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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Ölabscheider, der ausgangsseitig einen Gasauslass und einen Ölrücklauf zum Abführen des abgeschiedenen Öls aufweist.
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Herkömmlich erfolgt die Einleitung des gereinigten Gases in den Ansaugtrakt meist im Bereich größter Unterdrücke, beispielsweise im Bereich einer Querschnittsverengung im Ansaugtrakt. Dies kann jedoch zu einem ungewollten Androsseln des Verdichters bzw. Turboladers führen.
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Eine Gaseinleitung auf der Auslaufseite eines Drallerzeugers für ein Verdichterlaufrad ist aus der
DE 10 2010 054 478 A1 bekannt. Jedoch erfordert diese Lösung konstruktive Veränderungen am Verdichter und ist nicht überall anwendbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine Effizienzsteigerung der Ölabscheidung bewirkt und niedrige bzw. negative Kurbelgehäusedrücke sicherstellt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß ist eine Saugstrahlpumpe vorgesehen, deren Vakuumanschluss mit dem Gasauslass des Ölabscheiders, Unterdruckanschluss mit einem Unterdruckabschnitt des Ansaugtrakts und Druckanschluss mit einem Druckabschnitt des Ansaugtrakts verbunden ist. Durch diese Maßnahme kann der an dem Gasauslass des Ölabscheiders anliegende Druck reduziert, d.h. der Unterdruck betragsmäßig erhöht werden, was eine Effizienzsteigerung des Ölabscheiders bewirkt. Des Weiteren können auf diese Weise negative Drücke im Kurbelgehäuse auch bei leistungsstarken Ölabscheidern sichergestellt werden.
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Vorteilhafte Druckverhältnisse für die Wirkung der Saugstrahlpumpe sind gegeben, wenn der Unterdruckanschluss auf der Saugseite und/oder der Druckanschluss auf der Druckseite eines im Ansaugtrakt angeordneten Verdichters angeordnet ist, da ein Verdichter bzw. Turbolader in der Regel die größte Druckdifferenz in dem Ansaugtrakt erzeugt. Falls eine Drosselklappe im Ansaugtrakt vorliegt, kann es regelungstechnisch vorteilhaft sein, wenn der Druckanschluss auf der Einlassseite der Drosselklappe angeordnet ist. Der Begriff Verdichter umfasst im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere Abgasturbolader und Kompressoren.
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Die Erfindung kann auch in nicht aufgeladenen Motoren realisiert werden, beispielsweise durch Anordnung des Unterdruckanschlusses auf der Auslassseite und des Druckanschlusses auf der Einlassseite der Drosselklappe.
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Vorzugsweise ist ein Rückschlagventil in einer mit dem Vakuumanschluss verbundenen Vakuumleitung angeordnet, um Rückströmen zu verhindern. Jedoch kann eine den Gasauslass des Abscheiders mit dem Unterdruckabschnitt verbindende Unterdruckleitung vorzugsweise ventilfrei, d.h. ohne Rückschlagventil ausgebildet sein. Hierfür kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Querschnitte einer Unterdruckleitung von der Saugstrahlpumpe zu dem Ansaugtrakt ausreichend groß sind. Insbesondere sind die mittleren Leitungsquerschnitte der Unterdruckleitung von dem Unterdruckanschluss der Saugstrahlpumpe bis zu dem Unterdruckabschnitt des Ansaugtrakts vorzugsweise größer, insbesondere um mindestens 50%, vorzugsweise um mindestens 100%, als die Unterdruckleitung von dem Ölabscheider bis zu der Mündung in die Unterdruckleitung von dem Unterdruckanschluss der Saugstrahlpumpe bis zu dem Unterdruckabschnitt des Ansaugtrakts.
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Die Erfindung kann vorteilhaft auf Ausführungsformen mit in einem Volllastzweig angeordnetem Volllastabscheider und in einem parallelen Teillastzweig angeordnetem Teillastabscheider angewendet werden. In diesem Fall ist die Saugstrahlpumpe vorzugsweise in dem Volllastzweig angeordnet. In dem Teillastzweig kann vorteilhaft ein PCV-Ventil angeordnet sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
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1 schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Vorrichtung zur Kurbelgehäuseentlüftung;
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2 Querschnittsansicht eines Saugstrahlpumpenmoduls;
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3–7, 9 schematische Darstellungen eines Verbrennungsmotors mit einer Vorrichtung zur Kurbelgehäuseentlüftung in weiteren Ausführungsformen; und
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8 eine schematische Darstellung eines Federzungen-Trägheitsabscheiders.
