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Die
Erfindung betrifft eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung einer Brennkraftmaschine
zum Ableiten von Blow-By-Gasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
der
DE 24 32 782 A1 ist
eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
von Brennkraftmaschinen bekannt, mit einer vom Kurbelgehäuse zum
Ansaugsystem führenden
Entlüftungsleitung,
wobei die Mündungsstelle
der Entlüftungsleitung
am Ansaugsystem elektrisch beheizbar ist.
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Rohrleitungssysteme,
die fluide Medien transportieren, müssen bei tiefen Temperaturen
vor Auskühlung
geschützt
werden, um ein Einfrieren des Mediums zuverlässig zu verhindern. Insbesondere im
Bereich der Kurbelgehäuseentlüftung von
Hubkolbenmotoren besteht die Gefahr der Vereisung in dort vorhandenen
Rohrleitungssystemen. Beim Betrieb von Hubkolbenmotoren treten Gase,
sogenannte Blow-By-Gase, aus dem Brennraum über den Bereich zwischen Kolben
bzw. Kolbenringen in den Kurbelraum. Die Durchblasegase vermischen
sich im Kurbelraum mit Motoröl,
das dort u. a. in Form von Ölnebel
vorhanden ist. Die Pumpbewegung der Kolben setzt diese Öldämpfe und
Gase unter Druck. Zum Schutz der Umwelt muss ein Entweichen dieser Gase
verhindert werden. In einem herkömmlichen Kurbelgehäuseentlüftungssystem
werden die mit Öl vermischten
Blow-By-Gase aus dem Kurbelraum über
einen oder mehrere Kanäle
an die höchste
Stelle des Motors, üblicherweise
der Zylinderkopf, geleitet. Die Einleitung der Gase erfolgt im Zylinderkopf
an einer oder mehreren spritzölgeschützten Stellen.
Es erfolgt die Ölabscheidung,
d. h. die Trennung des von den Blow-By-Gasen aufgenommenen Motoröls. Die von Öl gereinigten
Blow-By-Gase werden dann an einer Stelle, z. B. vor der Drosselklappe,
dem Ansaugsystem des Motors zugeführt. Bei noch nicht betriebswarmem
Motor enthalten die Durchblasegase Kraftstoffdämpfe und Wasserdampf, so dass
die Gefahr einer Vereisung besteht. Eine defekte, verstopfte oder
vereiste Entlüftung
führt zu
einem großen
Druck im Kurbelgehäuse,
der das Schmieröl
aus den Dichtungen (z. B. an Kurbelwelle, Ölwanne oder aus der Öffnung für den Ölmeßstab) drückt. Es
entsteht ein großer Ölverlust,
der zu Motorschäden
und zu Umweltbelastungen führt.
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Ferner
ist aus der
DE 101
63 780 A1 eine Entgasungseinrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Kolbenmotors
bekannt, bei der die Entgasungsleitung bei ausgeschaltetem Kolbenmotor
mittels eines elektrisch betätigbaren
Sperrventils gesperrt wird. Um die Vereisung des Sperrventils bzw.
der Entgasungsleitung zu verhindern, ist das Sperrventil mit einer
elektrischen Heizeinrichtung ausgestattet.
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Um
jegliche Eisbildung im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine bei
tiefen Temperaturen zu vermeiden, ist weiterhin aus der
DE 103 26 881 A1 eine
Brennkraftmaschine mit einem Ansaugsystem bekannt, bei der zusätzlich zur
beheizten Drosselklappe eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung
der Entlüftungsleitung
vorgesehen ist.
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Nachteilig
bei in der Praxis bekannten Systemen, die ein Einfrieren der Kurbelgehäuseentlüftung mittels
elektrischer Beheizung verhindern, ist die Verwendung eines zusätzlichen
Heizaggregates, welches außerdem
den Stromhaushalt des Kraftfahrzeugs belastet.
