DE102016005970A1

DE102016005970A1 - Ölabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102016005970A1
Application number: DE102016005970.2A
Authority: DE
Inventors: Heiko Bock
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider (32) für eine Kurbelgehäuseentlüftung (20) einer Verbrennungskraftmaschine (10), mit einem von Gas aus einem Kurbelgehäuse (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren ersten Entlüftungspfad (36), in welchem wenigstens ein erstes Abscheideelement (38) zum Abscheiden von Öl aus dem Gas angeordnet ist, mit einem von Gas aus dem Kurbelgehäuse (26) durchströmbaren zweiten Entlüftungspfad (40), in welchem wenigstens ein zweites Abscheideelement (42) zum Abscheiden von Öl aus dem Gas angeordnet ist, und mit einem Belüftungspfad (50), über welchen zum Belüften des Kurbelgehäuses (26) Luft aus einem Ansaugtrakt (14) der Verbrennungskraftmaschine (10) in das Kurbelgehäuse (26) einleitbar ist, wobei dem ersten Entlüftungspfad (36) eine Umgehungsleitung (62) zugeordnet ist, mittels welcher zumindest ein Teil der Luft aus dem Belüftungspfad (50) abzweigbar und unter Umgehen des Kurbelgehäuses (26) und des ersten Abscheideelements (38) in den zweiten Entlüftungspfad (40) einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Abscheider für Kurbelgehäuseentlüftungen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Ölabscheider weist einen von Gas aus dem Kurbelgehäuse durchströmbaren ersten Entlüftungspfad auf, welcher auch als erster Abscheidepfad bezeichnet wird. In dem ersten Entlüftungspfad ist wenigstens ein erstes Abscheideelement zum Abscheiden von Öl aus dem Gas angeordnet. Ferner weist der Ölabscheider einen von Gas aus dem Kurbelgehäuse durchströmbaren zweiten Entlüftungspfad auf, welcher auch als zweiter Abscheidepfad bezeichnet wird. In dem zweiten Entlüftungspfad ist wenigstens ein zweites Abscheideelement zum Abscheiden von Öl aus dem Gas angeordnet. Ferner weist der Ölabscheider einen Belüftungspfad auf, über welchen zum Belüften des Kurbelgehäuses Luft, insbesondere aus einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine, in das Kurbelgehäuse einleitbar ist. Über die Entlüftungspfade kann das Kurbelgehäuse entlüftet werden, indem über die Entlüftungspfade Gas aus dem Kurbelgehäuse abgeführt wird. Dieses Gas umfasst üblicherweise sogenanntes Blow-By-Gas und kann zumindest Öl beinhalten, wobei das Öl mittels des jeweiligen Abscheideelements zumindest teilweise aus dem Gas abgeschieden werden kann.
Der Belüftungspfad wird insbesondere dazu genutzt, um dem Kurbelgehäuse Luft zuzuführen, um dadurch einen übermäßigen Unterdruck in dem Kurbelgehäuse zu vermeiden. Das Kurbelgehäuse wird über den Belüftungspfad insbesondere bei Schubabschaltung der Verbrennungskraftmaschine belüftet, da während der Schubabschaltung üblicherweise kein Blow-By-Gas aus Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine in das Kurbelgehäuse strömt.
Ferner offenbart die DE 10 2012 001 049 A1 eine Kurbelgehäuseentlüftung mit einer Ölnebelabscheidevorrichtung, die dazu vorgesehen ist, in Blow-By-Gasen enthaltenes Öl abzuscheiden. Hierzu weist die Ölnebelabscheidevorrichtung zumindest einen ersten Ölnebelabscheider auf. Ferner ist es vorgesehen, dass der erste Ölnebelabscheider zumindest einen Volllastbereich und zumindest einen zumindest teilweise getrennt von dem Volllastbereich ausgebildeten Teillastbereich aufweist.
