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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfhaube für eine Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, die mit einer Ölnebelabscheideanlage ausgestattet ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Zylinderkopfhaube ausgestattete Brennkraftmaschine.
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Im Betrieb einer Brennkraftmaschine führen sogenannte Blowby-Gase zu einem Druckanstieg im Kurbelgehäuse bzw. im Zylinderkopf. Um eine Beschädigung der Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist es üblich, die Blowby-Gase aus dem Zylinderkopf bzw. aus dem Kurbelgehäuse abzuführen und in den Saugtrakt der Brennkraftmaschine rückzuführen. Im Betrieb der Brennkraftmaschine entsteht außerdem im Kurbelgehäuse und im Zylinderkopf Ölnebel, der von den Blowby-Gasen mitgeführt wird. Wenn der Ölnebel mit dem Blowby-Gas ungehindert in den Saugtrakt der Brennkraftmaschine gelangen würde, so hätte dies einen unnötig hohen Ölverbrauch sowie die Gefahr von Beschädigungen der Brennkraftmaschine und nachteiligen Emissionswerten zur Folge. Um dies zu vermeiden, werden Ölnebelabscheideanlagen eingesetzt, die bei der Rückführung der Blowby-Gase den mitgeführten Ölnebel abscheiden und das abgeschiedene Öl in das Kurbelgehäuse bzw. in den Zylinderkopf zurückführen.
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Aus der
DE 198 20 384 A1 ist eine Ölnebelabscheideeinrichtung bekannt, die in einer Zylinderkopfhaube angeordnet ist. Die bekannte Ölnebelabscheideeinrichtung ist als Labyrinthabscheider ausgestaltet und weist einen Kanal auf, in dem Strömungsschikanen labyrinthartig angeordnet sind. Der Kanal umfasst einen Kanaleintritt, der zum Zylinderkopf hin offen ist, sowie einen Kanalaustritt, der mit einem Saugrohr der Brennkraftmaschine, also mit einer Drucksenke verbunden ist. Des Weiteren weist der Kanal zwei Ölrückläufe auf, die an tiefliegenden Stellen des Kanals angeordnet sind und jeweils einen zu einem Siphon geformten Rücklaufkanal aufweisen. Die siphonartigen Rücklaufkanäle sind an ihrem Austrittsende nach oben, also entgegen der Schwerkraftrichtung offen. Durch die siphonartigen Rücklaufkanäle kann im Betrieb der Ölnebelabscheideeinrichtung abgeschiedenes Öl zunächst den jeweiligen Siphon füllen und am Kanalaustritt überlaufen und anschließend in den Zylinderkopf abtropfen. Im Betrieb der Ölnebelabscheideeinrichtung ist der jeweilige Siphon gefüllt, so dass die Rücklaufkanäle von den Blowby-Gasen nicht durchströmbar sind. Auf diese Weise kann eine Falschansaugung von Blowby-Gasen durch die Rücklaufkanäle unter Umgehung des Labyrinths vermieden werden. Der hierzu erforderlich Aufwand ist jedoch relativ groß, da die siphonartigen Rücklaufkanäle separat hergestellt werden müssen.
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Eine gattungsgemäße Zylinderkopfhaube ist aus der
JP 2000 -
045 749 A bekannt. Sie kennzeichnet sich dadurch, dass der Ölrücklauf einen Rücklaufkanal aufweist, der bei am Zylinderkopf montierter Zylinderkopfhaube in der Schwerkraftrichtung offen ist, dass der Ölrücklauf einen größeren Strömungswiderstand aufweist als der Kanaleintritt, und dass der Rücklaufkanal vom Kanal zu einer Rücklauföffnung führt, die in einer sich im Wesentlichen senkrecht zur Schwerkraftrichtung erstreckenden Öffnungsebene liegt.
