DE102006041213A1

DE102006041213A1 - Einrichtung zur Kurbelraumentlüftung

Info

Publication number: DE102006041213A1
Application number: DE102006041213A
Authority: DE
Inventors: Leszek Goerlich; Stefan Ruppel; Yakup ÖZKAYA
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-09-02
Filing date: 2006-09-02
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-03
Also published as: JP4961477B2; US20100006075A1; EP2057358A2; WO2008028863A2; DE502007004667D1; JP2010501788A; US8893688B2; DE102006041213B4; EP2057358B1; WO2008028863A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kurbelraumentlüftung bei einem Verbrennungsmotor (1) mit einer Saugeinrichtung (5) zum Absaugen von Blow-by-Gasen aus dem Kurbelraum (3) und mit einer vom Kurbelraum (3) zur Saugeinrichtung (5) führenden Entlüftungsleitung (4), in deren Verlauf eine Drosseleinrichtung (6) oder ein Druckregelorgan (7) angeordnet ist, um einen durch die Saugeinrichtung (5) im Kurbelraum (3) erzeugten Unterdruck zu begrenzen. Erfindungswesentlich ist dabei, dass in die Drosseleinrichtung (6) oder in das Druckregelorgan (7) ein als Impaktor ausgebildeter Ölnebelabscheider (8) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kurbelraumentlüftung bei einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Einrichtungen der gattungsgemäßen Art sind aus Praxis des Motorenbaus, besonders in der Automobiltechnik, bekannt. Die wesentliche Aufgabe einer solchen Einrichtung besteht darin, einen aus technischen und gesetzlichen Gründen erforderlichen Unterdruck im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine aufrecht zu erhalten, indem das Kurbelgehäuse beziehungsweise der Kurbelraum entlüftet wird. Im aus dem Kurbelraum abgesaugten Entlüftungsgas sind Ölanteile gelöst bzw. mitgeführt, welche anschließend in einem Ölnebelabscheider abgetrennt und das abgetrennte Öl vorzugsweise wieder dem Schmierölkreislauf des Kurbelraums zugeführt wird. Das vom Öl befreite Gas gelangt in das Ansaugrohr des Verbrennungsmotors durchläuft dann die im Zylinder stattfindende Verbrennung erneut.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Einrichtung zur Kurbelraumentlüftung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, bei welcher eine wirkungsvolle Ölnebelabscheidung ohne großen technischen Aufwand erreicht werden kann.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Einrichtung mit sämtlichen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Einrichtung für die Entlüftung eines Kurbelraums eines Verbrennungsmotors einen als Impaktor ausgebildeten Ölnebelabscheider in eine ohnehin in einer Entlüftungsleitung vorhandene Drosseleinrichtung oder ein Druckregelorgan zu integrieren. Die Entlüftungsleitung führt dabei vom Kurbelraum zur Saugeinrichtung, welche zum Absaugen von Blow-by-Gasen aus dem Kurbelraum dient, und weist in deren Verlauf entweder eine Drosseleinrichtung oder ein Druckregelorgan auf, um einen durch die Saugeinrichtung im Kurbelraum erzeugten Unterdruck zu begrenzen. Da eine derartige Drosseleinrichtung oder ein derartiges Druckregelorgan eine Regelung beziehungsweise Drosselung des Drucks üblicherweise durch ein Ventil erreicht, welche eine starke Beschleunigung der Blow-by-Gase bewirkt, ist eine Anordnung eines als Impaktor ausgebildeten Ölnebelscheiders in unmittelbarer Nachbarschaft stromab eines derartigen Ventils besonders wirkungsvoll und erfordert darüber hinaus keinen konstruktiven Mehraufwand. Insbesondere ist eine zusätzliche Beschleunigung der abgesaugten Blow-by-Gase entbehrlich, da diese im Bereich des Druckregelorgans beziehungsweise im Bereich der Drosseleinrichtung bereits eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Die Erfindung nutzt somit die Erkenntnis, das ohnehin vorhandene Druckregelorgan beziehungsweise die ohnehin vorhandene Drosseleinrichtung zur Beschleunigung der Blow-by-Gase zu nutzen, welche anschließend im unmittelbar stromab angeordneten Ölnebelabscheider von ihren Nebelanteilen gereinigt werden.
