DE10232517A1

DE10232517A1 - Vorrichtung zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen

Info

Publication number: DE10232517A1
Application number: DE2002132517
Authority: DE
Inventors: Heiko Dipl.-Ing. Bock (FH); Markus Zäh
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19
Also published as: WO2004009971A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rückführleitung 4 zwischen einem ersten Schmiermittelsumpf 2.1 und einem zweiten Schmiermittelsumpf 2.2 einer Brennkraftmaschine, wobei die Rückführleitung 4 tangential an ein Trennrohr 1.1 mit zwei offenen Enden 1.2, 1.3 anschließt. Das Trennrohr 1.1 weist hierbei einen größeren Querschnitt als die Rückführleitung 4 auf und ist quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen für Brennkraftmaschinen mit einem ersten Schmiermittelsumpf und einem über eine Schmiermittelpumpe und eine Rückführleitung mit dem ersten Schmiermittelsumpf verbundenen zweiten Schmiermittelsumpf.

Bei den meisten bekannten Motoren befindet sich der Schmiermittelsumpf vorne unterhalb der Steuerkette. Neue Fahrzeugkonzepte stellen nur geringen Bauraum unterhalb der Steuerkette zur Verfügung. Daher ist der Haupt-Schmiermittelsumpf mit Bezug zur Fahrtrichtung hinten angeordnet. Bei Talfahrten bzw. beim Bremsen schwappt das Schmiermittel nach vorne und wird von dort mittels einer Rückführleitung wieder in den Haupt-Schmiermittelsumpf und damit zur Schmiermittelpumpe gefördert. Neben der zwingenden Schmiermittelgewährleitung versperrt das vorne ansteigende Schmiermittel den Weg für die blow-by-Gase und wird durch diese in die Kurbelgehäuseentlüftung gedrückt. Zudem fördert die Steuerkette in diesem kritischen Zustand zusätzliches Schmiermittel in den Zylinderkopf in einen Bereich, wo die Kurbelgehäuseentlüftung angeordnet ist. Aufgrund dieser Nachteile ist ein ausreichender Schmiermitteldurchsatz der Rückförderstufe notwendig. In der Regel ist der Schmiermitteldurchsatz der Rückförderstufe proportional zur Drehzahl des Motors, wohingegen der Schmiermitteldurchsatz des Motors ab dem mittleren Drehzahlbereich konstant gehalten wird.

Damit kommt es bei hohen Drehzahlen zu einem Anstieg des Luftanteils in der Rückführleitung und damit zu einer erhöhten Verschäumung des Schmiermittels.