Außerdem ist aus der EP 2 505 798 A1 eine Rückführeinrichtung zum Rückführen von Blow-By-Gas in einen Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ölabscheider der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Be- und Entlüftung des Kurbelgehäuses auf einfacher Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Ölabscheider mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Ölabscheider der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Be- und Entlüftung des Kurbelgehäuses auf besonders einfache Weise realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem ersten Entlüftungspfad eine Umgehungsleitung zugeordnet ist, mittels welcher zumindest ein Teil der Luft aus dem Belüftungspfad abzweigbar und unter Umgehen des Kurbelgehäuses und des ersten Abscheideelements in den zweiten Entlüftungspfad einleitbar ist. Unter dem Umgehen des Kurbelgehäuses und des ersten Abscheideelements ist zu verstehen, dass die aus dem Belüftungspfad abgezweigte und die Umgehungsleitung durchströmende Luft nicht durch das erste Abscheideelement und nicht durch das Kurbelgehäuse strömt, sondern die die Umgehungsleitung durchströmende Luft umgeht sowohl das erste Abscheideelement als auch das Kurbelgehäuse und strömt in den zweiten Entlüftungspfad ein, ohne dass die die Umgehungsleitung durchströmende Luft durch das Kurbelgehäuse oder durch das erste Abscheideelement strömt.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Aufgrund immer strenger werdender gesetzlicher Abgasvorschriften ist es erforderlich, die Abgasemissionen von Fahrzeugen und somit von Verbrennungskraftmaschinen weiter zu senken. An diesen Abgasemissionen hat auch der Motorölverbrauch – und damit verbunden nicht abgeschiedenes Motoröl aus der Kurbelgehäuseentlüftung – einen Anteil. Des Weiteren wirken sich nicht abgeschiedenes Motoröl und Blow-By-Gas negativ auf eine Alterung eines Katalysators der Verbrennungskraftmaschine sowie auf die sogenannte Bauteilversottung aus. Die heute überwiegend eingesetzten Kurbelgehäuse-Be- und Entlüftungssysteme sind dabei auf den maximalen Blow-By-Durchsatz des Motors bei gleichzeitig möglichst niedrigem Druckverlust ausgelegt.
Gleichzeitig findet eine Belüftung des Kurbelgehäuses hauptsächlich bei niedrigen Teillasten und im Schub, das heißt im Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine statt. Insbesondere im unbefeuerten Schub, das heißt bei der sogenannten Schubabschaltung, wird durch den weiteren Betrieb der Belüftung das Kurbelgehäuse mit Frischluft gespült. Das im Kurbelgehäuse befindliche Blow-By-Gas mit seinen HC-Anteilen gelangt unverbrannt durch die Verbrennungskraftmaschine in den Katalysator, wo es in einer exothermen Reaktion (Kat-Exothermie) umgesetzt wird. Unter den zuvor genannten HC-Anteilen ist zu verstehen, dass das Blow-By-Gas üblicherweise Öl, das heißt Motoröl, und/oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) aufweist. Ist die HC-Menge, das heißt die sich im Blow-By-Gas befindende Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu groß, können Katalysatortemperaturgrenzwerte überschritten werden, was zu einer vorzeitigen Beschädigung der Reaktionsschicht des Katalysators führen kann.
Dabei ist es bekannt, dass in dem beispielsweise als Teillastpfad oder Teillastzweig ausgebildeten zweiten Entlüftungspfad ein beispielsweise elektrisch oder pneumatisch betätigbares Ventil angeordnet ist, das in dem oben genannten Betriebspunkt die sogenannte Teillast-Entlüftung, das heißt die Entlüftung des Kurbelgehäuses über den Teillastpfad und somit jedoch auch die Belüftung des Kurbelgehäuses abschaltet. Problematisch hierbei ist jedoch, dass es sich hierbei um die Punkte der höchsten Spülmenge handelt und diese somit vollständig ausgeblendet werden. Dies kann daher zu einem steigenden Kraftstoff- und Wassergehalt im Motoröl führen.
Diese Nachteile und Probleme können mittels des erfindungsgemäßen Ölabscheiders vermieden werden. Ferner ermöglicht der erfindungsgemäße Ölabscheider, den Katalysator der Verbrennungskraftmaschine vor schadhafter Exothermie zu schützen und gleichzeitig eine Belüftung zu ermöglichen. Dabei stellt der erfindungsgemäße Ölabscheider eine hochintegrative Komponente dar, da vorzugsweise alle notwendigen Bauteile beziehungsweise Komponenten in einem Bauteil in Form des Ölabscheiders enthalten sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ölabscheider, welcher einen ersten Entlüftungspfad, einen zweiten Entlüftungspfad, einen Belüftungspfad und eine dem ersten Entlüftungspfad zugeordnete Umgehungsleitung aufweist, mittels welcher zumindest ein Teil von Luft aus dem Belüftungspfad abzweigbar und unter Umgehen eines Kurbelgehäuses und eines ersten Abscheideelements in den zweiten Entlüftungspfad einleitbar ist, wobei 1 den Ölabscheider in einem Vollast- beziehungsweise Ladedruckbetrieb zeigt;
2 eine weitere schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine, wobei in 2 ein Teillastbetrieb beziehungsweise ein saugmotorischer Betrieb des Ölabscheiders veranschaulicht ist; und
3 eine weitere schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine, wobei in 3 ein Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine und des Ölabscheiders veranschaulicht ist.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer besonders schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Beispielsweise ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum 12, in welchem während eines befeuerten oder gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen im Ganzen mit 14 bezeichneten Luftpfad auf, welcher beispielsweise den Brennraum 12 umfasst. Der Luftpfad 14 ist ein Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei der Ansaugtrakt auch als Einlasstrakt bezeichnet wird. In dem Ansaug- beziehungsweise Einlasstrakt, welcher von dem Brennraum 12 zuzuführender Luft durchströmbar ist, sind ein Luftfilter 16, wenigstens ein Verdichter 18, eine Drosselklappe 20, ein Ladeluftkühler 22 und ein von der Luft durchströmbares Saugrohr 24 angeordnet. Die in den Ansaugtrakt einströmende und den Ansaugtrakt durchströmende Luft wird mittels des Luftfilters 16 gefiltert.
