DE102016209573A1

DE102016209573A1 - Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseentlüftung

Info

Publication number: DE102016209573A1
Application number: DE102016209573.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Kirschner; Thomas Riemay
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), umfassend einen Motorblock (2), der Brennräume (9) und ein Kurbelgehäuse (3) aufweist, eine Frischluftanlage (14) zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen (9), eine Abgasanlage (15) zum Abführen von Abgas von den Brennräumen (9), eine Aufladeeinrichtung (16), die zum Komprimieren der Frischluft einen in der Frischluftanlage (14) angeordneten Verdichter (20) aufweist, und eine Kurbelgehäuseentlüftungsanlage (25), die zum Absaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse (3) eine Saugstrahlpumpe (26) aufweist, die einen Blow-by-Gas-Einlass (27) zum Ansaugen von Blow-by-Gas, einen Lufteinlass (28) zum Zuführen komprimierter Luft und einen Gemischauslass (29) zum Abführen eines Luft-Blow-by-Gas-Gemischs aufweist. Eine verbesserte Effizienz kann erreicht werden, wenn ein von der Ladeeinrichtung (16) unabhängiger Kompressor (30) zum Erzeugen von Pressluft vorgesehen ist und wenn dem Lufteinlass (28) wahlweise die Pressluft des Kompressors (30) oder die komprimierte Frischluft der Frischluftanlage (14) zuführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Landfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgestattetes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 10 2013 202 348 A1 bekannt und umfasst einen Motorblock, der Brennräume und ein Kurbelgehäuse aufweist. Die Brennkraftmaschine ist mit einer Frischluftanlage zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen, mit einer Abgasanlage zum Abführen von Abgas von den Brennräumen und mit einer Aufladeeinrichtung ausgestattet, die zum Komprimieren der Frischluft einen in der Frischluftanlage angeordneten Verdichter aufweist. Außerdem ist die Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungsanlage ausgestattet, die zum Absaugen von Blowby-Gas aus dem Kurbelgehäuse eine Saugstrahlpumpe aufweist, die einen Blowby-Gas-Einlass zum Ansaugen von Blow-by-Gas, einen Lufteinlass zum Zuführen komprimierter Frischluft und einen Gemischauslass zum Abführen eines Luft-Blow-by-Gas-Gemischs aufweist.
Bei dem aus dem Kurbelgehäuse abgesaugten Blow-by-Gas handelt es sich um ein Aerosol, nämlich um Abgas, das flüssige und feste Aerosolpartikel enthält. Flüssige Aerosolpartikel sind dabei Öltröpfchen. Feste Aerosolpartikel sind beispielsweise Rußpartikel, Abrieb und sonstige feste Verunreinigungen des Öls. Zur Absenkung des Ölverbrauchs der Brennkraftmaschine ist es zweckmäßig, in der Kurbelgehäuseentlüftungsanlage eine Ölabscheideeinrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe das im Blow-by-Gas mitgeführte Öl abgeschieden und dem Kurbelgehäuse rückgeführt werden kann. Derartige Ölabscheideeinrichtungen können dabei mit einem aktiven Ölabscheider, zum Beispiel in Form eines elektromotorisch angetriebenen Separators, oder mit einem passiven Ölabscheider arbeiten, beispielsweise in Form eines Impaktors. Da aktive Systeme in der Regel deutlich teurer sind als passive Systeme, werden passive Systeme bevorzugt. Die Effizienz eines passiven Abscheiders, insbesondere eines Impaktors, hängt dabei von der erzielbaren Strömungsgeschwindigkeit des Blow-by-Gases im Ölabscheider ab. