DE102016217799A1 - Crankcase breather - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (21) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einer Abscheideeinrichtung (25), die ein Abscheidergehäuse (27) mit einem Ölsammelraum (32) und einen Ölabscheider (28) aufweist. Ein Rohgaspfad (22) zum Zuführen von mit Öl beladenem Blow-by-Gas führt zum Ölabscheider (28). Ein Reingaspfad (23) zum Abführen des von Öl befreiten Blow-by-Gases führt vom Ölabscheider (28) durch den Ölsammelraum (32). Ein Ölrückführpfad (24) zum Abführen des aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenen Öls führt vom Ölabscheider (28) durch den Ölsammelraum (32). Das Abführen von Öl aus dem Ölsammelraum (32) kann verbessert werden, wenn im Reingaspfad (23) stromab des Ölsammelraums (32) eine Drosselstelle (42) zur Druckerhöhung im Ölsammelraum (32) ausgebildet ist.The present invention relates to a crankcase ventilation device (21) for an internal combustion engine (1), having a separating device (25) which has a separator housing (27) with an oil collecting space (32) and an oil separator (28). A raw gas path (22) for supplying oil laden blow-by gas leads to the oil separator (28). A clean gas path (23) for discharging the oil-removed blow-by gas leads from the oil separator (28) through the oil collecting space (32). An oil return path (24) for discharging the oil separated from the blow-by gas from the oil separator (28) through the oil collecting space (32). The discharge of oil from the oil collection chamber (32) can be improved if in the clean gas path (23) downstream of the oil collection chamber (32) a throttle point (42) is formed to increase the pressure in the oil collection chamber (32).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer solchen Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine.The present invention relates to a crankcase ventilation device for an internal combustion engine. The invention also relates to an engine equipped with such a crankcase ventilation device.
Eine Brennkraftmaschine umfasst üblicherweise einen Motorblock, der mindestens einen Zylinder enthält, in dem ein Kolben hubverstellbar angeordnet ist. An den Motorblock schließt in der Regel unten ein Kurbelgehäuse an, in dem eine mit dem jeweiligen Kolben antriebsverbundene Kurbelwelle angeordnet ist. Eine Frischluftanlage dient zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder. Eine Abgasanlage dient zum Abführen von Abgas vom jeweiligen Zylinder.An internal combustion engine usually comprises an engine block which contains at least one cylinder in which a piston is arranged such that it can be adjusted in stroke. At the bottom of the engine block usually includes a crankcase, in which a drive connected to the respective piston crankshaft is arranged. A fresh air system is used to supply fresh air to the respective cylinder. An exhaust system serves to exhaust gas from the respective cylinder.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine tritt Verbrennungsabgas aufgrund unvermeidbarer Leckagen zwischen Zylinder und Kolben in das Kurbelgehäuse ein, so genanntes Blow-by-Gas. Um einen unerwünschten Druckanstieg im Kurbelgehäuse zu vermeiden, kommt eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Einsatz, mit der das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abgeführt und vorzugsweise der Frischluftanlage zugeführt wird. Alternativ ist für entsprechend gereinigtes Blow-by-Gas auch eine Zuführung zu einer bzw. eine Entlassung in eine Umgebung der Brennkraftmaschine realisierbar. Bei einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftung ist eine zugehörige Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer Fördereinrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse angesaugt werden kann. Eine passive Kurbelgehäuseentlüftung kommt dagegen ohne eine solche Fördereinrichtung aus. Moderne Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen sind außerdem mit einem Ölabscheider ausgestattet, mit dessen Hilfe im Blow-by-Gas mitgeführtes Öl abgeschieden und bspw. einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine rückgeführt werden kann.During operation of the internal combustion engine, combustion exhaust gas enters the crankcase due to unavoidable leakage between the cylinder and piston, so-called blow-by gas. In order to avoid an undesirable increase in pressure in the crankcase, a crankcase ventilation is used, with the blow-by gas removed from the crankcase and preferably the fresh air system is supplied. Alternatively, a supply to or discharge into an environment of the internal combustion engine can be realized for appropriately cleaned blow-by gas. With active crankcase ventilation, an associated crankcase ventilation device is equipped with a conveyor, with the aid of which the blow-by gas can be sucked out of the crankcase. By contrast, passive crankcase ventilation can do without such a conveyor. Modern crankcase ventilation devices are also equipped with an oil separator, with the aid of which oil entrained in the blow-by gas can be separated and, for example, returned to an oil sump of the internal combustion engine.