Ferner wird die den Ansaugtrakt durchströmende Luft mittels des Verdichters 18 verdichtet, wodurch die Luft erwärmt wird. Der Verdichter 18 ist beispielsweise Bestandteil eines Abgasturboladers, welcher auch eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbare Turbine umfasst. Dabei ist der Verdichter 18 von der Turbine antreibbar, so dass im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Die Drosselklappe 20 wird beispielsweise genutzt, um Druckverhältnisse in dem Ansaugtrakt bedarfsgerecht einstellen zu können. Alternativ oder zusätzlich wird die Drosselklappe 20 genutzt, um eine in den Brennraum 12 einströmende Menge der Luft einzustellen. Der Ladeluftkühler 22 ist eine Kühleinrichtung, mittels welcher die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird. Mittels des Saugrohrs 24 wird dann beispielsweise die verdichtete und gekühlte Luft auf jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 verteilt. Der hinter dem Luftfilter 16 und dem Abgasturbolader beziehungsweise dem Verdichter 18 weiterführende Luftpfad kann je nach Motorkonstruktion und Brennverfahren variieren und sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheiden. Beispielsweise kann der Ladeluftkühler 22 in das Saugrohr 24 integriert sein. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass die Drosselklappe 20 bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Luftpfad stromauf des Ladeluftkühlers 22 angeordnet ist.
Während des gefeuerten oder befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in dem Brennraum 12 Verbrennungsvorgänge ab, so dass sogenanntes Blow-By-Gas aus dem Brennraum 12 in ein Kurbelgehäuse 26 der Verbrennungskraftmaschine 10 strömen kann. Dieses Blow-By-Gas, welches in das Kurbelgehäuse 26 strömt, ist in 1 durch Pfeile 28 veranschaulicht. Um nun einen übermäßigen Druckanstieg in dem Kurbelgehäuse 26 zu vermeiden, ist eine im Ganzen mit 30 bezeichnete Kurbelgehäuseentlüftung vorgesehen, mittels welcher ein Gas aus dem Kurbelgehäuse 26 abgeführt werden kann. Dieses mittels der Kurbelgehäuseentlüftung 30 aus dem Kurbelgehäuse 26 abführbare Gas umfasst zumindest das Blow-By-Gas, wobei das Blow-By-Gas unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Öl umfassen beziehungsweise beinhalten kann. Mit anderen Worten können in dem Blow-By-Gas und somit in dem mittels der Kurbelgehäuseentlüftung 30 aus dem Kurbelgehäuse 26 abzuführenden Gas unverbrannte Kohlenwasserstoffe und/oder Öl enthalten sein.
Das Öl wird auch als Motoröl bezeichnet und ist ein Schmiermittel, mittels welchem Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 10 geschmiert und/oder gekühlt werden. Die Kurbelgehäuseentlüftung 30 umfasst einen Ölabscheider 32, welcher von dem mittels der Kurbelgehäuseentlüftung 30 aus dem Kurbelgehäuse 26 abgeführten Gas durchströmbar ist beziehungsweise durchströmt wird. Mittels des Ölabscheiders 32 kann zumindest ein Teil des in dem abgeführten Gas enthaltenen Öls aus dem Gas abgeschieden werden.