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Weitere Zylinderkopfhauben mit integrierter Ölnebelabscheideeinrichtung sind aus der
DE 102 47 041 A1 und der
JP 2000 -
038 915 A bekannt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine mit einer Ölnebelabscheideanlage ausgestattete Brennkraftmaschine einen Weg aufzuzeigen, der insbesondere eine kompakte und/oder preiswerte Bauweise der Ölnebelabscheideanlage ermöglicht, wobei außerdem eine verbesserte Leistungsfähigkeit erzielt werden soll.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Ölnebelabscheideeinrichtung, die in eine Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine integriert ist, den wenigstens einen Ölrücklauf mit einem Rücklaufkanal auszustatten, der in der Schwerkraftrichtung offen ist, wobei der Ölrücklauf bzw. alle Ölrückläufe gemeinsam mit einen größeren Strömungswiderstand ausgestaltet sind als der Kanaleintritt. Auf diese Weise ist es möglich, den Rücklaufkanal einstückig an einem entsprechenden Kanalkörper und/oder an der Zylinderkopfhaube auszubilden. Bei dieser Bauweise wird zwar in Kauf genommen, dass grundsätzlich Falschströmungen unter Umgehung des Kanaleintritts entstehen können, durch die gezielte Dimensionierung des Strömungswiderstands durch den oder die Ölrückläufe wird jedoch der Anteil einer derartigen Falschströmung sehr stark reduziert. Durch die vorgeschlagene Bauweise kann die Ölnebelabscheideeinrichtung besonders preiswert realisiert werden. Des Weiteren eignet sich eine derartige Ölnebelabscheideeinrichtung in besonderer Weise zur Verwendung als Vorabscheider, dem ein Hauptabscheider nachgeordnet ist. Zum einen benötigt dieser Ölnebelabscheider aufgrund seiner Integration in die Zylinderkopfhaube keinen zusätzlich Bauraum und zum andern kommt es bei einem Vorabscheider nicht auf eine besonders hohe Effektivität an, so dass insbesondere Falschströmungen akzeptabel sein können. Mit Hilfe des Vorabscheiders kann jedoch die Leistungsfähigkeit des Hauptabscheiders und somit der gesamten Ölnebelabscheideanlage signifikant verbessert werden.
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Erfindungsgemäß führt der Rücklaufkanal zu einer Rücklauföffnung, wobei eine Wand des Rücklaufkanals zumindest in einem bis zur Rücklauföffnung reichenden Abschnitt durch einen Abschnitt der Zylinderkopfhaube gebildet ist, nämlich durch eine Innenseite einer seitlichen Außenwand der Zylinderkopfhaube. Zum einen wird mit dieser Bauweise der Aufwand zur Realisierung des jeweiligen Rücklaufkanals reduziert, was die Herstellungskosten der Ölnebelabscheideeinrichtung senkt. Zum andern führt diese Bauweise dazu, dass sich das abgeschiedene Öl zumindest teilweise auf dem Haubenabschnitt sammelt und somit besonders einfach die Rücklauföffnung an der Haube verlässt. Das abgeschiedene Öl kann somit entlang der Haube abfließen und muss nicht an der Rücklauföffnung abtropfen. Auf diese Weise wird die Gefahr, dass das abgeschiedene Öl, noch bevor es in den Schmierkreis zurückgelangt, von den Blowby-Gasen erneut mitgenommen wird, reduziert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Ölnebelabscheideeinrichtung als Labyrinthabscheider ausgestaltet sein. Auf diese Weise besitzt die Ölnebelabscheideeinrichtung einen besonders einfachen Aufbau, so dass sie preiswert realisierbar ist. Zweckmäßig kann ein derartiger Labyrinthabscheider als Vorabscheider dienen, dem innerhalb der Ölnebelabscheideanlage ein Hauptabscheider nachgeordnet ist, der beispielsweise als Zyklonabscheider oder als Zentrifugalabscheider ausgestaltet sein kann. Bei einer derartigen Konstellation führt die Integration der Ölnebelabscheideeinrichtung in die Zylinderkopfhaube zu einer Leistungssteigerung der Ölnebelabscheideanlage, da deren Hauptabscheider der Vorabscheider vorgeschaltet ist, der durch seine Integration in die Zylinderkopfhaube keinen zusätzlichen Bauraum benötigt.
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Vorzugsweise ist der Kanal bzw. zumindest ein Abschnitt des Kanals durch einen separat von der Zylinderkopfhaube hergestellten Kanalkörper gebildet, der an der Zylinderkopfhaube, z.B. mittels Clipsverbindungen, befestigt ist. Hierdurch können einfach aufgebaute Werkzeuge zur Herstellung des Kanalkörpers und der Zylinderkopfhaube verwendet werden. Die Integration lässt sich ebenfalls einfach und preiswert durchführen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Ölnebelabscheideanlage,
- 2 eine perspektivische Ansicht von unten auf einen Abschnitt einer Zylinderkopfhaube,
- 3 eine perspektivische Ansicht von oben auf die teilweise geschnittene Zylinderkopfhaube.
