DE102015221505B3

DE102015221505B3 - Brennkraftmaschine mit einem Ölabscheider

Info

Publication number: DE102015221505B3
Application number: DE102015221505.9A
Authority: DE
Inventors: Kajetan Plenk
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-11-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (4), welche mit einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung verbunden ist, welche einen in einem Schwingungsdämpfungsgehäuse (3) angeordneten Schwingungsdämpfer (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schwingungsdämpfungsgehäuse (3) ein Ölabscheider (1) angeordnet ist.

Description

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass sich bei Brennkraftmaschinen in bestimmten Bereichen, beispielsweise in einem Kurbelgehäuse, Öl-Luft-Mischungen, auch Blow-By genannt, bilden. Diese Öl-Luft-Gemische können, um den Ölverbrauch gering zu halten und die Brennkraftmaschine bzw. die Umwelt nicht unnötig zu verschmutzen, nicht durch Entlüftungsvorrichtungen abgeleitet werden, ohne dass das darin befindliche Öl abgeschieden wird.
Zum Stand der Technik wird auf die WO 2004/104381 A1 verwiesen. Diese Schrift zeigt einen Zentrifugal-Ölabscheider für Blow-by-Gase einer Brennkraftmaschine. Dabei ist ein Zentrifugal-Ölabscheider über eine mechanische Kopplung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden und wird somit von der Kurbelwelle angetrieben.
Die US 6,584,964 B1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Zentrifugal-Ölabscheider, welcher in dem Kurbelgehäuse direkt an der Kurbelwelle angeflanscht ist.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Zentrifugal-Ölabscheider mit einem separaten Antrieb zu versehen, beispielsweise mit einem elektrischen Antriebsmotor, so wie dies in der US 2003/0233932 A1 beschrieben ist. Bei diesen Lösungen mit Zentrifugal-Ölabscheidern erweist es sich als nachteilig, dass diese nicht oder nur sehr aufwendig in eine Brennkraftmaschine integrierbar sind. Vielfach wird ein großer zusätzlicher Bauraum benötigt. Zusätzlich bedarf es weiterer Maßnahmen, wie etwa einem Zwischengetriebe oder ähnlichem, um den Zentrifugal-Ölabscheider anzutreiben. Eine externe Energieversorgung durch Drucköl oder mittels eines elektrischen Antriebes senkt zudem den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
Der Stand der Technik zeigt auch Lösungen, bei welchen ein Trägheitsabscheider in einer hohlen Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Diese Lösung erfordert zum einen eine hohle Nockenwelle, die ausreichend dimensioniert sein muss und ist zum anderen hinsichtlich der Nockenwellendrehzahl begrenzt.
Separate Tellerseparatoren, wie sie in der US 9,031,768 B2 , der US 7,465,341 B2 oder der US 2012/0174547 A1 beschrieben sind, weisen zusätzlich einen großen Platzbedarf auf und benötigen ebenfalls einen separaten Antrieb.
Der Stand der Technik kennt auch Ölnebelabscheider mit einem Filter, beispielsweise einem Fleece-Medium, um Öl in einer geschlossenen Kurbelgehäuse-Entlüftung abzuscheiden. Der Nachteil dieser Lösungen liegt darin, dass die Filter gewartet werden müssen. Als Energiequelle ist der Ansaugunterdruck am Ansauggehäuse zu verwenden. Abhängig von dem zur Verfügung stehenden Druck kann der Einsatz derartiger Ölnebelabscheider eingeschränkt oder unmöglich sein. Im Übrigen besteht dabei die Gefahr, dass Restöl auf die Reinseite der Gaszuführung gelangt und Abgasturbolader und/oder Ladeluftkühler verschmutzt. Insgesamt steigt mit steigendem Abscheidegrad und dem erforderlichen Wartungsintervall auch der Raumbedarf derartiger Lösungen. Die Einbindung in ein offenes System bedingt den Einsatz einer Pumpe, welche wiederum als mechanisches Teil gewartet werden muss. Alternativ hierzu kann auch ein positiver Kurbelgehäusedruck verwendet werden, welcher jedoch wegen möglicher Öl-Leckagen nach außen unerwünscht ist.
Die US 3 047 216 A zeigt die Kombination eines Zentrifugalölreinigers und eines Schwingungsdämpfers, wobei der Ölreiniger zur Abschaltung von Festpartikeln in dem Öl dient. Eine Kombination eines Schwingungsdämpfergehäuses mit Ölabscheideräumen ist aus der DE 44 33 247 A1 bekannt.
Die Abtrennung von Festkörpern im Öl zeigt die DE 503 259 A . Aus der GB 305 527 A ist es bekannt, einen Schwingungsdämpfer mit einem Kühlmittelkreislauf zu kombinieren. Eine ähnliche Konstruktion offenbart die US 3 263 663 A . Die DE 35 02 667 C2 beschreibt einen Ölschleuderfilter zur Abtrennung von Schmutzpartikeln, während die AT 502 586 B1 einen Schwingungsdämpfer mit Kühlmittelkühlung zeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine effektive Ölabscheidung aus einem Öl-Luft-Gemisch bei geringem Bauraum und hohem Wirkungsgrad sicherstellt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle vorgesehen, welche mit einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung verbunden ist. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung umfasst einen Schwingungsdämpfer, beispielsweise einen Drehschwingungsdämpfer, welcher in einem Schwingungsdämpfungsgehäuse angeordnet ist, welches benachbart zu dem Kurbelgehäuse positioniert ist. Der Schwingungsdämpfer ist somit mit der Kurbelwelle verbunden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Schwingungsdämpfungsgehäuse ein Ölabscheider angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft somit die Möglichkeit, einen Ölabscheider bei geringstem Bauraum direkt angrenzend an das Kurbelgehäuse vorzusehen. Der Ölabscheider wirkt dabei als Trägheitsabscheider und saugt durch die Drehung der Kurbelwelle und, damit verbunden, seine eigene Drehung Öl-Luft-Gemisch (Blow-by) direkt aus dem Kurbelgehäuse an. Es ergeben sich somit sehr kurze Strömungswege, welche die Effektivität der erfindungsgemäßen Lösung weiter steigern. Durch die Integration des Schwingungsdämpfers und des Ölabscheiders in einem Gehäuse ergibt sich eine gute Bauraumausnutzung sowie eine Nutzung vorhandener Bauteile, insbesondere des Schwingungsdämpfungsgehäuses.