Es ist bereits ein Zyklon-Schmiermittelabscheider für die Kurbelgehäuseentlüftung von Brennkraftmaschinen aus der DE 31 28 470 A1 zur Reinigung der Entlüftungsluft bekannt. Der Zyklon-Schmiermittelabscheider weist hierbei eine Einlassdüse für die schmiermittelhaltige Kurbelgehäuseluft auf, die tangential in eine Zyklonkammer im Abscheidergehäuse mündet. Die Einlassdüse weist hierbei einen veränderlichen Querschnitt auf .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen derart auszubilden und anzuordnen, dass eine einfache und kostengünstige Trennung innerhalb einer Rückführleitung für Schmiermittel erfolgt und eine zusätzliche Verschäumung des Schmiermittels auch bei Schräglage des Kfz verhindert wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Rückführleitung ein Trennrohr aufweist und das Verhältnis (D_T/D_R) der Durchmesser von dem Trennrohr und der Rückführleitung zwischen 1,5 und 10, insbesondere zwischen 2 und 6 ist. Hierdurch wird erreicht, dass das aus der Rückführleitung in das Trennrohr strömende Schmiermittel-Luftgemisch verzögert wird, an der Innenwand des Trennrohrs abfließt und eine Trennung von Schmiermittel und Luft erfolgt.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Rückführleitung tangential an das Trennrohr anschließt und/oder eine Mittelachse der Rückführleitung mit einer Mittelachse des Trennrohrs einen Winkel α zwischen 40° und 90°, insbesondere zwischen 50° und 80° einschließt. Somit wird ein tangentiales und spiralförmiges Einlaufen des Luft-Schmiermittel-Gemischs generiert, wobei die enthaltene Luft den Innenraum des Trennrohrs einnehmen und das Schmiermittel an der Innenseite des Trennrohrs ablaufen bzw. auslaufen wird. Die Mittelachsen vom Trennrohr und von der Rückführleitung liegen dabei in zwei parallelen Ebenen, deren Abstand einem Innen-Radius des Trennrohrs entspricht.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass das Trennrohr ein erstes offenes Ende und ein zweites offenes Ende aufweist, wobei das jeweilige offene Ende wahlweise eine Anschrägung aufweist. Eine durch die Anschrägung gebildete Stirnseite spannt eine Ebene auf, die mit der Mittelachse des Trennrohrs einen Winkel zwischen 40° und 80°, insbesondere zwischen 45° und 60° einschließt. Die beiden offenen Enden des Trennrohrs gewährleisten einen druckfreien Austritt des Schmiermittels und der Luft, wobei sich zum offenen Ende hin das Schmiermittel innerhalb des Trennrohrs unten und die Luft im oberen Bereich ansammeln wird.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass nach dem ersten offenen Ende und/oder nach dem zweiten offenen Ende in Bezug zur Strömungsrichtung Leitbleche für ein beruhigtes Einfließen des Schmiermittels in den ersten Schmiermittelsumpf und/oder in den zweiten Schmiermittelsumpf vorgesehen sind. Die Leitbleche verhindern ein zu starkes Einfließen des Schmiermittels in den Sumpf, da das Schmiermittel ausgehend von dem offenen Ende auf dem Leitblech abfließt und keine übermäßige Strömungsgeschwindigkeit erreicht.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das erste offene Ende eine Blende aufweist, die eine zum Trennrohr koaxial angeordnete Blendenöffnung aufweist, wobei das Verhältnis (D_T/D_B) von einem Durchmesser (D_T) des Trennrohrs und einem Durchmesser (D_B) der Blendenöffnung zwischen 1,5 und 5, insbesondere zwischen 2 und 3 ist. Die Blende verhindert somit einen Austritt des an der Innenwand des Trennrohrs befindlichen Schmiermittels, gewährleistet jedoch den Austritt der im Trennrohr befindlichen Luft.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Rückführleitung mit Bezug zur Länge des Trennrohrs in der Mitte des Trennrohrs oder im Bereich eines offenen Endes des Trennrohrs anschließt. Je nach Bauraumverhältnis kann die Lage der Anschlussstelle am Trennrohr variiert werden. Bei der symmetrischen Ausbildung mit dem Anschluss der Rückführleitung in der Mitte des Trennrohrs bleibt eine Trennung des Schmiermittel-Luft-Gemischs selbst bei Kurvenfahrten gewährleistet, da eine ausreichende Entmischungsstrecke zwischen Anschlussstelle und Schmiermittelaustritt in jedem Fall gegeben ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass das Trennrohr horizontal und quer zu einer Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Somit kann eine Entmischung selbst bei kritischen Talfahrten bzw. Verzögerungen erfolgen, da das Schmiermittel lediglich innerhalb des Trennrohrs einen anderen der Beschleunigung entsprechenden Sammelpunkt einnehmen wird. Der Trennungsvorgang selbst wird dadurch nicht negativ beeinflusst.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß das Trennrohr vertikal angeordnet ist, wobei die Rückführleitung im Bereich des ersten offenen Endes anschließt. Hierbei kann die Luft am oberen Ende und am unteren Ende austreten, während das Schmiermittel aufgrund der Schwerkraft und wegen der tangentialen Einströmung am Innenrand des Trennrohrs nach unten hin spiralförmig ablaufen wird. Der Austritt des Schmiermittels nach oben hin wird durch die Blende verhindert.