Der Ölabscheider 32 umfasst einen Grobölabscheider 34 und einen ersten Entlüftungspfad 36, welcher auch als erster Abscheidepfad, Volllastpfad oder Vollastzweig (VL-Zweig) bezeichnet wird. In dem ersten Entlüftungspfad 36 ist ein erstes Abscheideelement 38 angeordnet, welches als Feinabscheider ausgebildet ist. Mittels des ersten Abscheideelements 38 kann Öl, welches nach dem Grobölabscheider 34 in dem Gas verblieben ist, zumindest teilweise aus dem Gas abgeschieden werden, da beispielsweise das erste Abscheideelement 38 von dem Gas durchströmbar ist.
Der Ölabscheider 32 weist ferner einen zweiten Entlüftungspfad 40 auf, welcher auch als zweiter Abscheidepfad, Teillastpfad oder Teillastzweig (TL-Zweig) bezeichnet wird. In dem zweiten Entlüftungspfad 40, welcher wie der erste Entlüftungspfad 36 von zumindest einem Teil des Gases durchströmbar ist, ist ein zweites Abscheideelement 42 angeordnet, welches als Feinabscheider ausgebildet ist. Das zweite Abscheideelement 42 ist von zumindest einem Teil des Gases durchströmbar und kann Öl, welches nach dem Grobölabscheider 34 in dem Gas verblieben ist, zumindest teilweise aus dem Gas abscheiden. Das den jeweiligen Entlüftungspfad 36 beziehungsweise 40 durchströmende Gas kann einer den Entlüftungspfaden 36 und 40 gemeinsamen Leitung 44 zugeführt werden. Somit kann das den jeweiligen Entlüftungspfad 36 beziehungsweise 40 durchströmende Gas aus dem jeweiligen Entlüftungspfad 36 beziehungsweise 40 ausströmen und in die Leitung 44 einströmen, welche beispielsweise mit dem Ansaugtrakt fluidisch verbunden ist. Dadurch kann das die Leitung 44 durchströmende Gas aus der Leitung 44 aus- und in den Ansaugtrakt (Luftpfad 14) einströmen.
In dem ersten Entlüftungspfad 36 ist ferner ein erstes Rückschlagventil 46 angeordnet, welches auch als Volllastrückschlagventil (VL-RSV) bezeichnet wird. In dem zweiten Entlüftungspfad 40 ist ein zweites Rückschlagventil 48 angeordnet, welches auch als Teillastrückschlagventil (TL-RSV) bezeichnet wird. Das jeweilige Rückschlagventil 46 beziehungsweise 48 öffnet in Richtung der Leitung 44 und schließt in die entgegengesetzte Richtung, so dass eine unerwünschte Strömung des Gases vermieden werden kann. Der Ölabscheider 32 umfasst ferner einen Belüftungspfad 50, über welchen zum Belüften des Kurbelgehäuses 26 Luft aus dem Luftpfad 14 in das Kurbelgehäuse 26 einleitbar ist.
Wie im Folgenden noch erläutert wird, kann in gewissen Betriebszuständen das mittels der Kurbelgehäuseentlüftung 30 aus dem Kurbelgehäuse 26 abgeführte Gas durch die Leitung 44 strömen und wird mittels der Leitung 44 in den Luftpfad 14 eingeführt. In wenigstens einem davon unterschiedlichen, weiteren Betriebszustand kann Gas beziehungsweise Luft aus dem Luftpfad 14 die Leitung 44 durchströmen und wird mittels der Leitung 44 zu dem Belüftungspfad 50 geführt, so dass die Luft aus dem Luftpfad 14 den Belüftungspfad 50 durchströmen und über den Belüftungspfad 50 in das Kurbelgehäuse 26 einströmen kann. Dadurch wird das Kurbelgehäuse 26 belüftet.
Dabei ist in dem Belüftungspfad 50 ein drittes Rückschlagventil 52 angeordnet, welches in Richtung des Kurbelgehäuses 26 öffnet und in die entgegengesetzte Richtung sperrt. Ferner ist in dem Belüftungspfad 50 eine Drossel 54 angeordnet, welche auch als Belüftungsdrossel bezeichnet wird. Bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Belüftungspfad 50 ist vorliegend die Drossel 54 stromauf des Rückschlagventils 52 angeordnet.
