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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
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Es ist allgemein bekannt, dass während des Betriebs einer als Kolbenmotor ausgestalteten Brennkraftmaschine aufgrund unvermeidlicher Leckagen zwischen Zylindern und Kolben Verbrennungsabgas in das Kurbelgehäuse eindringen kann, so genanntes Blow-by-Gas. Zur Vermeidung eines unzulässigen Überdrucks im Kurbelgehäuse ist es ferner üblich, das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abzuführen. Hierzu kommt eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung zum Einsatz. Im Kurbelgehäuse herrscht aufgrund der dort vorhandenen Ölschmierung ein Ölnebel, der sich mit dem Blow-by-Gas vermischt, so dass das aus dem Kurbelgehäuse abgeführte Blow-by-Gas Öl enthält. Zur Reduzierung des Ölverbrauchs der Brennkraftmaschine ist es daher üblich, eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung zusätzlich mit einem Ölabscheider auszustatten, um das im Blow-by-Gas mitgeführte Öl abzuscheiden. Das abgeschiedene Öl kann letztlich dem Kurbelgehäuse bzw. dem Ölkreis rückgeführt werden.
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Ziel einer solchen Kurbelgehäuseentlüftung ist dabei stets, eine möglichst effiziente Abscheidung des mitgeführten Öls zu erreichen, um den Ölverbrauch abzusenken und die Umweltverträglichkeit der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Dabei ist vorzugsweise für Personenkraftwagen eine kostengünstige Lösung angestrebt. Ferner soll nach Möglichkeit auch eine kompakte Bauform realisiert werden.
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Der jeweilige Ölabscheider kann als aktiver oder passiver Trägheitsabscheider konfiguriert werden. Ein aktiver Trägheitsabscheider ist bspw. ein Zentrifugalabscheider. Ein derartiger Zentrifugalabscheider ist bspw. aus der
DE 10 2011 076 465 A1 und aus der
EP 2 558 690 B1 bekannt. Passive Trägheitsabscheider sind bspw. Zyklone oder Impaktoren. Als Zyklon ausgestaltete Ölabscheider sind bspw. aus der
EP 1 614 871 A2 und aus der
DE 42 14 324 C2 bekannt.
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Derartige Trägheitsabscheider arbeiten mit einer Strömung aus Blow-by-Gas und darin mitgeführtem Öl und nutzen die Erkenntnis, dass bei einer starken Strömungsumlenkung das Blow-by-Gas dieser Strömungsumlenkung vergleichsweise leicht folgen kann, während das das darin mitgeführte Öl aufgrund der deutlich höheren Trägheitskräfte gegen eine Wand prallt, daran haften bleibt, sich daran ansammelt und ggf. daran abfließt. Beim aktiven Trägheitsabscheider ist diese Wand in Bewegung. Beim passiven Trägheitsabscheider ruht diese Wand. Zum Erzeugen der jeweiligen Strömung kann außerdem eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, z. Bsp. Eine Pumpe, ein Gebläse oder ein Verdichter.
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Das mit Hilfe des jeweiligen Ölabscheiders abgeschiedene Öl wird zweckmäßig zunächst in einem Ölspeicher gesammelt, um es dann über einen Ölrückführpfad letztlich dem Kurbelgehäuse rückführen zu können. Über diese fluidische Verbindung zwischen Ölspeicher und Kurbelgehäuse durch den Ölrückführpfad kann es zu Problemen kommen. Beispielsweise ist eine unerwünschte Strömung von ungereinigtem Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse durch den Ölrückführpfad in den Ölspeicher möglich. Da sich der Ölspeicher in der Regel stromab des Ölabscheiders befindet, kann das ungereinigte Blow-by-Gas somit den Ölabscheider umgehen, was zu einem unerwünschten Ölverbrauch führen kann. Um eine derartige Falschströmung zu vermeiden, ist es grundsätzlich möglich, den Ölrückführpfad mittels eines Rückschlagsperrventils zu steuern, das in seiner Schließstellung eine solche Falschströmung von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse durch den Ölrückführpfad in den Ölspeicher verhindert. Ein derartiges Rückschlagsperrventil ist bspw. in der vorstehend bereits genannten
DE 42 14 324 C2 vorgesehen. Ein weiteres Rückschlagsperrventil zeigt auch die
EP 1 559 876 A2 .