Zweckmäßig weist der Ölnebelabscheider einen Ölsammelraum auf, welcher über ein Ventil mit einer Ölrücklaufleitung verbunden ist, über die abgeschiedenes Öl dem Kurbelraum erneut zugeführt werden kann. Bei diesem Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein sogenanntes diskontinuierlich arbeitendes Ventil, welches beispielsweise während des Betriebs des Verbrennungsmotors geschlossen ist und sich lediglich bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor öffnet. Erreicht werden kann dies beispielsweise durch ein Ventil, welches sich unter Unterdruck schließt und ohne Unterdruck öffnet. Im Ölsammelraum des Ölnebelabscheiders wird somit das in den Blow-by-Gasen enthaltene und vom Ölnebelabscheider abgeschiedene Öl gesammelt und anschließend über die Ölrücklaufleitung erneut dem Kurbelraum und damit der Schmierung zugeführt. Hierdurch bildet sich vorzugsweise für das zur Schmierung erforderliche Öl ein geschlossener Kreislauf, so dass eine Emission von Öl an die Umgebung nahezu ausgeschlossen werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Druckregelorgan ein federbelastetes Drosselventil oder eine federnde, rotationssymmetrische Membran auf. Beide Einrichtungen regeln einen durch das Druckregelorgan strömenden Massestrom in Abhängigkeit des anstehenden Unterdruckes, wobei sowohl das Drosselventil als auch die rotationssymmetrische Membran bei einem geringen Unterdruck einen höheren Massenstrom durch das Druckregelorgan passieren lassen als bei einem höheren Unterdruck.
Zweckmäßig weist dabei die federnde Membran einen kegelartigen Dorn auf, welcher bei zumindest teilweise geschlossenem Druckregelorgan eine Durchgangsöffnung im Druckregelorgan derart durchgreift, dass er zusammen mit einem Öffnungsrand der Durchgangsöffnung eine Düse bildet, wobei der kegelartige Dorn zumindest teilweise mit einem Vlies zur Ölnebelabscheidung belegt ist. Je nach anstehendem Unterdruck greift der kegelartige Dorn unterschiedlich weit in beziehungsweise durch die Durchgangsöffnung hindurch, wodurch ein zwischen dem Dorn und dem Öffnungsrand der Durchgangsöffnung entstehender Ringspalt eine unterschiedliche Größe aufweist. Bei hohem anstehendem Unterdruck greift der Dorn weit in die Durchgangsöffnung ein, so dass der zwischen Dorn und Öffnungsrand der Durchgangsöffnung verbleibende Ringspalt klein ist und dementsprechend einen geringen Strömungsquerschnitt bildet. Da eine Oberfläche des Dorns der durch den Dorn und den Öffnungsrand gebildeten Düse im wesentlichen gegenüberliegt, kann der Dorn als Prallwand verwendet werden, welcher zur verbesserten Ölnebelabscheidung mit obengenanntem Vlies belegt ist. Hierdurch wird das ohnehin vorhandene Druckregelorgan gleichzeitig als Ölnebelabscheider eingesetzt, wodurch die Funktionalität des Druckregelorgans deutlich gesteigert werden kann. Ein weiterer, separater Ölnebelabscheider kann dadurch entfallen, wodurch zum einen Material- und Logistikkosten eingespart werden können und zum anderen eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden kann.
Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen jeweils schematisch dargestellt.
Dabei zeigen,
1 einen Kurbelraum eines Verbrennungsmotors mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kurbelraumentlüftung,
2 eine erfindungsgemäße Drosseleinrichtung mit integriertem Ölnebelabscheider,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
4 ein Druckregelorgan mit einem integrierten Ölnebelabscheider,
5 einen Darstellung wie in 4, jedoch bei nahezu vollständig geschlossenem Druckregelorgan.
