DE102007013348A1

DE102007013348A1 - Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007013348A1
Application number: DE200710013348
Authority: DE
Inventors: Michael Feil; Ulrich Hütter; Stefan Ruppel; Markus Walch
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-17
Also published as: DE102007013348B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors mit einer drehbar gelagerten, hohlen Nockenwelle (2), die einen Abzug für ölnebelhaltige Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse bildet und zur Abscheidung des Ölanteils aus diesen Gasen als Ölnebelabscheider ausgebildet ist. Axial endseitig schließt sich dabei an zumindest ein Ende der Nockenwelle (2) ein Ölabscheideraum (7) an, in welchem in einem strömungsberuhigten Bereich (8) ein Einlass (9) eines Abzugskanals (10) angeordnet ist, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase aus dem Ölabscheideraum (7) abgezogen werden können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einer drehbar gelagerten, hohlen Nockenwelle.
Bei bekannten Verbrennungsmotoren werden im Kurbelgehäuse sogenannte ölnebelhaltige Blow-By-Gase in eine hohle Nockenwelle eingesaugt und in dieser einer Zentrifugalbeschleunigung ausgesetzt, so dass sich das in den Blow-By-Gasen gelöste Öl an einer Innenwand der Nockenwelle niederschlägt. Die dabei an der Innenwand der Nockenwelle abgeschiedenen Öltröpfchen bilden einen Ölfilm, welcher aufgrund der in der Nockenwelle herrschenden Gasströmung zu einem längsendseitigen Ausgang der Nockenwelle transportiert wird. Nachteilig bei den bekannten Systemen ist dabei, dass aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten in der Nockenwelle sowie in einem längsendseitig daran anschließenden Abzugskanal Ölnebel beziehungsweise Öltröpfchen mitgerissen werden können und dadurch einer erneuten Verbrennung in dem Verbrennungsmotor zugeführt werden. Dies erhöht einerseits den Ölverbrauch des Verbrennungsmotors und andererseits kann es durch die noch vorhandenen Ölanteile in der der Verbrennung zugeführten Luft zu einer Verkokung im Brennraum führen, wodurch der Verbrennungsmotor in seiner Funktion und Leistung beeinträchtigt wird. Des weiteren ist bei den bekannten Sys temen nachteilig, dass diese im Bereich, in dem der Öl- und Gasanteil beim Austritt aus der Nockenwelle voneinander getrennt abgeführt werden, bisher konstruktiv aufwendig und mit hohem Bauraumbedarf ausgebildet sind.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einer als Ölnebelabscheider ausgebildeten Nockenwelle derart zu verbessern, dass ein möglichst hoher Abscheidegrad und damit eine hohe Reinheit der rückgeführten Blow-by-Gase erreicht werden kann.
Gelöst wird dieses Problem durch einen Zylinderkopf mit sämtlichen Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Zylinderkopf mit einer drehbar gelagerten, hohlen Nockenwelle, die als Ölnebelabscheider ausgebildet ist, axial endseitig der Nockenwelle einen Ölabscheideraum anzuordnen, der in einem strömungsberuhigten Bereich einen Einlass eines Abzugskanals aufweist. Die Nockenwelle bildet dabei einen Abzugs für ölnebenhaltige Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse und bewirkt aufgrund ihrer Drehung eine Zentrifugalabscheidung des Ölanteils aus diesen Gasen. Die derart gereinigten Blow-By-Gase treten nach dem Verlassen der Nockenwelle in den Ölabscheideraum ein und werden aus diesem durch obengenanntem Abzugskanal abgezogen. Durch die Anordnung des Ein lasses des Abzugskanals in einem strömungsberuhigten Bereich des Ölabscheideraums wird die Gefahr des Mitreißens von Ölpartikeln beziehungsweise Öltröpfchen in den Abzugskanal und dadurch ein Transportieren von Ölanteilen in den Brennraum des Verbrennungsmotors verhindert, zumindest jedoch erschwert. Weist der Ölabscheideraum mehrere strömungsberuhigte Bereiche auf, so ist der Einlass des Abzugskanals vorzugsweise derart angeordnet, dass sich ein minimierter Bauraumbedarf für den Ölabscheideraum samt Abzugskanal ergibt. Der große Vorteil der Anordnung des Einlasses des Abzugskanals im strömungsberuhigten Bereich des Ölabscheideraums liegt im Erreichen eines besonders hohen Reinheitsgrades der dem Verbrennungsmotor erneut zugeführten und zuvor abgesaugten Blow-By-Gase.