In Weiterbildung der Erfindung kann sich ergeben, dass bei einem drehbar in dem Schwingungsdämpfungsgehäuse gelagerten Schwingungsdämpfer nur geringe Energieumwandlungsverluste zum Antrieb eines Zentrifugal-Ölabscheiders auftreten, da dieser mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Ölabscheider, wenn er in das Schwingungsdämpfungsgehäuse integriert ist und mit der verlängerten Kurbelwelle verbunden ist, keine eigene Lagerung benötigt und deshalb wartungsfrei ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann in Abhängigkeit von den jeweiligen konstruktiven Bedingungen so ausgebildet sein, dass durch geringfügige Änderungen des Schwingungsdämpfungsgehäuses ein ausreichender Bauraum für den Ölabscheider bereitgestellt werden kann.
Der Ölabscheider kann in günstiger Weiterbildung so ausgebildet sein, dass er einen Rotor umfasst, welcher mit dem Schwingungsdämpfer und/oder mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Es ist somit möglich, auf Zwischengetriebe oder separate Antriebe zu verzichten. Der Ölabscheider könnte auch über ein Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden sein. Es wäre auch möglich, den Ölabscheider ohne Ankoppelung an die Kurbelwelle im Schwingungsdämpfergehäuse anzuordnen. Dann könnte der Ölabscheider über einen eigenen Antrieb verfügen oder überhaupt nicht angetrieben werden. Die Öl-Luft-Trennungswirkung könnte in einem solchen Fall nicht über die Zentrifugalkraft, sondern über einen anderen Wirkungsmechanismus erfolgen, z. B. über die Massenträgheit.
Um einen möglichst geringen Bauraum zu realisieren, kann es vorteilhaft sein, wenn das Schwingungsdämpfungsgehäuse mit einem Ölsammelbereich versehen ist, welcher sich bevorzugterweise an der Unterseite des Schwingungsdämpfungsgehäuses befindet. Dieser Ölsammelbereich ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zur Rückführung von Öl direkt mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden. Durch diese konstruktive Lösung ergeben sich geringe Strömungswege für das abgeschiedene Öl.
Das Schwingungsdämpfungsgehäuse kann in einer Ausführungsvariante mit einer Druckregelvorrichtung versehen sein, welche als Steuergröße einen Druck in dem Kurbelgehäuse verwendet. Hierdurch ist gewährleistet, dass die durch den Ölabscheider gereinigte Luft in kontrollierter Weise abgeführt wird.
Eine mit der Druckregelvorrichtung verbundene Entlüftungsleitung des Schwingungsdämpfungsgehäuses kann entweder direkt mit der Umgebung verbunden sein oder in einen Filter münden, um in einer zweiten Stufe eine noch bessere Abscheidung des Öls zu erzielen. Es ist jedoch auch möglich, die Entlüftungsleitung mit einer Luftzuführung eines Abgasturboladers oder stromab eines Abgasturboladers mit einer Abgasleitung zu verbinden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Schwingungsdämpfer und einem Ölabscheider.
Die 1 zeigt in schematischer Weise eine Kurbelwelle 4 einer Brennkraftmaschine, welche mittels Lager 14 in einem Kurbelgehäuse 5 drehbar gelagert ist.
Das Kurbelgehäuse 5 ist mit einer Ölwanne 6 verbunden, in welcher sich Öl 15 befindet.
An einem seitlichen Bereich der Kurbelwelle 4 ist diese verlängert und durch das Kurbelgehäuse 5 geführt und erstreckt sich in ein Schwingungsdämpfungsgehäuse 3, in welchem ein mit der Kurbelwelle 4 verbundener Schwingungsdämpfer 2 angeordnet ist. Auf die detaillierte Beschreibung eines derartigen Schwingungsdämpfers 2 kann an dieser Stelle ebenfalls verzichtet werden, da dieser aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Schwingungsdämpfer 2 dreht sich mit der Kurbelwelle mit gleicher Drehzahl in dem Schwingungsdämpfungsgehäuse und führt in bekannter Weise zur Dämpfung von Schwingungen. Das Schwingungsdämpfergehäuse kann am Kurbelgehäuse angeflanscht oder im Kurbelgehäuse integriert sein.
In dem Schwingungsdämpfungsgehäuse 3 ist außer dem Schwingungsdämpfer 2 auch ein Ölabscheider 1 angeordnet, welcher als Zentrifugal-Ölabscheider ausgebildet ist. Diesem wird, wie durch die Strömungspfeile dargestellt, ein Öl-Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 5 zugeführt. Das in dem Öl-Luft-Gemisch befindliche Öl wird abgeschieden und sammelt sich in einem Ölsammelbereich 11, welcher am unteren Bereich des Schwingungsdämpfungsgehäuses 3 ausgebildet ist. In dem Ölsammelbereich 11 angesammeltes abgeschiedenes Öl 7 wird über eine Ölrücklaufleitung 8, welche in die Ölwanne 6 mündet, in diese zurückgeführt.
Die von dem Öl gereinigte Luft strömt über eine Druckregelvorrichtung 10 aus dem oberen Bereich des Schwingungsdämpfungsgehäuses 3 aus. Die Druckregelvorrichtung 10, an welche eine Entlüftungsleitung 9 angeschlossen ist, ist über eine Steuerleitung 16 mit einem Drucksensor 17 verbunden, welcher den Druck in dem Kurbelgehäuse 5 misst. Durch die über die Druckregelvorrichtung 10 abgelassene Luft wird der Druck in dem Kurbelgehäuse 5 reguliert.
Die 1 zeigt mehrere alternative Varianten zur Ableitung der Luft aus dem Ölabscheider. Es versteht sich, dass in der praktischen Realisierung nur eine dieser Varianten zum Einsatz kommt.
Die Entlüftungsleitung 9 kann in einen Filter 12 münden, durch den die Luft nochmals gereinigt wird. Dies ist in der rechten Variante der 1 dargestellt.
Die zweite Variante von rechts gemäß 1 zeigt eine direkte Ableitung der Luft durch die Entlüftungsleitung 9 in die Umgebung 18.
Die dritte Variante von rechts gemäß 1 zeigt eine Lösung, bei welcher die gereinigte Luft in eine Luftzuführung 19 stromauf eines Verdichters des Abgasturboladers 13 geleitet wird.
Die vierte Variante sieht vor, die Luft stromab eines Abgasturboladers 13 in die Abgasleitung 20 zu führen.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft somit bei geringem Bauraum und mit hoher Effektivität eine wirkungsvolle Möglichkeit, mittels eines Ölabscheiders, beispielsweise eines Zentrifugal- oder Trägheitsölabscheiders, Öl aus einem Öl-Luft-Gemisch der Brennkraftmaschine abzuscheiden.