Ferner ist ein eine Entlüftungsleitung 56 vorgesehen, welche einerseits fluidisch mit dem Luftpfad 14 und andererseits fluidisch mit dem zweiten Entlüftungspfad 40 verbunden ist, sodass die Entlüftungsleitung 56 beispielsweise zu dem Entlüftungspfad 40 gehört. In der Entlüftungsleitung 56 ist ein viertes Rückschlagventil 58 angeordnet, welches in Richtung des Luftpfads 14 öffnet und in die entgegengesetzte Richtung schließt. Dabei ist es denkbar, dass auch da Rückschlagventil 58 in den Ölabscheider 32 integriert ist. Aus 1 ist erkennbar, dass der Ölabscheider 32 ein hochintegratives Bauteil ist, in das der Grobölabscheider 34, der erste Entlüftungspfad 36, das erste Abscheideelement 38, der zweite Entlüftungspfad 40, das zweite Abscheideelement 42, zumindest ein Teil der Leitung 44, das Rückschlagventil 46, das Rückschlagventil 48, der Belüftungspfad 50, das Rückschlagventil 52 und die Drossel 54 integriert sind. Aus 1 ist erkennbar, dass die Entlüftungspfade 36 und 40 genutzt werden, um das Gas aus dem Kurbelgehäuse 26 abzuführen.
Um nun eine besonders vorteilhafte Be- und Entlüftung des Kurbelgehäuses 26 realisieren zu können, ist dem ersten Entlüftungspfad 36 eine ebenfalls in den Ölabscheider 32 integrierte Umgehungseinrichtung 60 zugeordnet, welche eine in den Ölabscheider 32 integrierte Umgehungsleitung 62 umfasst. Somit ist die Umgehungsleitung 62 dem ersten Entlüftungspfad 36 zugeordnet. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist mittels der Umgehungsleitung 62 zumindest ein Teil der Luft aus dem Belüftungspfad 50, das heißt zumindest ein Teil der den Belüftungspfad 50 durchströmenden Luft aus dem Belüftungspfad 50 abzweigbar und unter Umgehen des Kurbelgehäuses 26 und des ersten Abscheideelements 38 in den zweiten Entlüftungspfad 40 einleitbar. Dies bedeutet, dass die die Umgehungsleitung 62 durchströmende Luft das Kurbelgehäuse 26 und das erste Abscheideelement 38 umgeht und somit nicht durch das Kurbelgehäuse 26 und nicht durch das erste Abscheideelement 38 strömt, sondern – ohne das Kurbelgehäuse 26 und das erste Abscheideelement 38 zu durchströmen – in den zweiten Entlüftungspfad 40 geleitet wird.
Dabei umfasst die Umgehungseinrichtung 60 ein in der Umgehungsleitung 62 angeordnetes und beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildetes Ventil 64, welches beispielsweise in Richtung des zweiten Entlüftungspfads 40 öffnet und in Richtung des Belüftungspfads 50 sperrt. Beispielsweise ist das Ventil 64 ein steuerbares beziehungsweise regelbares Ventil, dessen von der Luft durchströmbarer Strömungsquerschnitt eingestellt werden kann. Beispielsweise ist das Ventil 64 pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betätigbar.
Die Kurbelgehäuseentlüftung 30 ist ein Entlüftungssystem der als aufgeladener Motor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 10. Dabei weist das Entlüftungssystem Funktionszustände auf, welche prinzipiell in die Zustände „saugmotorischer Betrieb (Teillast)” und „aufgeladener Betrieb (historisch als Volllast bezeichnet)” aufgeteilt werden können. Durch den Einsatz des Ölabscheiders 32 kann der Teillastbetrieb noch in den Schubbetrieb unterteilt werden, da der Ölabscheider 32 besonders vorteilhaft für den Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 ist. Der Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 ist ein vom gefeuerten beziehungsweise befeuerten Betrieb unterschiedlicher, ungefeuerter beziehungsweise unbefeuerter Betrieb, in welchem in den Brennräumen beziehungsweise Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 10 keine Verbrennungsvorgänge ablaufen, so dass beispielsweise während des Schubbetriebs kein Blow-By-Gas aus dem Brennraum 12 in das Kurbelgehäuse 26 strömt.
In 1 ist der Volllast- beziehungsweise Ladedruckbetrieb der Kurbelgehäuseentlüftung 30 und somit insbesondere des Ölabscheiders 32 veranschaulicht. In diesem Volllastbetrieb strömt das Blow-By-Gas von dem Brennraum 12 in das Kurbelgehäuse 26, was in 1 durch die Pfeile 28 veranschaulicht ist. Ferner strömt das Blow-By-Gas beziehungsweise das mittels der Kurbelgehäuseentlüftung 30 aus dem Kurbelgehäuse 26 abzuführende Gas aus dem Kurbelgehäuse 26 in den Ölabscheider 32 und dabei zunächst durch den Grobölabscheider 34. Das Gas strömt insbesondere über den ersten Entlüftungspfad 36 (VL-Zweig) durch das Rückschlagventil 46 und das Abscheideelement 38 zur Leitung 44 und über diese zu einer Einleitstelle E in den Luftpfad 14, wobei das abgeführte Gas an der Einleitstelle E aus der Leitung 44 aus- und in den Luftpfad 14 einströmt. Bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Luftpfad 14 ist dabei die Einleitstelle E stromab des Luftfilters 16 und stromauf des Verdichters 18 angeordnet.