Aus der
Sofern bei einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ein Ölabscheider zum Einsatz kommt, kann das aus dem Blow-by-Gas abgeschiedene Öl einem Ölsammelraum zugeführt werden, von dem aus es über einen Ölrückführpfad bspw. einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Je nach Aufbau einer Abscheideeinrichtung, die in einem Abscheidergehäuse den Ölabscheider und diesen Ölsammelraum enthält, kann der Ölsammelraum fluidisch mit dem gereinigten Blow-by-Gas-Strom in Verbindung stehen. Um ein Ausblasen von Blow-by-Gas durch den Ölsammelraum und durch den Ölrückführpfad zu vermeiden bzw. um ein Ansaugen von Öl aus dem Kurbelgehäuse zu verhindern, können beliebig komplizierte Vorkehrungen getroffen werden. Beispielsweise kann ein Steuerventil vorgesehen sein, das abhängig vom Druck im Ölsammelraum den Ölrücklaufpfad öffnet oder sperrt. Da auch hier bevorzugt besonders preiswerte Lösungen zur Anwendung kommen, lässt sich ein Steuerdruck, ab dem das Steuerventil den Ölrücklaufpfad öffnet, nicht besonders genau einstellen. Um ausreichend Öffnungsdruck im Ölsammelraum erzeugen zu können, kann der Ölsammelraum mit einem entsprechend großen Volumen ausgestattet werden, so dass letztlich über den statischen Druck im angesammelten Öl der gewünschte Öffnungsdruck zum Öffnen des Steuerventils erzielbar ist. Problematisch ist hierbei, dass dadurch auch das Abscheidergehäuse ein entsprechend großes Volumen benötigt, während bei modernen Brennkraftmaschinen regelmäßig nur sehr wenig Einbauraum zur Verfügung steht.If an oil separator is used in a crankcase ventilation device, the oil separated from the blow-by gas can be supplied to an oil collecting space, from which it can be supplied via an oil return path, for example to an oil sump of the internal combustion engine. Depending on the structure of a separator which contains the oil separator and this oil collection chamber in a separator housing, the oil collection chamber can be fluidically connected to the cleaned blow-by-gas stream. In order to avoid blow-out of blow-by gas through the oil collection chamber and through the oil return path or to prevent suction of oil from the crankcase, any complicated precautions can be taken. For example, a control valve may be provided which opens or blocks the oil return path depending on the pressure in the oil collecting space. Since here also preferably particularly inexpensive solutions are used, a control pressure, from which the control valve opens the oil return path, can not be set particularly accurately. In order to be able to generate sufficient opening pressure in the oil collecting space, the oil collecting space can be equipped with a correspondingly large volume, so that ultimately the desired opening pressure for opening the control valve can be achieved via the static pressure in the accumulated oil. The problem here is that thereby the separator housing requires a correspondingly large volume, while in modern internal combustion engines regularly only very little installation space is available.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art bzw. für eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Steuerung des Ölrücklaufs auszeichnet.The present invention therefore addresses the problem of providing for a crankcase ventilation device of the type described above or for an engine equipped therewith an improved embodiment, which is characterized in particular by an improved control of the oil return.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken im Reingaspfad stromab des Ölsammelraums eine Drosselstelle zur Druckerhöhung im Ölsammelraum vorzusehen. Der Reingaspfad führt vom Ölabscheider durch den Ölsammelraum und danach durch den Reingasauslass des Abscheidergehäuses und schließlich insbesondere zu einer Frischluftanlage oder zu einer Umgebung der Brennkraftmaschine. Durch die vorgeschlagene Drosselstelle wird im Betrieb der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung die Blow-by-Gas-Strömung aufgestaut, wodurch sich im Reingaspfad stromauf der Drosselstelle eine Druckerhöhung ausbildet. Da die Drosselstelle im Reingaspfad stromab des Ölsammelraums angeordnet ist, wirkt sich diese Druckerhöhung auch auf den Ölsammelraum aus, so dass auch dort der Druck erhöht wird. Diese Druckerhöhung im Ölsammelraum hat einerseits zur Folge, dass ein Ansaugen von Öl aus dem Kurbelgehäuse effizient verhindert werden kann. Andererseits hat diese Druckerhöhung im Ölsammelraum zur Folge, dass bspw. zum Betätigen eines druckbetätigten Steuerventils zusätzlich zum statischen Druck des im Ölsammelraum angesammelten Öls der durch die Drosselstelle erzeugte Druckanstieg hinzukommt. Somit wird letztlich weniger statischer Druck im Öl und somit weniger Anstauhöhe für das Öl und somit weniger Volumen im Ölsammelraum benötigt, um ein ggf. vorhandenes druckbetätigtes Steuerventil zuverlässig zum Öffnen betätigen zu können. Dementsprechend verbessert die hier vorgestellte Drosselstelle die Steuerung des Ölrücklaufs.The invention is based on the general idea in the clean gas path downstream of the oil collecting space to provide a throttle point for increasing the pressure in the oil collecting space. The clean gas path leads from the oil separator through the oil collection chamber and then through the clean gas outlet of the separator housing and finally in particular to a fresh air system or to an environment of the internal combustion engine. By the proposed throttle point, the blow-by-gas flow is dammed during operation of the crankcase ventilation device, which forms a pressure increase in the clean gas upstream of the throttle point. Since the throttle point in the clean gas path downstream of the oil collection chamber is arranged, this pressure increase also affects the oil collection chamber, so that there, too, the pressure is increased. This increase in pressure in the oil collection chamber, on the one hand, results in that suction of oil from the crankcase can be efficiently prevented. On the other hand, this increase in pressure in the oil collecting chamber has the consequence that, for example, for actuating a pressure-actuated control valve, the pressure increase generated by the throttling point is added in addition to the static pressure of the oil accumulated in the oil collecting space. Thus, ultimately less static pressure in the oil and thus less accumulation height for the oil and thus less volume in the oil collection chamber is needed to operate a possibly existing pressure-actuated control valve reliably to open. Accordingly, the throttle point presented here improves the control of the oil return.