DE102015009518A1

DE102015009518A1 - Vorrichtung zum Entlüften eines Kurbelwellengehäuses eines Fahrzeugs sowie Antriebseinrichtung mit einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102015009518A1
Application number: DE102015009518.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Eckert; Alexander Dau
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entlüften eines Kurbelwellengehäuses (10) eines Fahrzeugs, wobei das Kurbelwellengehäuse (10) einen Innenraum (44) umschließt, der mit einem ersten Kanalsystem (28) zum Abführen eines Fluidgemischs aus dem Innenraum (44) kommuniziert, wodurch der Innenraum (44) entlüftet werden kann, wobei die Vorrichtung (20) ein Gehäuse (18) mit einer Wandung (22), welche einen Hohlraum (24) umschließt, wobei das Gehäuse (18) mit dem Kurbelwellengehäuse (10) verbindbar ist und der Hohlraum (24) mit dem ersten Kanalsystem (28) in Fluidkommunikation bringbar ist, ein oder mehrere im Hohlraum (24) angeordnete und mit dem Fluidgemisch zusammenwirkende Fluidbehandlungseinheiten (30), und zweites Kanalsystem (34) umfasst, welches mit einem Temperierkreislauf (32) zum Temperieren des Kurbelwellengehäuses (10) und/oder weiterer Bauteile des Fahrzeugs in Fluidkommunikation bringbar ist, wobei das zweite Kanalsystem (34) mit dem Hohlraum (24) zum Verändern der Temperatur im Hohlraum (24) zusammenwirkt. Zudem betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung und ein Fahrzeug, welche eine derartige Vorrichtung aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entlüften eines Kurbelwellengehäuses eines Fahrzeugs und insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kurbelwellengehäuse einen Innenraum umschließt, der mit einem ersten Kanalsystem zum Abführen eines Fluidgemischs aus dem Innenraum kommuniziert, wodurch der Innenraum entlüftet werden kann. Im Kurbelwellengehäuse, auch als Kurbelgehäuse bezeichnet, wird eine Kurbelwelle gelagert, welche die oszillierende translatorische Bewegung der Kolben eines Verbrennungsmotors in eine Drehbewegung umsetzt. Aufgrund der räumlichen Nähe zwischen der Kurbelwelle und den Kolben des Verbrennungsmotors ist das Kurbelwellengehäuse typischerweise ein Teil eines Motorblocks, der die Zylinder bildet, in welchem die Kolben des Verbrennungsmotors laufen. Das Kurbelwellengehäuse ist nach unten hin mittels einer Ölwanne abgeschlossen, so dass das Kurbelwellengehäuse einen geschlossenen Innenraum aufweist, beispielsweise, um den unkontrollierten Austritt von Öl, welches unter anderem zur Schmierung und Kühlung der Lager der Kurbelwellen dient, aus dem Kurbelwellengehäuse zu verhindern.
Das Kurbelwellengehäuse muss aus folgendem Grund entlüftet werden: Bei der Verbrennung gelangt ein kleiner Teil eines Fluidgemisches, welches das Luft-Kraftstoff-Gemisch sowie einige Verbrennungsrückstände enthält, vom Brennraum des Verbrennungsmotors über die Kolbendichtung in den Innenraum des Kurbelwellengehäuses. Dieses Fluidgemisch wird auch als „blow-by” bezeichnet. Im Innenraum des Kurbelwellengehäuses reichert sich das Fluidgemisch mit dem im Innenraum des Kurbelwellengehäuses befindlichen Öl an. Zudem weist das Fluidgemisch einen bestimmten Wassergehalt auf, da bei der chemischen Reaktion, die beim Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemischs stattfindet, Wasser gebildet wird. Wird das Kurbelwellengehäuse nicht entlüftet, so kann sich ein Druck im Innenraum aufbauen, der sich negativ auf die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors auswirkt und zu einer Schädigung oder gar zum Ausfall des Verbrennungsmotors führen kann. Das Fluidgemisch wird über das erste Kanalsystem aus dem Innenraum abgeführt, wodurch das Kurbelwellengehäuse entlüftet und der gewünschte Druck im Innenraum aufrecht erhalten werden kann.