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Ein derartiges Rückschlagsperrventil lässt sich bspw. durch den Druck im Öl in seine Offenstellung verstellen, so dass dann das Öl aus dem Ölspeicher durch den Ölrückführpfad in das Kurbelgehäuse strömen kann. Der Druck im Öl hängt dabei ab vom Füllstand des Öls im Ölspeicher, also vom aktuellen Staudruck des Öls. Dieser Staudruck wirkt der Schließkraft des Rückschlagsperrventils entgegen und führt ab einem entsprechenden Füllstand zu einem Öffnen des Rückschlagsperrventils und somit zu einer Entleerung des Öls aus dem Ölspeicher in das Kurbelgehäuse. Ein überhöhter Füllstand von Öl im Ölspeicher kann zu einer Flutung des jeweiligen Ölabscheiders führen oder sogar dazu führen, dass das ausgeschiedene Öl durch einen Reingasauslass, der in der Regel ebenfalls mit dem Ölspeicher fluidisch verbunden ist, austreten kann. Damit zuverlässig eine Öffnung des Rückschlagsperrventils durch den Staudruck realisiert werden kann, um einen derartigen überhöhten Füllstand zu vermeiden, ist eine entsprechende Bauhöhe für den Ölspeicher erforderlich, um einen möglichst hohen Staudruck erreichen zu können. Ein hoher Ölspeicher kollidiert jedoch mit dem Wunsch, den Ölabscheider bzw. die gesamte Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung möglichst kompakt auszugestalten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren zum Entlüften eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine bzw. für eine zugehörige Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine kompakte Bauform auszeichnet, während eine zuverlässige Rückführung des abgeschiedenen Öls aus dem Ölspeicher in das Kurbelgehäuse erzielbar ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Ölspeicher einen vorbestimmten Grenzfüllstand zu überwachen und eine Rückführung des Öls aus dem Ölspeicher über den Ölrückführpfad zum Kurbelgehäuse gezielt dann durchzuführen, wenn im Ölspeicher der vorbestimmte Grenzfüllstand erreicht wird. Auf diese Weise kann zuverlässig ein überhöhter Füllstand im Ölspeicher verhindert werden.
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Im Einzelnen geht das erfindungsgemäße Verfahren davon aus, dass bei eingeschalteter Brennkraftmaschine Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse über einen Blow-by-Gas-Pfad abgeführt wird, wobei das Blow-by-Gas mittels einer Fördereinrichtung angetrieben wird. Öl, das im Blow-by-Gas enthalten ist, wird mittels eines Ölabscheiders aus dem Blow-by-Gas abgeschieden und einem Ölspeicher zugeführt. Das im Ölspeicher gesammelte Öl wird über den Ölrückführpfad dem Kurbelgehäuse rückgeführt, wobei diese Rückführung erfindungsgemäß in Abhängigkeit des Grenzfüllstands erfolgt.
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Das Erreichen des Grenzfüllstands kann grundsätzlich mittels einer Sensorik ermittelt werden. Ein entsprechender Füllstandssensor kann im Ölspeicher den aktuellen Füllstand und/oder das Erreichen des Grenzfüllstands detektieren und ein entsprechendes Signal generieren und bspw. an eine entsprechende Steuereinrichtung weiterleiten.
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Alternativ dazu kann das Erreichen des Grenzfüllstands in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder der Fördereinrichtung und/oder des Ölabscheiders berechnet werden. Die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine korrelieren mit der Menge des anfallenden Blow-by-Gases und mit der im Blow-by-Gas mitgeführten Ölmenge. Die Betriebsparameter der Fördereinrichtung und des Ölabscheiders korrelieren mit der Menge des Öls, das aus dem Blow-by-Gas abgeschieden werden kann. Somit lässt sich anhand dieser Betriebsparameter die anfallende Ölmenge abschätzen bzw. berechnen. Da außerdem das Speichervolumen des Ölspeichers bekannt ist, lässt sich dadurch der aktuelle Füllstand abschätzen bzw. berechnen. Somit kann ohne großen zusätzlichen apparativen Aufwand, der bspw. mit einer speziellen Sensorik einhergeht, das Erreichen des Grenzfüllstands abgeschätzt bzw. berechnet werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der zum Initiieren und/oder zum Durchführen der Rückführung des Öls der Druck im Ölspeicher erhöht wird, um das Öl durch den Ölrückführpfad aus dem Ölspeicher auszutreiben. Die Druckerhöhung im Ölspeicher kann somit zum Ausblasen des Öls genutzt werden. Insbesondere ist dadurch nicht nur der Staudruck im Öl ausschlaggebend für die Durchführung der Ölrückführung.
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Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Ölrückführpfad mittels eines Rückschlagsperrventils gesteuert ist, das in seiner Schließstellung eine Falschströmung von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse durch den Ölrückführpfad in den Ölspeicher verhindert. Ein derartiges Rückschlagsperrventil kann dabei grundsätzlich unabhängig von den vorstehend beschriebenen und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die vorstehend genannte Druckerhöhung im Ölspeicher in Verbindung mit einem solchen Rückschlagsperrventil zur Anwendung kommt. In diesem Fall ist es durch die Druckerhöhung im Ölspeicher möglich, das Rückschlagsperrventil in seine Offenstellung zu verstellen, so dass das Öl aus dem Ölspeicher durch den Ölrückführpfad in das Kurbelgehäuse strömen kann. Bei dieser Ausführungsform wird nicht nur der Staudruck im Öl des Ölspeichers zum Öffnen des Rückschlagsperrventils genutzt, sondern zusätzlich der Gasdruck im Ölspeicher oberhalb des Füllstands des Öls, der ebenfalls auf das Ölvolumen wirkt. Somit lässt sich auch bei einem relativ geringen Staudruck das Rückschlagsperrventil bei entsprechender Druckerhöhung im Ölspeicher gezielt öffnen. Somit benötigt der Ölspeicher trotz Rückschlagsperrventil keine große Bauhöhe für ein zuverlässiges Öffnen des Rückschlagsperrventils. Dementsprechend lässt sich die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung bzw. der Ölabscheider mit Ölspeicher vergleichsweise kompakt realisieren.