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Der Verbrennungsmotor 10 umfasst einen Motorblock 11 mit einer Ölwanne 12, einem Kurbelgehäuse/Zylinderkopf 13 sowie einem Ladeluftkrümmer 14 zum Einlass der Verbrennungsluft aus dem Ansaugtrakt 15 in den Zylinderkopf 13. Der Ansaugtrakt 15 umfasst einen Luftfilter 16, einen Verdichter 17, insbesondere einen Abgasturbolader oder einen Kompressor, und eine Drosselklappe 18.
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Der Verbrennungsmotor 10 umfasst des Weiteren eine Entlüftungsvorrichtung 19 mit einem Gehäuse 20, in dem ein Ölabscheider 21 angeordnet ist. Die Entlüftungsvorrichtung 19 kann insbesondere in eine Zylinderkopfhaube integriert, ein in eine Zylinderkopfhaube einzusetzendes Entlüftungsmodul mit einem eigenen Gehäuse 20, oder ein von der Zylinderkopfhaube separates Entlüftungsmodul sein. Blow-By-Gase werden aus dem Kurbelgehäuse 13 zu einem Gaseinlass 22 in der Entlüftungsvorrichtung 19 und von dort weiter durch den Ölabscheider 21 geleitet. Der Ölabscheider 21 ist insbesondere ein Trägheitsabscheider und bewirkt eine Abscheidung des in dem Blow-By-Gas mitgeführten Öls, das über eine Ölrücklaufleitung 23 in einen niedriger gelegenen Teil des Motors, beispielsweise wieder in den Ölsumpf in der Ölwanne 12 zurückgeführt wird. In der Ölrücklaufleitung 23 ist vorzugsweise ein Rückschlagventil 24 angeordnet, um ein Aufsteigen von Öl aus dem Ölsumpf durch die Ölrücklaufleitung 23 und erneute Verunreinigung des gereinigten Blow-By-Gases am Gasauslass 25 des Ölabscheiders 21 zu verhindern. Das aus dem Gasauslass 25 bzw. dem Reinraum des Ölabscheiders 21 austretende gereinigte Gas wird über eine Unterdruckleitung 26 in einen Unterdruckabschnitt 27 des Ansaugtrakts 15 zurückgeführt. Der Unterdruckabschnitt 27 ist insbesondere auf der Einlassseite des Verdichters 17 angeordnet. Der Druckabschnitt 35 ist insbesondere auf der Auslassseite des Verdichters 17 und/oder auf der Einlassseite der Drosselklappe 18 angeordnet. Der Luftdruck in dem Druckabschnitt 35 ist daher höher als der Luftdruck in dem Unterdruckabschnitt 27.
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Auf der Saugseite des Ölabscheiders 21 ist eine Saugstrahlpumpe 28 angeordnet. Ein Vakuumanschluss 31 der Saugstrahlpumpe 28 ist über eine Vakuumleitung 32 mit dem Gasauslass 25 des Ölabscheiders 21 verbunden. Ein Unterdruckanschluss 29 der Saugstrahlpumpe 28 ist über eine Unterdruckleitung 30 mit der Unterdruckleitung 26 verbunden. Ein Druckanschluss 33 der Saugstrahlpumpe 28 ist über eine Druckleitung 34 mit einem Druckabschnitt 35 des Ansaugtrakts 15 verbunden.
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Die Funktionsweise der Saugstrahlpumpe
28 wird im Folgenden anhand der
DE 43 10 761 C2 entnommenen
2 erläutert. Die Saugstrahlpumpe
28 ist hier in einer Funktionseinheit
40 mit einem Gehäuse
41 ausgeführt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Funktionseinheit
40 vorteilhaft in der Entlüftungsvorrichtung
19 mit möglichst wenigen Einzelteilen integriert. Insbesondere sind vorteilhaft keine separaten Teile für den Vakuumanschluss
31 und den Unterdruckanschluss
29 vorhanden, wie in
2 gezeigt, und die Anschlüsse
29,
31,
33 sind vorteilhaft nicht als Schlauchanschlüsse ausgeführt.
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Die Saugstrahlpumpe 28 umfasst einen Kanal 42, in dem ein Saugrohr 36 und eine Düse 37 angeordnet sind. Das Saugrohr 36 kann an der engsten Stelle der Düse 37, d.h. im Bereich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit oder des kleinsten statischen Drucks, oder stromaufwärts davon münden. Das Saugrohr 36 ist mit dem Vakuumanschluss 31 verbunden. Ein zwischen dem Saugrohr 36 und dem Kanal 42 gebildeter äußerer Ringspalt 38 ist mit dem Druckanschluss 33 verbunden. Die durch den Druckanschluss 33 einströmende Luft wird durch den Ringspalt 38 zu der Düse 37 geleitet und dort beschleunigt. Hierdurch entsteht ein zusätzlicher Unterdruck, der auf die Auslassöffnung des Saugrohrs 36 und über das Saugrohr 36 auf den Vakuumanschluss 31 und weiter über die Vakuumleitung 32 schließlich auf den Gasauslass 25 des Ölabscheiders 21 wirkt. Im Ergebnis bewirkt die Saugstrahlpumpe 28 somit erfindungsgemäß ein zusätzliches Unterdruckangebot an dem Gasauslass 25 des Ölabscheiders 21.