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist in Strömungsrichtung vor dem Einlass in den Abzugskanal ein Strömungshindernis angeordnet, welches eine Umlenkung der abgesaugten Blow-By-Gase bewirkt. Ein derartiges Strömungshindernis verhindert zudem eine direkte Verbindung zwischen dem Hohlraum der Nockenwelle und dem Einlass des Abzugskanals, so dass insbesondere noch in den Blow-By-Gasen enthaltene Öltröpfchen aufgrund ihrer Trägheit das Strömungshindernis nicht umgehen können, sondern auf diesem auftreffen und dort abgeschieden werden. Das Strömungshindernis wirkt somit im günstigsten Falle als Prallplatte für Öltröpfchen. Zudem erzwingt es eine Strömungsumlenkung der vom Ölabscheideraum in den Abzugskanal transportierten Blow- By-Gase, wodurch auch die Abscheidung fein verteilten Ölnebels verbessert wird.
Zweckmäßig ist der Einlass in den Abzugskanal im wesentlichen rechtwinklig zur Nockenwellenachse angeordnet. Eine derartige rechtwinklige Anordnung erlaubt eine Minimierung des längsendseitig der Nockenwelle erforderlichen Bauraums, was insbesondere bei den heutzutage sehr beengten Platzverhältnissen in Motorenräumen von großem Vorteil ist. Gleichzeitig ist ein derart angeordneter Einlass abweichend von der direkten Strömungsrichtung der Blow-By-Gase aus der Nockenwelle heraus angeordnet, so dass sich im Vergleich zu einer koaxialen Anordnung des Einlasses bezüglich der hohlen Nockenwelle der Einlass des Abzugskanals nicht in direkter Strömungsrichtung der Blow-By-Gase aus der Nockenwelle heraus befindet und dadurch zwangsläufig in einem strömungsruhigeren Bereich liegt.
Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen jeweils schematisch dargestellt. Dabei zeigen, jeweils schematisch
1 eine teilweise geschnittene Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf,
2 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf im Bereich des Ölabscheideraums,
3 einen Schnitt quer zur Nockenwelle im Bereich des Ölabscheideraums.
Entsprechend 1 weist ein teilweise dargestellter Zylinderkopf 1 eines im übrigen nicht dargestellten Verbrennungsmotors eine drehbar gelagerte, hohle Nockenwelle 2 auf. Die Nockenwelle 2 besitzt dabei in üblicher Weise Nocken, mit welchen – nicht dargestellte – Ventile des Verbrennungsmotors betätigt werden. Die hohle Ausbildung der Nockenwelle 2 erlaubt einen Transport von ölhaltigen Blow-By-Gasen in deren Hohlraum 3, wodurch ein Kurbelgehäuse entlüftet werden kann. Dabei ist die hohle Nockenwelle 2 als Ölnebelabscheider, insbesondere als Zentrifugal-Ölnebelabscheider, ausgebildet und bewirkt beim Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Drehbewegung der Nockenwelle 2 eine Zentrifugalbeschleunigung der im Hohlraum 3 transportierten Blow-By-Gase. Hierdurch werden in den Blow-By-Gasen aerosol gelöste Öltröpfchen radial nach außen beschleunigt, wobei sie sich an einer Innenwand 4 des Hohlraumes 3 in Form eines Ölfilms 5 niederschlagen. Aufgrund der Strömung der Blow-By-Gase im Hohlraum 3 der Nockenwelle 2, wird der Ölfilm 5 gemäß 1 in Richtung eines axialen Endes 6 der Nockenwelle 2 transportiert, an welches sich ein Ölabscheideraum 7 anschließt.