Das Fluidgemisch wird anschließend wieder in die Brennräume zurückgeleitet und somit erneut der Verbrennung zugeführt. Eine Ableitung in die Umgebung ist allein schon aufgrund von gesetzlichen Vorgaben nicht möglich. Um erneut der Verbrennung zugeführt werden zu können, muss das Fluidgemisch vom Öl und vom Wasser befreit werden. Reichert sich Öl über ein gewisses Maß hinaus im Brennraum des Verbrennungsmotors an, kann es zu folgendem Problem kommen: Ein erhöhter Ölgehalt des dem Brennraum zugeführten Fluidgemischs kann die Verbrennung verschlechtern, so dass es zu einer sogenannten „klopfenden Verbrennung” kommt, worunter eine unkontrollierte Verbrennung oder eine Selbstentzündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs verstanden wird. Hierdurch wird der Verbrennungsmotor hoch belastet, was zu Schädigungen führen kann. Im Extremfall wird die Bewegungsfreiheit der Kolben im Zylinder aufgrund der Inkompressibilität des Öls eingeschränkt, so dass es zu unkontrollierten Schlägen kommen kann, die ein Brechen der Pleuel oder eine Beschädigung der Kolben und/oder des Kurbelwellengehäuses nach sich ziehen können (sog. „Ölschlag”). Eine Anreicherung von Wasser im Brennraum ist an sich nicht schädlich, allerdings reichert sich folglich auch das Öl in der Ölwanne mit Wasser an, was zu einer Ölverdünnung und zu verschlechterten Schmiereigenschaften führt.
Um das Fluidgemisch vom Öl und vom Wasser zu befreien, sind im ersten Kanalsystem mit dem Fluidgemisch zusammenwirkende Fluidbehandlungseinheiten angeordnet, beispielsweise ein oder mehrere Separatoren oder Abscheider. Weiterhin können im ersten Kanalsystem auch Druckregelventile vorhanden sein, um einen Unterdruck im Innenraum des Kurbelwellengehäuses aufrecht zu erhalten und zu begrenzen, der dem Austritt von Öl entgegenwirken soll.
Nachteilig an diesen Fluidbehandlungseinheiten ist, dass sie bei tiefen Umgebungstemperaturen vereisen können, wodurch das erste Kanalsystem verstopfen kann, so dass das Fluidgemisch das erste Kanalsystem nicht oder nicht mehr in ausreichendem Umfang durchströmen kann. Die oben beschriebenen Folgen einer nicht vorhandenen oder unzureichenden Entlüftung des Kurbelwellengehäuses können in diesem Fall auch auftreten, so dass im Extremfall der Verbrennungsmotor ausfällt.
Es ist bekannt, das Kanalsystem und die Fluidbehandlungseinheiten mit einer entsprechenden elektrischen Heizung zu beheizen. Hierzu müssen aber entsprechende elektrische Leitungen verlegt werden, was die Montage verkompliziert. Zudem steigert die hierzu benötigte elektrische Energie den Kraftstoffverbrauch, da der Generator, mit dem die elektrische Energie bereitgestellt wird, in einem Fahrzeug vom Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Es ist aus der US 2010/0186 686 A1 und der US 8 887 704 B2 bekannt, das erste Kanalsystem und die darin angeordneten Fluidbehandlungseinheiten unter Verwendung von Fluiden, die ohnehin schon im Betrieb des Verbrennungsmotors verwendet sind, zu erwärmen. Diese Fluide können das oben genannte Öl aus der Ölwanne, Abgase oder eine Kühlflüssigkeit, mit dem der Verbrennungsmotor gekühlt wird, sein. Hierzu sind aber entweder Schlauch- oder Rohrsysteme notwendig, wobei die Schläuche im Betrieb abreißen oder verspröden können und die Rohre und die Schläuche einen zusätzlichen Montageaufwand darstellen, oder es wird eine komplizierte Führung des ersten Kanalsystems und eine entsprechende Anordnung der Fluidbehandlungseinheiten im Kurbelwellengehäuse benötigt, die schwer zu fertigen und zu montieren sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Entlüften eines Kurbelwellengehäuses anzugeben, die einfach zu fertigen und mit möglichst geringen konstruktiven Änderungen für bestehende Kurbelwellengehäuse verwendbar ist, wobei dennoch sichergestellt sein soll, dass die Fluidbehandlungseinheiten auch bei tiefen Umgebungstemperaturen einwandfrei funktionieren.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung zum Entlüften eines Kurbelwellengehäuses eines Fahrzeugs, bei der das Kurbelwellengehäuse einen Innenraum umschließt, der mit einem ersten Kanalsystem zum Abführen eines Fluidgemischs aus dem Innenraum kommuniziert, wodurch der Innenraum entlüftet werden kann, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse mit einer Wandung, welche einen Hohlraum umschließt, wobei der Hohlraum mit dem ersten Kanalsystem in Fluidkommunikation bringbar ist, ein oder mehrere im Hohlraum angeordnete und mit dem Fluidgemisch zusammenwirkende Fluidbehandlungseinheiten, und ein zweites Kanalsystem umfasst, welches mit einem Temperierkreislauf zum Temperieren des Kurbelwellengehäuses und/oder weiterer Bauteile des Fahrzeugs in Fluidkommunikation bringbar ist, wobei das zweite Kanalsystem mit dem Hohlraum zum Verändern der Temperatur im Hohlraum zusammenwirkt.
