
  • the coolant pump shaft 206 Coaxially with the camshaft 204, the coolant pump shaft 206 is connected. A screw through the hollow coolant pump shaft 206 in a thread 228 at the camshaft end ensures a frictional connection between pump impeller 218, pump shaft 206 and camshaft 204. Centering of the pump shaft 206 takes place on the inside or alternatively on the outside of the camshaft.
  • the Coolant pump housing 214 is provided with a standard pressed-in mechanical seal 212 and bolted to cylinder head 202, the housing of mechanical seal 212 being for centering on the camshaft bearing axis in cylinder head 202. To the coolant pump housing 214, the coolant pump cover 216 is connected. The cylinder-head-side oil-tightness is achieved by means of a pressed between coolant pump bearing cap 210 and cylinder head 202 shaft seal 208.
  • the cam 224 adjacent bearing 220 of the intake camshaft 204 is also a bearing element for the cantilevered pump shaft 206, which carries the pump impeller 218.
  • a separate storage of the pump shaft 206 is thus unnecessary, so that the overall length of the internal combustion engine can be significantly reduced. This is a significant improvement, especially in the case of a four-cylinder in-line installed in a motorcycle. Due to the compact dimensions and the associated low projection area in the direction of travel, special advantages with regard to aerodynamics, fuel consumption, acceleration and top speed result. Furthermore, required space, weight and cost are reduced.

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Description

  • Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Kühlmittelpumpenanordnung für eine Nockenwellen umfassende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Pumpengehäuse und einer Pumpenwelle mit einem endseitig angeordneten Pumpenlaufrad.
  • Üblicherweise erfolgt die notwendige Kühlung von Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinen mittels eines in einem Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels, wie Wasser, welches in zu kühlenden Bereichen Wärme aufnimmt und diese über Wärmetauscher an anderer Stelle wieder abgibt; zur Umwälzung des Kühlmittels sind Pumpen vorgesehen.
  • Eine derartige Wasserpumpenanordnung zeigt und beschreibt beispielsweise die DE 199 41 891 A1 , derzufolge die Wasserpumpe ein aus einem Pumpenkörper und einer Pumpenabdeckung gebildetes Pumpengehäuse aufweist, welches mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Pumpengehäuse ist die Pumpenwelle aufgenommen und in einem Wellenstützabschnitt drehbar gelagert. Der Wellenstützanschnitt weist dabei eine dem Dreifachen des Pumpenwellendurchmessers entsprechende Länge auf und ist zur Schmierung ölbeaufschlagt, wobei das Schmieröl mittels einer Ölzuführöffnung aus dem Kurbelgehäuse zugeführt wird. Zur Abdichtung des Pumpenraumes ist axial an den Wellenstützabschnitt anschließend eine Dichtung vorgesehen.
  • Diese Wasserpumpenanordnung baut aufgrund der Pumpenwellentagerung und zusätzlich bedingt durch die an diese axial anschließende Dichtung sehr lang, was insbesondere bei einem Einsatz der Brennkraftmaschine in einem Kraftrad je nach Einbaulage nachteilig sein kann. Zudem sind zum Anschluss der Wasserpumpe lange Kühlmittelschläuche erforderlich.
  • Eine Brennkraftmaschine mit einer Motorwelle, welche möglichit viele für die Funktion des Motors relevante Bauteile aufnehmen soll, ist in der DE 199 45 948 A1 gezeigt und beschrieben. Diese Motorwelle nimmt neben Massenausgleichsgewichten endseitig ein Pumpenrad zur Kühlmittelumwälzung auf, wobei das Wasserpumpengehäuse abhängig von der Anordnung der Motorwelle im Kurbelgehäuse oder im Zylinderkopf integriert ist.
  • Eine derartige Integration der Wasserpumpenanordnung in das Kurbelgehäuse oder den Zylinderkopf bedingt eine sehr aufwändige Konstruktion beispielsweise mit T-Stoß am Zylinderkopft, Spezialdichtung und/oder Zusatzlager, eine besondere Zylinderkopfbearbeitung ist erforderlich, zudem ist eine Entkoppelung der Pumpenanordnung nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Kühlmittelpumpenanordnung in Hinblick auf eine kompakte, kurz bauende Brennkraftmaschine, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftrad, bei gleichzeitig einfachem und wartungsfreundlichem Aufbau, weiterzubilden.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der zugrundeliegende Gedanke die im wesentlichen fliegende Lagerung der Pumpenwelle mittels eines innerhalb der Brennkraftmaschine angeord neten Lagers umfasst. Erfindungsgemäß ist das Lager innerhalb der Brennkraftmaschine im Zylinderkopf oder im Kurbelgehäuse angeordnet.
  • Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist die Pumpenwelle drehfest und koaxial mit einer sie antreibenden. Nockenwelle verbunden. Die Wasserpumpendrehzahl und somit auch die Pumpenleistung sind so unmittelbar abhängig von der Brennkraftmaschinendrehzahl, wobei die Pumpenwelle einem anderen Ausführungsbeispiel zufolge auch mittel- oder unmittelbar von einer anderen Motorwelle antreibbar sein kann.
  • Erfindungsgemäß erfolgt eine Lagerung der Pumpenwelle mittels des der Pumpenanordnung benachbart angeordneten letzten Nockenwellenlagers. In dem Fall ist das letzte Nockenwellenlager zugleich Lagerelement für die das Pumpenlaufrad tragende Pumpenwelle.
  • Sehr bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher zwischen Pumpengehäuse und Pumpenwelle eine Dichtung, insbesondere eine Gleitringdichtung, angeordnet ist, mittels welcher zugleich eine Zentrierung erfolgt. Die Gleitringdichtung ist rohrabschnittsartig ausgestaltet und dichtet mit ihrer radial inneren Fläche gegen die Pumpenwelle. Mit ihrer radial äußeren Fläche stützt sich die Dichtung am Innenradius einer Aufnahme am Pumpengehäuse einerseits und zentrierend am Innenradius einer Aufnahme am Kurbelgehäuse andererseits ab.
  • Als sehr zweckmäßig wird es angesehen, wenn zur Festlegung von Pumpenlaufrad und Pumpenwelle an der Nockenwelle mittels einer Schraubverbindung die Pumpenwelle hohl ausgebildet ist und die Nockenwelle endseitig ein Gewinde aufweist. Die Pumpenwelle zentriert sich dabei an der Nockenwelle innen oder außen.
  • Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren, ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert dabei zeigen schematisch und beispielhaft
    • Figur 1
    eine Kühlmittelpumpenanordnung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie
    Figur 2
    eine Detailansicht einer Kühlmittelpumpenanordnung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs im Schnitt.
  • Figur 1 zeigt eine Kühlmittelpumpenanordnung 100 für eine hier nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, vorliegend einen Vierzylinder-Reihenmotor für ein Motorrad. Die Kühlmittelpumpenanordnung 100 ist stirnseitig mit dem Zylinderkopf 102 der Brennkraftmaschine verbunden, wobei die Brennkraftmaschine quer zur Fahrtrichtung eingebaut ist, so dass die einzelnen Zylinder nebeneinander, mit dem Kopf schräg nach vorne geneigt liegen. In Fahrtrichtung ist die Kühlmittelpumpenanordnung 100 demgemäss links angeordnet. Die Befüllung der Zylinder erfolgt durch Einlassstutzen 150, 152, 154, 156 von oben, während die Verbrennungsabgase schräg nach unten/vorne abgeführt werden; Entsprechend liegt die Einlassnockenwelle zur Betätigung der Einlassventile 158, 160, 162, 164 oben.
  • Die Kühlmittelpumpenanordnung 100 umfasst einen Saugstutzen 168, durch welchen Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, über das Thermostat 166 des Kühlers 170 angesaut wird. Im Bereich 172 wird das Kühlmittel dern Wassermantel zugeführt, wobei eine Aufteilung des Kühlmittelstromes in einen Hauptstrom zur Kühlung des Zylinderkopfes 102 und ein Teilstrom zur Kühlung des Kurbelgehäuses erfolgt. Falls eine Kühlung der Brennkraftmaschine, beispielsweise während der Warmlaufphase, (noch) nicht erforderlich ist, strömt das Kühlmittel entsprechend einer Vorlaufregelung aufgrund der Thermostatstellung unter Umgehung des Kühlers 170 direkt über den Kurzschlussstutzen 174 wieder zum Saugstutzen 168. Erst bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur regelt das Thermostat 166 den Kurzschlussstrom ab, so dass der Saugstutzen 168 unter Einbeziehung des Kühlers 170 über die Leitung 176 beaufschlagt wird.