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In der Ausführungsform gemäß 2 umfasst die Funktionseinheit 40 einen zu dem Kanal 42 parallel geschalteten Bypasskanal 39, der einen Abschnitt der Unterdruckleitung 26 bildet.
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In der Vakuumleitung 32 und/oder in der Unterdruckleitung 26 ist vorteilhaft jeweils ein Rückschlagventil 44 bzw. 45 angeordnet, um in bestimmten Betriebssituationen Rückströmen von Gas zu dem Gasauslass 25 des Ölabscheiders 21 zu verhindern. Die Rückschlagventile 44 bzw. 45 sind in der Funktionseinheit 40 gemäß 2 beispielsweise als Tellerventile ausgeführt.
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Die Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich derjenigen gemäß 1 dahingehend, dass hier in der Entlüftungsvorrichtung 19 eine Druckregeleinrichtung 46, insbesondere ein Druckregelventil, in Strömungsrichtung vor dem Abscheider 21 in der Blow-By-Gas-Zuführung angeordnet ist.
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Die Ausführungsform gemäß 4 verdeutlicht, dass das Rückschlagventil 45 in der Unterdruckleitung 26 (siehe 1 und 3) vorteilhaft verzichtbar sein kann. In diesem Fall sind die Leitungsquerschnitte der Unterdruckleitung 30 von dem Unterdruckanschluss 29 der Saugstrahlpumpe 28 bis zu dem Unterdruckabschnitt 27 des Ansaugtrakts 15 vorteilhaft groß genug gewählt, was in 4 durch eine doppelte Linie für die Unterdruckleitung 30 angedeutet ist. Insbesondere sind die mittleren Leitungsquerschnitte der Unterdruckleitung 30 von dem Unterdruckanschluss 29 der Saugstrahlpumpe 28 bis zu dem Unterdruckabschnitt 27 des Ansaugtrakts 15 vorzugsweise größer, d.h. um mindestens 50%, vorzugsweise um mindestens 100%, als die Unterdruckleitung 26 von dem Ölabscheider 21 bis zu der Mündung in die Unterdruckleitung 30.
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Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist in der Druckleitung 34 ein die Durchflussmenge begrenzendes Ventil 47 angeordnet, damit die Leckagemenge bzw. die Rückführmenge von Saugluft aus dem Abschnitt 35 nach dem Verdichter 17 zu dem Abschnitt 27 vor dem Verdichter 17 begrenzt wird.
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Das Ventil 47 kann passiv sein wie in 5 gezeigt. In der Ausführungsform gemäß 6 handelt es sich stattdessen um ein beispielsweise von der Motorsteuerung elektronisch gesteuertes bzw. geregeltes Ventil 48, das den Ladeluftstrom durch die Druckleitung 34 nach Bedarf regelt.
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7 betrifft eine Ausführungsform mit Be- und Entlüftung des Kurbelgehäuses unter Verwendung eines Positive Crankcase Ventilation- oder PCV-Ventils 49. Die Be- und Entlüftungsvorrichtung 20 umfasst hier einen Volllastzweig 50 mit einem entsprechenden Gaseinlass 22V, Ölabscheider 21V, Gasauslass 25V, Ölrücklauf 23V mit Rückschlagventil 24V und Unterdruckleitung 26V, sowie einen zu dem Volllastzweig 50 parallelen Teillastzweig 51 mit einem entsprechenden Gaseinlass 22T, Ölabscheider 22T, Gasauslass 25T, Ölrücklauf 23T mit Rückschlagventil 24T und Unterdruckleitung 26T. Das PCV-Ventil 49 ist hier in dem Teillastzweig 51 in der Unterdruckleitung 26T zwischen dem Ölabscheider 21T und dem Ansaugtrakt 25, hier zwischen der Drosselklappe 18 und dem Ladeluftkrümmer 14, angeordnet. Die Saugstrahlpumpe 28 ist in dem Volllastzweig 50 analog zu der Anordnung in den 1 bis 6 angeordnet. Insbesondere in dieser Ausführungsform ist die Unterdruckleitung 26V vorzugsweise frei von einem Rückschlagventil 45 (wie in der Ausführungsform gemäß 4) mit der vorteilhaften Bemessung der Leitungsquerschnitte wie dort beschrieben. Dies hat den Vorteil, dass weiterhin eine Belüftung des Kurbelgehäuses über die Volllastseite, d.h. über die Unterdruckleitung 26V, erfolgen kann (weil dies nicht durch ein Rückschlagventil 45V verhindert wird).