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Zweckmäßig ist der Ölspeicher im Blow-by-Gas-Pfad stromab der Fördereinrichtung angeordnet. In diesem Fall lässt sich die Fördereinrichtung zum Erhöhen der Förderleistung ansteuern, um den Druck im Ölspeicher zu erhöhen. Die erhöhte Förderleistung der Fördereinrichtung führt zu einem erhöhten Druck im Blow-by-Gas stromab der Fördereinrichtung und somit auch im Ölspeicher. Auf diese Weise lässt sich durch eine vergleichsweise einfache Modulation in der Ansteuerung der Fördereinrichtung die gewünschte Druckerhöhung realisieren.
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Beispielsweise kann die Fördereinrichtung einen Rotor aufweisen, der bei Rotation das Blow-by-Gas fördert. Die Fördereinrichtung kann nun zum Erhöhen der Drehzahl des Rotors angesteuert werden, um die Förderleistung der Fördereinrichtung zu erhöhen. Beispielsweise kann der Rotor ein Gebläserad oder ein Verdichterrad aufweisen oder antreiben. Durch eine einfache Erhöhung der Drehzahl des Rotors lässt sich somit letztlich die gewünschte Druckerhöhung im Blow-by-Gas und somit auch im Ölspeicher realisieren.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass die Druckerhöhung im Ölspeicher zum Austreiben des Öls aus dem Ölspeicher länger durchgeführt wird, als es zum Entleeren des Ölspeichers erforderlich ist, so dass Blow-by-Gas durch den Ölrückführpfad in das Kurbelgehäuse strömt. Das Blow-by-Gas, das in diesem Fall durch den Ölrückführpfad in das Kurbelgehäuse strömt, ist vom Öl gereinigt und führt somit zu einer Verdünnung des Blow-by-Gases im Kurbelgehäuse. In der Folge ist der Anteil an mitgeführtem Öl im Blow-by-Gas, das aus dem Kurbelgehäuse abgeführt wird, reduziert, was die Effizienz der Ölabscheidung im nachfolgenden Ölabscheider erhöht.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass die Fördereinrichtung im Blow-by-Gas-Pfad stromauf vom Ölabscheider angeordnet ist. In diesem Fall wird das mit Hilfe der Fördereinrichtung angetriebene Blow-by-Gas quasi durch den Ölabscheider gedrückt. Dies kann zu einer verbesserten Abscheidewirkung im Ölabscheider führen.
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Der Ölabscheider kann als Trägheitsabscheider ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform als passiver Trägheitsabscheider, wie z. Bsp. ein Zyklon.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Ölabscheider als Impaktor ausgestaltet ist. Ein derartiger Impaktor weist eine Lochwand mit Durchtrittsöffnungen sowie eine Prallwand auf, die bezüglich einer Durchströmung des Impaktors mit Gas, insbesondere mit Blow-by-Gas, stromab der Lochwand angeordnet ist. Der Impaktor weist den Rohgaseinlass für mit Verunreinigungen, insbesondere mit Öl, beladenes Gas, den Reingasauslass für von Verunreinigungen befreites Gas und den Öl- bzw. Schmutzauslass für aus dem Gas abgeschiedene Verunreinigungen auf. Bei der Durchströmung des Impaktors mit Gas trifft das Gas zunächst auf die Lochplatte und wird dabei gezwungen, die Durchtrittsöffnungen 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 dabei 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 bspw. zu einem Sammelraum geführt werden, der mit dem Schmutzauslass fluidisch verbunden ist.
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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 angerordnet, dass ein Abstand in der Strömungsrichtung zwischen den Austrittsenden der Durchtrittsöffnungen und der Prallwand vorliegt. Die Durchtrittsöffnungen können an einer der Prallwand zugewandten Seite der Lochwand durch Rohre verlängert sein, um die Ausbildung der einzelnen, strahlförmigen Teilströme zu verbessern. Auch diese Rohre enden vorzugsweise beabstandet zur Prallwand.
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Die Fördereinrichtung kann als Gebläse, Verdichter oder Pumpe ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Fördereinrichtung als Seitenkanalverdichter ausgestaltet ist. 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 der Umfangsrichtung in einen Förderabschnitt, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanaleinlass zum Kanalauslass führt, und 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 den 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 den 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.
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Zweckmäßig können der Ölspeicher und der Ölabscheider in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, wodurch die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung vergleichsweise kompakt und preiswert realisiert werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Fördereinrichtung, der Ölabscheider und der Ölspeicher in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Hierdurch wird für die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung eine kompakte Einheit bereitgestellt, die sich leicht montieren und somit preiswert realisieren lässt.