Kern der Erfindung ist das Gehäuse, in welchem die Fluidbehandlungseinheiten angeordnet sind. Einerseits kommuniziert das Gehäuse mit dem ersten Kanalsystem, so dass das Gehäuse ein Teil des ersten Kanalsystems bildet. Weiterhin wirkt das Gehäuse mit dem zweiten Kanalsystem zusammen, welches an einen Temperierkreislauf angeschlossen werden kann. Das zweite Kanalsystem kann beispielsweise eine separate Platte aus einem gut wärmeleitenden Material umfassen, welche eine Anzahl von Unterkanälen aufweist und welche in wärmeleitenden Kontakt mit dem Gehäuse gebracht werden kann. Im Temperierkreislauf wird beispielsweise ein Wärmeträgerfluid gefördert, welches mit Wärme, die im Betrieb des Fahrzeugs anfällt, erwärmt wird. Das Wärmeträgerfluid durchströmt im Betrieb die Unterkanäle des zweiten Kanalsystems.
Das Gehäuse als separates Bauteil erleichtert einerseits die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses, da die Fluidbehandlungseinheiten vormontiert werden können, was an einem anderen Ort, etwa in einer anderen Werkhalle oder bei einem Zulieferer geschehen kann. Das vormontierte Gehäuse braucht bei der Fertigung des Kurbelwellengehäuses bzw. des Verbrennungsmotors nur noch mit dem Kurbelwellengehäuse verbunden und an das erste Kanalsystem und an den Temperierkreislauf angeschlossen zu werden. Andererseits ergeben sich weitere Vorteile dadurch, dass man in der Anordnung der Fluidbehandlungseinheiten in Bezug zu dem zweiten Kanalsystem eine höhere Gestaltungsfreiheit hat als bei bekannten Entlüftungsvorrichtungen. Die Fluidbehandlungseinheiten können so in Bezug zum zweiten Kanalsystem angeordnet werden, dass ein guter Wärmetransport der Wärme vom im Temperierkreislauf und folglich auch im zweiten Kanalsystem geförderten Wärmeträgerfluid auf die Fluidbehandlungseinheiten ermöglicht wird und der Hohlraum und daher die Fluidbehandlungseinheiten besonders effektiv temperiert werden können. Folglich kann eine Vereisung der Fluidbehandlungseinheiten auf eine relativ einfache Weise verhindert werden, ohne große konstruktive Änderungen am Kurbelwellengehäuse vornehmen zu müssen.
In einer Ausführungsform der vorschlagsgemäßen Vorrichtung wird das zweite Kanalsystem von der Wandung gebildet. Dabei kann das Kanalsystem vollständig, im Wesentlichen vollständig oder teilweise von der Wandung gebildet werden. Insbesondere dann, wenn das zweite Kanalsystem vollständig von der Wandung gebildet wird, ist es nicht notwendig, zusätzliche Bauteile wie Platten oder Schläuche vorzusehen und zu montieren, wodurch die Montage erleichtert und Ausfälle durch Lockern der zusätzlichen Bauteile verhindert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung bildet die Wandung des Gehäuses eine oder mehrere mit dem Hohlraum kommunizierende Öffnungen, die derart angeordnet sind, dass der Hohlraum mit dem ersten Kanalsystem kommuniziert, wenn das Gehäuse mit dem Kurbelwellengehäuse verbunden ist. In dieser Ausgestaltung ist es nicht notwendig, das Gehäuse an eine Rohrleitung oder an eine Schlauchverbindung anzuschließen. Es genügt vielmehr, das Gehäuse am Kurbelwellengehäuse zu befestigen, um eine Kommunikation mit dem ersten Kanalsystem herzustellen. Die Verbindung kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung bereitgestellt werden, wodurch darüber hinaus der Vorteil erreicht werden kann, dass Dichtungen, mit denen das Gehäuse gegenüber dem Kurbelwellengehäuse abgedichtet wird, durch ein Anziehen der Schrauben mit einem entsprechenden Drehmoment mit der notwendigen Flächenpressung beaufschlagt werden können. Hierdurch wird die Montage des Gehäuses und folglich die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht.
