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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine umfassend ein Kurbelgehäuse, einen Zylinderkopf, eine Luftleitung zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft und eine Entlüftungseinrichtung für Blowby-Gas, welche aus einer Entlüftungsleitung, einem Ölabscheider und einem Rückschlagventil aufgebaut ist, wobei in Strömungsrichtung in der Luftleitung zumindest ein Luftfilter, eine Drosselklappe und ein Luftkühler angeordnet sind und die Luftleitung stromaufwärts mit der Umgebungsluft und stromabwärts mit dem Zylinderkopf verbunden ist und die Entlüftungsleitung stromaufwärts mit dem Kurbelgehäuse und stromabwärts mit der Luftleitung verbunden ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem Blowby-Gas aus einem Kurbelgehäuse einen Ölabscheider passiert, in einer Luftleitung mit Frischluft vermischt wird und über die Luftleitung der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird.
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Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmotoren, tritt Gas aus dem Brennraum über den Bereich zwischen Kolben bzw. Kolbenringen und Zylinder in den Kurbelraum ein. Dieses Gas bezeichnet man als Blowby-Gas. Durch die motorlastabhängige Menge des Blowby-Gases und die translatorische Kolbenbewegung entsteht ein drehzahlabhängiger Überdruck im Raum unterhalb der Kolben, dem Kurbelraum. Da der Kurbelraum über Kanäle für Ölrücklauf, Kurbelgehäuseentlüftung und einen gegebenenfalls vorhandenen Kettenschacht mit dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube verbunden ist, liegt der Überdruck auch an diesen Stellen im Motorinneren an.
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Das Blowby-Gas enthält neben unverbrannten Kraftstoffanteilen das ganze Spektrum an Emissionen, wie das Abgas, und vermischt sich im Kurbelraum mit Motoröl, das dort unter anderem in Form von Ölnebel vorhanden ist.
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In den Anfangsjahren des Motorenbaus wurden Brennkraftmaschinen entlüftet, indem das Gemisch aus Motoröl und Blowby-Gas unbehandelt in die Atmosphäre geleitet wurde. Aufgrund der schädlichen Bestandteile des Blowby-Gases und der daraus folgenden gesetzlichen Vorschriften werden seit geraumer Zeit kontrollierte geschlossene Entlüftungseinrichtungen verwendet. Bei diesen Entlüftungseinrichtungen, auch Positive Crankcase Ventilation (PCV) genannt, wird das Blowby-Gas in die Luftleitung des Ansaugsystems eingeleitet und so dem Motor zugeführt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass nahezu kein Überdruck innerhalb des Gehäuses der Brennkraftmaschine vorhanden ist. Über eine Spülluftleitung wird dem Gehäuse zusätzlich Frischluft, sogenannte Spülluft, zugeführt. Die Spülluft nimmt die in dem Blowby-Gas enthaltenen Wasser- und Kraftstoffdämpfe auf und führt sie kontinuierlich aus dem Gehäuse heraus.
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Die gattungsbildende
DE 20 2005 003 462 U1 zeigt eine Be- und Entlüftung eines Kurbelgehäuses, wobei die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine über einen zweiteiligen Ansaugtrakt erfolgt, von dessen einem Strang sich eine Belüftungsleitung abzweigt. Die Entlüftung erfolgt über Entlüftungsleitungen, die ihrerseits in einen Fliehkraftabscheider münden. Der Fliehkraftabscheider ist wiederum an zwei Stellen mit dem Ansaugtrakt verbunden, wobei sich diese Stellen einerseits stromab eines Luftfilters sowie andererseits stromab einer Drosselklappe befinden.
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Die
EP 0 302 438 A1 beschreibt zudem die Abscheidung von Kondensat/Wasser in einer Vertiefung im Bereich der Einmündung der Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung in einen Ansaugtrakt. Die Einmündung erfolgt hierbei stromauf einer Drosselklappe. Zweck der Vertiefung ist dabei die Abscheidung von Kondensat, sodass ein Gefrieren der Drosselklappe verhindert wird. Hierfür weist ein die Vertiefung aufweisendes Anbauelement eine Möglichkeit zur Beheizung über Heizleitungen auf.
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Der
JP 2008-267320 A ist ebenfalls eine Anordnung zur Rückführung von Blowby-Gas zu entnehmen, wobei im Ansaugtrakt im Bereich einer Einmündung einer Entlüftungsleitung eine Vertiefung vorgesehen ist. Diese soll wiederum ein Gefrieren der Einmündung bedingt durch Abkühlen des in den Ansaugtrakt geleiteten Gases über die Vermischung mit einströmender, kalter Luft verhindern.