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass das Trennrohr im Querschnitt rund oder oval ausgebildet ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die Anschrägung eine Verlängerung einer einer Kurbelwelle zugewandten Seitenlinie des Trennrohrs bewirkt, wobei die Länge einer der Kurbelwelle abgewandten Seitenlinie entsprechend kürzer ausgebildet ist. Durch die Anschrägung weist das Trennrohr eine längste und eine kürzeste Seitenlinie auf, wobei die längste Seitenlinie zur Kurbelwelle, also nach oben ausgerichtet ist. Somit wird ein Ausströmen des Schmiermittels in Richtung der Kurbelwelle verhindert. Das spiralförmig innerhalb des Trennrohrs auslaufende Schmiermittel wird im Bereich der Anschrägung nach unten hin abgeleitet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung der Rückführleitung mit Trennrohr,
2 eine schematische Darstellung des Strömungsvorgangs bei vertikaler Anordnung des Trennrohrs,
3 eine schematische Darstellung des Strömungsvorgangs bei horizontaler Anordnung des Trennrohrs,
4 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit erstem und zweitem Schmiermittelsumpf sowie Rückführleitung und Trennrohr.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen mit einem Trennrohr 1.1 und einer daran anschließenden Rückführleitung 4. Die Rückführleitung 4 schließt hierbei tangential, rechtwinklig zum Trennrohr 1.1 an dieses an. Das Trennrohr 1.1 weist ein erstes offenes Ende 1.2 und ein zweites offenes Ende 1.3 auf. Die beiden offenen Enden 1.2, 1.3 weisen zudem eine Anschrägung 1.4 auf. Durch die Anschrägung 1.4 ist eine obere Seitenlinie 1.8 gemäß 1 etwas länger ausgebildet als ihre gegenüberliegende untere Seitenlinie 1.7.
Das Trennrohr 1.1 und die Rückführleitung 4 sind im Querschnitt rund ausgebildet, wobei der Durchmesser des Trennrohrs 1.1 in etwa dreimal so groß ist wie der Durchmesser der Rückführleitung 4.
Gemäß 2 ist es vorgesehen, das Trennrohr 1.1 in vertikaler Stellung innerhalb eines Kurbelgehäuses 6.2 (gemäß 3) anzuordnen. Hierbei ist die Rückführleitung 4 im Bereich des ersten offenen Endes 1.2 angeordnet. Das erste offene Ende 1.2 weist zudem eine Blende 1.5 mit einer koaxial zum Trennrohr 1.1 bzw. zu einer Mittelachse 1.9 des Trennrohrs 1.1 angeordneten Blendenöffnung 1.6 auf. Das Luft-Schmiermittel-Gemisch, das durch eine Schmiermittelpumpe 3 bzw. Rückführpumpe und die Rückführleitung 4 dem Trennrohr 1.1 zugeführt wird, tritt in das Trennrohr 1.1 tangential ein. Der Schmiermittel-Teil wird hierbei aufgrund der höheren Dichte spiralförmig auf der Innenseite des Trennrohrs 1.1 gemäß 2 nach unten laufen, wohingegen die mitgeführte Luft auch nach oben durch die Blendenöffnung 1.6 austritt.
Gemäß 3 ist das Trennrohr 1.1 horizontal innerhalb des Kurbelgehäuses 6.2 (gemäß 3) gelagert bzw. angeordnet. Am ersten offenen Ende 1.2 ist wiederum die Blende 1.5 mit der koaxial zur Mittelachse 1.9 des Trennrohr 1.1 angeordneten Blendenöffnung 1.6 vorgesehen. Analog zu 2 tritt das Schmiermittel-Luft-Gemisch über die Schmiermittelpumpe 3 bzw. Rückführpumpe und die Rückführleitung 4 in das Trennrohr 1.1 im Bereich des ersten offenen Endes 1.2 ein. Der Schmiermittel-Teil wird hierbei aufgrund der höheren Dichte spiralförmig auf der Innenseite des Trennrohr 1.1 einlaufen bzw. zum zweiten offenen Ende 1.3 hin auslaufen. Das mitgeführte Gas bzw. die mitgeführte Luft kann zum einen durch die Blendenöffnung 1.6 am ersten offenen Ende 1.2 oder über das zweite offene Ende 1.3 austreten.
Gemäß 2 und 3 schließt die Rückführleitung 4 bzw. eine Mittelachse bzw. Strömungsachse 4.1 der Rückführleitung 4 mit der Mittelachse 1.9 des Trennrohrs 1.1 einen Winkel α zwischen 0° und 90°, insbesondere zwischen 50° und 80° ein.
Gemäß 4 ist die Vorrichtung 1 zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen innerhalb einer Brennkraftmaschine 6 unterhalb eines Kurbelgehäuse 6.2 angeordnet. Im vorderen Bereich der Brennkraftmaschine 6 unterhalb eines Steuerkettenschachtes 6.1 ist die Schmiermittelpumpe 3 bzw. Rückführpumpe mit einer Ansaugleitung 3.1 vorgesehen, wobei die Ansaugleitung 3.1 in einen ersten Schmiermittelsumpf 2.1 mündet. In einem hinteren Bereich der Brennkraftmaschine 6 ist eine Schmiermittelpumpe 5 für die Brennkraftmaschine vorgesehen, deren Ansaugleitung 5.1 in einen zweiten Schmiermittelsumpf 2.2 mündet. Ebenfalls in diesem hinteren Bereich der Brennkraftmaschine ist die Vorrichtung 1 zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen mit dem Trennrohr 1.1 angeordnet, wobei sich das Trennrohr 1.1 oberhalb des zweiten Schmiermittelsumpfs 2.2 befindet. Die Schmiermittelpumpe 3 bzw. Rückführpumpe und die Vorrichtung 1 zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen sind über die Rückführleitung 4 verbunden. Gemäß 3 tritt das Schmiermittel aus dem Trennrohr 1.1 in den zweiten Schmiermittelsumpf 2.2 aus, während die mitgeführte Luft in den Kurbelgehäuseraum hin austritt.