Es bietet sich an, dass der Temperierkreislauf zumindest abschnittsweise im Kurbelwellengehäuse verläuft und das zweite Kanalsystem einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, die so ausgebildet sind, dass das zweite Kanalsystem mit dem Temperierkreislauf kommuniziert, wenn das Gehäuse mit dem Kurbelwellengehäuse verbunden ist. Auch in diesem Fall ist es möglich, eine Fluidkommunikation mit dem Temperierkreislauf allein durch die Befestigung des Gehäuses am Kurbelwellengehäuse bereitzustellen. Weitere Verbindungsmaßnahmen sind nicht notwendig, wodurch die Montage des Gehäuses sowie die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht werden. Insbesondere ist es nicht notwendig, das Gehäuse an Rohrleitungen oder Schläuche anzuschließen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann folglich vollständig schlauchlos ausgestaltet werden, wodurch folgender weiterer Vorteil erreicht werden kann: Schläuche und Rohrleitungen sind ebenfalls dem Fahrtwind ausgesetzt, so dass dort die Temperatur des Fluidgemisches soweit sinken kann, dass das darin enthaltene Wasser kondensiert, wodurch es zu der oben erläuterten Ölverdünnung des im Innenraum des Kurbelwellengehäuses befindlichen Öls und der damit einhergehenden Verschlechterung der Schmierung kommen kann. Mit der Möglichkeit, das erste Kanalsystem vollständig schlauchlos und ohne freiliegende Rohrleitungen auszugestalten, kann die Temperatur im gesamten ersten Kanalsystem so eingestellt werden, dass eine Kondensation des im Fluidgemisch enthaltenen Wassers verhindert oder zumindest auf ein unkritisches Maß reduziert wird.
Weiterhin wird das zweite Kanalsystem zumindest abschnittsweise von einer oder mehreren in der Wandung angeordneten Ausnehmungen und/oder von einem oder mehreren in der Wandung angeordneten Vorsprüngen gebildet, die mit einer Verschlussplatte verschließbar sind. Auf diese Weise lässt sich das zweite Kanalsystem auf eine besonders einfache Weise fertigen, da keine Bohrungen in der Wandung vorgesehen werden müssen. Es genügt vielmehr, beispielsweise zwei oder mehrere Vorsprünge vorzusehen, die mit der Verschlussplatte verschlossen werden. Die Vorsprünge können so gestaltet werden, dass Hinterschneidungen vermieden werden, was die Bereitstellung des Gehäuses vereinfacht, da es gegossen werden kann. Insbesondere ist es möglich, im zweiten Kanalsystem einen Abschnitt vorzusehen, in welchem sich das zweite Kanalsystem von einem Hauptkanal in mehrere kleinere Unterkanäle unterteilt, was den Wärmetransport verbessert, wodurch die Temperierung des von der Wandung des Gehäuses umschlossenen Hohlraums effektiver gestaltet werden kann. Je nach Materialwahl kann die Verschlussplatte auf die Vorsprünge aufgeschweißt werden, wodurch der Hauptkanal und/oder die Unterkanälen auf einfache Weise dichtend verschlossen werden können. Hierzu können Reibschweißen oder Laserschweißen eingesetzt werden.
Es bietet sich an, dass das Gehäuse aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast besteht oder diesen umfasst. Mit Kunststoff lässt sich das erfindungsgemäße Gehäuse besonders kostengünstig in großer Menge fertigen, da das Gehäuse spritzgegossen werden kann. Dabei kann die Verschlussplatte aus demselben Kunststoff bestehen wie das Gehäuse. Es kann aber auch ein anderer Kunststoff für die Verschlussplatte vorgesehen sein, der beispielsweise eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das übrige Gehäuse aufweist, um die Wärmeübertragung zu begünstigen. Thermoplasten haben den Vorteil, dass die Verschlussplatte beispielsweise mittels Hochfrequenzschweißen mit dem Gehäuse verbunden werden kann, was die Fertigung vereinfacht.
Darüber hinaus zeichnet sich eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch aus, dass der Temperierkreislauf zum Kühlen des Kurbelwellengehäuses einsetzbar ist. Die meisten Kurbelwellengehäuse weisen ohnehin einen Temperierkreislauf auf, um die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches entstehende Wärme abzuführen und folglich eine Überhitzung des Kurbelwellengehäuses zu verhindern. Hierzu wird im Temperierkreislauf ein Wärmeträgerfluid gefördert. Die dabei auf das Wärmeträgerfluid übertragene Wärme kann dabei zur Temperierung des vom Gehäuse umschlossenen Hohlraums verwendet werden, wodurch eine Vereisung der im Hohlraum angeordneten Fluidbehandlungseinheiten vermieden werden kann. Eine zusätzliche Wärmequelle zum Erwärmen des Wärmeträgerfluids muss nicht vorgesehen werden.
