DE102004031281B4 - Vorrichtung zum Rückführen von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen in den Verbrennungsraum einer aufgeladenen Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Rückführen von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen in den Verbrennungsraum einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei – eine direkt oder über den Zylinderkopf mit dem Kurbelgehäuse verbundene Rückführleitung (20, 23) vorhanden ist, die stromab des Ladeluftverdichters (2) in die Ladeluftleitung (3) mündet, – in der Rückführleitung (20, 23) ein Verdichter (15, 15', 15'') angeordnet ist, der die Kurbelgehäuseentlüftungsgase von dem Kurbelgehäuse in die Ladeluftleitung (3) fördert, – in der Rückführleitung (20, 23) eine den Unterdruck im Kurbelgehäuse begrenzende Einrichtung (19) angeordnet ist, – die Brennkraftmaschine (1) wenigstens ein von der Kurbelwelle (11) der Brennkraftmaschine (1) angetriebenes Nebenaggregat (13, 24, 24') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (13, 24, 24') zum Antrieb des Verdichters (15, 15', 15'') eine während des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) permanent umlaufende Antriebswelle (14, 29, 30) aufweist, die drehmomentschlüssig mit der Antriebswelle (14', 29', 30') des Verdichters (15, 15', 15'') verbunden ist.

Description

• Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Rückführen von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen in den Verbrennungsraum einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.
• Bei Brennkraftmaschinen besteht das Problem, dass durch die nie vollständig abdichtenden Kolbenringe beim Verdichtungs- und Verbrennungsvorgang sogenannte Blow-by-Gasen in das Kurbelgehäuse gelangen, wo sie sich mit einem feinen Öl-Nebel vermischen und zu einem Überdruck im Kurbelgehäuse führen, der abgebaut werden muss. Besonders ausgeprägt ist das Problem bei Diesel-Brennkraftmaschinen durch die hohe Verdichtung und den hohen Verbrennungsdruck. Da die Kurbelgehäuseentlüftungsgase erheblich mit Schadstoffen, wie Verbrennungsgasen, teilweise umverbrannten Kraftstoffanteilen und dem bereits angesprochenen Öl-Nebel belastet sind, können diese nicht in die Umgebung abgelassen werden. Es hat sich zur Beseitigung der erwähnten schädlichen Bestandteile durchgesetzt, die Kurbelgehäuseentlüftungsgase über einen Ölabscheider dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zuzuführen um sie zu verbrennen. Das entstehende Abgas wird anschließend im Abgasreinigungssystem gereinigt und in die Atmosphäre entlassen.
• Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen tritt bei Verwendung dieses Systems zur Absaugung der Kurbelgehäuseentlüftungsgase das weitere Problem auf, dass die Druckverhältnisse im Ansaugtrakt es erforderlich machen, entweder die Kurbelgehäuseentlüftungsgase stromauf des Ladeluftverdichters der Ansaugluft zuzuführen, was aber im Ladeluftverdichter wegen der herrschenden hohen Temperaturen zu Verkokungen durch die in den Entlüftungsgasen enthaltenen Ölrückstände führt oder, wie in der DE 36 04 090 A1 beschrieben, die Entlüftungsgase mittels eines eigenen, vergleichsweise kühlen Verdichters auf ein Druckniveau zu bringen, das eine Zuführung stromab des Ladeluftverdichters erlaubt.
• Die letztgenannte Lösung vermeidet zwar das Problem der Verkokung des Ladeluftverdichters, hat jedoch den Nachteil, dass für den eigenen Verdichter ein Antrieb erforderlich wird. Dieser Antrieb kann ein eigener elektrischer Antrieb sein, was aber die Konstruktion verteuert, oder der Antrieb muss von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgeleitet werden. Die den eigenen Antrieb einsparende Ableitung des Verdichterantriebes von der Kurbelwelle wirft aber einerseits erhebliche Platzprobleme auf, weil bei Brennkraftmaschinen, insbesondere im Fahrzeugbau, eine Vielzahl von Nebenaggregaten von der Kurbelwelle anzutreiben sind und führt andererseits zu tiefgreifenden Änderungen in der Getriebekette der Nebenaggregate, wodurch eine solche Lösung ebenfalls teuer und für eine nachträgliche Integration in bestehende Motorenkonzepte wenig geeignet ist.