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto effizienter ist die Ölabscheidung. Die im Ölabscheider realisierbare Strömungsgeschwindigkeit hängt jedoch wesentlich von einer am Ölabscheider anlegbaren Druckdifferenz ab. Mit Hilfe einer Saugstrahlpumpe lässt sich vergleichsweise einfach eine ausreichende Druckdifferenz für einen derartigen passiven Ölabscheider erzeugen, solange am Lufteinlass ein entsprechend hoher Überdruck angelegt werden kann. Bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine lässt sich stromab des Verdichters ein vergleichsweise hoher Druck in der Frischluft erzeugen, der ausreicht, um die Saugstrahlpumpe zum Erzeugen einer für einen passiven Ölabscheider ausreichenden Druckdifferenz zu betreiben. Allerdings besitzt eine Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Betriebszuständen, bei denen in der Frischluftanlage stromab des Verdichters nur ein vergleichsweise geringer Überdruck herrscht, so dass in diesen Betriebszuständen häufig keine für einen passiven Ölabscheider ausreichende Druckdifferenz erzeugt werden kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass mit Hilfe der Saugstrahlpumpe eine Blow-by-Gas-Ansaugung realisiert werden kann, die sich insbesondere auch für die Verwendung eines passiven Ölabscheiders eignet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Lufteinlass der Saugstrahlpumpe wahlweise mit der komprimierten Frischluft der Frischluftanlage oder mit Pressluft eines Kompressors zu versorgen, der zusätzlich zur Ladeeinrichtung vorgesehen ist. Mit Hilfe eines derartigen Kompressors lässt sich unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine stets Pressluft mit ausreichend hohem Luftdruck bereitstellen, um die Saugstrahlpumpe so betreiben zu können, dass sie am Blow-by-Gas-Einlass einen Unterdruck erzeugt, der eine effiziente Ansaugung von Blow-by-Gas ermöglicht und insbesondere einen effizienten Betrieb eines passiven Ölabscheiders ermöglicht, der hierzu eine relativ große Druckdifferenz bzw. relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Blow-by-Gas benötigt. Da somit zum Betreiben der Saugstrahlpumpe stets ausreichend Druck zur Verfügung steht, nämlich wahlweise durch die Pressluft des Kompressors bzw. durch die komprimierte Frischluft der Frischluftanlage, lässt sich unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine stets eine hinreichende Blow-by-Gas-Absaugung realisieren.
Der Kompressor ist unabhängig bzw. außerhalb der Frischluftanlage bzw. zusätzlich zum Verdichter der Ladeeinrichtung vorgesehen. Vorteilhaft kann als Kompressor dabei ein Kompressor verwendet werden, der ohnehin in der Peripherie der Brennkraftmaschine vorhanden ist. Beispielsweise kann in einem Gebäude, in dem sich die Brennkraftmaschine stationär befindet, eine Pressluftanlage zur Versorgung eines gebäudeseitigen Pressluftnetzes vorhanden sein, die einen Kompressor zum Erzeugen der Pressluft aufweist. Diese Pressluft kann nun zum Betreiben der Saugstrahlpumpe genutzt werden. Bei einer Fahrzeuganwendung kann das mit der Brennkraftmaschine ausgestattete Fahrzeug ebenfalls eine Pressluftanlage aufweisen, die einen Kompressor zum Erzeugen von Pressluft besitzt. Auch hier lässt sich diese Pressluftanlage auf geeignete Weise mit der Kurbelgehäuseentlüftungsanlage koppeln, um die vom Kompressor der Pressluftanlage erzeugte Pressluft zum Betreiben der Saugstrahlpumpe nutzen zu können. In diesen Fällen lässt sich die hier vorgestellte Erfindung besonders einfach realisieren, da lediglich eine geeignete fluidische Verbindung zwischen der Saugstrahlpumpe und dem ohnehin vorhandenen Kompressor bzw. mit der Pressluftanlage geschaffen werden muss.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine Zuführleitung an den Lufteinlass der Saugstrahlpumpe angeschlossen sein, in der ein Ventil angeordnet ist. Dieses Ventil ist zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung schaltbar. In der ersten Schaltstellung verbindet das Ventil einen vom Kompressor zum Ventil führenden Pressluftabschnitt der Zuführleitung mit einem vom Ventil zum Lufteinlass führenden Zuführabschnitt der Zuführleitung. Im Unterschied dazu verbindet das Ventil in der zweiten Schaltstellung einen von der Frischluftanlage stromab des Verdichters zum Ventil führenden Frischluftabschnitt der Zuführleitung mit dem Zuführabschnitt der Zuführleitung. Somit kann mithilfe des Ventils wahlweise die Druckluftversorgung der Saugstrahlpumpe zwischen der Pressluft und der komprimierten Frischluft umgeschaltet werden.