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Die
JP 2003-120245 A zeigt zudem einen Zusammenhang zwischen rückgeleitetem Blowby-Gas und sich im Ansaugtrakt befindlichen Öl. Die
JP 2003-120245 A sieht hierbei eine Leitvorrichtung im Ansaugtrakt vor, um Öl an den Rand eines Saugrohrs zu befördern. Dies dient dem Zweck, eine Verschmutzung einer Drosselklappenachse mit dem Öl zu vermeiden. Hierbei erfolgt die Blowby-Gas-Einleitung vor der Drosselklappe.
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Der
JP H07-259530 A ist ein Ölabscheider zu entnehmen, welcher der Abscheidung von Öl aus einem Blowby-Gas dient. Das abgeschiedene Öl sammelt sich dabei in einerm Sumpf, wobei sich unterhalb des Sumpfs eine Öl-Rückführkammer befindet. Hierbei sind Sumpf und Rückführkammer über Bohrungen miteinander verbunden, wobei diese Verbindung als ein Pilz-Ventil verschließbar ausgeführt ist.
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Eine Entlüftungseinrichtung der genannten Art ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 018 771 A1 bekannt. Diese zeigt ein Kurbelgehäuse, das über einen Ölabscheider und eine Entlüftungsleitung mit der Luftleitung verbunden ist. Ein Ölabscheider für eine Entlüftungseinrichtung ist aus der
DE 101 05 555 A1 und aus der
DE 199 37 033 A1 bekannt. Diese zeigen eine Entlüftungseinrichtung, bei der der Ölabscheider in der Entlüftungsleitung angeordnet ist.
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Wird in der Ansaugstrecke ein Abgas-Turbolader eingesetzt, kann aus diesem auch Blowby-Gas in die Luftleitung entweichen.
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In dem Luftgemisch aus Frischluft und Blowby-Gas, welches der Brennkraftmaschine zugeführt wird, ist trotz der Tatsache, dass in der Entlüftungsleitung ein Ölabscheider angeordnet ist, Öl enthalten. Dieses Öl ist einerseits jenes, das den Ölabscheider passiert hat, andererseits trägt ein in der Luftleitung vorgesehener Abgas-Turbolader Öl in die Ansaugstrecke ein. Bei letzterem ist die Quelle in der Regel die Lagerung des Abgas-Turboladers.
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Eine Teilmenge des Öls in der Luftleitung lagert sich an der Oberfläche der Luftleitung an, eine andere Teilmenge des Öls wird in den Brennraum der Brennkraftmaschine transportiert und dort mitverbrannt. Es steht dann dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine nicht mehr zur Verfügung. In Abhängigkeit des Fahrprofils ändert sich auch der durch Verbrennung verursachte Ölverbrauch. Darüber hinaus ist nicht kontrollierbar, wie viel Öl in den Brennraum gelangt und die Verbrennung beeinflusst.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass Ansammlungen von Öl aus der Luftleitung entfernt und der Verbrauch von Öl reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei der in der Luftleitung eine Sammelvorrichtung angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass Öl, welches sich an der gesamten Innenfläche der Luftleitung niederschlägt, zusammengeführt wird und so der Ölfilm eine geringere Oberfläche aufweist. Durch die so erreichte Verkleinerung der Oberfläche des Ölfilms gelangt weniger Öl in den Brennraum. Da das Öl im Brennraum verbrannt würde, kann so der Verbrauch von Öl reduziert werden.
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Günstig ist es, dass die Sammelvorrichtung in ihrem lokalen Umfeld als geodätisch tiefster Punkt der Luftleitung und/oder einteilig mit der Luftleitung ausgebildet ist. Ein solcher Punkt befindet sich bevorzugt vor dem in die Luftleitung integrierten Luftkühler. Daher ist es vorteilhaft, dass der Rücklauf zwischen dem Luftkühler und der Drosselklappe mit der Luftleitung verbunden ist. Der Luftkühler hat eine große Oberfläche und das konstruktiv bedingt größte Beruhigungsvolumen. Daher schlägt sich im Luftkühler das meiste Öl nieder, welches dann in der geodätisch unterhalb des Luftkühlers angeordneten Sammelvorrichtung zusammenläuft.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Sammelvorrichtung ist es, dass die Sammelvorrichtung als eine Ausformung und/oder Querschnittsvergrößerung der Luftleitung ausgeführt ist.
