DE10053096B4

DE10053096B4 - Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10053096B4
Application number: DE2000153096
Authority: DE
Inventors: Andreas Stanglmeir; Kurt Schreyer; Klaus Mayinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: DE10053096A1

Abstract

Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses (1) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mittels eines druckgesteuerten Ventils (7), wobei das Ventil (7) ortsfest in einer Trennwand (6), die den Innenraum des Kurbelgehäuses (1) in eine oberen Raum (8), der der Kurbelraum ist und einen unteren Raum (9) aufteilt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine eine Einzylinder- oder Zweizylinder-Boxer-Brennkraftmaschine ist und das Ventil (7) die einzige gasführende Verbindung zwischen dem oberen (8) und dem unteren Raum (9) darstellt und der obere Raum (8) einen niedrigeren mittleren Luftdruck als der untere Raum (9) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der JP-8-158847 A bekannt. In dieser Schrift ist eine Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine mit einem druckgesteuerten Ventil zur Entlüftung des Kurbelgehäuses beschrieben. Das Ventil ist ortsfest in einer Trennwand angeordnet, die den Innenraum des Kurbelgehäuses in einen oberen Raum und einen unteren Raum aufteilt. Der obere Raum ist hierbei der Kurbelraum. Diese Anordnung stellt sicher, dass bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine keine Ölverschäumung auftritt, da das Öl durch das druckgesteuerte Ventil aus dem oberen Raum in den unteren Raum abfließen kann. Der obere Raum und der untere Raum weisen ein annähernd gleiches Druckniveau auf, da beim Betrieb der Brennkraftmaschine der obere Raum ein nahezu konstantes Volumen aufweist, d. h. bewegt sich ein erster Kolben aufwärts, dann bewegt sich zeitgleich ein zweiter Kolben abwärts.

Um eine höhere Leistungs-, bzw. Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine zu erzielen ist es wünschenswert, im oberen Raum den Luftdruck abzusenken.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Absenken des Luftdrucks im oberen Raum eine Leistungs-, bzw. Drehmomentsteigerung der Brennkraftmaschine zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Anordnung hat für eine Einzylinder- oder Zweizylinder-Boxer-Brennkraftmaschine die vorteilhafte Wirkung, dass durch das Ventil der gewünschte Unterdruck im oberen Raum, durch Ableitung der blow-by-Gase vom oberen Raum in den unteren Raum, erzeugt wird. Dies führt aufgrund der verringerten Luftwiderstände, denen die Kolben, die Pleuels und die Kurbelwelle ausgesetzt sind, zu der gewünschten Leistungs- und Drehmomenterhöhung.

Zur Lösung der Aufgabe können alle gängigen Einwege-Ventile eingesetzt werden, die sowohl für den Temperaturbereich als auch für die mechanische Belastung ausgelegt sind. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines druckgesteuerten Ventils. Dieses muss nicht durch aktive Stellglieder kurbelwellensynchron geöffnet und geschlossen werden, was wiederum Leistungsverluste zur Folge hätte, sondern öffnet selbsttätig aufgrund der aktuell vorherrschenden Druckverhältnisse zwischen dem oberen und dem unteren Raum.

Sinnvollerweise wird das druckgesteuerte Ventil entsprechend derart ausgelegt, dass es öffnet, sobald im oberen Raum ein geringer Überdruck gegenüber dem unteren Raum herrscht. Sobald der Druck im oberen Raum unter den Druck im unteren Raum abfällt, schließt das Ventil selbsttätig und der Unterdruck bleibt im oberen Raum erhalten. Somit ist gewährleistet, dass die bei jedem Kolbenhub anfallende blow-by-Gasmenge bedarfsgerecht aus dem oberen Raum in den unteren Raum abgeführt wird.

Ferner fungiert der untere Raum in Verbindung mit dem Ventil als Dämpfungselement für die durch die Kolbenbewegung verursachten Luftdruckpulsationen. Aufgrund der Integrationswirkung auf die Druckschwankungen im Gas werden kaum Druckschwankungen an das Schmiermittelsystem überfragen. Somit ist permanent eine druckschwankungsfreie Schmiermittelversorgung für die gesamte Brennkraftmaschine gesichert.