Grundsätzlich kann ein derartiges Ventil elektromagnetisch gesteuert sein. Die Ansteuerung des Ventils kann dann beispielsweise über ein Motorsteuergerät erfolgen, das den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennt und daraus den Druck im Kurbelgehäuse ableiten kann oder diesen mittels eines Drucksensors misst. Dementsprechend kann das Motorsteuergerät das Ventil zum Umschalten in die erste Schaltstellung ansteuern, wenn der aktuelle Betriebszustand stromab des Verdichters zu einem Druck in der Frischluft führt, der nicht ausreicht, die Saugstrahlpumpe zu betreiben. Ebenso kann das Motorsteuergerät dann das Ventil zum Umschalten in die zweite Schaltstellung ansteuern, wenn der aktuelle Betriebszustand stromab des Verdichters einen zum Betreiben der Saugstrahlpumpe ausreichenden Druck in der Frischluft erzeugt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Ventil als druckgesteuertes Ventil ausgestaltet sein. Hierdurch vereinfacht sich die Ansteuerung des Ventils gegenüber einem elektrisch angesteuerten Ventil, da beispielsweise auf eine Druckberechnung bzw. Druckabschätzung oder Druckmessung verzichtet werden kann, die dann erst in elektrische Steuersignale umgewandelt werden muss. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Ventil einen Steuerdruckanschluss aufweisen, der direkt oder indirekt mit der Frischluftanlage stromab des Verdichters verbunden ist. Ferner ist das Ventil zweckmäßig in die erste Schaltstellung vorgespannt. Außerdem ist das Ventil so konfiguriert, dass es in die erste Schaltstellung verstellt ist, wenn ein am Steuerdruckanschluss anliegender Steuerdruck unterhalb eines vorbestimmten Schaltdrucks liegt, während das Ventil in die zweite Schaltstellung verstellt ist, wenn der am Steuerdruckanschluss anliegende Steuerdruck oberhalb des Schaltdrucks liegt. Auf diese Weise wird kostengünstig und zuverlässig erreicht, dass immer dann, wenn bei entsprechenden Betriebszuständen der Brennkraftmaschine stromab des Verdichters in der Frischluft ein ausreichend hoher Druck herrscht, die komprimierte Frischluft zum Betreiben der Saugstrahlpumpe genutzt wird, während in den Fällen, in denen die Betriebszustände der Brennkraftmaschine stromab des Verdichters keinen ausreichenden Luftdruck erzeugen können, automatisch bzw. selbsttätig die vom Kompressor bereitgestellte Pressluft zum Betreiben der Saugstrahlpumpe genutzt wird. Ein derartiges, pneumatisch gesteuertes Ventil bewirkt somit eine automatische bzw. selbsttätige Umschaltung zwischen den beiden Schaltstellungen.
Bei einer anderen Weiterbildung kann an den Steuerdruckanschluss eine Steuerdruckleitung angeschlossen sein, die gemäß einer ersten Alternative mit einem Frischlufteinlassanschluss des Ventils verbunden ist, an den der Frischluftabschnitt der Zuführleitung angeschlossen ist. Die Steuerdruckleitung kann gemäß einer zweiten Alternative mit dem Frischluftabschnitt der Zuführleitung verbunden sein oder gemäß einer dritten Alternative mit der Frischluftanlage stromab des Verdichters verbunden sein. In jedem Fall besitzt das druckgesteuerte Ventil hierdurch einen einfach realisierbaren Aufbau.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Ventil als 3/2-Wegeventil ausgestaltet sein, das einen Frischlufteinlassanschluss, an den der Frischluftabschnitt der Zuführleitung angeschlossen ist, einen Presslufteinlassanschluss, an den der Pressluftabschnitt der Zuführleitung angeschlossen ist, und einen Luftauslassanschluss aufweist, an den der Zuführabschnitt der Zuführleitung angeschlossen ist. Somit besitzt das 3/2-Wegeventil genau drei durchströmte Anschlüsse und nur diese beiden Schaltstellungen. Sofern das Ventil druckgesteuert ist, besitzt es den vorstehend genannten Steuerdruckanschluss, über den lediglich der Steuerdruck angelegt wird, der hierbei jedoch in der Regel nicht durchströmt ist.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Blow-by-Gas-Einlass der Saugstrahlpumpe über eine Saugleitung der Kurbelgehäuseentlüftungsanlage mit einem am Motorblock angeordneten Entnahmeanschluss verbunden sein, der mit dem Kurbelgehäuse fluidisch verbunden ist. Der Entnahmeanschluss kann dabei grundsätzlich direkt am Kurbelgehäuse angeordnet sein. Bevorzugt erfolgt jedoch die Anordnung des Entnahmeanschlusses an einer Zylinderkopfhaube, die dann innerhalb des Motorblocks auf geeignete Weise fluidisch mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. Die Kurbelgehäuseentlüftungsanlage kann vorzugsweise außerdem mit einer Ölabscheideeinrichtung zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas ausgestattet sein. Die Ölabscheideeinrichtung ist dabei in der Saugleitung angeordnet, so dass das mit Hilfe der Saugstrahlpumpe angesaugte Blow-by-Gas durch die Ölabscheideeinrichtung hindurchgeführt ist. Die Ölabscheideeinrichtung weist zweckmäßig eine Ölrücklaufleitung zum Rückführen von abgeschiedenem Öl zum Kurbelgehäuse