• Weiter ist aus der DE 100 43 796 A1 eine Vorrichtung zum Rückführen von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen in den Verbrennungsraum einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Verdichter bzw. eine Pumpeinrichtung an eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angeflanscht ist und von der Nockenwelle angetrieben wird.
• Aus der DE 199 09 885 A1 ist eine Wärmepumpenanordnung mit einem Verdichter bekannt, wobei der Verdichter von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die US 6 112 707 A betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Luftkompressor, der vorverdichtete Luft vom Kurbelgehäuse des Motors erhält. Die DE 40 32 591 A1 betrifft einen Hubkolbenmotor mit V-förmig angeordneten Zylinderreihen, bei dem die Lichtmaschine zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet ist. Die DE 1 027 935 B betrifft eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit liegenden Zylindern und einem Radialgebläse, das von einem Spiralgehäuse umgeben ist, wobei ein Gebläseläufer als Doppelläufer ausgebildet ist.
• Ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, eine einfache, platzsparende und nachträglich ohne großen Aufwand in bestehende Motorenkonzepte integrierbare Lösung für die Absaugung der Kurbelgehäuseentlüftungsgase zu finden.
• Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung geht von der Überlegung aus, das Antriebsmoment für den Verdichter nicht von der Getriebekette für die Nebenaggregate, sondern von einem Nebenaggregat, das zum Antrieb des Verdichters eine während des Betriebs der Brennkraftmaschine permanent umlaufende Antriebswelle aufweist, abzuleiten, indem von der Antriebswelle des Nebenaggregates eine drehmomentschlüssige Verbindung zur Antriebswelle des Verdichters geschaffen wird. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird in vorteilhafter Weise jeder Eingriff in die Getriebekette der Nebenaggregate vermieden und gleichzeitig die konstruktive Änderung in Bereiche verlegt, wo genügend Platz vorhanden ist.
• Für die Ableitung des Antriebsmomentes zum Antreiben des Verdichters kommen im Prinzip alle Nebenaggregate in Frage, wobei zu beachten ist, dass diese mit unterschiedlichen Antriebsdrehzahlen arbeiten. Es kann daher erforderlich sein, als drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle des Nebenaggregates und der Antriebswelle des Verdichters ein Getriebe vorzusehen, das die Drehzahl an die für den Antrieb des Verdichters erforderliche Drehzahl anpasst.
• Entspricht die Antriebsdrehzahl des Verdichters der Drehzahl der Antriebswelle des Nebenaggregates, ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine koaxiale Verbindung zwischen beiden Antriebswelle zu schaffen oder diese in weitergehend vorteilhafter Weise einstückig auszuführen.
• Es ist weiterhin für die Kopplung von Vorteil, das Nebenaggregat und den Verdichter auf einem gemeinsamen Träger anzuordnen oder, was den Montageaufwand vorteilhaft minimiert, für das Nebenaggregat und den Verdichter ein gemeinsames Gehäuse vorzusehen.
• Als Nebenaggregat, von dessen Antriebswelle das Drehmoment für den Verdichter abgenommen wird, eignet sich besonders die Lichtmaschine, weil deren Drehzahl in dem Drehzahlbereich liegt, der auch für den Verdichter in Frage kommt. Eine Integration beider Aggregate, also der Lichtmaschine und des Verdichters für die Kurbelgehäuseentlüftungsgase, in ein Gehäuse und der Antrieb beider Aggregate über eine gemeinsame Antriebswelle ist somit realisierbar, Hinzu kommt, dass im Bereich der Lichtmaschine üblicherweise genügend Platz ist, um das entsprechend größere Gehäuse einer derartigen integrierten Baueinheit unterzubringen.
• Weitere Nebenaggregate von denen das Antriebsmoment vorteilhaft ableitbar ist, sind die Pumpe für den Kühlmittelkreislauf und die Pumpe für den Ölkreislauf. Beide Aggregate bieten ein weitgehend konstantes Temperaturniveau und laufen, ebenso wie die Lichtmaschine, konstant um. Für die Drehzahlanpassung kann ein Getriebe erforderlich sein, daß die Drehzahl an die notwendige Antriebsdrehzahl des Verdichters für die Kurbelgehäuseentlüftungsgase anpasst.
• Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung
• 2 eine erste alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung
• 3 eine zweite alternative Ausführungsform der erfindungemäßen
• Vorrichtung in schematischer Darstellung
• In 1 ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, der mittels eines Ladeluftverdichters in Form eines Turboladers 2 über eine Ladeluftleitung 3, von der die Ansaugkrümmer 4 abzweigen, verdichtete Luft zugeführt wird. Angetrieben wird der Turbolader 2 von den Verbrennungsgasen der Brennkraftmaschine 1, die über die Auspuffkrümmer 5 und die Auspuffsammelleitung 6 auf das Turbinenrad 7 des Turboladers 2 gelangen, das über eine gemeinsame Welle 8 mit dem Verdichterrad 9 des Turboladers 2 verbunden ist und dieses antreibt. In der Ladeluftleitung 3 ist ein Ladeluftkühler 10 angeordnet, der die durch den Verdichtungsvorgang heiße Ladeluft abkühlt.
• Die Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine 1 treibt über eine Getriebeanordnung 12 die in 1 durch zwei mit einer gestrichelten Linie verbundene Getrieberäder dargestellt ist, eine Vielzahl von Nebenaggregaten, wie Kühlmittelpumpe, Schmiermittelpumpe, Lenkhilfepumpe, Lichtmaschine usw. sowie Motorenkomponenten, wie Nockenwellen usw. an. Von den genannten Aggregaten und Komponenten ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die Lichtmaschine 13 dargestellt.
• Die Antriebswelle 14 der Lichtmaschine 13 ist einstückig mit der Antriebswelle 14' einer Gaspumpe 15 ausgebildet, die für die Kurbelgehäuseentlüftung sorgt. Dabei sind die Lichtmaschine 13 und die Gaspumpe 15 in einem gemeinsamen Gehäuse 16 angeordnet, das neben den Lichtmaschinenanschlüssen (nicht dargestellt) einen ersten Anschluss 17 für die Zuführung der Kurbelgehäuseentlüftungsgase und einen zweiten Anschluss 18 zum Abführen der verdichteten Kurbelgehäuseentlüftungsgase aufweist. Der erste Anschluss 17 steht mit einer Regeleinrichtung 19 in Verbindung, die ihrerseits über eine erste Leitung 20 mit dem Inneren des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist und über eine zweite Leitung 21 eine Verbindung zum Luftansaugrohr 22 des Turboladers 2 aufweist. Der zweite Anschluss 18 ist über eine dritte Leitung 23 mit der Ladeluftleitung 3 an einem Punkt verbunden, der stromab des Verdichterrades 9 des Turboladers 2 und stromauf des Ladeluftkühlers 10 liegt.
• Ist die Brennkraftmaschine in Betrieb, treibt diese über die Kurbelwelle 11 und die Getriebekette 12 die Antriebswelle 14 der Lichtmaschine 13 bzw. der Gaspumpe 15 kontinuierlich an, so dass, geregelt über die Regeleinrichtung 19, ein Gemisch aus Frischluft und Kurbelgehäuseentlüftungsgasen permanent von der Gaspumpe 15 über ihren ersten Anschluss 17 angesaugt, verdichtet und über ihren zweiten Anschluss 18 sowie die dritte Leitung 23 der Ladeluftleitung 3 zugeführt wird. Über diese gelangt das Gemisch dann in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine 1.
• Die Regeleinrichtung 19 hat dabei die Aufgabe den durch das Absaugen der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in der ersten Leitung 20 und damit im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 entstandenen Unterdruck auf einem konstanten Niveau zu halten. Es kann sich bei der Regeleinrichtung 19 um eine auf den Unterdruck in der ersten Leitung 20 ansprechende Drossel handeln, die bei zunehmendem Unterdruck eine Verbindung zur zweiten Leitung 21 öffnet, wodurch der Unterdruck im Kurbelgehäuse weitgehend konstant bleibt.