1: Vorrichtung zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen
1.1: Trennrohr
1.2: erstes offenes Ende
1.3: zweites offenes Ende
1.4: Anschrägung
1.5: Blende
1.6: Blendenöffnung
1.7: der Kurbelwelle abgewandte Seite, untere Seitenlinie
1.8: der Kurbelwelle zugewandte Seite, obere Seitenlinie
1.9: Mittelachse
2.1: erster Schmiermittelsumpf
2.2: zweiter Schmiermittelsumpf
3: Rückführpumpe, Schmiermittelpumpe
3.1: Ansaugleitung
4: Rückführleitung
4.1: Mittelachse, Strömungsachse
5: Schmiermittelpumpe
5.1: Ansaugleitung
6: Brennkraftmaschine
6.1: Steuerkettenschacht
6.2: Kurbelgehäuse

Claims

Vorrichtung (1) zum Trennen von Schmiermittel-Luftgemischen für Brennkraftmaschinen mit einem ersten Schmiermittelsumpf (2.1) und einem über eine Schmiermittelpumpe (3) und eine Rückführleitung (4) mit dem ersten Schmiermittelsumpf (2.1) verbundenen zweiten Schmiermittelsumpf (2.2), dadurch gekennzeichnet, dass an die Rückführleitung (4) ein Trennrohr (1.1) anschließt und das Verhältnis (D_T/D_R) der Durchmesser von dem Trennrohr (1.1) und der Rückführleitung (4) zwischen 1,5 und 10, insbesondere zwischen 2 und 6 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4) tangential an das Trennrohr (1.1) anschließt und/oder eine Mittelachse (4.1) der Rückführleitung (4) mit einer Mittelachse (1.9) des Trennrohrs (1.1) einen Winkel α zwischen 40° und 90°, insbesondere zwischen 50° und 80° einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennrohr (1.1) ein erstes offenes Ende (1.2) und ein zweites offenes Ende (1.3) aufweist, wobei das jeweilige offene Ende (1.2, 1.3) wahlweise eine Anschrägung (1.4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten offenen Ende (1.2) eine Blende (1.5) vorgesehen ist, die eine zum Trennrohr (1.1) koaxial angeordnete Blendenöffnung (1.6) aufweist, wobei das Verhältnis (D_T/D_B) von einem Durchmesser (D_T) des Trennrohrs (1.1) und einem Durchmesser (D_B) der Blendenöffnung (1.6) zwischen 1,5 und 5, insbesondere zwischen 2 und 3 ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4) in der Mitte des Trennrohrs (1.1) oder im Bereich eines offenen Endes (1.2, 1.3) des Trennrohrs (1.1) anschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennrohr (1.1) horizontal und quer zu einer Fahrzeuglängsachse angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennrohr (1.1) vertikal angeordnet ist, wobei die Rückführleitung (4) im Bereich des ersten offenen Endes (1.2) anschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennrohr (1.1) im Querschnitt rund oder oval ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschrägung (1.4) eine Verlängerung einer einer Kurbelwelle zugewandten Seitenlinie (1.8) des Trennrohrs (1.1) bewirkt, wobei die Länge einer der Kurbelwelle abgewandten Seitenlinie (1.7) entsprechend kürzer ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten offenen Ende (1.2) und/oder am zweiten offenen Ende (1.3) Leitbleche für ein beruhigtes Einfließen des Schmiermittels in den ersten Schmiermittelsumpf (2.1) und/oder in den zweiten Schmiermittelsumpf (2.2) vorgesehen sind.