DE10257265A1

DE10257265A1 - Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung

Info

Publication number: DE10257265A1
Application number: DE2002157265
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Jahrens
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-07
Filing date: 2002-12-07
Publication date: 2004-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung, bestehend aus einem Zylinderkurbelgehäuse mit einem Kurbelraum, dessen unterem Abschnitt ein Bedplate zugeordnet ist, wobei der Kurbelraum im Bereich des Bedplate einen Auslass aufweist, der mit einem Ölbehälter in Wirkverbindung steht, und wobei infolge eines Druckaufbaus im Kurbelraum Schmieröl und Blow-By-Gase über den Auslass zum Ölbehälter gedrückt werden, der einen Gasablass zur Abführung der Blow-By-Gase aufweist. Es wird die Aufgabe gelöst, bei einer solchen Brennkraftmaschine eine wirksame Zylinderkurbelgehäuseentlüftung ohne Anwendung von Absaugpumpen und Ventilen zu realisieren. Dies wird erreicht, indem der Ölbehälter drei separate, in drei unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnete und miteinander in Wirkverbindung stehende Kammern (6; 7; 8) aufweist, wobei die untere Kammer (6) als Sumpfwanne, die mittlere Kammer (7) als Durchströmungsraum und die obere Kammer (8) als Vorratskammer ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung, bestehend aus einem Zylinderkurbelgehäuse mit einem Kurbelraum, dessen unterem Abschnitt ein Bedplate zugeordnet ist, wobei der Kurbelraum im Bereich des Bedplate einen Auslass aufweist, der mit einem Ölbehälter in Wirkverbindung steht und wobei infolge eines Druckaufbaus im Kurbelraum Schmieröl und Blow-By-Gase über den Auslass zum Ölbehälter gedrückt werden, der einen Gasablass zur Abführung der Blow-By-Gase aufweist.
Für verschiedenartige Einsatzbedingungen von Brennkraftmaschinen, z.B. für Gelände- und Sportfahrzeuge, ist eine Ausgestaltung des Schmiersystems als Trockensumpfschmierung vorteilhaft. Hierbei wird der Ölvorrat nicht wie bei der Nasssumpfschmierung in der Ölwanne gespeichert, sondern in einem separaten Ölbehälter. Das von den Schmierstellen rücklaufende Motoröl wird in einer lediglich sehr flachen Ölwanne gesammelt und aus dieser überwiegend mittels einer Absaugpumpe in den Ölbehälter gefördert. Aus dem Ölbehälter wird das Öl mit einer weiteren Pumpe oder Pumpenstufe den Schmierstellen der Brennkraftmaschine zugeführt. Folglich kann für die Ölwanne ein kleines Volumen und für das gesamte Kraftfahrzeug mehr Bodenfreiheit realisiert werden. Weiterhin wird durch Anwendung der Trockensumpfschmierung vermieden, dass infolge hoher Fliehkräfte, z.B. bei einer Beschleunigung während langer und schneller Kurvenfahrten, Öl aus dem Bereich des Ansaugstutzens der Ölpumpe wegströmt, wodurch die Ölversorgung unterbrochen würde.

Bei der Schmiervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß DE 31 42 669 A1 bestehen eine den Trockensumpf bildende Ölauffangschale und der Ölbehälter aus einem einstückigen Bauteil, dessen einteilige Zwischenwand beide Baugruppen voneinander trennt. Mittels einer Ölabsaugpumpe wird das Öl von der Ölauffangschale abgesaugt und dem Ölbehälter zugeführt. Neben der Ölabsaugpumpe ist hierfür ein aufwendiges Verbindungssystem notwendig, dessen Funktionsfähigkeit aufgrund zahlreicher Steckverbindungen ohnehin fragwürdig ist.

Aus DE 199 42 266 A1 ist eine Trockensumpfschmierung mit einem Ölbehälter bekannt, dessen Konturen weitgehend den jeweils zugeordneten Konturen einer Brennkraftmaschine in Boxerbauart entsprechen. Somit kann der Ölbehälter räumlich günstig an der Brennkraftmaschine angeordnet werden. Allerdings treten beim Betrieb einer Brennkraftmaschine grundsätzlich Durchblasegase („Blow-By") aus dem Brennraum in den Kurbelraum ein, wo sie sich mit Motoröl vermischen. Aufgrund der schädlichen Bestandteile der Blow-By-Gase und auch aufgrund gesetzlicher Festlegungen wird zunehmend eine kontrollierte Zylinderkurbelgehäuseentlüftung angestrebt. Hierfür vermittelt diese Druckschrift (ebenso wie die o. g. DE 31 42 669 A1 ) jedoch keine Anregung.

