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Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 eine Kurbelgehäuseentlüftung für eine insbesondere
gasbetriebene Brennkraftmaschine zur Rückführung von (Blow-by-)Gasen aus
dem Kurbelgehäuse
in das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine.
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Während
des Betriebes von Brennkraftmaschinen können aufgrund der nicht absoluten
Dichteinheit der Brennräume
im Bereich der Kolbenringe Gase (Blow-by-Gase) in das Kurbelgehäuse entweichen.
Um einen übermäßigen Druckanstieg
im Kurbelgehäuse
zu verhindern, sind üblicherweise
Kurbelgehäuseentlüftungen
vorgesehen, über
welche Gase aus dem Kurbelgehäuse
entweichen und in das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine rückgeführt werden
können.
Bekannt ist es ferner, im Bereich zwischen Kurbelgehäuse und
Ansaugsystem Druckregelventile anzuordnen, um den Abstrom von Kurbelgehäusegasen
in das Ansaugsystem zu regeln.
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Von einer derartigen Kurbelgehäuseentlüftung geht
beispielsweise die
DE-OS 1 526 575 aus und
beschreibt ein dem Regelventil ansaugsystemseitig vorgeordnetes
Rückschlagventil,
welches im Falle einer Fehlzündung
der Brennkraftmaschine aufgrund des erhöhten Druckes im Ansaugsystem die
Verbindung zum Kurbelgehäuse
schließt.
Auf diese Weise wird eine Fortsetzung der Druckwelle in das Kurbelgehäuse verhindert.
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Bezüglich einer benzin- oder dieselbetriebenen
Brennkraftmaschine erscheint die offenbarte Anordnung zweckmäßig, keinesfalls
jedoch in Verbindung mit einer gas-, insbesondere wasserstoffbetriebenen
Brennkraftmaschine.
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Bei benzin- oder dieselbetriebenen
Brennkraftmaschinen erfolgt bei Fehlzündungen der Brennkraftmaschine
ein Flammenrückschlag
ausgehend vom Zylindereinlass in Richtung Ansaugsystem, wobei sich
eine Druckwelle auch durch die Kurbelgehäuseentlüftung in Richtung Kurbelgehäuse ausbreitet;
die Flammenfront selbst kommt zylindereinlassseitig relativ bald
zum Erlöschen,
da weder im Ansaugsystem noch im Kurbelgehäuse ein zündfähiges Gasgemisch vorliegt.
Dies ist insbesondere auf die relativ engen Zündgrenzen des Kraftstoff/Luft-Gemisches
zurückzuführen.
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Vollkommen anders stellt sich die
Situation bei gas-, insbesondere wasserstoffbetriebenen Brennkraftmaschinen
dar. Der Kraftstoff weist in Verbindung mit Luft eine sehr hohe
Zündfähigkeit
in weiten Bereichen auf, so dass im Falle einer Fehlzündung der
Brennkraftmaschine eine Ausbreitung der Flammenfront durch die Kurbelgehäuseentlüftung in das
Kurbelgehäuse
und dort die Entzündung
einer größeren Menge
zündfähigen Gemisches
möglich ist.
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Ein weiterer Aspekt in Zusammenhang
mit gasbetriebenen Brennkraftmaschinen betrifft die mögliche Ansammlung
von Kraftstoff(dämpfen)
im Ansaugsystem, insbesondere während
die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist, mit der Folge einer sehr
hohen Entzündungswahrscheinlichkeit
beim nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine. Eine derartige
Ansammlung von Kraftstoff im Ansaugsystem kann beispielsweise auf
eine erhöhte
Menge an Blow-by-Gasen
oder einen Defekt in der Kraftstoffzuführung zurückgehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die
Entzündung
eines brennbaren Kraftstoff/Luft-Gemisches im Ansaugsystem und/oder
einen Flammenrückschlag über die
Kurbelgehäuseentlüftung in
das Kurbelgehäuse
ausgehend vom Zylindereinlass einer insbesondere wasserstoffbetriebenen
Brennkraftmaschine wirksam zu verhindern. Im Falle einer Fehlzündung der
Brennkraftmaschine soll die Ausbreitung der Flammenfront durch die
Kurbelgehäuseentlüftung in das
Kurbelgehäuse
verhindert werden. Alternativ oder zusätzlich soll bereits die Möglichkeit
der Ansammlung von Kraftstoff im Ansaugsystem vermieden werden.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst,
wobei der zu Grunde liegende Gedanke die Anordnung einer Flammensperre
im Bereich zwischen Kurbelgehäuse
und Ansaugsystem, die einerseits für eine Flammenfront nicht überwindbar
ist und andererseits eine ausreichende Gasdurchlässigkeit aufweist, umfasst.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführung
umfasst die Flammensperre ein metallisches Gitter, einen metallischen
Schaum und/oder Metallwolle.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die
Flammensperre bei einer Kurbelgehäuseentlüftung, welche ein Druckregelventil
umfasst, baulich dem Druckregelventil zugeordnet; vorteilhaft ist
es dabei, wenn die Flammensperre dem Druckregelventil ansaugsystemseitig
(aus Sicht der Blow-by-Gas-Strömung) nachgeordnet
ist, wobei in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Flammensperre
dem Druckregelventil auch kurbelgehäuseseitig vorgeordnet sein kann.