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Eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, die für eine Verwendung an einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, umfasst einen Blow-by-Gas-Pfad zum Abführen von Blow-by-Gas aus einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine. Ferner sind eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Blow-by-Gases, ein Ölabscheider zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas und ein Ölspeicher zum Sammeln des abgeschiedenen Öls vorgesehen. Außerdem ist ein Rückführpfad zum Rückführen des Öls vom Ölspeicher zum Kurbelgehäuse vorgesehen. Die erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ist außerdem mit einer Steuereinrichtung zum Betreiben der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattet, die so programmiert bzw. ausgestaltet ist, dass sie die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens ansteuern kann. Die Steuereinrichtung kann daher insbesondere zum Ansteuern der Fördereinrichtung vorgesehen sein. Ferner kann die Steuereinrichtung insbesondere mit einem Motorsteuergerät zum Betreiben der Brennkraftmaschine gekoppelt sein, bspw. um die aktuellen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, wie z.B. Last und Drehzahl, zu erhalten. Ferner kann die Steuereinrichtung mit einer ggf. vorhandenen Sensorik gekoppelt sein, die den aktuellen Füllstand bzw. den Grenzfüllstand im Ölspeicher ermittelt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine, die mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattet ist,
- 2 ein stark vereinfachter Längsschnitt durch eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
- 3 ein stark vereinfachter, prinzipieller Querschnitt einer Fördereinrichtung der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
- 4 ein stark vereinfachter Längsschnitt der Fördereinrichtung,
- 5 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Ölabscheiders der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung.
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Entsprechend 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 101, die vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, einen Motorblock 102, der zumindest einen Zylinder 103 enthält, in dem ein Kolben 104 hubverstellbar angeordnet. Es ist klar, dass die Brennkraftmaschine 101 im Motorblock 102 üblicherweise mehr als einen, vorzugsweise auch mehr als zwei Zylinder 103 enthält. An den Motorblock 102 schließt unten ein Kurbelgehäuse 105 an, während oben ein Zylinderkopf 106 an den Motorblock 102 anschließt. Eine üblicherweise vorhandene Zylinderkopfhaube zur Abdeckung des Zylinderkopfs 106 ist hier nicht dargestellt. Der jeweilige Kolben 104 ist über eine Pleuelstange 107 mit einer Kurbelwelle 108 antriebsverbunden, die im Kurbelgehäuse 105 angeordnet ist. Im Zylinderkopf 106 befinden sich üblicherweise Gaswechselventile 109 zum Steuern der Gaswechselvorgänge. Im Kurbelgehäuse 105 ist außerdem ein Ölsumpf 110 enthalten. Beispielsweise wird das Kurbelgehäuse 105 nach unten, also an der vom Motorblock 102 abgewandten Seite durch eine Ölwanne 111 verschlossen, die üblicherweise den Ölsumpf 110 aufnimmt.
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Die Brennkraftmaschine 101 weist außerdem eine Frischluftanlage 112 zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder 103 sowie eine Abgasanlage 113 zum Abführen von Abgas aus dem jeweiligen Zylinder 103 auf. Im Beispiel ist die Brennkraftmaschine 101 aufgeladen, so dass hier eine Ladeeinrichtung vorgesehen ist, die hier als Turbolader 114 ausgestaltet ist. Der Turbolader 114 weist einen in der Frischluftanlage 112 angeordneten Verdichter 115 und eine in der Abgasanlage 113 angeordnete Turbine 116 auf, die auf geeignete Weise mit dem Verdichter 115 antriebsverbunden ist. Die Frischluftanlage 112 enthält ein Luftfilter 117 zum Filtern der Frischluft. Ferner ist stromab des Verdichters 115 ein Ladeluftkühler 118 in der Frischluftanlage 112 angeordnet, der zum Kühlen der mit Hilfe des Verdichters 115 komprimierten Luft, die auch als Ladeluft bezeichnet wird, dient. Hierzu kann der Ladeluftkühler 118 mit einem Kühlkreis 119 gekoppelt sein. Ferner kann in der Frischluftanlage 112 eine Drosseleinrichtung 120 angeordnet sein, die im Beispiel stromab des Ladeluftkühlers 118 angeordnet ist. Die Abgasanlage 113 enthält stromab der Turbine 116 in üblicher Weise hier nicht gezeigte Abgasnachbehandlungseinrichtungen, wie z. Bsp. Katalysatoren, Partikelfilter und Schalldämpfer.
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Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 101 ist außerdem mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 121 ausgestattet, mit deren Hilfe Blow-by-Gas, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine 101 im Kurbelgehäuse 105 anfällt, aus dem Kurbelgehäuse 105 abgesaugt und vorzugsweise der Frischluftanlage 112 zugeführt werden kann. Ebenso ist eine Zuführung des Blow-by-Gases zu einer Umgebung 142 der Brennkraftmaschine 101 realisierbar. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 121 umfasst einen Rohgaspfad 122, einen Reingaspfad 123, einen Ölrückführpfad 124 und eine Abscheideeinrichtung 125. Bei der hier vorgestellten bevorzugten Ausführungsform weist die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 121 außerdem eine Fördereinrichtung 126 auf. Der Rohgaspfad 122 und der Reingaspfad 123 bilden gemeinsam einen Blow-by-Gas-Pfad 145 zum Abführen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 105.