Eine Fortbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass im Temperierkreislauf eine Kühlflüssigkeit wie Wasser oder Öl gefördert wird. Eine Kühlflüssigkeit lässt sich im Allgemeinen besonders einfach im Temperierkreislauf fördern, zudem weist sie eine im Vergleich zu einem Gas hohe Wärmekapazität auf, so dass die im Kurbelwellengehäuse auf das Wärmeträgerfluid übertragene Wärme ohne größere Verluste zum Gehäuse gefördert werden kann, wo sie zur Temperierung des vom Gehäuse umschlossenen Hohlraums und der darin angeordneten Fluidbehandlungseinheiten verwendet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Fluidbehandlungseinheiten einen Separator, ein Druckregelventil und/oder ein Bypassventil und/oder weitere, auf das Fluid einwirkende Einheiten. Wie eingangs erwähnt, umfasst das Fluidgemisch Verbrennungsrückstände, Öl und einen gewissen Wassergehalt. Um das Fluidgemisch entweder erneut der Verbrennung zuführen, muss es von diesen Komponenten so weit wie möglich befreit werden. Hierzu kann ein Separator, beispielsweise ein Ölabscheider verwendet werden. Die Abscheidefunktion des Separators kann aber auch durch eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses (Größe, Führung des Fluids durch den Hohlraum) erreicht werden, so dass kein baulich eigenständiger Separator vorhanden sein muss. Um den Unterdruck im Innenraum des Kurbelwellengehäuses aufrecht zu erhalten, kann es notwendig sein, ein Druckregelventil im ersten Kanalsystem vorzusehen. Mit einem Bypassventil kann der Abscheider zumindest kurzzeitig umgangen werden, um einen zu hohen Druckverlust insbesondere dann zu verhindern, wenn der Verbrennungsmotor mit hohen Lasten betrieben wird. Ein erhöhter Druckverlust kann auch infolge von erhöhten Fluid-Volumenströmen („blowby”-Volumenströme) beispielsweise durch erhöhten Verschleiß des Kolbenring-Pakets oder beim schlagartigen Verdampfen von Wasser-Kraftstoff-Gemisch aus dem Öl während des Motor-Warmlaufes auftreten.
Die Anordnung der Fluidbehandlungseinheiten innerhalb der Vorrichtung und insbesondere innerhalb des Gehäuses ermöglicht eine weitgehende Vormontage der Fluidbehandlungseinheiten, so dass in der Endmontage des Kurbelwellengehäuses nur noch das Gehäuse am Kurbelwellengehäuse angebracht werden muss. Es ist aber auch möglich, einige der Fluidbehandlungseinheiten außerhalb der Vorrichtung anzuordnen, wenn dies erforderlich sein sollte.
Es bietet sich an, das Gehäuse an der in Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen Frontseite des Kurbelwellengehäuses anzuordnen. Aus baulichen und montagetechnischen Gründen und zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs kann es vorteilhaft sein, den Verbrennungsmotor so im Fahrzeug zu verbauen, dass das Saug- und Abgasrohr sowie gegebenenfalls der Turbolader auf der in Hauptfahrtrichtung gesehen hinteren Seite des Kurbelwellengehäuses angeordnet sind. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse und aufgrund des erhöhten, die Fluidbehandlungseinheiten schädigenden Wärmeeintrags auf der hinteren Seite kann es daher notwendig sein, das Gehäuse auf der Frontseite des Kurbelwellengehäuses anzuordnen, wodurch aber der Nachteil auftritt, dass das Gehäuse dem Fahrtwind direkt ausgesetzt ist und somit starker abkühlt als für den Fall, dass es an anderen Seiten des Kurbelwellengehäuses angeordnet ist. Aufgrund der stärkeren Abkühlung erhöht sich die Gefahr der Vereisung der Fluidbehandlungseinheiten und die damit einhergehenden Gefahr der Schädigung des Verbrennungsmotors. Mit Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aber der Vereisung der Fluidbehandlungseinheiten auch dann wirkungsvoll begegnet werden, wenn das Gehäuse auf der Frontseite des Kurbelwellengehäuses angeordnet ist. Folglich ist man in der Anordnung des Kurbelwellengehäuses innerhalb des Fahrzeugs deutlich flexibler.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kurbelwellengehäuse, welches eine Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses nach einem der vorherigen Ausführungsbeispiele aufweist. Die Vorteile und technischen Effekte, die mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung erzielt werden können, entsprechen denjenigen, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses erläutert worden sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs, umfassend ein Kurbelwellengehäuse, welches einen Innenraum umschließt, der mit einem ersten Kanalsystem zum Abführen eines Fluidgemischs aus dem Innenraum kommuniziert, einen Verbrennungsmotor, einen Temperierkreislauf zum Temperieren des Kurbelwellengehäuses, und eine Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses nach einem der vorherigen Ausführungsbeispiele, die ein Gehäuse mit einer Wandung, welche einen Hohlraum umschließt, wobei das Gehäuse mit dem Kurbelwellengehäuse verbindbar ist und der Hohlraum mit dem ersten Kanalsystem kommuniziert, ein oder mehrere im Hohlraum angeordnete und mit dem Fluidgemisch zusammenwirkende Fluidbehandlungseinheiten, und ein zweites Kanalsystem umfasst, welches mit dem Temperierkreislauf in Fluidkommunikation steht, wobei das zweite Kanalsystem mit dem Hohlraum zum Verändern der Temperatur im Hohlraum zusammenwirkt. Die Vorteile und technischen Effekte, die mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung erzielt werden können, entsprechen denjenigen, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses erläutert worden sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, welches mit einer Antriebseinrichtung nach dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel angetrieben wird. Die Vorteile und technischen Effekte, die mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung erzielt werden können, entsprechen denjenigen, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses erläutert worden sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen
1 eine prinzipielle Darstellung eines Kurbelwellengehäuses und eines erfindungsgemäßen Gehäuses, und
2 eine seitliche Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses.