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Des
Weiteren ist in der
EP
03 02 438 A1 eine Vorrichtung zum Entlüften des Gehäuses von
Einspritz-Brennkraftmaschinen beschrieben, bei der eine an das Maschinengehäuse angeschlossene Entlüftungsleitung
an einer Stelle stromauf zur Drosselklappe mit dem Leitungssystem
für die
Ansaugluft in Verbindung steht. Um zu vermeiden, dass an der Drosselklappe
bzw. an den benachbarten Wandungen bei tieferen Temperaturen Eisbildung,
hervorgerufen durch Kondensate aus der Entlüftungsleitung, auftritt, weist
der Klappenstutzen für
die Drosselklappe bzw. ein benachbartes Leitungsteil einen Wärmetauscher
auf.
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Um
bei extrem niedrigen Außentemperaturen
Funktionsbeeinträchtigungen
oder Ausfälle
der Kurbelgehäuseentlüftung zu
vermeiden, ist gemäß der
DE 197 17 040 A1 zur
Schaffung einer thermisch leitenden Verbindung mit motorbetriebswarmen
Bauteilen eine Drossel als Teil der Entlüftungsleitung im Bereich einer
mit dem Zylinderkopf in Kontakt stehenden, wärmeleitenden Metallhülse angeordnet.
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Der
Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereitstellung
einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
der eingangs genannten Art zugrunde, welche mit vergleichsweise
geringem technischen Aufwand, ohne den Stromhaushalt eines Kraftfahrzeugs
zu belasten, realisierbar ist und welche die vorgenannte Vereisungsgefahr
wirksam verhindert.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
einer Brennkraftmaschine zum Ableiten von Blow-By-Gasen aus einem Ölabscheider
und zum Einleiten in eine Reinluftleitung weist gemäß Anspruch
1 Mittel zum Aufwärmen
einer Einleitungsstelle in die Reinluftleitung auf, wobei die Aufwärmmittel eine
an den Kühlmittel-
oder Schmierölkreislauf
der Brennkraftmaschine angeschlossene und innerhalb eines Hohlraums
der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
bis zur Einleitungsstelle verlaufende und von dort zurückgeführte Zirkulationsleitung
umfasst. Durch die Verwendung des bereits in der Brennkraftmaschine
vorhandenen Kühlmittel-
oder Schmierölkreislaufs
ergeben sich in günstiger
Weise Einsparungen. Zum einen entfällt eine aufwendige elektrische
Beheizung des Anschlußstutzens,
da die vorhandene Wärme
der Brennkraftmaschine gezielt zur Erwärmung des Stutzens genutzt
wird, zum anderen können
daher der Leitungssatz und das Steuergerät der Brennkraftmaschine vereinfacht
werden. Ferner wird in der Folge als ein weiterer Vorteil der Stromhaushalt
des Kraftfahrzeugs nicht belastet.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist die Zirkulationsleitung
an der Einleitungsstelle mit der Reinluftleitung und/oder der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
fest verbunden.
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Bei
einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Kurbelgehäuseentlüftungsleitung erfolgt die feste Verbindung
mittels Klemmung, Verlöten,
Verschweißen
oder Verschrauben. Der hier zwischen Zirkulationsleitung und Anschlußstutzen
geschaffene Wärmeübergang
verhindert in vorteilhafter Weise gezielt ein Vereisen der Einleitungsstelle
und damit einen Druckanstieg im Kurbelraum.
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Gemäß einer
Weiterbildung nach Anspruch 4 ist der Durchfluss eines Mediums in
der Zirkulationsleitung mittels eines Thermostaten regelbar.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
sind Gegenstand der Unteransprüche
und der Beschreibung.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung
weiter beschrieben. In dieser zeigt auf schematische Weise
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftungsleitung,
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2 einen
Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftungsleitung,
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3 einen
Querschnitt durch eine Reinluftleitung mit Einleitungsstelle,
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4 eine
bevorzugte Ausführung
einer wärmeleitenden
Zirkulationsleitung mit Mündungsstutzen,
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5 ein
Wärmemanagement
einer Kurbelgehäuseentlüftung.