Erfindungsgemäß ist dabei in einem strömungsberuhigten Bereich 8 des Ölabscheideraums 7 ein Einlass 9 eines Abzugskanals 10 angeordnet, durch welchen gereinigte Blow-By-Gase aus dem Ölabscheideraum 7 abgezogen und einer erneuten Verbrennung zugeführt werden können. Durch eine derartige Anordnung des Einlasses 9 wird insbesondere ein Mitreißen von noch in den Blow-By-Gasen enthaltenen Öltröpfchen in den Abzugskanal 10 verhindert oder zumindest erschwert, so dass die der Verbrennung erneut zugeführten Blow-By-Gase nahezu vollständig von Ölanteilen gereinigt sind, wodurch zum einen der Ölverlust minimiert werden kann. Zum anderen wird eine Zuführung von Öl in die Brennkammern des Verbrennungsmotors verhindert, wodurch eine unerwünschte Verbrennung der mitgerissenen Öltröpfchen und verbunden damit eine Verkokung des Verbrennungsmotors verhindert werden können.
Um das Mitreißen von aerosol in den Blow-By-Gasen gelösten Ölanteilen zusätzlich zu erschweren, ist in Strömungsrichtung 11 vor dem Einlass 9 in den Abzugskanal 10 ein Strömungshindernis beziehungsweise eine Strömungsschikane 12 angeordnet, das/die eine Umlenkung der abgesaugten Blow-By-Gase bewirkt. Insbesondere unterbindet ein derartiges Strömungshindernis 12 eine direkte Verbindung zwischen einem Ausgang der Nockenwelle 2, also zwischen dem Hohlraum 3 der Nockenwelle 2 und dem Einlass 9 in den Abzugskanal 10.
Durch die von dem Strömungshindernis 12 erzwungene Strömungsumlenkung der abgesaugten Blow-By-Gase wirkt das Strömungshindernis 12 zugleich als Prallplatte für noch in den Blow-By-Gasen gelöste Öltröpfchen, welche somit an dem Strömungshindernis 12 angelagert und abgeschieden werden können.
Gemäß den 1 bis 3 ist das Strömungshindernis 12 über ein Verbindungselement 13, insbesondere einen Verbindungs arm, mit dem Einlass 9 des Abzugskanals 10 verbunden. Dabei ist die gezeigte Ausführungsform des Verbindungselements 13 rein exemplarisch zu verstehen, so dass das Strömungshindernis 12 auch auf gänzlich andere Weise an den Abzugskanal 10 bzw. den Einlass 9 angebunden sein kann. Insbesondere ist denkbar, dass der Abzugskanal 10 als Schnorchel bzw. Tauchrohr ausgebildet sein kann, welcher in den Ölabscheideraum 7 hinein ragt und welcher längsendseitig von dem Strömungshindernis 12 verschlossen ist. Der Einlass 9 wäre in diesem Fall in einer Mantelfläche des in den Ölabscheideraum 7 eintauchenden Abzugskanals 10 angeordnet. Auch bei einer derartigen Ausführungsform würden die abgesaugten Blow-By-Gase zwangsweise vor dem Eintritt in den Abzugskanal 10 umgelenkt, wobei auch hier das Strömungshindernis 12 als Prallplatte wirkt.
Unabhängig von der Ausführungsform des Strömungshindernisses 12, des Verbindungselementes 13 bzw. des Abzugskanals 10 kann vorgesehen sein, dass diese drei Komponenten zumindest bereichsweise aus einem Stück hergestellt sind.
Wie den 1 bis 3 weiter zu entnehmen ist, ist der Einlass 9 in den Abzugskanal 10 im wesentlichen rechtwinklig zur Nockenwellenachse 14 angeordnet. Im Unterschied zu einem koaxial zur Nockenwellenachse 14 angeordneten Abzugskanal 10, ist ein rechtwinklig zur Nockenwellenachse 14 angeordneter Abzugskanal 10 zwangsläufig in einem strömungsberuhigten Bereich 8 des Ölabscheideraums 7 angeordnet. Denkbar sind hierbei selbstverständlich auch andere Anordnungen des Ab zugskanals 10 bezüglich der Nockenwellenachse 14, wobei der Abzugskanal 10 bzw. dessen Einlass 9 vorzugsweise stets versetzt und/oder abgewinkelt zur Nockenwellenachse 14 angeordnet ist. Ebenfalls vorteilhaft im Vergleich zu einer koaxialen Anordnung des Abzugskanals 10 bezüglich der Nockenwellenachse 14 ist bei der Anordnung gemäß der Erfindung, dass sich ein Bauraumbedarf längsendseitig des axialen Endes 6 der Nockenwelle 2 deutlich reduziert, was aufgrund der immer beengteren Behältnisse in heutigen Motorräumen von großem Vorteil ist.