In 1 ist ein Kurbelwellengehäuse 10 anhand einer prinzipiellen Darstellung wiedergegeben. Das Kurbelwellengehäuse 10 bildet zumindest teilweise einen Verbrennungsmotor 12, welcher in 1 anhand von Zylinderbohrungen 14 angedeutet ist. Mit dem vom Verbrennungsmotor 12 bereitgestellten Drehmoment wird ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug angetrieben. Die Hauptfahrtrichtung, in welche das Fahrzeug hauptsächlich bewegt wird, wenn es also vorwärts fährt, ist mit dem Pfeil A gekennzeichnet. Bezogen auf die Hauptfahrtrichtung weist das Kurbelwellengehäuse 10 eine Frontseite 16 auf, die auch als „kalte Seite” bezeichnet wird, da sie dem Fahrtwind direkt ausgesetzt ist und somit starker als die anderen Seiten gekühlt wird. An der Frontseite 16 ist ein Gehäuse 18 angeordnet, welches einen wesentlichen Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses 10 darstellt. Das Gehäuse 18 umfasst eine Wandung 22, die einen Hohlraum 24 umschließt und eine zur Frontseite 16 hinweisende erste Öffnung 26 ₁ aufweist, wie insbesondere aus 2 erkennbar. Über diese erste Öffnung 26 ₁ kommuniziert der Hohlraum 24 mit einem ersten Kanalsystem 28, was später noch genauer erläutert werden wird. Im Hohlraum 24 ist eine Fluidbehandlungseinheit 30 angeordnet, beispielsweise ein Separator 31 oder Abscheider, auf dessen Funktion ebenfalls im Folgenden näher eingegangen wird.
Zudem ist ein Temperierkreislauf 32 vorgesehen, der in diesem Fall zur Kühlung des Kurbelwellengehäuses 10 dient und daher zumindest teilweise das Kurbelwellengehäuse 10 durchläuft. In der Wandung 22 des Gehäuses 18 ist ein zweites Kanalsystem 34 angeordnet, das über einen ersten Anschluss 36 und einen zweiten Anschluss 38 mit dem Temperierkreislauf 32 in Fluidkommunikation gebracht werden kann.
In 2 ist ein seitlicher Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses 10 dargestellt. Das Gehäuse 18 ist mittels einer Schraubverbindung 40 am Kurbelwellengehäuse 10 befestigt. Gleichzeitig ist das Gehäuse 18 mit Dichtungen 42 gegenüber dem Kurbelwellengehäuse 10 abgedichtet. Die Dichtungen 42 können aus Silikon und insbesondere aus einem RTV-Silikon bestehen oder dieses umfassen. Unter einem RTV-Silikon ist ein bei Raumtemperatur vernetzendes Silikon zu verstehen, welches beispielsweise mittels Kartuschen aufgebracht werden kann, was die Fertigung vereinfacht. Die Vernetzung kann dabei aufgrund der Luftfeuchtigkeit oder mittels einer zweiten, beim Aufbringen zugemischten Komponente angestoßen werden. Wie eingangs erwähnt, kommuniziert das erste Kanalsystem 28 mit einem Innenraum 44 des Kurbelwellengehäuses 10. Neben der bereits erwähnten ersten Öffnung 26 ₁ weist das Gehäuse 18 eine zweite Öffnung 26 ₂ auf. Das erste Kanalsystem 28 ist so ausgebildet, dass der Hohlraum 24 des Gehäuses 18 über die erste Öffnung 26 ₁ und die zweite Öffnung 26 ₂ mit dem ersten Kanalsystem 28 kommuniziert, wenn das Gehäuse 18 am Kurbelwellengehäuse 10 befestigt ist.