• Wie am vorstehend beschriebenen Beispiel gezeigt, lässt sich ein eigener Antrieb für die Gaspumpe einsparen, indem diese mit der Lichtmaschine in einem Gehäuse zusammengefasst wird und beide Aggregate mittels einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben werden. Die Erfindung ist aber natürlich nicht auf diese Kombination Lichtmaschine und Gaspumpe begrenzt. In 2 ist in schematischer Darstellung eine Anordnung gezeigt, bei der ein Nebenaggregat 24, das in der gleichen Weise wie zu 1 beschrieben von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angetrieben wird, über ein Getriebe 25 mit der Gaspumpe 15' gekoppelt ist. Nebenaggregat 24 und Gaspumpe 15' sind dabei hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse 16' angeordnet, das Getriebe 25 liegt dazwischen, wird von der Antriebswelle 29 des Nebenaggregates 24 angetrieben und treibt über die Antriebswelle 29' die Gaspumpe 15'. Eine solche Anordnung wird man dann wählen, wenn einerseits eine Übersetzung der Drehzahl erforderlich ist und andererseits die Baulänge der Anordnung keine Platzprobleme aufwirft.
• Eine Anordnung die anderen Prämissen folgt zeigt in schematischer Darstellung 3. Dort ist ein in der bereits beschriebenen Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenes Nebenaggregat 24' vorgesehen, das auf seiner Antriebswelle 30 ein drehfest mit dieser verbundenes Getrieberad 26 aufweist. Das Getrieberad 26 kämmt mit einem Antriebsritzel 27, das drehfest auf der Antriebswelle 30' der Gaspumpe 15'' gelagert ist. Die Gaspumpe 15'' und das Nebenaggregat 24' sind dabei mit ihren Antriebswellen 30, 30' parallel auf einen gemeinsamen Träger 28 fest angeordnet. Eine Anordnung der in 3 gezeigten Art wird dort zur Anwendung kommen, wo der verfügbare Bauraum in der Länge begrenzt bzw. dort wo in der Breite ausreichend Bauraum vorhanden ist.
• Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich selbstverständlich mit dem Fachmann zugänglichem Fachwissen auf vielfältige Weise ausgestalten, ohne den grundlegenden erfinderischen Gedanken zu verlassen, es kommt diesen Ausführungsformen deshalb nur Beispielcharakter zu.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Rückführen von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen in den Verbrennungsraum einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei – eine direkt oder über den Zylinderkopf mit dem Kurbelgehäuse verbundene Rückführleitung (20, 23) vorhanden ist, die stromab des Ladeluftverdichters (2) in die Ladeluftleitung (3) mündet, – in der Rückführleitung (20, 23) ein Verdichter (15, 15', 15'') angeordnet ist, der die Kurbelgehäuseentlüftungsgase von dem Kurbelgehäuse in die Ladeluftleitung (3) fördert, – in der Rückführleitung (20, 23) eine den Unterdruck im Kurbelgehäuse begrenzende Einrichtung (19) angeordnet ist, – die Brennkraftmaschine (1) wenigstens ein von der Kurbelwelle (11) der Brennkraftmaschine (1) angetriebenes Nebenaggregat (13, 24, 24') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (13, 24, 24') zum Antrieb des Verdichters (15, 15', 15'') eine während des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) permanent umlaufende Antriebswelle (14, 29, 30) aufweist, die drehmomentschlüssig mit der Antriebswelle (14', 29', 30') des Verdichters (15, 15', 15'') verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (29, 30) des Nebenaggregates (24, 24') über ein Getriebe (25, 26, 27) mit der Antriebswelle (29', 30') des Verdichters (15', 15'') verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (14) des Nebenaggregates (13) koaxial mit der Antriebswelle (14') des Verdichters (15) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (14) des Nebenaggregates (13) einstückig mit der Antriebswelle (14') des Verdichters (15) ausgeführt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (24') und der Verdichter (15'') auf einem gemeinsamen Träger (28) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (13, 24) und der Verdichter (15, 15') in einem gemeinsamen Gehäuse (16, 16') angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat die Lichtmaschine (13) ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat die Wasserpumpe ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat die Ölpumpe ist.

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