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Die Abscheideeinrichtung 125 besitzt ein Abscheidergehäuse 127 und einen im Abscheidergehäuse 127 angeordneten Ölabscheider 128 zum Abscheiden von Öl aus Blow-by-Gas. Das Abscheidergehäuse 127 weist einen Rohgaseinlass 129 für mit Öl beladenes Blow-by-Gas, einen Reingasauslass 130 für von Öl befreites Blow-by-Gas und einen Ölauslass 131 für aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenes Öl auf. Ferner ist im Abscheidergehäuse 127 ein Ölsammelraum 132 für abgeschiedenes Öl enthalten. Der Rohgaspfad 122 dient zum Zuführen des mit Öl beladenen Blow-by-Gases und führt vom Kurbelgehäuse 105 zum Rohgaseinlass 129 sowie durch den Rohgaseinlass 129 zum Ölabscheider 128. Der Reingaspfad 123 dient zum Abführen des von Öl befreiten Blow-by-Gas und führt vom Ölabscheider 128 durch den Ölsammelraum 132 und durch den Reingasauslass 130 bis zu einer Einleitstelle 133, über welche der Reingaspfad 123 an die Frischluftanlage 112 angeschlossen ist. In 1 ist mit unterbrochener Linie eine alternative Ausgestaltung des Reingaspfads 123 gezeigt, der in diesem Bereich mit 123' bezeichnet ist und der in die Umgebung 142 mündet. Somit führt der Reingaspfad 123 bzw. 123' letztlich in die Frischluftanlage 112 bzw. in die Umgebung 142. Der Ölrückführpfad 124 dient zum Abführen des aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenen Öls und führt vom Ölabscheider 128 durch den Ölsammelraum 132 und durch den Ölauslass 131 und letztlich zum Ölsumpf 110. Beispielsweise kann der Ölrücklaufpfad 124 hierzu an die Ölwanne 111 angeschlossen sein.
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Sofern wie hier die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 121 mit einer solchen Fördereinrichtung 126 ausgestattet ist, dient die Fördereinrichtung 126 zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 105. Bevorzugt ist dabei die hier gezeigte Ausführungsform, bei der die Fördereinrichtung 126 in den Rohgaspfad 122 eingebunden ist, so dass der Rohgaspfad 122 durch die Fördereinrichtung 126 hindurchführt. Die Fördereinrichtung 126 besitzt ein Fördergehäuse 134, das einen Saugeinlass 135 und einen Druckauslass 136 aufweist. Grundsätzlich können die Abscheideeinrichtung 125 und die Fördereinrichtung 126 wie in 1 gezeigt separate Komponenten bilden, die körperlich getrennte, separate Gehäuse, nämlich das Abscheidergehäuse 127 und das Fördergehäuse 134 aufweisen. Bevorzugt ist jedoch die in 2 gezeigte und in 1 mit unterbrochener Linie angedeutete Ausführungsform, bei der die Abscheideeinrichtung 125 und die Fördereinrichtung 126 eine Abscheider-Förder-Einheit 137 bilden, die ein Einrichtungsgehäuse 138 aufweist, das gemeinsam für die Abscheideeinrichtung 125 und die Fördereinrichtung 126 vorgesehen ist. In diesem Fall bilden das Abscheidergehäuse 127 und das Fördergehäuse 134 integrale Bestandteile oder Abschnitte oder Bereiche des Einrichtungsgehäuses 138. Das Einrichtungsgehäuse 138 weist einen Gehäuseeinlass 139 auf, der durch den Saugeinlass 135 des Fördergehäuses 134 gebildet ist. Ferner weist das Einrichtungsgehäuse 138 einen Gehäusegasauslass 140 auf, der durch den Reingasauslass 130 des Abscheidergehäuses 127 gebildet ist. Schließlich weist das Einrichtungsgehäuse 138 einen Gehäuseölauslass 141 auf, der durch den Ölauslass 131 des Abscheidergehäuses 127 gebildet ist. Im Inneren des Einrichtungsgehäuses 138 ist der Druckauslass 136 des Fördergehäuses 134 fluidisch mit dem Rohgaseinlass 129 des Abscheidergehäuses 127 verbunden.
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Außerdem ist gemäß 1 ein Motorsteuergerät 143 vorgesehen, das zum Ansteuern der Brennkraftmaschine 101 dient und hierzu auf geeignete Weise mit ansteuerbaren Komponenten der Brennkraftmaschine 101 gekoppelt ist. Ebenso kann eine Steuereinrichtung 144 zum Ansteuern der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 121 vorgesehen sein, die auf geeignete Weise mit den ansteuerbaren Komponenten der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 121, also insbesondere mit der Fördereinrichtung 126 gekoppelt ist. Ferner kann die Steuereinrichtung 144 mit dem Motorsteuergerät 143 gekoppelt sein. Grundsätzlich kann die Steuereinrichtung 144 hardwaremäßig in die Motorsteuerung 143 integriert und/oder softwaremäßig darin implementiert sein.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 1, die in 1 mit 121 bezeichnet ist. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 1 umfasst einen Blow-by-Gas-Pfad 2 bzw. 145 in 1, eine Fördereinrichtung 3 bzw. 126 in 1, einen Ölabscheider 4 bzw. 128 in 1, einen Ölspeicher 5 bzw. 132 in 1 und einen Ölrückführpfad 6 bzw. 124 in 1. Außerdem ist eine Steuereinrichtung 7 zum Ansteuern der Fördereinrichtung 3 vorgesehen, die in 1 das Bezugszeichen 144 trägt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die Fördereinrichtung 3, der Ölabscheider 4 und der Ölspeicher 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet, so dass eine in 2 gezeigte Einheit 9 der Abscheider-Förder-Einheit 137 in 1 entspricht. Bezüglich des Blow-by-Gas-Pfads 2 ist die Fördereinrichtung 3 stromauf des Ölabscheiders 4 angeordnet. Ferner befindet sich der Ölabscheider 4 im Blow-by-Gas-Pfad 2 stromauf des Ölspeichers 5.