Hingegen ist bei der Trockensumpfschmierung gemäß EP 0 752 518 A1 eine Entlüftung des Zylinderkurbelgehäuses vorgesehen. Rücklaufendes Schmieröl und Blow-By-Gase strömen vom Zylinderkurbelgehäuse und von der Nockenwelle zunächst in den Ölbehälter, dem ein Überdruckventil zugeordnet ist. Somit können die Blow-By-Gase bei Überschreitung eines festgelegten Druckes aus dem Ölbehälter entweichen. Die hierbei realisierte räumliche Trennung von Ölsammelraum im Zylinderkurbelgehäuse und separatem Ölbehälter bedingt jedoch lange Strömungswege, die neben funktionellen Nachteilen auch zusätzlichen Bauteilaufwand erfordern.

In DE 100 43 795 A1 wird eine weitere Brennkraftmaschine mit Zylinderkurbelgehäuseentlüftung beschrieben. Das Zylinderkurbelgehäuse ist unten geschlossen ausgeführt, vorzugsweise mittels einer Bedplate-Konstruktion. Der oder die Kolben sowie der Kurbelraum sind derart angeordnet, dass sie als Kolbenpumpe wirken und einen Druck im Kurbelraum erzeugen. Im Kurbelraum ist im Kopfbereich ein Spülgaseinlass ausgestaltet. Im Bereich des Bedplate ist ein Auslass für Schmieröl, Blow-By-Gase und Spülgas ausgestaltet, der mit dem Ölbehälter in Wirkverbindung steht. Einlass und Auslass sind jeweils mit einem Ventil versehen, das in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck im Kurbelraum betätigbar ist.

Mit dieser technischen Lösung gemäß DE 100 43 795 A1 kann auf eine Ölabsaugpumpe verzichtet werden, weil durch die Wirkung von Kolben und Kurbelraum als Kolbenpumpe das sich im Sumpf sammelnde Öl mit den Blow-By- und Spülgasen über den Auslass zum Ölbehälter gedrückt wird, der wiederum mit einer Öldruckpumpe in Verbindung steht. In einer bevorzugten Ausführung ist der Ölbehälter im Zylinderkurbelgehäuse integriert, indem beispielsweise die Gehäusewände hohl ausgebildet sind und als Ölvorrat genutzt werden. Der Ölbehälter kann ferner einen Gasablass aufweisen, so dass die über den Auslass geförderten Blow-By- und Spülgase abgeführt werden können. Nachteilig ist allerdings der Aufwand für die Zuführung eines separaten Spülgases und die Regelung von Einlass und Auslass mittels zusätzlicher Ventile.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung zu schaffen, die eine wirksame Zylinderkurbelgehäuseentlüftung ohne Anwendung von Absaugpumpen und Ventilen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Ölbehälter drei separate, in drei unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnete und miteinander in Wirkverbindung stehende Kammern aufweist, wobei die untere Kammer als Sumpfwanne, die mittlere Kammer als Durchströmungsraum und die obere Kammer als Vorratskammer ausgestaltet ist. Somit wird eine Entlüftung des Zylinderkurbelgehäuses über den geteilten Ölbehälter ohne Anwendung von Absaugpumpen und Ventilen erreicht. Der Verzicht auf diese Baugruppen vermindert vorteilhaft die Kosten und den notwendigen Bauraumbedarf einer Trockensumpfschmierung. Weiterhin wird ein positiver Umwelteffekt erzielt, indem der Kraftstoffverbrauch durch Vermeidung von Panschverlusten gesenkt wird. Dies ermöglicht gleichzeitig eine Verlängerung der Ölwechselintervalle.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen beschrieben, deren Merkmale und Wirkungen im folgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der Zeichnung ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung stilisiert dargestellt. Die Brennkraftmaschine besteht aus einem Zylinderkurbelgehäuse 1, in dem eine Kurbelwelle 2 mit Kurbelwangen 3 angeordnet und ein Kurbelraum 4 ausgestaltet ist. Der Kurbelraum 4 ist unten geschlossen, indem diesem unteren Abschnitt ein Bedplate 5 zugeordnet ist. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine einen Ölbehälter auf.
Der Ölbehälter ist in drei separate Kammern 6–8 gegliedert. Die untere Kammer 6 ist als Sumpfwanne ausgestaltet, die mittlere Kammer 7 als Durchströmungsraum und die obere Kammer 8 als Vorratskammer. Diese Kammern 6–8 sind in drei unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet und stehen miteinander in Wirkverbindung. Zwischen der unteren Kammer 6 und der mittleren Kammer 7 ist ein Kanal 9 angeordnet. Der Kanal 9 verläuft von der Eintrittsöffnung 10 in der unteren Kammer 6 zunächst schräg nach oben und danach horizontal zur Austrittsöffnung 11 in der mittleren Kammer 7. Ein weiterer Kanal 12 ist zwischen der mittleren Kammer 7 und der oberen Kammer 8 angeordnet. Dieser Kanal 12 verläuft von der Eintrittsöffnung 13 in der mittleren Kammer 7 vertikal nach oben zur Austrittsöffnung 14 in der oberen Kammer 8. Vorzugsweise sind die untere Kammer 6 und die mittlere Kammer 7 im Bedplate 5 ausgestaltet.
Mit der vorgeschlagenen Konstruktion wird erreicht, dass Schmieröl und Blow-By-Gase über den Kanal 9, die mittlere Kammer 7 und den Kanal 12 vom Kurbelraum 4 zur oberen Kammer 8 gedrückt werden. Hierfür muss der Kurbelraum 4 jedoch zumindest im Teillastbetrieb über die Kammern 6 bis 8 an den Unterdruck des Saugrohres angeschlossen werden. Durch eine solche Wirkverbindung zwischen der Kurbelgehäuseentlüftungsstelle und dem Saugrohr wird in der Kammer 8 ein Unterdruck erzeugt, der eine Strömungsbewegung bewirkt. Hingegen wird die Strömungsbewegung im Volllastbetrieb durch die Blow-By-Gase des Zylinderkurbelgehäuses 1 (eventuell Überdruck) unterstützt. Dabei werden infolge eines Druckaufbaus im Kurbelraum 4 Schmieröl und Blow-By-Gase zur oberen Kammer 8 gedrückt.
In der Zeichnung ist der gemeinsame Strömungsweg von Schmieröl und Blow-By-Gas mit mit zwei Pfeilen "AB" stilisiert. Der Druck p₁ am Übergang vom Kurbelraum 4 zur unteren Kammer 6 ist größer als der Druck p₂ in der oberen Kammer 8. Die obere Kammer 8 weist in ihrem unteren Bereich eine Öffnung 15 auf, durch die das Öl zu einer Öldruckpumpe 16 strömen kann. Dieser Strömungsweg ist in der Zeichnung mit einem Pfeil "A" stilisiert. Ferner weist die obere Kammer 8 in ihrem oberen Bereich eine Öffnung 17 auf, durch die Blow-By-Gas strömen kann. Dieser Strömungsweg ist in der Zeichnung mit einem Pfeil "B" stilisiert. Somit wird das Zylinderkurbelgehäuse 1 wirksam entlüftet.