auf. Durch diese Maßnahme wird der Ölverbrauch der Brennkraftmaschine signifikant reduziert. Da die hier vorgestellte Brennkraftmaschine unabhängig von deren Betriebszustand mittels der Saugstrahlpumpe eine hohe Saugleistung realisieren kann, lässt sich die Ölabscheideeinrichtung als passives System realisieren und beispielsweise mit einem passiven Ölabscheider, wie z.B. ein Zyklonabscheider, ein Zentrifugalabscheider oder ein Impaktor, ausstatten, dessen Abscheidewirkung von der Strömungsgeschwindigkeit des Blow-by-Gases abhängt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Ölabscheideeinrichtung einen Impaktor zum Abscheiden des Öls aus dem Blow-by-Gas aufweisen. Bei einem derartigen Impaktor erfolgt die Abscheidung der Aerosolpartikel aufgrund wenigstens einer Strömungsumlenkung an einer Prallwand. Während das Gas dieser Strömungsumlenkung ohne Weiteres folgen kann, prallen die mitgeführten festen oder flüssigen Partikel zunächst gegen die Prallwand, an der sie zu einem Sammelbereich abgeleitet werden. Je stärker die Strömungsumlenkung und/oder je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto effizienter ist diese Abscheidung. Somit eignet sich ein derartiger Impaktor in besonderer Weise für die hier vorgestellte Brennkraftmaschine, bei der mit Hilfe der Saugstrahlpumpe unabhängig von den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine stets eine ausreichend hohe Druckdifferenz zur Erzeugung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit im Impaktor gewährleistet ist. Ferner zeichnet sich ein derartiger Impaktor durch besonders geringe Herstellungskosten im Vergleich zu aktiven Systemen aus.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Gemischauslass der Saugstrahlpumpe über eine Rückführleitung an die Frischluftanlage stromauf des Verdichters angeschlossen sein. Somit kann das abgesaugte Blow-by-Gas, vorzugsweise nach dem Abscheiden des mitgeführten Öls, der Frischluft zugeführt werden, die den Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Kurbelgehäuseentlüftungsanlage. Alternativ dazu ist es grundsätzlich möglich, das Blow-by-Gas zu reinigen und dann einer Umgebung zuzuführen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Kompressor ein Bestandteil einer Pressluftanlage eines mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeugs sein.
Dementsprechend umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, bei dem es sich vorzugsweise um ein Landfahrzeug handelt, eine Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art sowie eine Pressluftanlage, die zum Erzeugen von Pressluft den Kompressor aufweist, der die von der Saugstrahlpumpe nutzbare Pressluft erzeugt.
Vorteilhaft ist hier eine Weiterbildung, bei der das Fahrzeug eine pneumatische Bremsanlage und/oder eine pneumatische Federungsanlage aufweist, deren Versorgung mit Pressluft durch die Pressluftanlage erfolgt. Somit lässt sich insbesondere eine ohnehin am Fahrzeug vorhandene Pressluftanlage nutzen, um die Saugstrahlpumpe mit Pressluft betreiben zu können.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art geht davon aus, dass abhängig vom Druck der Frischluft in der Frischluftanlage stromab des Verdichters dem Frischlufteinlass der Saugstrahlpumpe entweder Pressluft vom Kompressor oder Frischluft von der Frischluftanlage stromab des Verdichters zugeführt wird. Somit kann auch in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in denen der Druck in der Frischluft stromab des Verdichters nicht ausreicht, die Saugstrahlpumpe zu betreiben, die Saugstrahlpumpe betrieben werden, nämlich mit Hilfe der Pressluft des Kompressors.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann dem Frischlufteinlass die Pressluft zugeführt werden, wenn der Druck der Frischluft unterhalb eines vorbestimmten Schaltdrucks liegt, während dem Frischlufteinlass die Frischluft zugeführt wird, wenn der Druck der Frischluft oberhalb des Schaltdrucks liegt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine.
Entsprechend 1 umfasst eine Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem hier nicht gezeigten Fahrzeug angeordnet sein kann, einen Motorblock 2, der in üblicher Weise ein Kurbelgehäuse 3, einen Zylinderkopf 4 und eine Zylinderkopfhaube 5 aufweist. Der Motorblock 2 enthält im Kurbelgehäuse 3 einen Ölsumpf 6 und eine Kurbelwelle 7. Der Motorblock 3 enthält im Zylinderkopf 4 mehrere Zylinder 8, die jeweils einen Brennraum 9 umschließen und in denen jeweils ein Kolben 10 hubverstellbar angeordnet ist. Der jeweilige Kolben 10 ist dabei über eine Pleuelstange 11 mit der Kurbelwelle 7 antriebsverbunden. Ferner sind im Zylinderkopf 4 Gaswechselventile, nämlich Einlassventile 12 und Auslassventile 13 angeordnet. Ein entsprechender Ventiltrieb zum Betätigen der Gaswechselventile 12, 13 ist hier nicht dargestellt. Die Zylinderkopfhaube 5 deckt den Zylinderkopf 4 an einer vom Kurbelgehäuse 3 abgewandten Seite ab.