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Ist die Brennkraftmaschine mit einem Abgas-Turbolader ausgeführt, hat das Gasgemisch, welches die Drosselklappe passiert, eine Temperatur von cirka 140 °C, bei der flüchtige Anteile wie Wasser oder Kraftstoff in der Luft gelöst sind. Das Öl hingegen schlägt sich an der Innenfläche der Luftleitung nieder und fließt in der Sammelvorrichtung zusammen.
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Erfindungsgemäß ist die Luftleitung und/oder die Sammelvorrichtung über einen Rücklauf mit dem Kurbelgehäuse, dem Ölabscheider oder der Ölwanne verbunden. Günstig ist es zudem, wenn die Luftleitung und/oder die Sammelvorrichtung über einen Rücklauf mit der Entlüftungsleitung verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, das in der Sammelvorrichtung konzentrierte Öl aus der Luftleitung in die Ölwanne und somit in den Ölkreislauf zurückzuführen. Hierdurch ist es möglich, den Ölverbrauch der Brennkraftmaschine zu senken.
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Über die Sammelvorrichtung und den Rücklauf kann auch Kondensat aus der Luftleitung herausgeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin in dem Rücklauf ein Rücklaufventil vorgesehen. Das Rücklaufventil ist vorzugsweise an der Sammelvorrichtung, insbesondere zwischen Sammelvorrichtung und Rücklauf, angeordnet. Durch das als Rückschlagventil ausgebildete Rücklaufventil ist es möglich, dass beim Betrieb des Abgas-Turboladers der Rücklauf und somit die Verbindung zwischen Kurbelgehäuse und Luftleitung geschlossen wird. So wird verhindert, dass aus dem Überdruck in der Luftleitung ein Überdruck im Kurbelgehäuse entsteht.
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Bei Stillstand der Brennkraftmaschine oder Druckgleichgewicht zwischen Kurbelgehäuse und Luftleitung öffnet das Rückführventil, das Öl aus der Sammelvorrichtung läuft in die Ölwanne ab und gelangt so wieder in den Ölkreislauf zurück.
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Erfindungsgemäß ist im Saugbetrieb, also bei Unterdruck in der Luftleitung, das Rücklaufventil durchlässig. Hierdurch gelangt erfindungsgemäß Blowby-Gas in die Luftleitung. Dies dient dazu, bei niedriglastiger Fahrweise das Kurbelgehäuse und die mit diesem in Verbindung stehenden Teile der Brennkraftmaschine mit Frischluft zu durchspülen. Durch das Ausströmen des Blowby-Gases aus dem Kurbelgehäuse entsteht in dem Kurbelgehäuse ein Unterdruck, wodurch Frischluft frei nachströmt, welche ungewollte Ölbestandteile aufnimmt und mit dem Blowby-Gas herausbefördert.
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Vorteilhaft ist es, dass das Rücklaufventil in der geodätisch tiefsten Stelle der Sammelvorrichtung angeordnet ist. Die Menge des in der Luftleitung anfallenden Öls ist abhängig vom Fahrprofil der Brennkraftmaschine. Die Sammelvorrichtung fungiert somit bei einer diskontinuierlichen Entleerung auch als Speichervolumen.
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Günstig ist eine Weiterbildung der Brennkraftmaschine, bei der in der Sammelvorrichtung um den Zugang zum Rücklaufventil ein Kragen ausgebildet ist. Dieser Kragen verhindert, dass andere, schwerere Bestandteile als Öl in die Ölwanne zurückgelangen.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine vorgesehen, bei dem der mit Blowby-Gas vermischten Frischluft vor dem Eintritt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine Öl entzogen wird. Hierdurch wird es möglich, dass weniger Öl im Brennraum verbrannt wird und so der Verbrauch an Öl reduziert wird. Dabei ist es vorteilhaft, dass das Öl in der Luftleitung in einer Sammelvorrichtung gesammelt wird.
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Günstig ist es, dass bei Stillstand der Brennkraftmaschine und/oder beim Unterschreiten eines Druckgrenzwertes in der Luftleitung ein Rücklaufventil geöffnet wird und das in der Luftleitung befindliche und/oder in der Sammelvorrichtung gesammelte Öl über einen Rücklauf in die Ölwanne zurückgeführt wird. Hierdurch steht das Öl wieder dem Ölkreislauf zur Verfügung. Darüber hinaus kommt es so in der Luftleitung nicht mehr zu Gemischbildungsfehlern.