Die Aufteilung in einen oberen und einen unteren Raum bewirkt ferner eine Verringerung der Schmiermittelmenge im oberen Raum, der gleichzeitig Kurbelraum ist. Somit wird eine Schmiermittelverschäumung im oberen Kurbelraum vehindert, da Kurbelwelle und Pleuel nicht im Schmiermittel bewegt werden. Das im unteren Raum gesammelte Schmiermittel kann sich dort, ohne von bewegten Maschinenbauelementen ständig aufgeschäumt zu werden, beruhigen. Außerdem kann das aus den Kurbelwellenlagern austretende Schmiermittel allein durch die Schwerkraft in den unteren Raum abfließen und das gesammelte Schmiermittel ist von dem bewegten Kurbeltrieb räumlich getrennt. Dies hat den Vorteil, dass sich nur die bei der Schmierung von Kurbelwelle und Pleuel durch Leckagen in den Lagern abgegebene Schmiermittelmenge im oberen Raum, bis zu dessen Abfuhr in den unteren Raum, befindet. Hierdurch entstehen keine Reibverluste durch die Kurbelwelle und der Pleuels an dem Schmiermittel. Dies führt ebenso wie die Druckverminderung im oberen Raum zu einer Leistungs- und Drehmomenterhöhung der Brennkraftmaschine.

Im Folgenden ist die Erfindung in einer Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse 1 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern 2, 2' in Boxeranordnung. Boxeranordnung bedeutet, dass die Zylinder einen Winkel von 180° gegeneinander einschließen und sich die Kolben gleichläufig bewegen, das heißt sie bewegen sich gleichzeitig in Richtung oberen Totpunkt oder unteren Totpunkt. Der obere Totpunkt bezeichnet die Kolbenstellung bei der der Abstand eines Kolbens vom Zylinderkopf minimal ist, beim unteren Totpunkt ist er maximal. Zentral im Kurbelgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle 3 angeordnet. Zwei Kolben 4, 4' sind über zwei Pleuels 5, 5' mit der Kurbelwelle 3 verbunden. Eine Trennwand 6 teilt den Innenraum des Kurbelgehäuses 1 in einen oberen Raum 8 und einen unteren Raum 9. Der obere Raum 8 und der untere Raum 9 sind über ein Ventil 7, welches in der Trennwand 6 angeordnet ist, miteinander verbunden.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine dreht sich die Kurbelwelle in eine Drehrichtung 14. Hierbei werden die Kolben 4, 4', ausgehend von der dargestellten Lage über die Pleuels 5, 5' in die von Richtung zwei Brennräumen 10, 10' gedrückt. Die Brennräume 10, 10' sind gegenüber dem Kurbelgehäuse 1 von Kolbenringen 11, 11', die radial um die Kolben 4, 4' angeordnet sind, abgedichtet. Alle Lager des Kurbeltriebes, hier nicht dargestellt, werden über eine ebenfalls nicht dargestellte zentrale Schmiermittelversorgung mit einem Schmiermittel 13 versorgt. Wenn die Kolben 4, 4' den oberen Totpunkt überschritten haben, bewegen sie sich in Richtung unteren Totpunkt und die im oberen Raum 8 eingeschlossene Luft wird komprimiert. Das Ventil 7, hier ein druckgesteuertes Einwege-Ventil, öffnet sich sobald der Gasdruck im oberen Raum 8 größer als im unteren Raum 9 ist. Dreht sich die Kurbelwelle 3 weiter, so bewegen sich die Kolben wieder in Richtung oberen Totpunkt. Dadurch wird das Gas im oberen Raum 8 expandiert und der Gasdruck im oberen Raum 8 nimmt wieder ab. Ist der Gasdruck im oberen Raum 8 kleiner als im unteren Raum 9, schließt das Ventil 7 wieder.
Anstelle eines druckgesteuerten Einwege-Ventils wie einem Hub- oder Kugel-Ventil, können grundsätzlich alle Arten von Einwege-Ventilen verwendet werden, auch gesteuerte Ventile, wie beispielsweise Drehschieber-Ventile.
Vor dem Start der Hubkolben-Brennkraftmaschine herrscht im gesamten Kurbelgehäuse 1 der Umgebungsluftdruck. Nach dem Start, wenn sich die Kolben 4, 4' wie bereits beschrieben dem unteren Totpunkt nähern, wird Gas aus dem oberen Raum 8 durch das geöffnete Ventil 7 in Strömungsrichtung 12 in den unteren Raum 9 gepumpt. Werden die Kolben 4, 4' dann in Richtung oberer Totpunkt bewegt, schließt sich das Ventil 7 wieder und im oberen Raum 8 herrscht ein Unterdruck gegenüber dem unteren Raum 9. Im Verbrennungstakt sorgt der Verbrennungsdruck in den Brennräumen 10, 10' dafür, dass blow-by-Gase aus den Brennräumen 10, 10' an den Kolbenringen 11, 11' vorbei in den oberen Raum 8 strömen. Dies reduziert den Unterdruck im oberen Raum 8 wieder. Bei der nächsten Gaskompression im oberen Raum 8 generiert nun nur noch die blow-by-Gasmenge den nötigen Überdruck gegenüber dem unteren Raum 9 um das Ventil 7 zu öffnen, damit diese in den unteren Raum 9 gepumpt werden. Während des Betriebs der Hubkolben-Brennkraftmaschine stellt sich im oberen Raum 8 ein für jeden Betriebspunkt anderer, annähernd konstanter Unterdruck ein.
Der gesamte Kurbeltrieb, bestehend aus Kurbelwelle, Pleuel und Lagern, wird von einer zentralen Schmiervorrichtung mit dem Schmiermittel 13 versorgt. Über die Lagerstellen entweichen geringe Mengen Schmiermittel 13 in den oberen Raum 8. Dieses Schmiermittel 13 sammelt sich auf der Trennwand 6 und wird bei jeder Öffnung des Ventils 7 in den unteren Raum 9 durch das geöffnete Ventil 7 hinausgeblasen. Im unteren Raum 9, in dem eine Schmiermittelauffangwanne 15 integriert ist, wird das Schmiermittel 13 aufgefangen, beruhigt und der zentralen Schmiervorrichtung wieder zugeführt. Da sich auch im unteren Raum 9 ein annähernd konstanter Gasdruck einstellt, werden Druckschwankungen in der zentralen Schmiermittelversorgung vermieden. Darüber hinaus tritt in dem unteren Raum 9 keine Schmiermittelverschäumung auf, da der Kurbeltrieb im oberen Raum 8 angeordnet ist.
Die hier dargestellte Erfindung ist nicht nur für Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit Zylindern in Boxeranordnung geeignet, sondern für jegliche Art von Hubkolben- Brennkraftmaschinen, in deren Kurbelgehäuse größere Druckschwankungen auftreten. Hierunter fallen beispielsweise auch sämtliche 1-Zylinder-Motoren, wie sie vor allem im Motorradbau häufig anzufinden sind. Darüber hinaus lässt sich die Erfindung noch in unzähligen weiteren Varianten realisieren, ohne dass hierbei der patentrechtlich geschützte Raum der Erfindung verlassen wird.