Claims

Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (4), welche mit einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung verbunden ist, welche einen in einem Schwingungsdämpfungsgehäuse (3) angeordneten Schwingungsdämpfer (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schwingungsdämpfungsgehäuse (3) ein Ölabscheider (1) angeordnet ist, welcher zur Trennung eines Öl-Luft-Gemisches ausgebildet ist, wobei das Schwingungsdämpfungsgehäuse (3) mit einem Ölsammelbereich (11) versehen ist, welcher über eine Ölrücklaufleitung mit einem Kurbelgehäuse (5) oder der Ölwanne (6) der Brennkraftmaschine verbunden ist und wobei eine Entlüftungsleitung (9) des Schwingungsdämpfungsgehäuses (3) mit der Umgebung verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (1) ein Zentrifugal-Ölabscheider ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (1) mit der Kurbelwelle (4) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (1) mit dem Schwingungsdämpfer (2) gekoppelt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungsgehäuse (3) mit einer Druckregelvorrichtung (10) versehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung (10) als Steuergröße einen Druck in einem Kurbelgehäuse (5) verwendet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlüftungsleitung (9) des Schwingungsdämpfungsgehäuses (3) mit einem Filter (12) oder mit einer Luftzuführung (19) zu einem Abgasturbolader (13) oder mit einer Abgasleitung (20) stromab eines Abgasturboladers (13) verbunden ist.