Die Brennkraftmaschine 1 ist ferner mit einer Frischluftanlage 14 zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen 9, mit einer Abgasanlage 15 zum Abführen von Abgas von den Brennräumen 9 und mit einer Aufladeeinrichtung 16 zum Komprimieren der Frischluft ausgestattet. Die Frischluftanlage 14 saugt die Frischluft aus einer Umgebung 17 an, enthält ein Luftfilter 18 zum Filtern der Frischluft und einen Luftstrommesser 19 zum Messen des Volumenstroms an Frischluft in der Frischluftanlage 14. Die Abgasanlage 15 enthält in üblicher Weise Abgasbehandlungseinrichtungen, wie zum Beispiel Katalysatoren, Partikelfilter und Schalldämpfer, die hier jedoch nicht dargestellt sind. Die Aufladeeinrichtung 16 ist hier als Abgasturbolader ausgestaltet, der einen in der Frischluftanlage 14 angeordneten Verdichter 20 und eine in der Abgasanlage 15 angeordnete Turbine 21 aufweist, die mit dem Verdichter 20 antriebsverbunden ist. Im Betrieb der Aufladeeinrichtung 16 komprimiert der Verdichter 20 die Frischluft und erzeugt dabei stromab des Verdichters 20 in der Frischluftanlage 14 verdichtete oder komprimierte Frischluft, die auch als Ladeluft bezeichnet wird. Stromab des Verdichters 20 weist die Frischluftanlage 14 im Beispiel außerdem einen Ladeluftkühler 22 und eine Frischluftdrossel 23 auf. Der Ladeluftkühler 22 kann an einen Kühlkreis 24 angeschlossen sein, bei dem es sich beispielsweise um einen Zweig eines im Übrigen nicht gezeigten Motorkühlkreises handeln kann.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Kurbelgehäuseentlüftungsanlage 25 ausgestattet, mit deren Hilfe Blow-by-Gas, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 aus den Brennräumen 9 entlang der Zylinder 8, an den Kolben 10 vorbei in das Kurbelgehäuse 3 eintritt, aus dem Kurbelgehäuse 3 abgesaugt werden kann. Zum Absaugen des Blow-by-Gases aus dem Kurbelgehäuse 3 ist diese Kurbelgehäuseentlüftungsanlage 25 mit einer Saugstrahlpumpe 26 ausgestattet, die einen Blow-by-Gas-Einlass 27 zum Absaugen von Blow-by-Gas, einen Lufteinlass 28 zum Zuführen komprimierter Luft und einen Gemischauslass 29 zum Abführen eines Luft-Blow-by-Gas-Gemischs aufweist.
Des Weiteren ist hier ein Kompressor 30 vorgesehen, der unabhängig von der Ladeeinrichtung 16 betrieben werden kann und mit dessen Hilfe Pressluft erzeugt werden kann. Der Kompressor 30 kann dabei ein Bestandteil einer Pressluftanlage 31 sein. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der sich die Brennkraftmaschine 1 und die Pressluftanlage 31 in einem Fahrzeug befinden. Ein derartiges Fahrzeug kann beispielsweise mit einer pneumatischen Bremsanlage und/oder mit einer pneumatischen Federungsanlage ausgestattet sein. Die Pressluftanlage 31 kann nun zur Versorgung der Bremsanlage bzw. der Federungsanlage mit Pressluft dienen. Mit anderen Worten, bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine 1 in einem Fahrzeug wird als Kompressor 30 ein ohnehin am Fahrzeug vorhandener Kompressor 30 verwendet.