1: Kurbelgehäuse
2, 2': Zylinder
3: Kurbelwelle
4, 4': Kolben
5, 5': Pleuel
6: Trennwand
7: Ventil
8: Oberer Raum
9: Unterer Raum
10, 10': Brennraum
11, 11': Kolbenring
12: Strömungsrichtung
13: Schmiermittel
14: Drehrichtung
15: Schmiermittelauffangwanne

Claims

Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses (1) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mittels eines druckgesteuerten Ventils (7), wobei das Ventil (7) ortsfest in einer Trennwand (6), die den Innenraum des Kurbelgehäuses (1) in eine oberen Raum (8), der der Kurbelraum ist und einen unteren Raum (9) aufteilt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine eine Einzylinder- oder Zweizylinder-Boxer-Brennkraftmaschine ist und das Ventil (7) die einzige gasführende Verbindung zwischen dem oberen (8) und dem unteren Raum (9) darstellt und der obere Raum (8) einen niedrigeren mittleren Luftdruck als der untere Raum (9) aufweist.
Vorrichtung nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das druckgesteuerte Ventil öffnet, wenn die Druckkraft auf die Ventilfläche im oberen Raum (8) größer als im unteren Raum (9) ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberen Raum (8) eine mit einem Schmiermittel (13) geschmierte Kurbelwelle (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem unteren Raum (9) eine Schmiermittelauffangwanne (15) integrierbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ventil (7) zur Schmiermittelabfuhr aus dem oberen Raum (8) in den unteren Raum (9) vorgesehen ist.