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Entsprechend 1 besitzt eine Brennkraftmaschine 1, insbesondere eines im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, einen Motorblock 2, der unten ein Kurbelgehäuse 3 mit Ölsumpf oder Ölwanne 4 und oben einen Zylinderkopf 5 bildet, der mit einer Zylinderkopfhaube 6 verschlossen ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Ölnebelabscheideanlage 7 versehen, die ein mit Ölnebel beladenes Gas 8, sogenanntes Blowby-Gas 8 vom Kurbelgehäuse 3 bzw. vom Zylinderkopf 5 abführt, das mitgeführte Öl abscheidet und das vom Öl bzw. Ölnebel gereinigte Gas in einen Saugtrakt 9 der Brennkraftmaschine 1 rückführt. Zur Ölabreinigung bzw. Ölnebelabscheidung umfasst die Ölnebelabscheideanlage 7 zumindest eine Ölnebelabscheideeinrichtung 10, die erfindungsgemäß in der Zylinderkopfhaube 6 angeordnet bzw. in diese integriert ist. Bei der hier gezeigten, besonderen Ausführungsform umfasst die Ölnebelabscheideanlage 7 außerdem eine weitere Ölnebelabscheideeinrichtung 11, die als Hauptabscheider 11 ausgestaltet ist, während die in die Zylinderkopfhaube 6 integrierte Ölnebelabscheideeinrichtung 10 als Vorabscheider 10 ausgestaltet ist. Der Hauptabscheider 11 kann auf übliche Weise als Zyklon- oder als Zentrifugalabscheider ausgestaltet sein und ist stromab des Vorabscheiders 10 angeordnet. Im Unterschied dazu ist der Vorabscheider 10 zweckmäßig als Labyrinthabscheider ausgestaltet, wodurch dieser besonders preiswert realisierbar ist. Der Vorabscheider 10 bewirkt im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eine Vorabscheidung, bei der vor allem größere Öltröpfchen abgeschieden werden können. Auf diese Weise kann die Ölbelastung des Hauptabscheiders 11 reduziert und somit dessen Leistungsfähigkeit für kleinere Öltröpfchen verbessert werden. Insgesamt kann dadurch die Leistungsfähigkeit der Ölnebelabscheideanlage 7 deutlich gesteigert werden. Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 jedoch der minimale Bauraumbedarf des Vorabscheiders 10 bzw. die Ausnutzung des in der Zylinderkopfhaube 6 vorhandenen Bauraums durch die Integration der Ölnebelabscheideeinrichtung 10.
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Als Antrieb für den Transport des mit Ölnebel beladenen Blowby-Gases 8 dient die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Motorblocks 2 und dem Inneren des Saugtrakts 9, d.h., der Saugtrakt 9 bildet eine Drucksenke für die Ölnebelabscheideanlage 7 bzw. für den Hauptabscheider 11. Dementsprechend bildet eine Eingangsseite des Hauptabscheiders 11 eine Drucksenke für den Vorabscheider 10.
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Entsprechend den 2 und 3 umfasst der Vorabscheider 10 bzw. die integrierte Ölnebelabscheideeinrichtung 10 einen Kanal 12, der einen Kanaleintritt 13, zumindest einen, hier zwei Ölrückläufe 14 sowie einen Kanalaustritt 15 aufweist. Im montierten Zustand ist der Kanaleintritt 13 zum Zylinderkopf 5 hin offen. Ebenso sind die Ölrückläufe 14 mit ihrem Rücklauföffnungen 16 zum Zylinderkopf 5 hin offen, und zwar so, dass sie jeweils in einer Öffnungsebene liegen, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Schwerkraftrichtung erstreckt. Im Unterschied dazu ist der Kanalaustritt 15 an eine Drucksenke angeschlossen. Wie weiter oben erläutert, kann die Drucksenke durch den Saugtrakt 9 der Brennkraftmaschine 1 oder durch die Eingangsseite des Hauptabscheiders 11 gebildet sein.
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Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist der Kanal 12 mit Hilfe eines Kanalkörpers 17 gebildet, der unabhängig von der Zylinderkopfhaube 6 hergestellt ist. Im vorliegenden Fall bildet dieser Kanalkörper 17 eine Unterseite 18 sowie eine dem Inneren der Zylinderkopfhaube 6 zugewandte Innenseite 19 des Kanals 12. Im Unterschied dazu werden eine Oberseite 20 (vgl. 1) sowie eine vom Inneren der Zylinderkopfhaube 6 abgewandte Außenseite 21 des Kanals 12 von der Zylinderkopfhaube 6 selbst gebildet. Auf diese Weise vereinfacht sich die Ausbildung des Kanals 12 im Inneren der Zylinderkopfhaube 6. Zweckmäßig ist der Kanalkörper 17 an der Zylinderkopfhaube 6 mit Clips- oder Rastmitteln 22 befestigt.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, enthält der Kanal 12 mehrere Strömungsschikanen 23, die bei der Durchströmung des Kanals 12 eine mehrfache Strömungsumlenkung erzwingen. Einer derartigen Strömungsumlenkung können mitgeführte größere Öltröpfchen aufgrund von Trägheitskräften nicht folgen, wodurch sich diese an den Strömungsschikanen 23 niederschlagen. Des Weiteren sind die Unterseite 18 des Kanals 12 und die Strömungsschikanen 23 so gestaltet, dass sie das abgeschiedene Öl den Ölrückläufen 14 zuführen.