Entsprechend 1 weist ein nur teilweise dargestellter Verbrennungsmotor 1 ein Kurbelgehäuse 2 mit einem Kurbelraum 3 auf, welcher über eine Entlüftungsleitung 4 mit einer Saugeinrichtung 5 verbunden ist. Die Saugeinrichtung 5 ist dabei zum Absaugen von Blow-by-Gasen aus dem Kurbelraum 3 ausgebildet, wobei im Verlauf der Entlüftungsleitung 4 zwischen dem Kurbelraum 3 und der Saugeinrichtung 5 eine Drosseleinrichtung 6 oder ein Druckregelorgan 7 angeordnet ist, um einen durch die Saugeinrichtung 5 im Kurbelraum 3 erzeugten Unterdruck zu begrenzen. Erfindungsgemäß ist nun in die Drosseleinrichtung 6 oder in das Druckregelorgan 7 ein als Impaktor ausgebildeter Ölnebelabscheider 8 integriert. Der Ölnebelabscheider 8 ist über eine Ölrücklaufleitung 9 mit dem Kurbelraum 3 verbunden, so dass durch den Ölnebelabscheider 8 aus dem Blow-by-Gasen abgeschiedenes Öl gesammelt und dem Kurbelraum 3 erneut zugeführt werden kann. Dadurch wird einerseits eine Emission von in den Blow-by-Gasen gelöstem Öl nach außen zumindest reduziert und zum anderen kann ein nahezu geschlossener Ölkreislauf geschaffen werden.
Gemäß der 2 ist ein als Impaktor ausgebildeter Ölnebelabscheider 8 gezeigt, welcher in die Drosseleinrichtung 6 integriert ist. Der Ölnebelabscheider 8 weist dabei eine Prallwand 10 auf, welche vorzugsweise mit einem Vlies 11 zur Ölnebelabscheidung belegt ist. Das Vlies 11 ist dabei auf einer einer Düse 12 gegenüberliegenden Seite der Prallwand 10 angeordnet, so dass die Blow-by-Gase nach dem Beschleunigen in der Düse 12 direkt auf die Prallwand 10 beziehungsweise das Vlies 11 treffen. Das Vlies 11 sammelt den abgeschiedenen Ölnebel, welcher bei einer Sättigung des Vlieses 11 nach unten abtropft und in einen Ölsammelraum 13 des Ölnebelabscheiders 8 fließt. Im Ölsammelraum 13 wird das abgeschiedene Öl gesammelt und bei Bedarf über ein Ventil 14 in die Ölrücklaufleitung 9 abgelassen, welche das Öl erneut dem Kurbelraum 3 zuführt. Das Ventil 14 kann dabei als diskontinuierlich arbeitendes Ventil ausgebildet sein und beispielsweise eine Feder 15 aufweisen, welche in einem Nichtbetriebszustand des Ölnebelabscheiders 8 das Ventil 14 in dessen Offenrichtung vorspannt, während im Betriebszustand ein im Ölnebelabscheider 8 herrschender Unterdruck so groß ist, dass das Ventil 14 entgegen der von der Feder 15 ausgeübten Kraft geschlossen ist.
In 3 ist eine Variante des Ölnebelabscheiders 8 beziehungsweise der Drosseleinrichtung 6 aus 2 gezeigt, wobei anstatt der Düse 12 ein Druckregelventil 16 angeordnet ist. Das Druckregelventil 16 kann beispielweise als Pilzkopfventil ausgebildet sein und weist ebenfalls eine Feder 15 auf, welches das Druckregelventil 16 in dessen Offenrichtung vorspannt. Je nach anstehendem Unterdruck, öffnet beziehungsweise schließt sich das Druckregelventil 16 unterschiedlich stark, so dass bei einem hohen Unterdruck das Druckregelventil 16 nahezu geschlossen ist, während es sich bei einem geringen oder gar keinem Unterdruck in seiner maximalen Öffnungsstellung befindet. Stromab und gegenüber dem Druckregelventil 16 ist wiederum die Prallwand 10 mit dem darauf angeordneten Vlies 11 vorgesehen, auf welche die ölnebelhaltigen Blow-by-Gase aufprallen und deren Ölbestandteile vorzugsweise vollständig abgeben. Nach der Sättigung des Vlieses 11 tropft das Öl nach unten ab und fließt in den Ölsammelraum 13, von wo es von Zeit zu Zeit über das Ventil 14 in die Ölrücklaufleitung 9 abgelassen wird.