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Drosselstelle durch einen Drosselabschnitt des Reingaspfads gebildet sein, wobei ein durchströmbarer Querschnitt des Reingaspfads im Drosselabschnitt kleiner ist als in einem unmittelbar stromauf an den Drosselabschnitt anschließenden Zuströmabschnitt des Reingaspfads und als in einem unmittelbar stromab an den Drosselabschnitt anschließenden Abströmabschnitt des Reingaspfads. Mit anderen Worten, die Drosselstelle bildet innerhalb des Reingaspfads eine Engstelle, so dass stromauf und stromab der Drosselstelle größere durchströmbare Querschnitte vorherrschen als innerhalb der Drosselstelle. Da sich der Reingaspfad vom Ölabscheider ggf. bis zu einer Anschlussstelle des Reingaspfads an eine Frischluftanlage oder an eine Umgebung der Brennkraftmaschine erstreckt, kann sich der Drosselabschnitt grundsätzlich an jedem beliebigen Abschnitt zwischen dem Ölabscheider und der Anschlussstelle zur Frischluftanlage bzw. zur Umgebung befinden, solange der Drosselabschnitt stromab des Ölsammelraums angeordnet ist und solange noch ein Abströmabschnitt vorhanden ist. Insbesondere kann dieser Abströmabschnitt eine Anschlussstelle oder Einleitstelle des Reingaspfads am Übergang zur Frischluftanlage bzw. zur Umgebung sein. Mit anderen Worten, die Drosselstelle ist außerdem stromauf einer derartigen Einleitstelle angeordnet.According to an advantageous embodiment, the throttle point may be formed by a throttle portion of the clean gas path, wherein a flow-through cross section of the clean gas path in the throttle portion is smaller than in an immediately upstream of the throttle portion adjoining inflow portion of the clean gas path and as in an immediately downstream of the throttle portion outflow portion of the clean gas path , In other words, the throttle point forms a bottleneck within the clean gas path, so that upstream and downstream of the throttle point larger flow-through cross sections predominate than within the throttle point. Since the clean gas path from the oil separator possibly extends to a connection point of the clean gas path to a fresh air system or to an environment of the internal combustion engine, the throttle section can basically be located at any section between the oil separator and the connection point to the fresh air system or the environment, as long as the Throttle portion is arranged downstream of the oil collecting space and as long as there is still a discharge section. In particular, this outflow section may be a connection point or discharge point of the clean gas path at the transition to the fresh air system or to the environment. In other words, the throttle is also arranged upstream of such a discharge point.
Grundsätzlich kann die Drosselstelle somit auch stromab des Reingasauslasses im Reingaspfad angeordnet sein. Insbesondere kann der Reingaspfad stromab des Reingasauslasses durch eine Leitung oder durch einen Kanal gebildet sein, der vom Abscheidergehäuse bspw. zu einer Frischluftanlage oder zu einer Umgebung der Brennkraftmaschine führt.In principle, the throttle point can thus also be arranged downstream of the clean gas outlet in the clean gas path. In particular, the clean gas path downstream of the clean gas outlet may be formed by a line or a channel which leads from the separator housing, for example, to a fresh air system or to an environment of the internal combustion engine.
Bei einer bevorzugten alternativen Ausführungsform ist die Drosselstelle dagegen am oder im Abscheidergehäuse ausgebildet. Hierdurch befindet sich die Drosselstelle in unmittelbarer Nähe des Ölsammelraums, wodurch sich der damit erzeugbare Druckanstieg unmittelbar auf den Druck im Ölsammelraum auswirkt.In a preferred alternative embodiment, however, the throttle point is formed on or in the separator housing. As a result, there is the throttle point in the immediate vicinity of the oil collection chamber, whereby the pressure increase thus generated directly affects the pressure in the oil collection chamber.
Vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der die Drosselstelle im Reingaspfad stromauf des Reingasauslasses angeordnet ist. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass sich der mit Hilfe der Drosselstelle erzeugte Druckanstieg möglichst unmittelbar auf den Ölsammelraum auswirken kann.A refinement is advantageous in which the throttle point is arranged in the clean gas path upstream of the clean gas outlet. This measure also means that the increase in pressure generated with the help of the throttle point can affect as directly as possible on the oil collection chamber.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Zuströmabschnitt des Reingaspfads durch den Ölsammelraum gebildet sein. Da der Reingaspfad durch den Ölsammelraum hindurchfährt, bildet das durchströmbare Volumen des Ölsammelraums einen Bestandteil des Reingaspfads. Durch den Vorschlag, den anströmseitig an den Drosselabschnitt direkt anschließenden Zuströmabschnitt durch den Ölsammelraum zu bilden, grenzt der Drosselabschnitt unmittelbar an den Ölsammelraum an, so dass sich der mit Hilfe der Drosselstelle erzeugbare Druckanstieg unmittelbar auf den Ölsammelraum auswirkt. Weiterhin vereinfacht sich durch diese Maßnahme die Realisierung der Drosselstelle im Abscheidergehäuse.In another embodiment, the inflow portion of the clean gas path may be formed by the oil collection space. Since the clean gas passage passes through the oil collecting space, the volume of the oil collecting space which can flow through forms a part of the clean gas path. By proposing to form the upstream directly to the throttle section inflow section through the oil collection chamber, the throttle section immediately adjacent to the oil collection chamber, so that the producible with the help of the throttle point pressure increase directly affects the oil collection chamber. Furthermore, this measure simplifies the realization of the throttle point in the separator housing.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Abströmabschnitt des Reingaspfads zumindest teilweise durch einen Reingasauslassstutzen gebildet sein, der am Abscheidergehäuse ausgebildet ist und der den Reingasauslass aufweist. Mit Hilfe eines derartigen Reingasauslassstutzens lässt sich besonders einfach ein durchströmbarer Querschnitt für den Abströmabschnitt realisieren.According to another advantageous embodiment, the outflow portion of the clean gas path may be at least partially formed by a clean gas outlet, which is formed on the separator housing and having the clean gas outlet. With the help of such a clean gas outlet nozzle, it is particularly easy to realize a flow-through cross section for the outflow section.