Aus 1 ist erkennbar, dass beispielsweise ein erster Teilstrom des Gases aus dem Kurbelgehäuse 26 über den ersten Entlüftungspfad 36 zur Einleitstelle E strömt. Ein gegenüber dem ersten Teilstrom geringerer zweiter Teilstrom kann beispielsweise den Weg über den zweiten Entlüftungspfad 40 und somit über das zweite Abscheideelement 42 und das Rückschlagventil 48 zur Leitung 44 und somit zur Einleitstelle E nehmen. Eine Aufteilung der beiden Teilströme ist beispielsweise abhängig von einem Differenzdruck und somit von einem Widerstand zwischen den parallel geschalteten Entlüftungspfaden 36 und 40. In dem Volllast- beziehungsweise Ladedruckbetrieb sind die Rückschlagventile 58 und 52 geschlossen, so dass die Entlüftungsleitung 56 und der Belüftungspfad 50 fluidisch gesperrt sind.
In 2 ist der Teillastbetrieb, das heißt der saugmotorische Betrieb veranschaulicht. In diesem Teillastbetrieb entsteht Blow-By-Gas, welches – wie durch Pfeile 66 veranschaulicht ist – in das Kurbelgehäuse 26 strömt. Das Blow-By-Gas beziehungsweise das mittels der Kurbelgehäuseentlüftung 30 aus dem Kurbelgehäuse 26 abzuführende Gas insgesamt strömt in den Ölabscheider 32 und zunächst durch den Grobölabscheider 34 und über den zweiten Entlüftungspfad 40 und somit das zweite Abscheideelement 42 zur Entlüftungsleitung 56 und über diese und über das Rückschlagventil 58 zu einer zweiten Einleitstelle E2, an welcher das abgeführte Gas aus der Entlüftungsleitung 56 aus- und in den Luftpfad 14 einströmt. Dabei ist ein Einleitstelle E2 stromab der Einleitstelle E und stromab der Drosselklappe 20 und stromauf des Ladeluftkühlers 22 angeordnet.
Infolge eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse 26 und der Einleitstelle E stromauf des Verdichters 18 stellt sich eine Frischluftströmung in das Kurbelgehäuse 26 ein. Im Rahmen dieser Frischluftströmung strömt Luft aus dem Luftpfad 14 an der Einleitstelle E in die Leitung 44 und von dieser in den Belüftungspfad 50, wobei die den Belüftungspfad 50 durchströmende Luft aus dem Luftpfad 14 in das Kurbelgehäuse 26 einströmt. Über eine Mengenregulierung des zweiten Entlüftungspfads 40, wobei die Mengenregulierung insbesondere abhängig von der Charakteristik des Abscheideelements 42 ist, sowie über die betriebspunktabhängige Menge der Blow-By-Gases und über die Drosselung der Drossel 54 werden sowohl ein in dem Kurbelgehäuse 26 herrschender Druck wie auch die Belüftungsmenge reguliert. Die Belüftungsmenge ist dabei die Menge der Luft, die über den Belüftungspfad 50 in das Kurbelgehäuse 26 einströmt. Die Luft aus dem Belüftungspfad 50 mischt sich mit dem Blow-By-Gas, insbesondere im Kurbelgehäuse 26, und nimmt zusammen mit dem Blow-By-Gas gemeinsam den Weg über den TL-Zweig (zweiter Entlüftungspfad 40), insbesondere zur zweiten Einleitstelle E2.
In 3 ist der Schubbetrieb veranschaulicht, in welchem die Verbrennungskraftmaschine 10 keine Leistung abgibt und nicht brennt. Dies bedeutet, dass in den Brennräumen keine Verbrennungsvorgänge stattfinden, was auch als Schubabschaltung bezeichnet wird. Der Schubbetrieb beziehungsweise die Schubabschaltung ist eine besondere Form des Teillastbetriebs, wobei hierbei meistens die Verbrennung abgeschaltet ist, da sich das Kraftfahrzeug in einem Bergabfahrbetrieb befindet oder ausrollt.