Um eine Produktion des Zylinderkopfs 1 wirtschaftlicher zu gestalten, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Einlass 9 oder Abzugskanal 10 zumindest teilweise in eine Zylinderkopfhaube 15 integriert ist. Dabei können der Einlass 9 oder der Abzugskanal 10 zumindest teilweise einen integralen Bestandteil der Zylinderkopfhaube 15 bilden. Wie der 1 zu entnehmen ist, durchdringt der Abzugskanal 10 die Zylinderkopfhaube 15.
Um das im Ölabscheideraum 7 abgeschiedene Öl dem Ölkreislauf wieder zuführen zu können, ist vorzugsweise bodenseitig eine Ablasseinrichtung 16, insbesondere ein Plättchenventil, angeordnet, über welches bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor Öl aus dem Ölabscheideraum 7 in ein Ölsammelraum bzw. ein Ölreservoir abfließt. Die Ablasseinrichtung 16 ist dabei während des Betriebs des Verbrennungsmotors geschlossen und verhindert somit ein Ansaugen von Luft aus dem nicht gezeigten Ölsammelraum. Prinzipiell stellt dabei das gemäß den 1 bis 3 dargestellte Plättchenventil lediglich eine mögliche Ausführungsform einer Ablasseinrichtung 16 dar, so dass auch weitere Ablasseinrichtungen 16, beispielsweise ein Siphon oder ein Tauchrohr, welche einerseits ein Ablassen des abgeschiedenen Öls bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor erlauben und andererseits eine Luftansaugung während des Betriebs des Verbrennungsmotors verhindern, von der Erfindung mit umfasst sein sollen.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors, – mit einer drehbar gelagerten, hohlen Nockenwelle (2), die einen Abzug für ölnebelhaltige Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse bildet und zur Abscheidung des Ölanteils aus diesen Gasen als Ölnebelabscheider ausgebildet ist, – wobei sich axial mindestens einenends an der Nockenwelle (2) ein Ölabscheideraum (7) anschließt, – wobei in einem strömungsberuhigten Bereich (8) des Ölabscheideraums (7) ein Einlass (9) eines Abzugskanals (10) angeordnet ist, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase aus dem Ölabscheideraum (7) abgezogen werden können.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (11) vor dem Einlass (9) in den Abzugskanal (10) ein(e) Strömungshindernis/Strömungsschikane (12) angeordnet ist, das/die eine Umlenkung der abgesaugten Blow-by-Gase bewirkt.
Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (12) eine direkte Verbindung zwischen einem Ausgang der Nockenwelle (2) und dem Einlass (9) in den Abzugskanal (10) unterbindet.
Zylinderkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (12) als Prallplatte für Öltröpfchen ausgebildet ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (12) über ein Verbindungselement (13) mit dem Einlass (9) des Abzugkanals (10) verbunden ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (12), das Verbindungselement (13) und zumindest ein Teil des Abzugkanals (10) aus einem Stück hergestellt sind.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (9) in den Abzugskanal (10) im wesentlichen rechtwinklig zur Nockenwellenachse (14) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Einlass (9) oder der Abzugskanal (10) zumindest teilweise in eine Zylinderkopfhaube (15) integriert ist und/oder – dass der Abzugskanal (10) die Zylinderkopfhaube (15) durchdringt, und/oder – dass der Einlass (9) oder der Abzugskanal (10) zumindest teilweise einen integralen Bestandteil der Zylinderkopfhaube (15) bilden.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Ölabscheideraum (7) eine Ablasseinrichtung (16), insbesondere ein Plättchenventil, angeordnet ist, über welche(s) bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor Öl aus dem Ölabscheideraum (7) in einen Ölsammelraum abfließt.