Eine Weiterbildung schlägt vor, die Drosselstelle zumindest teilweise in diesem Reingasstutzen auszubilden. Durch diese Maßnahme lässt sich die Drosselstelle besonders preiswert realisieren, nämlich durch Integration in den Reingasauslassstutzen.A further development proposes to form the throttle point at least partially in this clean gas nozzle. By this measure, the throttle point can be realized particularly inexpensive, namely by integration into the clean gas outlet.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass der Reingasauslassstutzen einen den Reingasauslass bildenden Auslassabschnitt und einen Einlassabschnitt aufweist, die durch eine Ringstufe ineinander übergehen. Der Einlassabschnitt weist einen kleineren durchströmbaren Querschnitt auf als der Auslassabschnitt. Hierdurch bildet der Auslassabschnitt den Abströmabschnitt des Reingaspfads, während der Einlassabschnitt zumindest einen Teil des Drosselabschnitts bildet. Der Drosselabschnitt geht durch die Ringstufe in den Auslassabschnitt über, so dass die Ringstufe eine Querschnittserweiterung bewirkt, die bei einer Durchströmung des Reingasauslassstutzens die Geschwindigkeit und den Druck des Blow-by-Gas stromab der Ringstufe reduziert. Mit anderen Worten, stromab der Ringstufe herrscht im Blow-by-Gas ein höherer Druck.Another development provides that the clean gas outlet has a clean gas outlet forming the outlet portion and an inlet portion, which merge into one another by an annular step. The inlet section has a smaller flow-through cross-section than the outlet section. As a result, the outlet section forms the outflow section of the clean gas path, while the inlet section forms at least part of the throttle section. The throttle section passes through the annular step in the outlet section, so that the annular step causes a cross-sectional widening, which reduces the velocity and the pressure of the blow-by gas downstream of the ring stage with a flow through the clean gas outlet. In other words, downstream of the ring stage, there is a higher pressure in the blow-by gas.
Vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher der Drosselabschnitt durch den Einlassabschnitt des Reingasauslassstutzens und einen Anschlussabschnitt des Abscheidergehäuses gebildet ist, wobei der Anschlussabschnitt unmittelbar an den Reingasauslassstutzen anschließt und in den Ölsammelraum mündet. Auf diese Weise wird auch hier erreicht, dass der Drosselabschnitt anströmseitig unmittelbar in den Ölsammelraum übergeht, so dass auch hier der Ölsammelraum den vorstehend genannten Zuströmabschnitt des Reingaspfads bildet. Die Druckerhöhung der Drosselstelle wirkt sich auf diese Weise unmittelbar auf den Druck im Ölsammelraum aus. A further development is advantageous in which the throttle section is formed by the inlet section of the clean gas outlet connection and a connection section of the separator housing, wherein the connection section directly adjoins the clean gas outlet connection and opens into the oil collection chamber. In this way, it is also achieved here that the throttle section on the inflow side passes directly into the oil collecting space, so that here too the oil collecting space forms the abovementioned inflow section of the clean gas path. The pressure increase of the throttle point in this way has an immediate effect on the pressure in the oil collection chamber.
Vorteilhaft kann der Reingasanschlussstutzen bezüglich des Abscheidergehäuses ein separates Bauteil bilden, das an das Abscheidergehäuse angebaut ist. Ebenso ist grundsätzlich eine integrale Bauweise denkbar, bei welcher der Reingasauslassstutzen integral am Abscheidergehäuse ausgeformt ist.Advantageously, the clean gas connection pipe with respect to the separator housing form a separate component, which is attached to the separator housing. Likewise, in principle, an integral construction is conceivable in which the clean gas outlet is formed integrally on the separator housing.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Ölrückführpfad mittels eines Steuerventils gesteuert ist, das ab einem vorbestimmten Überdruck im Ölsammelraum öffnet. Das Steuerventil ist somit als druckbetätigbares Steuerventil ausgestaltet und wird durch den Druck im Öl, das am Steuerventil anliegt, betätigt. Der Druck im Öl besteht dabei aus dem statischen Druck des Öls aufgrund der Stauhöhe des Öls im Ölsammelraum und aus dem Druck im Blow-by-Gas im Ölsammelraum, der wie vorstehend erläutert durch die Drosselstelle erhöht ist. Durch den mit Hilfe der Drosselstelle erhöhten Druck im Öl ist es insbesondere möglich, das Steuerventil innerhalb des Ölrückführpfads näher am Abscheidergehäuse anzuordnen. Insbesondere ist es möglich, das Steuerventil unmittelbar am Abscheidergehäuse anzuordnen, insbesondere derart, dass sich der Ölauslass an einem das Steuerventil enthaltenen Abschnitt des Abscheidergehäuses befindet. Letztlich kann somit auf ein separates Steuerventil verzichtet werden.Particularly advantageous is an embodiment in which the oil return path is controlled by means of a control valve which opens from a predetermined overpressure in the oil collection chamber. The control valve is thus designed as a pressure-actuated control valve and is actuated by the pressure in the oil which rests on the control valve. The pressure in the oil consists of the static pressure of the oil due to the damming height of the oil in the oil collection chamber and from the pressure in the blow-by gas in the oil collection chamber, which is increased by the throttle point as explained above. Due to the increased pressure in the oil with the aid of the throttle point, it is in particular possible to arrange the control valve closer to the separator housing within the oil return path. In particular, it is possible to arrange the control valve directly on the separator housing, in particular such that the oil outlet is located on a portion of the separator housing contained in the control valve. Ultimately, therefore, can be dispensed with a separate control valve.