Ganz ähnlich ist das zweite Kanalsystem 34 ausgebildet. Wenn das Gehäuse 18 am Kurbelwellengehäuse 10 befestigt ist, wird das zweite Kanalsystem 34 über den ersten Anschluss 36 und den zweiten Anschluss 38 mit dem Temperierkreislauf 32 in Fluidkommunikation gebracht. Man erkennt, dass das Gehäuse 18 an seiner freien Stirnfläche 46 eine Anzahl von Vorsprüngen 47 aufweist, mit denen eine entsprechende Anzahl von Unterkanälen 48 des zweiten Kanalsystems 34 gebildet werden. Um die Unterkanäle 48 abzuschließen, ist eine Verschlussplatte 50 vorgesehen, welche mit den Vorsprüngen 47 dichtend verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird auf folgende Weise betrieben: Bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum des Verbrennungsmotors 12 gelangt ein kleiner Teil eines Fluidgemisches („blow-by”), welches Reste des Luft-Kraftstoff-Gemischs sowie einige Verbrennungsrückstände enthält, vom Brennraum über die Kolbendichtung in den Innenraum 44 des Kurbelwellengehäuses 10. Das Fluidgemisch wird über das erste Kanalsystem 28 aus dem Innenraum 44 abgeführt, wodurch das Kurbelwellengehäuse 10 entlüftet wird. Dabei durchquert das Fluidgemisch die erste Öffnung 26 ₁ und tritt so in den Hohlraum 24 des Gehäuses 18 ein. Dabei wirkt das Fluidgemisch mit den Fluidbehandlungseinheiten 30, beispielsweise mit dem Separator 31, zusammen und wird entsprechend aufbereitet. Es können weitere, nicht dargestellte Fluidbehandlungseinheiten 30 vorgesehen sein. Im Hohlraum 24 können entsprechend gestaltete Strömungsbleche 52 angeordnet sein, um das Fluidgemisch wie gewünscht zu führen. Allein durch eine entsprechende Führung des Fluidgemischs kann eine Abscheidung des im Fluidgemisch enthaltenen Öls bewirkt werden, so dass die Strömungsbleche 52 auch als eine Fluidbehandlungseinheit 30 wirken. Auch die Halterungen für die Fluidbehandlungseinheiten 30 können als Führung für das Fluidgemisch dienen. Anschließend strömt das Fluidgemisch weiter durch den Hohlraum 24 des Gehäuses 18 und verlässt das Gehäuse 18 über die zweite Öffnung 26 ₂, um anschließend je nach Ausgestaltung des ersten Kanalsystems 28 entweder wieder zum Verbrennungsmotor 12 oder in die Umgebung geleitet zu werden.
Bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erwärmt sich das Kurbelwellengehäuse 10. Diese Wärme wird auf eine im Temperierkreislauf 32 geförderte Kühlflüssigkeit übertragen, die sich hierdurch entsprechend erwärmt. Zur Förderung der Kühlflüssigkeit ist eine Förderpumpe 54 vorgesehen. Dadurch, dass das zweite Kanalsystem 34 mit dem Temperierkreislauf 32 in Fluidkommunikation steht, wird ein Teil der Kühlflüssigkeit durch das zweite Kanalsystem 34 gefördert, wodurch ein Teil der in der Kühlflüssigkeit enthaltenen Wärme in den Hohlraum 24 und folglich auf die Fluidbehandlungseinheiten 30 übertragen wird. Da die Unterkanäle 48 einen geringeren Durchmesser als der Hauptkanal des zweiten Kanalsystems 34 aufweist, ist die für den Wärmetransport zur Verfügung stehende Übertragungsfläche größer, wodurch die meiste Wärme über die Unterkanäle 48 auf den Hohlraum 24 übertragen wird. Aufgrund des Wärmetransports steigt die Temperatur im Hohlraum 24 an, wodurch verhindert wird, dass die Fluidbehandlungseinheiten 30 vereisen können. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, dass die Fluidbehandlungseinheiten 30 unmittelbar angrenzend oder benachbart zu den Unterkanälen 48 angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, die Unterkanäle 48 so zu gestalten, dass sie nicht nur entlang der Frontseite 46, sondern auch entlang der Seitenflächen des Gehäuses 18 verlaufen. Der Verlauf, die Anzahl und der Durchmesser der Unterkanäle 48 wird so gewählt, dass einerseits der Wärmetransport optimiert wird, andererseits aber der Druckverlust im zweiten Kanalsystem 34 so gering wie möglich gehalten wird, so dass die Leistung, welche die Förderpumpe 54 zusätzlich bereitstellen muss, um die Kühlflüssigkeit durch das zweite Kanalsystem 34 zu fördern, so gering wie möglich ist. Da die Förderpumpe 54 vom Verbrennungsmotor 12 angetrieben wird, führt eine erhöhte Leistungsabgabe der Förderpumpe 54 zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, der so weit wie möglich vermieden werden soll.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

10: Kurbelwellengehäuse
12: Verbrennungsmotor