Der Lufteinlass 28 der Saugstrahlpumpe 26 lässt sich nun wahlweise mit der Pressluft des Kompressors 30 bzw. mit der komprimierten Frischluft der Frischluftanlage 14 versorgen. Hierzu ist ein Ventil 32 vorgesehen, das in eine Zuführleitung 33 eingebunden ist. Die Zuführleitung 33 ist an den Lufteinlass 28 der Saugstrahlpumpe 26 angeschlossen und weist einen mit dem Lufteinlass 28 verbundenen Zuführabschnitt 34, einen mit dem Kompressor 30 bzw. mit der Pressluftanlage 31 verbundenen Pressluftabschnitt 35 und einen mit der Frischluftanlage 14 verbundenen Frischluftabschnitt 36 auf. Das Ventil 32 ist hier als 3/2-Wegeventil ausgestaltet und besitzt einen Frischlufteinlassanschluss 37, an den der Frischluftabschnitt 36 angeschlossen ist, einen Presslufteinlassanschluss 38, an den der Pressluftabschnitt 35 angeschlossen ist, und einen Luftauslassanschluss 39, an den der Zuführabschnitt 34 angeschlossen ist. Das Ventil 32 besitzt zwei Schaltstellungen, nämlich eine erste Schaltstellung I und eine zweite Schaltstellung II. In 1 ist das Ventil 32 in die erste Schaltstellung I verstellt, in die es im Übrigen vorgespannt ist, was durch eine Vorspannfeder 40 angedeutet ist. In der ersten Schaltstellung I ist der Presslufteinlassanschluss 38 mit dem Luftauslassanschluss 39 verbunden, während der Frischlufteinlassanschluss 37 gesperrt ist. In der zweiten Schaltstellung II ist der Frischlufteinlassanschluss 37 mit dem Luftauslassanschluss 39 verbunden, während der Presslufteinlassanschluss 38 gesperrt ist. Dementsprechend verbindet das Ventil 32 in der ersten Schaltstellung I den Pressluftabschnitt 35 der Zuführleitung 33 mit dem Zuführabschnitt 34 der Zuführleitung 33, so dass dem Lufteinlass 28 der Saugstrahlpumpe 26 die vom Kompressor 30 erzeugte Pressluft zugeführt wird. In der zweiten Schaltstellung II verbindet das Ventil 32 den Frischluftabschnitt 36 der Zuführleitung 33 mit dem Zuführabschnitt 34 der Zuführleitung 33, so dass dem Lufteinlass 28 der Saugstrahlpumpe 26 die komprimierte Frischluft der Frischluftanlage 14 zugeführt wird.
Das hier gezeigte Ventil 32 ist druckgesteuert. Hierzu besitzt es einen Steuerdruckanschluss 41, an den zum Ansteuern des Ventils 32 ein Steuerdruck anlegbar ist. Zum Anlegen des Steuerdrucks ist hier eine Steuerdruckleitung 42 vorgesehen, die den Steuerdruckanschluss 41 mit dem Frischlufteinlassanschluss 37 verbindet. Zweckmäßig erfolgt diese fluidische Verbindung zwischen Frischlufteinlassanschluss 37 und Steuerdruckanschluss 41 intern, also im Inneren des Ventils 32, so dass die Steuerdruckleitung 42 zweckmäßig durch einen innenliegenden Kanal oder dergleichen realisiert ist. Hierdurch wird das Ventil 32 besonders preiswert. Alternativ dazu sind in 1 zwei weitere Varianten mit unterbrochener Linie angedeutet. In dem einen Fall ist die Steuerdruckleitung 42’ mit dem Frischluftabschnitt 36 der Zuführleitung 33 verbunden. Im anderen Fall ist die Steuerdruckleitung 42’’ mit der Frischluftanlage 14 verbunden.
Der Blow-by-Einlass 37 der Saugstrahlpumpe 26 ist über eine Saugleitung 43 mit einem Entnahmeanschluss 44 verbunden, der sich am Motorblock 2 befindet. Im vereinfachten Beispiel der 1 ist der Entnahmeanschluss 44 am Kurbelgehäuse 3 angeordnet. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen sich der Entnahmeanschluss 44 an der Zylinderkopfhaube 5 befindet. Das Blow-by-Gas gelangt dabei innerhalb des Motorblocks 2 durch geeignete, fluidische Verbindungen zur Zylinderkopfhaube 3. Die Kurbelgehäuseentlüftungsanlage 25 ist außerdem mit einer Ölabscheideeinrichtung 45 ausgestattet, die in der Saugleitung 43 angeordnet ist und die zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas dient. Die Ölabscheideeinrichtung 45 ist mit einer Ölrücklaufleitung 46 ausgestattet, die das abgeschiedene Öl auf geeignete Weise zum Kurbelgehäuse 3 zurückführt. Vorzugsweise arbeitet die Ölabscheideeinrichtung 45 passiv, also ohne Fremdenergie, insbesondere ohne elektrische Energie. Die passive Ölabscheideeinrichtung 45 nutzt die kinetische Energie der Blow-by-Gas-Strömung zur Ölabscheidung. Bevorzugt enthält die Ölabscheideeinrichtung 45 hierzu einen Impaktor 47, der eine effiziente Abscheidewirkung mittels Strömungsumlenkung und hohen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt. Bevorzugt sind dabei Ausführungsformen, bei denen der Impaktor 47 bzw. die Ölabscheideeinrichtung 45 in der Zylinderkopfhaube 5 angeordnet sind.