1: Zylinderkurbelgehäuse
2: Kurbelwelle
3: Kurbelwange
4: Kurbelraum
5: Bedplate
6: untere Kammer/Sumpfwanne
7: mittlere Kammer/Durchströmungsraum
8: obere Kammer/Vorratskammer
9: Kanal
10: Eintrittsöffnung
11: Austrittsöffnung
12: Kanal
13: Eintrittsöffnung
14: Austrittsöffnung
15: Öffnung für Öl
16: Öldruckpumpe
17: Öffnung für Blow-By-Gas
A: Strömungsweg Öl
B: Strömungsweg Blow-By-Gas
AB: Strömungsweg Öl und Blow-By-Gas
p₁: Druck in Kurbelraum und unterer Kammer
p₂: Druck in oberer Kammer

Claims

Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung, bestehend aus einem Zylinderkurbelgehäuse mit einem Kurbelraum, dessen unterem Abschnitt ein Bedplate zugeordnet ist, wobei der Kurbelraum im Bereich des Bedplate einen Auslass aufweist, der mit einem Ölbehälter in Wirkverbindung steht und wobei infolge eines Druckaufbaus im Kurbelraum Schmieröl und Blow-By-Gase über den Auslass zum Ölbehälter gedrückt werden, der einen Gasablass zur Abführung der Blow-By-Gase aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbehälter drei separate, in drei unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnete und miteinander in Wirkverbindung stehende Kammern (6; 7; 8) aufweist, wobei die untere Kammer (6) als Sumpfwanne, die mittlere Kammer (7) als Durchströmungsraum und die obere Kammer (8) als Vorratskammer ausgestaltet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der unteren (6) und der mittleren Kammer (7) ein Kanal (9) ausgestaltet ist, der von der Eintrittsöffnung (10) in der unteren Kammer (6) zunächst schräg nach oben und danach horizontal zur Austrittsöffnung (11) in der mittleren Kammer (7) verlaufend angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mittleren (7) und der oberen Kammer (8) ein Kanal (12) ausgestaltet ist, der von der Eintrittsöffnung (13) in der mittleren Kammer (7) vertikal nach oben zur Austrittsöffnung (14) in der oberen Kammer (8) verlaufend angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere (6) und die mittlere Kammer (7) im Bedplate (5) ausgestaltet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kammer (8) im unteren Bereich eine Öffnung (15) aufweist, durch die Öl zu einer Öldruckpumpe (16) strömen kann und im oberen Bereich eine Öffnung (17) aufweist, durch die Blow-By-Gas strömen kann.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelraum (4) zumindest im Teillastbetrieb über die Kammern (6; 7; 8) mit dem Unterdruck des Saugrohres in Wirkverbindung steht.