  • Eine Detailansicht einer Kühlmittelpumpenanordnung 200 für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist mit Figur 2 im Schnitt dargestellt. Die Kühlmittelpumpenanordnung 200 ist stirnseitig mit dem Zylinderkopf 202 der Brennkraftmaschine verbunden und saugt durch einen Saugstutzen 222 Kühlmittel an, die Druckseite der Radialpumpe ist mit 226 bezeichnet. Zur Lagerung der Nockenwellen umfasst der Zylinderkopf 202 schalenartige Lagerstellen, welche die Nockenwellen aufnehmen. Die Lager werden geschlossen mittels hier nicht dargestellten Lagerbrücken. In der Figur ist das endseitig letzte, dem Nocken 224 benachbarte Lager 220 der Einlassnockenwelle 204 gezeigt.
  • Mit der Nockenwelle 204 ist koaxial die Kühlmittelpumpenwelle 206 verbunden. Eine Schraube durch die hohle Kühlmittelpumpenwelle 206 in einem Gewinde 228 am Nockenwellenende sorgt dabei für einen Kraftschluss zwischen Pumpenlaufrad 218, Pumpenwelle 206 und Nockenwelle 204. Eine Zentrierung der Pumpenwelle 206 erfolgt wie vorliegend an der Nockenwelle innen oder alternativ außen. Das Kühlmittelpumpengehäuse 214 ist mit einer eingepressten Standard-Gleitringdichtung 212 versehen und mit dem Zylinderkopf 202 verschraubt, wobei das Gehäuse der Gleitringdichtung 212 zur Zentrierung zur Nockenwellenlagerachse im Zylinderkopf 202 dient. Mit dem Kühlmittelpumpengehäuse 214 ist der Kühlmittelpumpendeckel 216 verbunden. Die zylinderkopfseitige Öldichtigkeit wird mittels eines zwischen Kühlmittelpumpenlagerdeckel 210 und Zylinderkopf 202 eingepressten Wellendichtrings 208 erreicht.
  • Das endseitig letzte, dem Nocken 224 benachbarte Lager 220 der Einlassnockenwelle 204 ist gleichzeitig Lagerelement für die fliegend gelagerte Pumpenwelle 206, welche das Pumpenlaufrad 218 trägt. Eine gesonderte Lagerung der Pumpenwelle 206 erübrigt sich somit, so dass die Baulänge der Brennkraftmaschine erheblich verringert werden kann. Insbesondere bei einem quer in ein Motorrad eingebauten Reihen-Vierzylinder stellt dies eine wesentliche Verbesserung dar. Aufgrund der kompakten Abmessung und der damit einhergehenden geringen Projektionsfläche in Fahrtrichtung ergeben sich besondere Vorteile hinsichtlich Aerodynamik, Verbrauch, Beschleunigung und Endgeschwindigkeit. Ferner werden erforderlicher Bauraum, Gewicht und Kosten verringert. Insbesondere aufgrund der Einbau lage quer und schräg nach vorne geneigt kann eine Verbindung zwischen Kühler und unmittelbar dahinter angeordnetem Zylinderkopf 202 bzw. Kühlmittelpumpe mittels sehr kurzer Schläuche erfolgen. Neben den genannten Vorteilen ergeben sich auch Vorteile in Bezug auf das Design.

Claims (3)

  1. Kühlmittelpumpenanordnung (100, 200) für eine mehrfach gelagerte Nockenwellen (204) umfassende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Pumpengehäuse (214) und einer Pumpenwelle (206) mit einem endseitig angeordneten Pumpenlaufrad (218), dadurch gekennzeichnet, dass Pumpenwelle (206) koaxial mit einer Nockenwelle (204) verbunden ist, sodass die Pumpenwelle (206) mittels eines der Pumpenanordnung (100, 200) benachbart angeordneten letzten Nockenwellenlagers (220) im wesentlichen fliegend gelagert ist.
  2. Kühlmittelpumpenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pumpengehäuse (214) und Pumpenwelle (206) eine Dichtung (212) angeordnet ist, mittels welcher zugleich eine Zentrierung erfolgt.
  3. Kühlmittelpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung von Pumpenlaufrad (218) und Pumpenwelle (206) an der Nockenwelle (204) mittels einer Schraubverbindung die Pumpenwelle (206) hohl ausgebildet ist und die Nocken welle (204) endseitig ein Gewinde (228) aufweist.
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