Der Ölabscheider ist zweckmäßig als passiv arbeitender Ölabscheider konzipiert, so dass er seine Abscheidewirkung ausschließlich aufgrund seiner Durchströmung mit dem Blow-by-Gas erzeugt. Insbesondere ist keine separate Energiezufuhr erforderlich. Der Ölabscheider kann z. Bsp. als Zyklonabscheider oder als Labyrinthabscheider ausgestaltet sein oder einen solchen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Ölabscheider einen Impaktor aufweist oder als Impaktor ausgestaltet ist. Ein derartiger Impaktor weist eine Lochwand mit Durchtrittsöffnungen sowie eine Prallwand auf, die bezüglich der Durchströmung des Impaktors mit Blow-by-Gas stromab der Lochwand angeordnet ist. Dem Impaktors wird das mit Öl beladene Blow-by-Gas über den Rohgaseinlass zugeführt. Vom Impaktor wird das vom Öl befreite Blow-by-Gas dem Reingasauslass zugeführt. Ferner wird vom Impaktor das aus dem Blow-by-Gas abgeschiedene Öl dem Ölsammelraum zugeführt. Bei der Durchströmung des Impaktors mit Blow-by-Gas trifft das Blow-by-Gas zunächst auf die Lochplatte und wird dabei gezwungen, die Durchtrittsöffnungen in der Lochplatte zu durchströmen. Da die Summe der durchströmbaren Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen kleiner ist als der durchströmbare Querschnitt im Impaktor unmittelbar stromauf der Lochwand, ergibt sich eine Beschleunigung der Gasströmung sowie eine Aufteilung der Gasströmung auf einzelne, die Durchtrittsöffnungen durchtretende, strahlförmige Teilströme. Diese Teilströme treffen frontal, vorzugsweise senkrecht, auf die Prallwand, an der eine abrupte Strömungsumlenkung, in der Regel um etwa 90° erfolgt. Dieser Strömungsumlenkung folgt das Gas, während die mitgeführten flüssigen und/oder festen Verunreinigungen an der Prallwand abgestoppt werden, so dass die Verunreinigungen zunächst an der Prallwand verbleiben und dem Ölsammelraum zugeführt werden. Beispielsweise kann die Prallwand aus einem für die Verunreinigungen durchlässigen Material bestehen, bspw. aus einem offenporigen Schaumstoff oder aus einem Vliesmaterial. Zweckmäßig sind Prallwand und Lochwand relativ zueinander so angeordnet, dass ein Abstand in der Strömungsrichtung zwischen den Austrittsenden der Durchtrittsöffnungen und der Prallwand vorliegt. Die Durchtrittsöffnungen können an einer der Prallwand zugesandten Seite der Lochwand durch Rohre verlängert sein, um die Ausbildung der einzelnen, strahlförmigen Teilströme zu verbessern. Auch diese Rohre enden vorzugsweise freistehend, also beabstandet zur Prallwand.The oil separator is expediently designed as a passively operating oil separator, so that it generates its separation effect solely due to its flow with the blow-by gas. In particular, no separate power supply is required. The oil separator can z. For example, be configured as a cyclone separator or as a labyrinth or have such. However, an embodiment in which the oil separator has an impactor or is designed as an impactor is particularly advantageous. Such an impactor has a perforated wall with passage openings and a baffle wall, which is arranged downstream of the perforated wall with respect to the flow through the impactor with blow-by gas. The impactor is supplied with the oil-loaded blow-by gas via the raw gas inlet. From the impactor, the freed from the oil blow-by gas is supplied to the clean gas outlet. Furthermore, the impactor separates the oil separated from the blow-by gas to the oil collecting space. When flowing through the impactor with blow-by gas, the blow-by gas first hits the perforated plate and is thereby forced to flow through the passage openings in the perforated plate. Since the sum of the flow-through cross sections of all passage openings is smaller than the flow-through cross section in Impaktor immediately upstream of the hole wall, there is an acceleration of the gas flow and a division of the gas flow to individual, the passage openings passing, jet-shaped partial streams. These partial flows meet frontally, preferably vertically, on the baffle wall, at which an abrupt flow deflection takes place, as a rule by about 90 °. This flow deflection follows the gas, while the entrained liquid and / or solid impurities are stopped at the baffle, so that the impurities initially remain on the baffle and are fed to the oil collecting space. For example, the baffle may consist of a material which is permeable to the contaminants, for example of an open-cell foam or of a non-woven material. The baffle wall and the perforated wall are expediently arranged relative to one another such that there is a spacing in the flow direction between the outlet ends of the passage openings and the baffle wall. The passage openings may be extended by tubes at a side of the hole wall sent to the baffle wall, in order to improve the formation of the individual jet-shaped partial flows. These tubes also preferably end free-standing, so spaced from the baffle wall.