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Vorteilhaft ist es, dass das Rücklaufventil beim Überschreiten eines Druckgrenzwertes in der Luftleitung geschlossen wird. Hierdurch wird sichergestellt, das beim Betrieb eines Abgas-Turboladers die aufgeladene Luft nicht aus der Luftleitung in das Kurbelgehäuse strömt und dieses mit Druck beaufschlagt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung ist es, dass in einem niedrigen Lastpunkt der Brennkraftmaschine Blowby-Gas über den Rücklauf und das geöffnete Rücklaufventil in die Luftleitung geführt wird. Hierdurch wird es möglich, unter anderem das Kurbelgehäuse mit Frischluft zu durchspülen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante mit einer Entlüftungseinrichtung für Blowby-Gas und einer Luftleitung mit einem Abgas-Turbolader zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft;
- 2 eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante mit der Entlüftungseinrichtung für Blowby-Gas und der Luftleitung zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft;
- 3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Luftleitung, eines Luftkühlers und einer Sammelvorrichtung für Öl mit einem Rücklaufventil;
- 4 eine geschnittene Darstellung einer Ausführungsform des Rücklaufventils.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Ölwanne 31, einem Kurbelgehäuse 2, einem Zylinderkopf 3, einem Brennraum 13 und einer Zylinderkopfhaube 32. Der im Zylinderkopf 3 angeordnete Brennraum 13 ist über eine Luftleitung 4 zur Versorgung der Brennkraftmaschine 1 mit Frischluft mit der Umgebungsluft 12 verbunden. In Strömungsrichtung sind in der Luftleitung 4 ein Luftfilter 9, ein Abgas-Turbolader 28, eine Drosselklappe 10 und ein Luftkühler 11 angeordnet. In paralleler Anordnung zum Abgas-Turbolader 28 ist ein Schubumluftventil 30 vorgesehen. Bei einer hier nicht dargestellten Alternative dieser Ausführungsform ist ein Abgas-Turbolader 28 ohne Umgehung vorgesehen.
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Die Brennkraftmaschine 1 hat außerdem eine Entlüftungseinrichtung 5 für Blowby-Gas. Die Entlüftungsvorrichtung 5 besteht aus einer Entlüftungsleitung 6, einem Ölabscheider 7 und einem Rückschlagventil 8. Die Entlüftungsleitung 6 ist stromaufwärts mit dem Kurbelgehäuse 2 und stromabwärts mit der Luftleitung 4 verbunden. Das in dem Ölabscheider 7 aus dem Blowby-Gas separierte Öl wird über einen Ablass 33 in das Kurbelgehäuse 2 und/oder die Ölwanne 31 zurückgeführt.
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Erfindungsgemäß ist in der Luftleitung 4 zwischen der Drosselklappe 10 und dem Luftkühler 11 eine Sammelvorrichtung 14 vorgesehen. An den Innenflächen der Luftleitung 4 und/oder des Luftkühlers 11 schlägt sich das in der mit Blowby-Gas vermischten Frischluft vorhandene Öl vor dem Eintritt in den Brennraum 13 nieder und wird in der Sammelvorrichtung 14 zusammengeführt. Dazu ist die Sammelvorrichtung 14 als geodätisch tiefster Punkt der Luftleitung 4 ausgebildet. Das in der Sammelvorrichtung 14 gesammelte Öl wird über einen Rücklauf 15 in den Ölabscheider 7 und aus diesem über den Ablass 33 in die Ölwanne 31 zurückgeführt. Zwischen dem Rücklauf 15 und der Sammelvorrichtung 14 ist ein Rücklaufventil 16 vorgesehen. Bei Stillstand der Brennkraftmaschine 1 und/oder beim Unterschreiten eines Druckgrenzwertes in der Luftleitung 4 wird das Rücklaufventil 16 geöffnet. Das Öl aus der Luftleitung 4 und/oder der Sammelvorrichtung 14 wird dann über den Rücklauf 15 in den Ölkreislauf zurückgeführt. In einem niedrigen Lastpunkt der Brennkraftmaschine 1 wird über den Rücklauf 15 und das geöffnete Rücklaufventil 16 Blowby-Gas in die Luftleitung 4 geführt. Dem Gehäuse der Brennkraftmaschine 1 kann über eine Spülleitung 29 Frischluft zugeführt werden.
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Beim Überschreiten eines Druckgrenzwertes in der Luftleitung 4, insbesondere bei Betrieb des Abgas-Turboladers 28, wird das Rücklaufventil 16 geschlossen.