Im Beispiel der 1 ist der Gemischauslass 29 der Saugstrahlpumpe 26 über eine Rückführleitung 48 an die Frischluftanlage 14 stromauf des Verdichters 20 angeschlossen. Eine entsprechende Einleitstelle 49 befindet sich dabei stromab des Luftfilters 18 und vorzugsweise stromab des Luftstrommessers 19, jedenfalls stromauf des Verdichters 20. Mit unterbrochener Linie ist eine Alternative dargestellt, bei der die Rückführleitung 48’ in die Umgebung 17 führt. Hierbei enthält die Rückführleitung 48’ geeignete Reinigungseinrichtungen, die hier jedoch nicht dargestellt sind.
Der Frischluftabschnitt 36 der Zuführleitung 33 ist über eine Entnahmestelle 50 an die Frischluftanlage 14 angeschlossen, die sich jedenfalls stromab des Verdichters 20 befindet. Im Beispiel ist die Entnahmestelle 50 außerdem stromab des Ladeluftkühlers 22 angeordnet. Zweckmäßig ist die Entnahmestelle 50 stromauf der Frischluftdrossel 23 angeordnet. Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 1 lässt sich gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren betreiben.
Abhängig vom Druck der Frischluft in der Frischluftanlage 14 stromab des Verdichters 20 wird dem Lufteinlass 28 der Saugstrahlpumpe 26 entweder Pressluft vom Kompressor 30 bzw. der Pressluftanlage 31 oder aber komprimierte Frischluft von der Frischluftanlage 14 stromab des Verdichters 20, also Ladeluft zugeführt. Als Kriterium für die Auswahl, welche Druckquelle zur Versorgung der Saugstrahlpumpe 26 verwendet werden soll, kann der in der Frischluftanlage 14 stromab des Verdichters 20 herrschende Druck der Frischluft genutzt werden. Zum Umschalten wird dabei ein vorbestimmter Schaltdruck herangezogen. Unterhalb dieses Schaltdrucks wird dem Lufteinlass der Saugstrahlpumpe 26 die Pressluft zugeführt. Oberhalb des Schaltdrucks wird dem Lufteinlass 28 der Saugstrahlpumpe 26 die komprimierte Frischluft zugeführt.
Sofern das hier gezeigte pneumatisch gesteuerte Ventil 32 verwendet wird, lässt sich der in der Frischluftanlage 14 stromab des Verdichters 20 herrschende Druck unmittelbar zum Steuern des Ventils 32 nutzen. Alternativ kann das Ventil 32 auch elektromagnetisch gesteuert sein. Beispielsweise kann ein hier nicht gezeigtes Motorsteuergerät das Ventil 32 abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 ansteuern. Das Motorsteuergerät kann jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 einen Druck zuordnen, der sich beim jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 in der Frischluftanlage 14 stromab des Verdichters 20 erfahrungsgemäß einstellt. Ebenso ist denkbar, dass das Motorsteuergerät mit einem hier nicht gezeigten Drucksensor gekoppelt ist, der den Druck der Frischluftanlage 14 stromab des Verdichters 20 misst, so dass das Motorsteuergerät das Ventil 32 dann abhängig vom gemessenen Druck ansteuern kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202348 A1 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Landfahrzeugs, – mit einem Motorblock (2), der Brennräume (9) und ein Kurbelgehäuse (3) aufweist, – mit einer Frischluftanlage (14) zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen (9), – mit einer Abgasanlage (15) zum Abführen von Abgas von den Brennräumen (9), – mit einer Aufladeeinrichtung (16), die zum Komprimieren der Frischluft einen in der Frischluftanlage (14) angeordneten Verdichter (20) aufweist, – mit einer Kurbelgehäuseentlüftungsanlage (25), die zum Absaugen von Blowby-Gas aus dem Kurbelgehäuse (3) eine Saugstrahlpumpe (26) aufweist, die einen Blow-by-Gas-Einlass (27) zum Ansaugen von Blow-by-Gas, einen Lufteinlass (28) zum Zuführen komprimierter Luft und einen Gemischauslass (29) zum Abführen eines Luft-Blow-by-Gas-Gemischs aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass ein von der Ladeeinrichtung (16) unabhängiger Kompressor (30) zum Erzeugen von Pressluft vorgesehen ist, – dass dem Lufteinlass (28) wahlweise die Pressluft des Kompressors (30) oder die komprimierte Frischluft der Frischluftanlage (14) zuführbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführleitung (33) an