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In 2 ist ferner mit unterbrochener Linie ein Grenzfüllstand 10 eingetragen, den das Öl im Ölspeicher 5 erreichen darf. Ein darüber anteigender Ölstand kann zu einer Flutung des Ölabscheiders 4 führen. Im Extremfall könnte das Öl im Ölspeicher 5 auch bis zu einem Reingasauslass 11 ansteigen, der in 1 mit 130 bezeichnet ist und mit dem Gehäusegasauslass 140 zusammenfallen kann.
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Durch diesen Reingasauslass 11 wird das von Öl befreite Blow-by-Gas abgeführt. Im Unterschied dazu wird einem Rohgaseinlass 12 das mit Öl beladene Blow-by-Gas zugeführt. Der Rohgaseinlass 12 entspricht in 1 dem Saugeinlass 135 bzw. dem Gehäuseeinlass 139. Das abgeschiedene Öl wird aus dem Ölspeicher 5 durch einen Ölauslass 13 abgeführt, der in 1 das Bezugszeichen 131 trägt und mit den Gehäuseölauslass 141 zusammenfallen kann.
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Im Beispiel der 2 ist außerdem ein Rückschlagsperrventil 14 zum Steuern des Ölrücklaufpfads 6 vorgesehen. In der in 2 gezeigten Schließstellung verhindert das Rückschlagsperrventil 14 eine Falschströmung von Blow-by-Gas, die in 2 durch einen mit unterbrochener Linie gezeichneten Pfeil 15 angedeutet ist. Durch diese Falschströmung 15 könnte Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 105 durch den Ölrückführpfad 6 in den Ölspeicher 5 gelangen. Dies wird durch das Rückschlagsperrventil 14 effizient verhindert.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die hier vorgestellte Fördereinrichtung 3 bzw. 126 als Seitenkanalverdichter 200 ausgestaltet sein. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Seitenkanalverdichters 200 wird nachfolgend anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Bei einem derartigen Seitenkanalverdichter 200 sind ein ringförmiger Kanal 212 und ein dazu koaxial angeordnetes Laufrad 211 vorgesehen, dessen Laufschaufeln 213 im Kanal 212 angeordnet sind. Wenn das Laufrad 211 um seine Rotationsachse 214 rotiert, laufen die Laufschaufeln 213 im Kanal 212 in dessen Umlaufrichtung 201 um. Der Kanal 211 ist beim Seitenkanalverdichter 200 in der Umlaufrichtung 201 in einen Förderabschnitt 202 und einen Totabschnitt 203 unterteilt. In der Drehrichtung 201 des Laufrads 211, die der Umlaufrichtung 201 entspricht, führt der Förderabschnitt 202 von einem Kanaleinlass 204 zu einem Kanalauslass 205, während der Totabschnitt 203 in dieser Drehrichtung 201 vom Kanalauslass 205 zum Kanaleinlass 204 führt. Der Kanal 212 besitzt einen Kanalquerschnitt 206, der sich senkrecht zur Umfangsrichtung 201 erstreckt. Dieser Kanalquerschnitt 206 besitzt einen Kernbereich 207, in dem sich die Laufschaufeln 213 befinden. Im Totabschnitt 203 besteht der Kanalquerschnitt 206 nahezu ausschließlich aus diesem Kernbereich 207. Im Förderabschnitt 202 ist der Kanalquerschnitt 206 größer, so dass er zusätzlich zum Kernbereich 207 zumindest einen Seitenbereich aufweist, der axial oder radial an den Kernbereich 207 anschließt. Im Beispiel der 4 sind ein oberer axialer Seitenbereich 208, ein unterer axialer Seitenbereich 209 und ein äußerer radialer Seitenbereich 210 vorgesehen, die den Kernbereich 207 axial beiderseits und radial nach außen vergrößern. Die Axialrichtung und die Radialrichtung beziehen sich in diesem Fall auf die Rotationsachse 214, welche die Axialrichtung des Seitenkanalverdichters 200 definiert. Die Axialrichtung des Seitenkanalverdichters 200 erstreckt sich parallel zur Rotationsachse 214. Die Umfangsrichtung 201 rotiert um die Rotationsachse 214 um.