14: Zylinderbohrung
16: Frontseite
18: Gehäuse
20: Vorrichtung
22: Wandung
24: Hohlraum
26, 26₁, 26₂: Öffnung
28: erstes Kanalsystem
30: Fluidbehandlungseinheit
31: Separator
32: Temperierkreislauf
34: zweites Kanalsystem
36: erster Anschluss
38: zweiter Anschluss
40: Schraubverbindung
42: Dichtung
44: Innenraum
46: Stirnfläche
47: Vorsprung
48: Unterkanäle
50: Verschlussplatte
52: Strömungsblech
54: Förderpumpe
A: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0186686 A1 [0007]
US 8887704 B2 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Entlüften eines Kurbelwellengehäuses (10) eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeug, wobei das Kurbelwellengehäuse (10) einen Innenraum (44) umschließt, der mit einem ersten Kanalsystem (28) zum Abführen eines Fluidgemischs aus dem Innenraum (44) kommuniziert, wodurch der Innenraum (44) entlüftet werden kann, wobei die Vorrichtung (20) – ein Gehäuse (18) mit einer Wandung (22), welche einen Hohlraum (24) umschließt, wobei der Hohlraum (24) mit dem ersten Kanalsystem (28) in Fluidkommunikation bringbar ist, – ein oder mehrere im Hohlraum (24) angeordnete und mit dem Fluidgemisch zusammenwirkende Fluidbehandlungseinheiten (30), und – ein zweites Kanalsystem (34) umfasst, welches mit einem Temperierkreislauf (32) zum Temperieren des Kurbelwellengehäuses (10) und/oder weiterer Bauteile des Fahrzeugs in Fluidkommunikation bringbar ist, wobei das zweite Kanalsystem (34) mit dem Hohlraum (24) zum Verändern der Temperatur im Hohlraum (24) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kanalsystem (34) von der Wandung (22) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (22) des Gehäuses (18) eine oder mehrere mit dem Hohlraum (24) kommunizierende Öffnungen (26) bildet, die derart angeordnet sind, dass der Hohlraum (24) mit dem ersten Kanalsystem (28) kommuniziert, wenn das Gehäuse (18) mit dem Kurbelwellengehäuse (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkreislauf (32) zumindest abschnittsweise im Kurbelwellengehäuse (10) verläuft und das zweite Kanalsystem (34) einen ersten Anschluss (36) und einen zweiten Anschluss (38) aufweist, die so ausgebildet sind, dass das zweite Kanalsystem (34) mit dem Temperierkreislauf (32) kommuniziert, wenn das Gehäuse (18) mit dem Kurbelwellengehäuse (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kanalsystem (34) zumindest abschnittsweise von einer oder mehreren in der Wandung (22) angeordneten Ausnehmungen und/oder von einem oder mehreren in der Wandung (22) angeordneten Vorsprüngen (47) gebildet wird, die mit einer Verschlussplatte (50) verschließbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast, besteht oder diesen umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkreislauf (32) zum Kühlen des Kurbelwellengehäuses (10) einsetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Temperierkreislauf (32) eine Kühlflüssigkeit wie Wasser oder Öl gefördert wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbehandlungseinheiten (30) einen Separator (31), ein Druckregelventil und/oder ein 3-Wegeventil umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) an der in Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen Frontseite (16) des Kurbelwellengehäuses (10) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs, umfassend – ein Kurbelwellengehäuse (10), welches einen Innenraum (44) umschließt, der mit einem ersten Kanalsystem (28) zum Abführen eines Fluidgemischs aus dem Innenraum (44) kommuniziert, – einen Verbrennungsmotor (12), – einen Temperierkreislauf (32) zum Temperieren des Kurbelwellengehäuses (10), und – eine Vorrichtung (20) zum Entlüften des Kurbelwellengehäuses (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, die – ein Gehäuse (18) mit einer Wandung (22), welche einen Hohlraum (24) umschließt, wobei der Hohlraum (24) mit dem ersten Kanalsystem (28) kommuniziert, – ein oder mehrere im Hohlraum (24) angeordnete und mit dem Fluidgemisch zusammenwirkende Fluidbehandlungseinheiten (30), und – ein zweites Kanalsystem (34) umfasst, welches mit dem Temperierkreislauf (32) in Fluidkommunikation steht, wobei das zweite Kanalsystem (34) mit dem Hohlraum (24) zum Verändern der Temperatur im Hohlraum (24) zusammenwirkt.
Fahrzeug, welches mit einer Antriebseinrichtung nach Anspruch 11 angetrieben wird.