den Lufteinlass (28) angeschlossen ist, in der ein Ventil (32) angeordnet ist, – das zwischen einer ersten Schaltstellung (I) und einer zweiten Schaltstellung (II) schaltbar ist, – das in der ersten Schaltstellung (I) einen vom Kompressor (30) zum Ventil (32) führenden Pressluftabschnitt (35) der Zuführleitung (33) mit einem vom Ventil (32) zum Lufteinlass (28) führenden Zufuhrabschnitt (34) der Zuführleitung (33) verbindet, und – das in der zweiten Schaltstellung (II) einen von der Frischluftanlage (14) stromab des Verdichters (20) zum Ventil (32) führenden Frischluftabschnitt (36) der Zuführleitung (33) mit dem Zuführabschnitt (34) verbindet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass das Ventil (32) einen Steuerdruckanschluss (41) aufweist, der mit der Frischluftanlage (14) stromab des Verdichters (20) verbunden ist, – dass das Ventil (32) in die erste Schaltstellung (I) vorgespannt ist, – dass das Ventil (32) in die erste Schaltstellung (I) verstellt ist, wenn ein Ansteuerdruckanschluss (41) anliegender Steuerdruck unterhalb eines vorbestimmten Schaltdrucks liegt, – dass das Ventil (32) in die zweite Schaltstellung (II) verstellt ist, wenn am Steuerdruckanschluss (41) ein Steuerdruck anliegt, der oberhalb des Schaltdrucks liegt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Steuerdruckanschluss (41) eine Steuerdruckleitung (42) angeschlossen ist, die – mit einem Frischlufteinlassanschluss (37) des Ventils (32) verbunden ist, an den der Frischluftabschnitt (36) angeschlossen ist, oder – mit dem Frischluftabschnitt (36) verbunden ist, oder – mit der Frischluftanlage (14) stromab des Verdichters (20) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (32) als 3/2-Wegeventil ausgestaltet ist, das einen Frischlufteinlassanschluss (37), an den der Frischluftabschnitt (36) angeschlossen ist, einen Presslufteinlassanschluss (38), an den der Pressluftabschnitt (35) angeschlossen ist, und einen Luftauslassanschluss (39) aufweist, an den der Zuführabschnitt (34) angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass der Blow-by-Gas-Einlass (27) über eine Saugleitung (43) mit einem am Motorblock (2) angeordneten Entnahmeanschluss (44) verbunden ist, der mit dem Kurbelgehäuse (3) fluidisch verbunden ist, – dass die Kurbelgehäuseentlüftungsanlage (25) in der Saugleitung (43) eine Ölabscheideeinrichtung (45) zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas aufweist, – dass die Ölabscheideeinrichtung (45) eine Ölrücklaufleitung (46) zum Rückführen von abgeschiedenem Öl zum Kurbelgehäuse (3) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinrichtung (45) einen Impaktor (47) zum Abscheiden des Öls aus dem Blow-by-Gas aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gemischauslass (29) über eine Rückführleitung (48) an die Frischluftanlage (14) stromauf des Verdichters (20) angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (30) ein Bestandteil einer Pressluftanlage (31) eines mit der Brennkraftmaschine (1) ausgestatteten Fahrzeugs ist.
Fahrzeug, vorzugsweise Landfahrzeug, – mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, – mit einer Pressluftanlage (31), die zum Erzeugen von Pressluft den Kompressor (30) aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine pneumatische Bremsanlage und/oder eine pneumatische Federungsanlage aufweist, deren Versorgung mit Pressluft durch die Pressluftanlage (31) erfolgt.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem abhängig vom Druck der Frischluft in der Frischluftanlage (14) stromab des Verdichters (20) dem Lufteinlass (28) der Saugstrahlpumpe (26) entweder Pressluft vom Kompressor (30) oder komprimierte Frischluft von der Frischluftanlage (14) stromab des Verdichters (20) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, – dass dem Lufteinlass (28) die Pressluft zugeführt wird, wenn der Druck der Frischluft unterhalb eines vorbestimmten Schaltdrucks liegt, – dass dem Lufteinlass (28) die komprimierte Frischluft zugeführt wird, wenn der Druck in der Frischluft oberhalb des Schaltdrucks liegt.