Grundsätzlich ist denkbar, die Drosselstelle mithilfe eines passiv arbeitenden Drosselventils zu realisieren, das z. B. als federbelastetes Tellerventil oder dergleichen ausgestaltet sein kann. Dieses Drosselventil kann dabei so gestaltet und/oder ausgelegt sein, dass es einen vorbestimmten Differenzdruck zwischen dem Ölsammelraum und dem Kurbelgehäuse oder dem Umgebungsdruck einstellt.In principle, it is conceivable to realize the throttle point using a passive throttle valve, the z. B. can be configured as a spring-loaded poppet valve or the like. This throttle valve can be designed and / or designed so that it sets a predetermined differential pressure between the oil collection chamber and the crankcase or the ambient pressure.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Drosselstelle eine elektrisch verstellbare Drosseleinrichtung aufweist oder durch eine solche gebildet ist, die zwischen wenigstens einer gedrosselten Stellung und einer ungedrosselten Stellung verstellbar ist. Hierdurch lässt sich der Druck im Ölsammelraum gezielt einstellen. In der ungedrosselten Stellung der Drosseleinrichtung ist der durchströmbare Querschnitt der Drosselstelle zumindest nicht kleiner als der zur Drosselstelle hinführende durchströmbare Querschnitt. In der Regel ist der von der Drosselstelle wegführende durchströmbare Querschnitt gleich groß wie der hinführende. In der jeweiligen gedrosselten Stellung der Drosseleinrichtung dagegen ist der durchströmbare Querschnitt der Drosselstelle kleiner als der zur Drosselstelle hinführende durchströmbare Querschnitt.In a further embodiment it can be provided that the throttle point has an electrically adjustable throttle device or is formed by such, which is adjustable between at least one throttled position and an unthrottled position. As a result, the pressure in the oil collection chamber can be adjusted specifically. In the unthrottled position of the throttle device, the flow-through cross-section of the throttle point is at least not smaller than the cross-section leading to the throttle point. In general, the flow away from the throttle point durchströmbare cross section is the same size as the leading. In the respective throttled position of the throttle device, however, is the flow-through cross-section of the throttle point smaller than the throttle point leading through flowable cross-section.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung als aktive Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestaltet sein, so dass sie eine Fördereinrichtung zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine aufweist. Der Rohgaspfad führt dann durch diese Fördereinrichtung hindurch. Da der Rohgaspfad im Einbauzustand der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung vom Kurbelgehäuse zum Ölabscheider führt, ist die Fördereinrichtung im Rohgaspfad stromauf des Ölabscheiders angeordnet. Die Anordnung der Fördereinrichtung stromauf des Ölabscheiders ermöglicht die Erzeugung höherer Druckdifferenzen am Ölabscheider, was dessen Effizienz erhöht.In another embodiment, the crankcase ventilation device may be configured as an active crankcase ventilation device, such that it has a delivery device for sucking blow-by gas from a crankcase of the internal combustion engine. The raw gas path then passes through this conveyor. Since the raw gas path leads in the installed state of the crankcase ventilation device from the crankcase to the oil separator, the conveyor is arranged in the raw gas path upstream of the oil separator. The arrangement of the conveyor upstream of the oil separator allows the generation of higher pressure differences on the oil separator, which increases its efficiency.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der diese Fördereinrichtung mit der vorstehend genannten elektrisch verstellbaren Drosseleinrichtung der Drosselstelle so gekoppelt ist, dass die Drosseleinrichtung bei ausgeschalteter Fördereinrichtung in die ungedrosselte Stellung verstellt ist und bei eingeschalteter Fördereinrichtung in wenigstens eine gedrosselte Stellung verstellt ist. Diese Kopplung kann z. B. mittels eines entsprechenden Steuergeräts erfolgen, das zum Ansteuern der Fördereinrichtung sowie der Drosseleinrichtung mit der Fördereinrichtung und mit der Drosseleinrichtung gekoppelt ist und das so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass es die Drosseleinrichtung bei ausgeschalteter Fördereinrichtung in die ungedrosselte Stellung verstellt und bei eingeschalteter Fördereinrichtung in wenigstens eine gedrosselte Stellung verstellt.Particularly advantageous is a development in which this conveyor is coupled to the above-mentioned electrically adjustable throttle device of the throttle point so that the throttle device is adjusted with the conveyor switched off in the unthrottled position and is adjusted when the conveyor is in at least one throttled position. This coupling can, for. B. by means of a corresponding control device which is coupled to drive the conveyor and the throttle device with the conveyor and with the throttle device and which is programmed and / or configured that it adjusts the throttle device with the conveyor switched off in the unthrottled position and switched on Adjusted conveyor in at least one throttled position.
Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Drosseleinrichtung in mehrere verschiedene gedrosselte Stellungen einstellbar ist und dass die Drosselstelle mit der Fördereinrichtung so gekoppelt ist bzw. dass das Steuergerät so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass die Drosseleinrichtung bei eingeschalteter Fördereinrichtung in eine von der aktuellen Förderleistung der Fördereinrichtung abhängige gedrosselte Stellung verstellt wird. Somit kann der Druck im Ölsammelraum gezielt an die jeweilige Betriebssituation angepasst werden. Ferner kann diese Ausführungsform vorzugsweise ausfallsicher ausgestaltet werden, so dass die Drosseleinrichtung bei fehlendem Strom, z. B. durch ein federbelastetes Drosselelement, automatisch die ungedrosselte Stellung einnimmt.In a further development, it may be provided that the throttle device is adjustable in a plurality of different throttled positions and that the throttle point is coupled to the conveyor or that the controller is configured and / or programmed so that the throttle device in one of the current delivery of the conveyor dependent throttled position is adjusted. Thus, the pressure in the oil collection chamber can be specifically adapted to the respective operating situation. Furthermore, this embodiment can preferably be designed fail-safe, so that the throttle device in the absence of power, for. B. by a spring-loaded throttle element, automatically assumes the unthrottled position.