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Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar auf Trägheitsabscheider 21, insbesondere in Form von Federzungenabscheider. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Federzungenabscheiders 21 ist in 8 gezeigt. Der Federzungenabscheider 21 weist eine Abscheidekammer 53 mit einer eingangsseitigen, mit Blow-By-Gas beaufschlagten Federzunge 61 auf. Die Federzunge 61 ist im Wesentlichen in der Abscheidekammer 53 angeordnet, und öffnet nach innen. Die Federzunge 61 ist an einem Ende in einer Spanneinrichtung 55 freikragend eingespannt. Das andere Ende der Federzunge 61 deckt in der Ruhestellung die Gaseinlassöffnung 56 des Ölabscheiders 21, die beispielsweise kreisrund sein kann, ab. Das freie Ende der Federzunge 61 ist mit dem ölbeladenen Blow-By-Gas beaufschlagt. Aufgrund der Druckbeaufschlagung gibt die Federzunge 61 einen Spalt 57 frei, durch den das Blow-By-Gas mit hoher Geschwindigkeit in die nachgeordnete Abscheidekammer 53 einströmt. Je größer die Gasdruckbeaufschlagung der Federzunge 61 ist, umso größer ist im üblichen Arbeitsbereich der von der Federzunge 61 freigegebene Spalt 57 für das Blow-By-Gas.
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In der Abscheidekammer 53 ist eine Prallwand 58 vorgesehen, die zweckmäßigerweise eine überwiegend senkrechte Komponente in Bezug auf die Federzunge 61 in Ruhestellung aufweist und weiter vorzugsweise etwa senkrecht zu der Federzunge 61 in Ruhestellung orientiert ist. Etwa senkrecht bedeutet unter einem Winkel im Bereich von 70° bis 110°, vorzugsweise im Bereich von 80° bis 100°. Der durch den Spalt 57 eintretende Gasstrom läuft somit etwa senkrecht auf die Prallwand 58 zu und wird entlang der Prallwand 58 umgelenkt. Aufgrund der Trägheit der Öl- und Schmutzteilchen in dem Blow-By-Gas werden diese an der Prallwand 48 abgeschieden.
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Um eine möglichst hohe Abscheidewirkung zu erhalten, wird die Gasströmung durch eine nachgeordnete Auslasskammer 54 so abgeführt, dass an der Prallwand eine Umlenkung des Gasstroms in Gegenrichtung zu der Strömungsrichtung durch den Spalt 57 in die Abscheidekammer 53 erfolgt. Die Umlenkung der Gasströmung beträgt vorzugsweise mehr als 120° und weiter vorzugsweise mehr als 150° bis zu etwa 180°, wie aus 5 ersichtlich ist.
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Das an der Prallwand 58 abgeschiedene Öl läuft am Boden 59 der Abscheidekammer 53 und der nachgeordneten Auslasskammer 54 ab und wird mittels des Rücklaufs 23 in den Motorölkreislauf zurückgeführt. Um die Schwerkraftableitung des Öls ohne Toträume sicherzustellen, weist der Boden der Kammern 53, 54 in der Betriebslage vorzugsweise ein stetiges Gefälle bis zu der Ölableitung 23 auf.
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Die nachgeordnete Auslasskammer 54 erweitert sich vorzugsweise in der Längsrichtung zur Bildung eines Diffusors, in dem sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases verringert und dadurch die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, dass die ablaufende Flüssigkeit durch die auslaufende Gasströmung wieder mitgerissen wird. Gleichzeitig wird der Druckverlust über den Abscheider 52 verringert. Im Hinblick auf die gewünschte Wirkung beträgt die Konizität des Diffusors 54 vorzugsweise mindestens 10°, weiter vorzugsweise mindestens 20°, noch weiter vorzugsweise mindestens 30°.
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Anstelle eines Federzungenabscheiders sind auch andere Trägheitsabscheider 21 denkbar, beispielsweise Zyklonabscheider oder allgemeiner Wirbelkammerabscheider, die einen tangentialen Gaseinlass aufweisen und zur Ausbildung eines Gaswirbels mit mehr einer vollständigen Umdrehung (> 360°) des Gaswirbels eingerichtet sind.
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Die Ausführungsform gemäß 9 betrifft eine Anwendung in einem nicht aufgeladenen Motor. Hier ist der Unterdruckanschluss 29 mit der Auslassseite der Drosselklappe 18 und der Druckanschluss 33 mit der Einlassseite der Drosselklappe 18 verbunden. Auch in dieser Ausführungsform kann ein Ventil 47, 48 in der Druckleitung und/oder ein Druckregelventil 46 oder ein PCV-Ventil 49 vorgesehen und/oder die Unterdruckleitung 26 ventilfrei sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054478 A1 [0003]
- DE 4310761 C2 [0018]