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Gemäß 2 kann der Ölabscheider 4 bzw. 128 als Impaktor 301 ausgestaltet sein. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Impaktors 301 wird nachfolgend anhand von Fig. 5 näher erläutert. Der Ölabscheider 3 bzw. 126 bzw. der Impaktor 301 weist einen Rohgaseinlass 302, einen Reingasauslass 303 und einen Ölauslass 304 auf. Der Impaktor 301 ist mit einer Lochplatte 305 ausgestattet, die sich vollständig über den von der Gasströmung 306 innerhalb des Impaktors 301 durchströmbaren Querschnitt erstreckt. Die Lochplatte 305 weist mehrere Durchtrittsöffnungen 307 auf, die hier senkrecht zur Ebene der Lochplatte 305 verlaufen und die Lochplatte 305 durchsetzen. Da alle Durchtrittsöffnungen 307 zusammen einen gemeinsamen durchströmbaren Querschnitt aufweisen, der deutlich kleiner ist als der durchströmbare Querschnitt unmittelbar stromauf der Lochplatte 305, werden die Durchtrittsöffnungen 307 von der Gasströmung 306 mit erhöhter Geschwindigkeit durchströmt. Insoweit können die Durchtrittsöffnungen 307 auch als Düsenöffnungen bezeichnet werden. Dementsprechend kann auch die Lochplatte 305 als Düsenplatte bezeichnet werden. Im Beispiel besitzt die Lochplatte 305 für jede Durchtrittsöffnung 307 ein Rohrstück 308, das die jeweilige Durchtrittsöffnung 307 axial, also senkrecht zur Plattenebene verlängert. In 5 ist das jeweilige Rohrstück 308 an der Abströmseite der Lockplatte 305 angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform kann das jeweilige Rohrstück 308 auch an der Anströmseite der Lochplatte 305 angeordnet sein.
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Axial beabstandet zur Lochplatte 305 weist der Impaktor 301 eine Prallwand 309 auf, die so positioniert ist, dass die aus den einzelnen Durchtrittsöffnungen 307 austretenden Gasströme weitgehend senkrecht auf die Prallwand 309 auftreffen. Dabei wird das Gas stark abgelenkt, während die darin mitgeführten Verunreinigungen an der Prallwand 309 haften bleiben. Zweckmäßig ist die Prallwand 309 auch von den gegebenenfalls vorgesehenen Rohrstücken 308 axial beabstandet angeordnet. Die Prallwand 309 besitzt zweckmäßig eine für die Verunreinigungen durchlässige Struktur. Somit kann die Prallwand 309 einerseits die erforderliche starke Strömungsumlenkung für das Gas bewirken, während sie andererseits die darauf aufprallenden Verunreinigungen festhalten bzw. aufnehmen kann. Beispielsweise ist die Prallwand 309 durch ein Vliesmaterial gebildet. Ebenso kann die Prallwand 309 durch einen offenporigen Schaumkörper gebildet sein. Beispielsweise kann die Prallwand 309 auf einem nicht gezeigten Träger oder Gitter aufliegen. Durch den an der Prallwand 309 anströmseitig anstehenden Staudruck werden die daran abgeschiedenen Verunreinigungen in das Material der Prallwand 309 hineingedrückt und abströmseitig daraus wieder herausgedrückt. Entsprechende Ölströme sind in 5 durch Pfeile 310 angedeutet. Einzelne Öltropfen sind dabei mit 312 bezeichnet. Hierdurch gelangen die Verunreinigungen in einen Sammelraum 311, von dem aus sie über den Ölauslass 304 aus dem Impaktor 301 abgeführt werden.
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Im Beispiel der 5 ist der Impaktor 301 eben konfiguriert, so dass sich die Lochplatte 305 und die Prallwand 309 eben erstrecken und parallel zueinander verlaufen und nebeneinander angeordnet sind. Im Beispiel der 2 ist dagegen ein zylindrisch konfigurierter Impaktor 301 angedeutet. In diesem Fall erstrecken sich die Lochplatte 305 und die Prallwand 309 zylindrisch und sind koaxial ineinander angeordnet.
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Im Beispiel der 2 ist der Ölspeicher 311 des Impaktors 301 mit 5 bzw. mit 132 bezeichnet und im gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet.
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Die hier vorgestellte Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 1 ist dazu geeignet, das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Entlüften eines Kurbelgehäuses 105 einer Brennkraftmaschine 101 durchzuführen. Bei diesem Verfahren wird bei eingeschalteter Brennkraftmaschine 101 Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 105 über den Blow-by-Gas-Pfad 2 bzw. 145 abgeführt. Hierbei wird das Blow-by-Gas mittels der Fördereinrichtung 3 bzw. 126 angetrieben. Hierzu ist die Fördereinrichtung 3, 126 im Blow-by-Gas-Pfad 2, 145 angeordnet. Das im Blow-by-Gas mitgeführte Öl wird mittels des Ölabscheiders 4, 128 aus dem Blow-by-Gas abgeschieden. Der Ölabscheider 4, 128 ist hierzu ebenfalls im Blow-by-Gas-Pfad 2, 145 angeordnet. Das abgeschiedene Öl wird dem Ölspeicher 5, 132 zugeführt, der ebenfalls im Blow-by-Gas-Pfad 2, 145 angeordnet ist. Das im Ölspeicher 5, 132 gesammelte Öl wird über den Ölrückführpfad 6, 124 dem Kurbelgehäuse 105 rückgeführt.