Gemäß der 4 ist ein Druckregelorgan 7 mit einer federnden rotationssymmetrischen Membran 17 gezeigt. Die federnde Membran 17 ist dabei druckabhängig entlang seiner Verstellrichtung 18 verstellbar und nimmt bei geringem oder gar keinem Unterdruck vorzugsweise die in 4 gezeigte Stellung ein, während sie bei hohem Unterdruck vorzugsweise die in 5 gezeigte Stellung einnimmt. Auf einer Innenseite weist die federnde Membran 17 einen kegelartigen Dorn 19 auf, der bei zumindest teilweise geschlossenem Druckregelorgan 7 eine Durchgangsöffnung 20 im Druckregelorgan 7 derart durchgreift, dass er zusammen mit einem Öffnungsrand 21 der Durchgangsöffnung 20 eine Düse bildet und der zumindest teilweise mit einem Vlies 11 zur Ölnebelabscheidung belegt ist. Das vom Kurbelraum 3 einströmende Blow-by-Gas fließt somit zwischen dem Dorn 19 und dem Öffnungsrand 21 der Durchgangsöffnung 20 hindurch und prallt dabei auf das am Dorn 19 angeordnete Vlies 11, wobei es zumindest einen Großteil seines transportierten Öles verliert. Im weiteren tropft das abgeschiedene Öl bei einer Sättigung des Vlieses 11 nach unten ab und fließt in den Ölsammelraum 13, von wo es in bekannter Weise diskontinuierlich über das Ventil 14 in die Ölrücklaufleitung 9 abgelassen wird.
Wie den 4 und 5 zu entnehmen ist, ist in dem Druckregelorgan 7 ein, dem Dorn 19 gegenüberliegender Gegendorn 22 angeordnet, an welchem bei hohem Unterdruck der Dorn 19 der Membran 17 anliegt. Eine derartige Anlage ist insbesondere bei einem geschlossenen Druckregelorgan 7 der Fall, wobei dabei der Gegendorn 22 in das Vlies 11 des Dorn 19 drückt.
In einem, an den Dorn 19 angrenzenden Bereich ist die Membran 17 mit einem Elastomer 23 belegt, welches bei geschlossenem Druckregelorgan 7 (vgl. 5) dicht an einem rotationssymmetrischen Umfangswulst 24 der Durchgangsöffnung 20 anliegt und dadurch die Entlüftungsleitung 4 verschließt. Dabei ist durch das Elastomer 23 einerseits und durch den Umfangswulst 24 andererseits einen düsenartige Verengung gebildet, deren Durchgangsquerschnitt sich druckabhängig ändert, so dass bei geringem Unterdruck der Durchgangsquerschnitt zwischen Elastomer 23 und Umfangswulst 24 groß ist, während er bei großem Unterdruck klein ist oder vollständig auf Null absinkt.
Prinzipiell ist es auch möglich, dass wie in 5 gezeigt, im Bereich des Gegendorns 22 eine mit Ölnebel beaufschlagte Prallwand 10' ebenfalls oder alternativ mit einem Vlies 11 zur Ölnebelabscheidung belegt ist. Wichtig ist hierbei lediglich, dass die zur Ölnebelabscheidung vorgesehene Prallwand 10, 10' nach Möglichkeit an der Stelle angeordnet ist, an welcher eine Strömungsgeschwindigkeit der Blow-by-Gase am größten ist.