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2 zeigt die in 1 beschriebene Brennkraftmaschine 1 in einer Ausführungsvariante ohne Abgas-Turbolader in der Luftleitung 4. Weiterhin sind auch alternative Ausführungsformen zu der Variante ohne Abgas-Turbolader in der Luftleitung 4 möglich, bei denen in der Luftleitung 4 kein Luftkühler angeordnet ist oder der Luftkühler in der Luftleitung 4 durch ein Saugrohr ersetzt ist.
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Die 1 und 2 zeigen eine Positive Crankcase Ventilation (PCV) genannte Entlüftungseinrichtung 5 einer Brennkraftmaschine 1, die als Teilstrom-PCV ausgeführt ist. Dabei kann, abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, das Blowby-Gas über die Entlüftungsleitung 6 oder den Rücklauf 15 zu der Luftleitung 4 strömen. Dabei werden die Druckverhältnisse in der Brennkraftmaschine 1 berücksichtigt, um eine möglichst gute Entlüftung des Kurbelgehäuses 2 zu realisieren. Die Erfindung ist darüber hinaus bei Entlüftungseinrichtungen 5, die als Vollstrom-PCV ausgeführt sind, einsetzbar. Bei einer hier nicht dargestellten Vollstrom-PCV ist nur ein Kanal vorhanden, welcher das Blowby-Gas zur Luftleitung 4 führt. Dieser Kanal ist dann entweder wie die Entlüftungsleitung 6 vor oder wie der Rücklauf 15 nach der Drosselklappe 10 mit der Luftleitung 4 verbunden.
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3 zeigt die Sammelvorrichtung 14 in der Luftleitung 4. Die Sammelvorrichtung 14 bildet den geodätisch tiefsten Punkt der Luftleitung 4 und ist einteilig mit einem Abschnitt der Luftleitung 4 ausgebildet. Die Luftleitung 4 ist weiterhin als Aufnahme 17 für einen Luftkühler 11 ausgebildet. Die Luftleitung 4 weist einen Anschluss 18 zur Verbindung der Luftleitung 4 mit dem in 1 dargestellten Zylinderkopf 3 und einen Anschluss 19 zur Verbindung der Luftleitung 4 mit der in 1 dargestellten Drosselklappe 10 auf. Die mit Blowby-Gas gemischte Frischluft strömt über den Anschluss 19 durch die Sammelvorrichtung 14 in den Luftkühler 11. Durch die Strömungsumlenkung in der Sammelvorrichtung 14 schlägt sich mitgeführtes Öl an der Innenwand der Luftleitung 4 nieder. Im Luftkühler 11 kommt es zu einer starken Beruhigung der Luftströmung, was zu einem wesentlichen Niederschlag von Öl an den Wänden des Luftkühlers 11 führt. Das niedergeschlagene Öl läuft im geodätisch tiefsten Punkt, der Sammelvorrichtung 14, zusammen. Hier ist ein Rücklauf 15 angeordnet, über den das Öl aus der Sammelvorrichtung 14 abgeführt und dem Ölkreislauf wieder zugeführt wird. Zwischen Rücklauf 15 und Sammelvorrichtung 14 ist ein Rücklaufventil 16 vorgesehen. Eine Ausführungsform des Rücklaufventils 16 wäre ein federbelastetes Rückschlagventil.
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4 zeigt das Rücklaufventil 16 in einer Ausführungsform als Rückschlagventil mit einer elastischen Ventilscheibe 26. Die Ventilscheibe 26 ist auf zwei konzentrischen Lagerelementen 25 mit unterschiedlichem Durchmesser angeordnet. Das Rücklaufventil 16 besteht weiterhin aus einem Grundelement 21 und einem Ventildeckel 23. Der Ventildeckel 23 hat eine Öffnung 27, die den Ventilraum mit dem Raum der Sammelvorrichtung 14 verbindet. Die Kante des Ventildeckels 23 ist gegenüber dem Gehäuse 17 des Luftkühlers erhaben ausgestaltet und bildet einen Kragen 34. Dieser Kragen 34 verhindert, dass Elemente, die schwerer sind als das Öl, in das Rücklaufventil 16 eindringen. Das Grundelement 21 hat einen Anschluss 20 für den in den 1 bis 3 dargestellten Rücklauf 15. Der Pfeil 22 stellt die Strömungsrichtung von Blowby-Gas im Saugbetrieb der Brennkraftmaschine 1 dar. Der Pfeil 24 zeigt die Strömungsrichtung des in den Ölkreislauf zurückfließenden Öls aus der Sammelvorrichtung 14.