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Die Rückführung des Öls aus dem Ölspeicher 5, 132 über den Ölrückführpfad 6, 124 zum Kurbelgehäuse 105 wird dann durchgeführt, wenn in dem Ölspeicher 5, 132 der vorbestimmte Grenzfüllstand 10 erreicht wird. Hierdurch wird ein Ansteigen des Ölstands im Ölspeicher 5 über den Grenzfüllstand 10 hinaus effizient verhindert. Beispielsweise kann das Erreichen des Grenzfüllstands 10 mit Hilfe einer in 2 symbolisch angedeuteten Sensorik 16 ermittelt werden. Diese Sensorik 16 ist dann auf geeignete Weise mit der Steuereinrichtung 7 gekoppelt. Alternativ dazu und aufgrund der reduzierten Kosten bevorzugt kann das Erreichen des Grenzfüllstands 10 abgeschätzt bzw. berechnet werden. Hierzu berücksichtigt die Steuereinrichtung 7 bspw. Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 101 und/oder Betriebsparameter der Fördereinrichtung 3, 126 und/oder Betriebsparameter des Ölabscheiders 4, 128. Somit kennt die Steuereinrichtung 7 die pro Zeiteinheit aus dem Blow-by-Gas abgeschiedene Ölmenge, die dem Ölspeicher 5, 132 zugeführt wird. Da die Steuereinrichtung 7 ferner die Geometrie bzw. das Volumen des Ölspeichers 5, 132 kennt, lässt sich daraus der aktuelle Füllstand ermitteln, so dass dann das Erreichen des Grenzfüllstands 10 überwacht werden kann.
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Um nun die Rückführung des Öls bei Erreichen des Grenzfüllstands 10 besonders einfach durchführen zu können, kann der Druck im Ölspeicher 5, 132 vorübergehend erhöht werden, derart, dass das Öl durch den Ölrückführpfad 6, 124 aus dem Ölspeicher 5, 132 ausgetrieben wird. Insbesondere lässt sich der Druck im Ölspeicher 5, 132 derart erhöhen, dass das zuvor genannte Rückschlagsperrventil 14 in seine Offenstellung verstellt wird. Bei geöffnetem Rückschlagsperrventil 14 kann das durch den erhöhten Druck angetriebene Öl durch den Ölrückführpfad 6, 124 vom Ölspeicher 5, 132 zum Kurbelgehäuse 105 zurückströmen.
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Zweckmäßig kann die Druckerhöhung im Ölspeicher 5, 132 dadurch realisiert werden, dass vorrübergehend die Förderleistung der Fördereinrichtung 3, 126 erhöht wird. Die erhöhte Förderleistung der Fördereinrichtung 3, 126 führt bei einem unvermeidlichen Gegendruck zwangsläufig zu einer Druckerhöhung auf der Druckseite der Fördereinrichtung 3, 126 und somit auch im Ölspeicher 5, 132.
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Sofern die Fördereinrichtung 3, 126 wie hier einen Rotor 17 aufweist, der bei Rotation das Blow-by-Gas fördert, lässt sich die Förderleistung der Fördereinrichtung 3, 126 besonders einfach dadurch erhöhen, dass die Drehzahl des Rotors 17 erhöht wird. Zweckmäßig umfasst die Fördereinrichtung 3, 126 einen Elektromotor 18 mit Stator und Rotor. Der Rotor des Elektromotors 18 bildet den Rotor 17 der Fördereinrichtung 3, 126. Dieser Rotor 17 umfasst das vorstehend genannte Laufrad 211 bzw. ist damit drehfest verbunden. Der Rotor 17 rotiert dabei um eine Rotationsachse 19. Der Elektromotor 18 kann über eine Steuerleitung 20 mit der Steuereinrichtung 7 gekoppelt sein.
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Grundsätzlich kann die Druckerhöhung im Druckspeicher 5, 132 zum Austreiben des darin angesammelten Öls solange durchgeführt werden, wie zum vollständigen Entleeren des Ölspeichers 5, 132 erforderlich ist. Der hierfür erforderliche Zeitbedarf kann ebenfalls berechnet bzw. durch Berechnungen abgeschätzt werden. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Druckerhöhung im Ölspeicher 5, 132 zum Austreiben des Öls aus dem Ölspeicher 5, 132 länger durchgeführt wird, als es zum Entleeren des Ölspeichers 5, 132 erforderlich ist. In der Folge kann Blow-by-Gas durch den Ölrückführpfad 6, 124 in das Kurbelgehäuse 105 strömen. Hierdurch kann während der Rückführung des Öls gleichzeitig bzw. anschließend eine Belüftung des Kurbelgehäuses 105 mit gereinigtem Blow-by-Gas durchgeführt werden.
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Obwohl in 1 der Ölrückführpfad 124 an die Ölwanne 111 angeschlossen ist, erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anschluss des Ölrückführpfads 124 an das Kurbelgehäuse 105 zweckmäßig oberhalb des Ölsumpfes 110, um bei einer Rückführung des Öls bzw. bei einer ggf. vorgesehenen Belüftung des Kurbelgehäuses 105 durch den Ölrückführpfad 124 eine Blasenbildung im Ölsumpf 110 zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011076465 A1 [0004]
- EP 2558690 B1 [0004]
- EP 1614871 A2 [0004]
- DE 4214324 C2 [0004, 0006]
- EP 1559876 A2 [0006]