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Die Ölrückläufe 14 sind hier so ausgestaltet, dass sie jeweils einen nach unten vom Kanal 12 abstehenden Rücklaufkanal 24 aufweisen. Der Rücklaufkanal 24 führt von einer in der Unterseite 18 des Kanals 12 ausgebildeten Einlassöffnung 25 zur Rücklauföffnung 16. Die Ölrückläufe 14 sind innerhalb des mit den Strömungsschikanen 23 versehenen Labyrinthbereichs im Kanal 12 angeordnet. Die Rücklaufkanäle 24 erstrecken sich im Wesentlichen in der Schwerkraftrichtung und sind an ihren Rücklauföffnungen 16 in der Schwerkraftrichtung offen. Des Weiteren erstrecken sich die Rücklaufkanäle 24 vom Kanal 12, also von ihrer jeweiligen Einlassöffnung 25 bis zu ihrer Rücklauföffnung 16 im Wesentlichen geradlinig. Im vorliegenden Fall sind die Rücklaufkanäle 24 so geformt, dass sie eine sich zur Rücklauföffnung 16 verjüngenden Querschnitt besitzen. Des Weiteren sind die Ölrückläufe 14 bzw. deren Rücklauföffnungen 16 so dimensioniert, dass sie einen größeren Strömungswiderstand aufweisen als der Kanaleintritt 13. Auf diese Weise wird eine definierte Zuströmung in den Kanal 12 durch den Kanaleintritt 13 erreicht. Insbesondere werden Falschströmungen vermieden bzw. reduziert.
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Eine weitere Besonderheit wird bei den hier gezeigten Ölrückläufen 14 darin gesehen, dass eine Wand des Rücklaufkanals 24 in einem Abschnitt, der bis zur Rücklauföffnung 16 reicht, durch einen Abschnitt der Zylinderkopfhaube 6 gebildet ist. Im vorliegenden Fall sind die Rücklaufkanäle 24 im Wesentlichen als Halbrohre oder Halbschalen ausgebildet, die mit ihrer offenen Seite an der Innenseite der Zylinderkopfhaube 6 zur Anlage kommen, wodurch diese im jeweils abgedeckten Abschnitt den genannten Wandabschnitt des Rücklaufkanals 24 bildet. Bei dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass möglichst viel abgeschiedenes Öl an den durch die Zylinderkopfhaube 6 gebildeten Wandabschnitt des Rücklaufkanals 24 gelangt, so dass das abgeschiedene Öl entlang der Zylinderkopfhaube 6 an deren Innenseite abfließen kann und dadurch ohne abzutropfen durch die Rucklauföffnung 16 gelangt.
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Zweckmäßig erstreckt sich dabei der dem Wandabschnitt des Rücklaufkanals 24 bildende Haubenabschnitt im eingebauten Zustand im Wesentlichen in einer Vertikalebene, also in einer Ebene, die sich Lotrecht oder in Schwerkraftrichtung erstreckt. Das abgeschiedene Öl kann dadurch besonders einfach nach unten, also in Schwerkraftrichtung entlang der Zylinderkopfhaube 6 abfließen. Im Unterschied dazu ist die übrige Kanalwand bezüglich dieser Vertikalebene geneigt.
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Entsprechend den 2 und 3 kann bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zumindest ein Bestandteil des Hauptabscheiders 11 in die Zylinderkopfhaube 6 integriert sein. Beispielsweise besteht der Hauptabscheider 11 gemäß 1 aus einem 26 mit einem Zyklongehäuse 27 und einem Druckregelventil 28 mit einem Druckregelventilgehäuse 29. Bei der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 ist das Zyklongehäuse 27 in die Zylinderkopfhaube 6 integriert. Eine entsprechende Ölaustrittsöffnung 30 ist in 2 erkennbar. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Druckregelventilgehäuse 29 in die Zylinderkopfhaube 6 integriert sein. In 2 ist eine Druckmessöffnung 31 erkennbar, welche den im Kurbelgehäuse 3 bzw. im Zylinderkopf 5 herrschenden Druck erfasst.
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Die Integration der genannten Komponenten des Hauptabscheiders 11 in die Zylinderkopfhaube 6 reduziert die Herstellungskosten des Hauptabscheiders 11 und führt zu einer besonders kompakten Bauweise für die gesamte Ölnebelabscheideanlage 7.