Ohne den Einsatz der Umgehungseinrichtung 60 würde sich folgender Zustand einstellen: Aufgrund dessen, dass keine Verbrennungsvorgänge stattfinden, strömt kein Blow-By-Gas in das Kurbelgehäuse 26 ein; der Frischluftstrom spült das Kurbelgehäuse 26 maximal. Hieraus kann das Problem resultieren, dass das vor dem Einsetzen der Schubphase im Kurbelgehäuse 26 befindliche Blow-By-Gas einen hohen Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) hat. Im Schubbetrieb wird das Kurbelgehäuse 26 dann maximal mit Frischluft gespült, so dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe in eine Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine 10 gelangen und in einem in der Abgasanlage angeordneten Katalysator exotherm umgesetzt werden. Hierdurch können Übertemperaturen am Katalysator entstehen, dessen Lebensdauer dadurch drastisch verkürzt werden kann.
Bekannt ist der Einsatz von elektrischen Ventilen in der Teillastleitung, das heißt im zweiten Entlüftungspfad 40, wobei diese elektrischen Ventile bei dem zuvor beschriebenen Betriebszustand, das heißt im Schubbetrieb, die Teillastentlüftung und somit auch die Belüftung des Kurbelgehäuses 26 vollständig abschalten. Der Nachteil hierbei ist, dass dadurch die Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse 26 nicht ausgespült werden, so dass der Kraftstoffgehalt im Motoröl ansteigen kann. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Unterschreiten einer kritischen Spülmenge die Exothermie im Katalysator verträglich ist beziehungsweise nicht mehr auftritt. An diesem Punkt setzt der Einsatz der Umgehungseinrichtung 60 an. Durch den Einsatz der Umgehungseinrichtung 60 kann die schadhafte Exothermie am Katalysator verhindert und gleichzeitig noch eine verträgliche Spülung des Kurbelgehäuses 26 aufrechterhalten werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Umgehungseinrichtung 60 sehr kostengünstig ohne elektrische Zusatzbauteile in den Ölabscheider 32 integriert werden kann.
Durch den Einsatz der Umgehungseinrichtung 60 kommt es in dem Schubbetrieb nun zu folgendem Zustand: Im unbefeuerten Betrieb entsteht kein neues Blow-By-Gas, jedoch befindet sich im Kurbelgehäuse 26 noch Blow-By-Gas, welches eine hohe Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen enthält. Infolge eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse 26 und der Einleitstelle E stellt sich eine Frischluftströmung in das Kurbelgehäuse 26 über den Belüftungspfad 50 ein. Über den TL-Zweig (zweiter Entlüftungspfad 40) strömt aufgrund des hohen Vakuums beziehungsweise Unterdrucks nach der Drosselklappe 20 der maximale Teillast-Volumenstrom. Ohne die Umgehungseinrichtung 60 würde nun der gesamte Volumenstrom in Form von Frischluft das Kurbelgehäuse 26 spülen und die maximale Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen schnell austragen. Gleichzeitig nimmt der Druck im Kurbelgehäuse 26 seinen niedrigsten Wert von beispielsweise minus 80 Millibar an, da die komplette Teillast-Luftmenge über die Drossel 54 gezogen wird und in der Verbrennungskraftmaschine 10 kein Blow-By-Gas entsteht.
Dies kann nun jedoch durch den Einsatz der Umgehungseinrichtung 60, insbesondere durch den Einsatz des Ventils 64, vermieden werden. Das Ventil 64 wird auch als Bypass-Belüftungs-Ventil (BBV) bezeichnet und hat ein charakteristisches Verhalten. Das Ventil 64 öffnet zum Beispiel bei einem Differenzdruck von 50 Millibar und hat einen relativ geringen Strömungswiderstand. Da der Grobölabscheider 34 einen vernachlässigbar kleinen Druckabfall hat, überwacht das Ventil 64 den Differenzdruck zwischen der Frischluftleitung nach dem Luftfilter 16, in welcher in diesem Betriebszustand zumindest nahezu Atmosphärendruck herrscht, und dem Kurbelgehäuse 26. Aus diesem Grund öffnet das Ventil 64 bei dem beschriebenen Zustand bei circa minus 50 Millibar Kurbelgehäusedruck und lässt eine Bypassströmung der Frischluft im Ölabscheider 32 zu, wobei diese Bypassströmung durch die Umgehungsleitung 62 und nicht durch das Kurbelgehäuse 26 strömt.