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1 zeigt
eine von einem Ölabscheider 2 abzweigende
Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 1, welche
an ihrem Ende über
einen Anschlußstutzen 3 in
eine nicht dargestellte. Reinluftleitung einmündet. Die in der Entlüftungsleitung 1 befindliche
nicht gezeigte fluidführende
Zirkulationsleitung ist über
einen temperaturgeregelten Bypass 4 mit einem vorderen Abschlußdeckel 5' an einer Zylinderkopfhaube 5 verbunden.
Hierdurch erfolgt der Anschluß der
fluidführenen
Zirkulationsleitung bevorzugt an den bereits vorhandenen Kühlmittel-
oder Schmierölkreislauf
der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt). Die Durchströmung des
Bypass 4 findet nur bei niedrigen Aussentemperaturen statt,
wobei die Regelung des Durchflusses mittels eines nicht gesondert
dargestellten Thermostaten erfolgt.
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2 zeigt
einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 1 mit
einer fluidführenden Zirkulationsleitung 6,
die bis in den Anschlußstutzen 3 hineinreicht.
Als Werkstoffe für
den Anschlußstutzen 3 und
die Zirkulationsleitung 6 können Metalle oder Metall-Legierungen, wie
z. B. Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Messing etc., Einsatz finden.
Durch geeignete Materialauswahl und Massenverteilung lässt sich
die Wärmeleitung
gezielt steuern, beispielsweise durch die Verwendung eines massiven
Anschlußstutzens 3 aus
Kupfer als Energiespeicher. Der Kupferstutzen 3 leitet
die Wärme
direkt an die kritische Stelle, an der die Entlüftungsgase auf die Frischluft
treffen. Hier besteht bei tiefen Temperaturen Einfriergefahr.
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Die 3 zeigt
einen Querschnitt durch eine Reinluftleitung 7, in den
die in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 1 befindliche
fluidführende
Zirkulationsleitung 6 bis an den zu beheizenden oder zu
kühlenden
Anschlußstutzen 3 in
den Reinluftbereich 7 der Ansaugleitung des Motors geführt ist.
Durch die erfindungsgemäße Aufwärmung oder
Beheizung der temperaturkritischen Einleitungsstelle 8 für insbesondere
Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase
in den Reinluftbereich 7 der Ansaugleitung des Motors wird
ein Einfrieren der Einleitstelle 8 bei tiefen Außentemperaturen
wirksam verhindert. Darüber
hinaus kann auch eine Kühlung
der Einleitstelle 8 verwirklicht werden.
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Die 4 zeigt
eine bevorzugte Ausführung einer
wärmeleitenden
Zirkulationsleitung 6 mit Anschlußstutzen 3. Die Ausgestaltung
des Anschlußstutzens 3 und
der Zirkulationsleitung 6 in Größe, Form und Wandstärke sind
weitestgehend beliebig. Die Befestigung der Zirkulationsleitung 6 an
ihrem dem Stutzen 3 zugewandten Ende kann z. B. mittels Löten, Schweißen, Klemmen,
Schrauben oder anderen geeigneten, die Wärmeleitung zulassenden Verbindungsmöglichkeiten
erfolgen. Durch diese feste Verbindung der Zirkulationsleitung 6 mit
dem Anschlußstutzen 3 ist
der Wärmeübergang
gewährleistet
und verhindert somit in vorteilhafter Weise das Zufrieren der Einleitungsstelle 8.
In 5 ist schematisch vereinfacht das Wärmemanagement
einer Kurbelgehäuseentlüftung dargestellt.
Beim Betrieb von Hubkolbenmotoren treten Gase, sogenannte Blow-By-Gase,
aus dem nicht gesondert dargestellten Brennraum über den Bereich zwischen Kolben bzw.
Kolbenringen in den Kurbelraum 9 des Zylinderkurbelgehäuses 10.