Generell kann der erfindungsgemäß in die Drosseleinrichtung 6 oder in das Druckregelorgan 7 integrierte Ölnebelabscheider 8 Teil einer nicht dargestellten Zylinderkopfhaube sein oder in diese integriert werden, wodurch zusätzlich die Funktionalität der Zylinderkopfhaube gesteigert werden kann. Ebenso ist denkbar, dass der erfindungsgemäß in die Drosseleinrichtung 6 oder in das Druckregelorgan 7 integrierte Ölnebelabscheider 8 in eine Zylinderkopfabdeckung integriert ist.
Zusammenfassen lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung schlägt vor, einen Ölnebelabscheider 8 in ein ohnehin in einer Entlüftungsleitung 4 vorhandenes Druckregelorgan 7 beziehungsweise in eine Drosseleinrichtung 6 zu integrieren und dadurch bauraumminimierend und an strömungstechnisch günstiger Stelle in der Entlüftungsleitung 4 zwischen der Saugeinrichtung 5 und dem Kurbelraum 3 anzuordnen. Eine separate Anordnung eines Ölnebelabscheiders 8 kann dadurch entfallen, wodurch zum einen Montage- und Materialkosten eingespart werden können und zum anderen ohnehin knapp bemessener Bauraum besser ausgereizt werden kann.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmal können dabei sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Einrichtung zur Kurbelraumentlüftung bei einem Verbrennungsmotor (1) mit – einer Saugeinrichtung (5) zum Absaugen von Blow-by-Gasen aus dem Kurbelraum (3) und – einer vom Kurbelraum (3) zur Saugeinrichtung (5) führenden Entlüftungsleitung (4), in deren Verlauf eine Drosseleinrichtung (6) oder ein Druckregelorgan (7) angeordnet ist, um einen durch die Saugeinrichtung (5) im Kurbelraum (3) erzeugten Unterdruck zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass in die Drosseleinrichtung (6) oder in das Druckregelorgan (7) ein als Impaktor ausgebildeter Ölnebelabscheider (8) integriert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölnebelabscheider (8) über eine Ölrücklaufleitung (9) mit dem Kurbelraum (3) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölnebelabscheider (8) einen Ölsammelraum (13) aufweist, der über ein Ventil (14) mit der Ölrücklaufleitung (9) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impaktor zumindest eine, mit einem Vlies (11) belegte Prallwand (10, 10') zur Ölnebelabscheidung aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelorgan (7) ein federbelastetes Drosselventil (16) oder eine federnde, rotationssymmetrische Membran (17) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Membran (17) einen kegelartigen Dorn (19) aufweist, der bei zumindest teilweise geschlossenem Druckregelorgan (7) eine Durchgangsöffnung (20) im Druckregelorgan (7) derart durchgreift, dass er zusammen mit einem Öffnungsrand (21) der Durchgangsöffnung (20) eine Düse bildet und der zumindest teilweise mit einem Vlies (11) zur Ölnebelabscheidung belegt ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckregelorgan (7) ein, dem Dorn (19) gegenüberliegender Gegendorn (22) angeordnet ist, an welchem der Dorn (19) der Membran (17) bei geschlossenem Druckregelorgan (7) anliegt.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (17) in einem, an den Dorn (19) angrenzenden Bereich mit einem Elastomer (23) belegt ist, welches bei geschlossenem Druckregelorgan (7) dicht an einem rotationssymmetrischen Umfangswulst (24) der Durchgangsöffnung (20) anliegt und dadurch die Entlüftungsleitung (4) verschließt.
Einrichtung nach der Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Elastomer (23) einerseits und durch den Umfangswulst (24) andererseits eine Düse gebildet ist, deren Durchgangsquerschnitt sich druckabhängig ändert.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Gegendorns (22) eine mit Ölnebel beaufschlagbare Prallwand (10) mit einem Vlies (11) zur Ölnebelabscheidung belegt ist.