Vorteilhaft kann die Fördereinrichtung ein Fördergehäuse mit einem Saugeinlass und einem Druckauslass aufweisen. In diesem Fördergehäuse kann ein Kanal ausgebildet sein, der vom Saugeinlass zum Druckauslass führt. Ferner kann im Fördergehäuse ein Rotor zum Antreiben von Blow-by-Gas im Kanal angeordnet sein. Hierdurch besitzt die Fördereinrichtung einen vergleichsweise einfachen und somit preiswerter realisierbaren Aufbau.Advantageously, the conveyor may comprise a conveyor housing with a suction inlet and a pressure outlet. In this conveyor housing, a channel may be formed, which leads from the suction inlet to the pressure outlet. Furthermore, a rotor for driving blow-by gas can be arranged in the channel in the conveyor housing. As a result, the conveyor has a comparatively simple and thus inexpensive realizable structure.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Kanal ringförmig ausgestaltet sein, so dass er in Umfangsrichtung geschlossen umläuft. Ferner kann der zuvor genannte Rotor durch ein Laufrad gebildet sein, das im Fördergehäuse um eine Rotationsachse drehbar und konzentrisch zum Kanal angeordnet ist. Dieses Laufrad weist Laufschaufeln auf, die im Kanal angeordnet sind. Bei rotierendem Laufrad bewegen sich die Laufschaufeln im Kanal in der Umfangsrichtung und treiben dadurch das Blow-by-Gas im Kanal vom Saugeinlass zum Druckauslass an. Bei rotierendem Laufrad wird dadurch am Saugeinlass ein Unterdruck erzeugt, während am Druckauslass ein Überdruck erzeugt wird. Somit wirkt die Fördereinrichtung wie ein Verdichter.According to a development, the channel can be designed annular, so that it rotates closed in the circumferential direction. Furthermore, the aforementioned rotor may be formed by an impeller which is rotatable in the conveyor housing about an axis of rotation and concentric with the channel. This impeller has blades that are arranged in the channel. With the impeller rotating, the blades move in the circumferential direction of the duct, thereby driving the blow-by gas in the duct from the suction inlet to the pressure outlet. With a rotating impeller, this creates a negative pressure at the suction inlet, while an overpressure is generated at the pressure outlet. Thus, the conveyor acts like a compressor.
Grundsätzlich kann die Fördereinrichtung mit dem Rotor und insbesondere mit dem Laufrad z. Bsp. als Gebläse oder als Pumpe oder als Radialverdichter oder als Axialverdichter ausgestaltet sein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Fördereinrichtung dagegen als Seitenkanalverdichter ausgestaltet sein. Ein derartiger Seitenkanalverdichter charakterisiert sich dadurch, dass er einen ringförmigen Kanal aufweist, der einen Kanaleinlass mit einem Kanalauslass verbindet, wobei ein Laufrad konzentrisch zu diesem Kanal angeordnet ist, so dass radial abstehende Laufschaufeln des Laufrads im Kanal angeordnet und darin in Umfangsrichtung verstellbar sind. Die Umfangsrichtung bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse des Laufrads. Laufrad und Kanal sind bezüglich dieser Rotationsachse koaxial und konzentrisch angeordnet. Ferner ist beim Seitenkanalverdichter vorgesehen, dass der ringförmige Kanal quer zur Umfangsrichtung einen Kanalquerschnitt aufweist, der einen Kernbereich besitzt, in dem sich die Laufschaufeln befinden. Ferner lässt sich der ringförmige Kanal in Umfangsrichtung in einen Förderabschnitt, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanaleinlass zum Kanalauslass führt, unter einen Totabschnitt unterteilen, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanalauslass zum Kanaleinlass führt. Im Totabschnitt besteht der Kanalquerschnitt ausschließlich aus dem vorgenannten Kernbereich. Im Förderabschnitt weist der Kanalquerschnitt dagegen zusätzlich zum Kernbereich zumindest einen seitlich an den Kernbereich anschließenden Seitenbereich auf. Zweckmäßig sind zwei axial anschließende Seitenbereiche vorgesehen, nämlich ein oberer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradoberseite an dem Kernbereich anschließt, und ein unterer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradunterseite an den Kernbereich anschließt. Ferner kann ein radialer Seitenbereich vorgesehen sein, der sich radial außen an dem Kernbereich anschließt. Bei einem solchen Seitenkanalverdichter besitzen ein der Laufradunterseite zugewandter Kanalboden und eine der Laufradoberseite zugewandte Kanaldecke im Kanalauslass am Übergang vom Förderabschnitt zum Totabschnitt und im Kanaleinlass am Übergang vom Totabschnitt zum Förderabschnitt jeweils eine Stufe. Ebenso besitzt eine den Kanal radial außen begrenzende Kanalseitenwand an diesen Übergängen jeweils eine Stufe, wenn außerdem der vorstehend genannte radiale Seitenbereich vorgesehen ist. Ein derartiger Seitenkanalverdichter lässt sich vergleichsweise preiswert realisieren und zeichnet sich durch eine effiziente Förderleistung aus.Basically, the conveyor with the rotor and in particular with the impeller z. For example, be configured as a fan or as a pump or as a centrifugal compressor or as axial compressor. In contrast, according to a particularly advantageous embodiment, the conveying device can be designed as a side channel compressor. Such a side channel compressor is characterized by having an annular channel connecting a channel inlet to a channel outlet, with an impeller concentric with that channel such that radially projecting blades of the impeller are disposed in the channel and are circumferentially adjustable therein. The circumferential direction refers to a rotation axis of the impeller. Impeller and channel are arranged coaxially and concentrically with respect to this axis of rotation. Further, it is provided in the side channel compressor that the annular channel transversely to the circumferential direction has a channel cross-section having a core portion in which the blades are located. Further, the annular passage in the circumferential direction can be divided into a conveying section leading in the rotational direction of the impeller from the passage inlet to the passage outlet, under a dead section, which leads in the direction of rotation of the impeller from the passage outlet to the passage inlet. In the dead section, the channel cross-section consists exclusively of the aforementioned core area. In contrast, in the conveying section, the channel cross section has, in addition to the core region, at least one lateral region adjoining the core region laterally. It is expedient to provide two axially adjoining side regions, namely an upper axial side region, which adjoins an upper side of the impeller on the core region in the case of a vertical axis of rotation, and a lower axial side region, which adjoins the lower side of the impeller in the case of a vertical axis of rotation Core area connects. Furthermore, a radial side region may be provided, which adjoins the core region radially on the outside. In such a side channel compressor, a bottom of the channel facing the bottom of the impeller and one of the impeller top facing channel ceiling in the channel outlet at the transition from the conveyor section to Totabschnitt and in the channel inlet at the transition from Totabschnitt to the conveyor section each have a step. Likewise, a duct side wall bordering the duct radially outwardly has a step at these transitions, in each case, if the above-mentioned radial side region is additionally provided. Such a side channel compressor can be realized comparatively inexpensive and is characterized by an efficient delivery rate.