Die Blow-By-Gase enthalten neben unverbrannten Kraftstoffanteilen
das ganze Spektrum an Emissionen wie das Abgas. Der Anteil der Kohlenwasserstoff-Konzentration in
den Blow-By-Gasen kann, abhängig
vom Lastzustand des Motors, ein Vielfaches der in den Abgasen enthaltenen
HC-Konzentration betragen. Die Blow-By-Gase vermischen sich im Kurbelraum 9 mit Motoröl, das dort
u. a. in Form von Ölnebel
vorhanden ist. Durch die motorlastabhängige Menge der Blow-By-Gase
und durch die translatorische Kolbenbewegung entsteht ein drehzahlabhängiger Überdruck
im Kurbelraum 9 unterhalb der Kolben 11. Da der
Kurbelraum 9 über
Kanäle
für Ölrücklauf 23,
Kurbelgehäuseentlüftung 1 und
einen optional vorhandenen Kettenschacht 12 mit dem Zylinderkopf 13 bzw.
-haube verbunden ist, liegt der Überdruck
auch an diesen Stellen im Motorinneren an.
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Die
mit Öl
vermischten Blow-By-Gase werden aus dem Kurbelraum 9 über einen
oder mehrere Kanäle,
dargestellt durch Pfeile (siehe Legende), an die höchste Stelle
des Motors, üblicherweise
der Zylinderkopf 13, geleitet. Die Einleitung der Gase
erfolgt im Zylinderkopf 13 an einer oder mehreren, nur
schematisch dargestellten, spritzölgeschützten Stellen 13'. Im sogenannten
Abscheideraum 14 des Ölabscheiders,
der hier bevorzugt außerhalb
des Motors angeordnet ist, erfolgt die Ölabscheidung, d. h. die Trennung
des von den Blow-By-Gasen
aufgenommenen Motoröls.
Der Ölabfluß (dargestellt
durch Pfeile, siehe Legende) zur Ölwanne 9' geschieht über eine Ölrücklaufleitung 23,
die ein Rückfließen des Öls in den
Kurbelraum 9 realisiert. Die weitgehend motorölfreien
Blow-By-Gase (dargestellt
durch Pfeile, siehe Legende) werden über die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 1 in
Richtung Reinluftleitung 7 geführt. Hierbei werden die an
der in der Entlüftungsleitung 1 befindlichen
fluidführenden
Zirkulationsleitung 6 vorbeiströmenden Gase, wobei die Zirkulationsleitung 6 hier
bevorzugt mit einem bereits vorhandenen Kühlmittel- oder Schmierölkreislauf 15 des
Motors verbunden ist, mittels Konvektion und/oder Wärmeleitung
aufgewärmt.
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Der
Kühlmittel-
oder Schmierölkreislauf 15 enthält vorzugsweise
noch einen Ausgleichsbehälter 17.
Wie hier schematisch gezeigt, reicht die Zirkulationsleitung 6 bis
in den Anschlußstutzen 3 für die Reinluftleitung 7 hinein
und ist mit diesem fest verbunden; durch entsprechende Wärmeleitung
wird auch der Anschlußstutzen 3 erwärmt. Durch
das Vorerwärmen
der Blow-By-Gase und des Anschlußstutzens 3 wird vor
allem eine durch das Vorhandensein von Wasserdampf bei noch nicht
betriebswarmem Motor bedingte Eisbildung insbesondere an der Einleitungsstelle 8,
die mit kalter Frisch-/Reinluft in Kontakt steht, verhindert. Eine
derartige Heizung bzw. Kühlung
ist einfach zu realisieren und wegen des zur Verfügung stehenden
Heiz-/Kühlmediums
kostengünstig.
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Die über einen
Luftfilter 17 und einen Heißfilmluftmassenmesser 18 angesaugte
Frisch-/Reinluft wird vermischt mit den Blow-By-Gasen anschließend über einen
Verdichter 19 eines Abgasturboladers (ATL), einen Ladeluftkühler 20 und
eine Ladeluftverteilung 21 in die Ansaugleitung 22 einer
Brennkraftmaschine geführt.
Die Abgase der Brennkraftmaschine werden über eine Turbine 24 des
ATL und über
eine Abgasnachbehandlungseinheit 25 in die Atmosphäre geleitet.