Hierdurch wird die Spülluft reduziert. Durch diese Reduzierung der Spülluft durch das Kurbelgehäuse 26 werden die katalysatorschädlichen, unverbrannten Kohlenwasserstoffe aus dem Kurbelgehäuse 26 nun in verträglicher Menge ausgetragen. Gleichzeitig fungiert das Ventil 64 als Teillast-Druckregelventil, mittels welchem der Druck im Kurbelgehäuse 26 bei circa minus 50 Millibar eingeregelt wird, da durch den geringen Strömungswiderstand des Ventils 64 der Differenzdruck kaum ansteigt. Die Spülluftmenge kann über die Drossel 54 und den Öffnungsdruck des Ventils 64 eingestellt werden. Durch den Einsatz der Umgehungseinrichtung 60 kommt es zu folgenden Vorteilen: die Umgehungseinrichtung 60 ist kostengünstig in den Ölabscheider 32 integrierbar; es sind keine elektrischen Bauteile erforderlich; es ist eine verträgliche Restspülmenge einstellbar; im Teillastbetrieb ist der im Kurbelgehäuse 26 herrschende Druck regelbar, wobei beispielsweise ein Druckregelventil entfallen kann.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Brennraum
14: Luftpfad
16: Luftfilter
18: Verdichter
20: Drosselklappe
22: Ladeluftkühler
24: Saugrohr
26: Kurbelgehäuse
28: Pfeile
30: Kurbelgehäuseentlüftung
32: Ölabscheider
34: Grobölabscheider
36: erster Entlüftungspfad
38: erstes Abscheideelement
40: zweiter Entlüftungspfad
42: zweites Abscheideelement
44: Leitung
46: Rückschlagventil
48: Rückschlagventil
50: Belüftungspfad
52: Rückschlagventil
54: Drossel
56: Entlüftungsleitung
58: Rückschlagventil
60: Umgehungseinrichtung
62: Umgehungsleitung
64: Ventil
66: Pfeile
E: Einleitstelle
E2: Einleitstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012001049 A1 [0004]
EP 2505798 A1 [0005]

Claims

Ölabscheider (32) für eine Kurbelgehäuseentlüftung (20) einer Verbrennungskraftmaschine (10), mit einem von Gas aus einem Kurbelgehäuse (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren ersten Entlüftungspfad (36), in welchem wenigstens ein erstes Abscheideelement (38) zum Abscheiden von Öl aus dem Gas angeordnet ist, mit einem von Gas aus dem Kurbelgehäuse (26) durchströmbaren zweiten Entlüftungspfad (40), in welchem wenigstens ein zweites Abscheideelement (42) zum Abscheiden von Öl aus dem Gas angeordnet ist, und mit einem Belüftungspfad (50), über welchen zum Belüften des Kurbelgehäuses (26) Luft in das Kurbelgehäuse (26) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Entlüftungspfad (36) eine Umgehungsleitung (62) zugeordnet ist, mittels welcher zumindest ein Teil der Luft aus dem Belüftungspfad (50) abzweigbar und unter Umgehen des Kurbelgehäuses (26) und des ersten Abscheideelements (38) in den zweiten Entlüftungspfad (40) einleitbar ist.
Ölabscheider (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umgehungsleitung (62) ein Rückschlagventil (64) angeordnet ist, welches in Richtung des zweiten Entlüftungspfads (40) öffnet und in Richtung des Belüftungspfads (50) sperrt.
Ölabscheider (32) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (32) dazu ausgebildet ist, in einem Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) das Kurbelgehäuse (26) über den Belüftungspfad (50) zu belüften und die in das Kurbelgehäuse (26) über den Belüftungspfad (50) eingeleitet Luft und Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse (26) über den zweiten Entlüftungspfad (40) abzuführen, während die Umgehungsleitung (60) fluidisch gesperrt ist.
Ölabscheider (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (32) dazu ausgebildet ist, bei Schubabschaltung der Verbrennungskraftmaschine (10) das Kurbelgehäuse (26) über den Belüftungspfad (50) zu belüften, Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse (26) über den zweiten Entlüftungspfad (40) abzuführen und mittels der Umgehungsleitung (62) Luft aus dem Belüftungspfad (50) abzuzweigen und unter Umgehen des Kurbelgehäuses (26) und des ersten Abscheideelements (38) in den zweiten Entlüftungspfad (40) einzuleiten.
Ölabscheider (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (32) dazu ausgebildet ist, bei einem Lastbetrieb mit gegenüber einem Teillastbetrieb höherer Last der Verbrennungskraftmaschine (10) Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse (26) zumindest über den ersten Entlüftungspfad (36) abzuführen und dem Ansaugtrakt (14) der Verbrennungskraftmaschine (10) zuzuführen, während der Belüftungspfad (50) fluidisch gesperrt ist.