Desweiteren kann die Fördereinrichtung einen geeigneten Antrieb zum Antreiben des Rotors bzw. des Laufrads aufweisen. Vorzugsweise kann der Antrieb einen Elektromotor besitzen oder durch einen Elektromotor gebildet sein, der auf geeignete Weise, insbesondere unmittelbar über seine Antriebswelle mit dem Rotor bzw. mit dem Laufrad antriebsverbunden ist.Furthermore, the conveyor may have a suitable drive for driving the rotor or the impeller. Preferably, the drive may have an electric motor or be formed by an electric motor, which is drive-connected in a suitable manner, in particular directly via its drive shaft to the rotor or to the impeller.
Gemäß einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform können der Ölabscheider und die Fördereinrichtung in einem gemeinsamen Einrichtungsgehäuse ausgebildet sein, so dass das Abscheidergehäuse und das Fördergehäuse durch Bereiche des Einrichtungsgehäuses gebildet sind. Dementsprechend wird eine Abscheider-Förder-Einheit geschaffen, die sich preiswert vormontieren lässt und preiswert an der Brennkraftmaschine anbringen lässt. Desweiteren baut eine derartige Einheit aufgrund des gemeinsamen Einrichtungsgehäuses vergleichsweise kompakt.According to another, particularly advantageous embodiment of the oil separator and the conveyor may be formed in a common device housing, so that the separator housing and the conveyor housing are formed by areas of the device housing. Accordingly, a separator-conveyor unit is created, which can be inexpensively preassembled and inexpensively attach to the engine. Furthermore, such a unit builds comparatively compact due to the common device housing.
Das Einrichtungsgehäuse besitzt einen Gehäuseeinlass, einen Gehäusegasauslass und einen Gehäuseölauslass. Der Gehäuseeinlass ist durch den Saugeinlass des Fördergehäuses gebildet. Der Gehäusegasauslass ist durch den Reingasauslass des Abscheidergehäuses gebildet. Der Gehäuseölauslass ist durch den Ölauslass des Abscheidergehäuses gebildet. Im Inneren des Einrichtungsgehäuses sind der Druckauslass des Fördergehäuses und der Rohgaseinlass des Abscheidergehäuses fluidisch miteinander verbunden. Insbesondere gehen der Druckauslass und der Rohgaseinlass offen ineinander über.The device housing has a housing inlet, a housing gas outlet, and a housing oil outlet. The housing inlet is formed by the suction inlet of the conveyor housing. The housing gas outlet is formed by the clean gas outlet of the separator housing. The housing oil outlet is formed by the oil outlet of the separator housing. Inside the device housing, the pressure outlet of the conveyor housing and the raw gas inlet of the separator housing are fluidly connected to each other. In particular, the pressure outlet and the raw gas inlet openly merge.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet. In diesem Fall ist der Rohgaspfad zum Ansaugen von Blow-by-Gas mit einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine fluidisch verbunden. Ferner ist der Reingaspfad zum Einleiten von Blow-by-Gas mit einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine oder mit einer Umgebung der Brennkraftmaschine fluidisch verbunden.An internal combustion engine according to the invention is equipped with a crankcase ventilation device of the type described above. In this case, the raw gas path for sucking blow-by gas is fluidically connected to a crankcase of the internal combustion engine. Furthermore, the clean gas path for introducing blow-by gas is fluidically connected to a fresh air system of the internal combustion engine or to an environment of the internal combustion engine.
Der jeweilige Pfad, also insbesondere der Rohgaspfad, der Reingaspfad und der Ölrücklaufpfad, kann zumindest teilweise durch eine Leitung oder einen Kanal gebildet sein, wobei die jeweilige Leitung bzw. der jeweilige Kanal zumindest abschnittsweise oder bereichsweise auch innerhalb der Brennkraftmaschine ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann der Rohgaspfad innerhalb der Brennkraftmaschine durch einen Kanal gebildet sein, der vom Kurbelgehäuse durch einen Motorblock der Brennkraftmaschine und durch einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in eine Zylinderkopfhaube führt. An die Zylinderkopfhaube ist dann eine Leitung angeschlossen, die einen von der Zylinderkopfhaube zum Abscheidergehäuse oder zum Fördergehäuse oder zum Einrichtungsgehäuse führender Abschnitt des Rohgaspfads ist.The respective path, that is to say in particular the raw gas path, the clean gas path and the oil return path, can be formed at least partially by a line or a channel, whereby the respective line or the respective channel can also be formed within the internal combustion engine at least in sections or regions. For example, the raw gas path within the internal combustion engine may be formed by a channel which leads from the crankcase through an engine block of the internal combustion engine and through a cylinder head of the internal combustion engine into a cylinder head cover. To the cylinder head cover then a line is connected, which is a leading of the cylinder head cover to the separator housing or to the conveyor housing or the device housing section of the raw gas path.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Entsprechend
Die Brennkraftmaschine
Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine
Die Abscheideeinrichtung
Sofern wie hier die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung
Entsprechend den
Beispielsweise kann die Drosselstelle
Im Beispiel der
Im Beispiel der
Im Beispiel der
Der Ölrückführpfad
Gemäß
Bevorzugt handelt es sich bei der Fördereinrichtung
Im Beispiel der
Der Impaktor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015008342 A1 [0004] DE 102015008342 A1 [0004]
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