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Das Druckregelventil und/oder die
Flammensperre sind gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dem Ansaugsystem kurbelgehäuseseitig
im Sinne der Blow-by-Gas-Strömung
unmittelbar vorgeordnet.
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Einem weiteren Ausführungsbeispiel
zufolge ist zwischen Kurbelgehäuse
und Ansaugsystem zumindest ein mechanisch oder elektrisch betätigbares Sicherheitsventil
zur Absperrung der Verbindungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und
Ansaugsystem vorgesehen.
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Nachfolgend sind besonders zu bevorzugende
Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch
und beispielhaft
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1a eine
Anordnung einer Kurbelgehäuseentlüftung mit
Druckregelventil mit Flammensperre,
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1b eine
Anordnung einer Kurbelgehäuseentlüftung mit
Druckregelventil mit Flammensperre und Sicherheitsventil sowie
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2a eine
Kurbelgehäuseentlüftung mit
einer dem Druckregelventil aus Sicht der Blow-by-Gas-Strömung ansaugsystemseitig
nachgeordneten Flammensperre im Schnitt.
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2b eine
Kurbelgehäuseentlüftung mit
einer dem Druckregelventil aus Sicht der Blow-by-Gas-Strömung kurbelgehäuseseitig
vorgeordneter Flammensperre im Schnitt.
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1a zeigt
eine Anordnung einer Kurbelgehäuseentlüftung mit
Druckregelventil 13 mit Flammensperre 14. Dabei
erfolgt ausgehend vom Kurbelgehäuse 16 eine
Abfuhr der aus den Brennräumen einer
hier nicht näher
gezeigten Brennkraftmaschine entwichenen Blow-by-Gase über eine
Leitung 11 in den Ansaugtrakt 12 der Brennkraftmaschine;
mit 10 ist eine Drosselklappe bezeichnet. Im Bereich zwischen
Kurbelgehäuse 16 und
Ansaugsystem 12 ist unmittelbar vor dem Ansaugkrümmer eine
Flammensperre 14 angeordnet.
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Beispielsweise bei gas-, insbesondere
bei wasserstoffbetriebenen Brennkraftmaschinen können die Blow-by-Gase unverbrannte
Kraftstoffanteile enthalten, welche aufgrund der sehr weiten Zündgrenzen
im Kurbelgehäuse 16 ein
zündfähiges Gemisch
bilden; auch die Leitung 11 kann ein derartiges brennbares
Gemisch enthalten. Ferner kann beispielsweise ein Defekt in der
Kraftstoffzuführung
die Bildung eines zündfähigen Gemisches
in der Sauganlage bedingen. Um eine Entzündung dieses zündfähigen Gemisches
wirksam zu vermeiden und vor allem ein Fortsetzen einer möglichen
Flammenfront in das Kurbelgehäuse 16 zu
vermeiden, ist das zur Druckregelung zwischen Kurbelgehäuse 16 und Sauganlage 12 dienende
Druckregelventil 13 mit einer Flammensperre 14 versehen.
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Das Druckregelventil 13 ist
vorliegend mechanisch, bei Stillstand der Brennkraftmaschine selbsttätig schließend, ausgeführt und
verhindert ein Aufsteigen von Blow-by-Gasen aus dem Kurbelgehäuse 16 in
die geodätisch
höher gelegene
Sauganlage 12 bei nicht in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine,
indem es die Leitung 11 verschließt. Erst bei einem geringen Überdruck
im Kurbelgehäuse, beispielsweise
ab ca. 20 mbar, werden die Blow-by-Gase in die Sauganlage 12 abgeführt. Alternativ
kann das Druckregelventil 13 auch als mechanisch oder elektrisch
steuerbares Ventil, beispielsweise als Elektromagnetventil ausgeführt sein,
so dass eine Einstellung des im Kurbelgehäuse 16 vorherrschenden
Druckes – auch
eines Unterdruckes – möglich ist.
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Gemäß 1b umfasst die Leitung 11 zudem
noch ein mechanisch oder elektrisch betätigbares Sicherheitsventil 18.
Beispielsweise kann ein selbsttätig
schließendes
Rückschlagventil
verwendet werden, welches für
die entweichenden Blow-by-Gase keinen oder zumindest nur einen geringen
Strömungswiderstand
darstellt. Im Falle einer Entzündung
im Ansaugsystem 12 wird die auftretende Druckwelle im Vorfeld
der Flammenfront das Ventil schließen und somit ein Vordringen
der Flammenfront in das Kurbelgehäuse 16 verhindert.
Falls es sich bei dem Sicherheitsventil 18 um ein elektrisch betätigtes Ventil,
beispielsweise um ein Elektromagnetventil, handelt, kann darüber hinaus
die Verbindung zwischen Kurbelgehäuse 16 und Ansaugsystem 12 nur
in Betriebszuständen
geöffnet
werden, in welchen eine Rückzündung in
das Kurbelgehäuse 16 ausgeschlossen
werden kann; in Betriebszuständen, in
welchen Zündgefahr
besteht, ist das Sicherheitsventil geschlossen gesteuert. Insbesondere
bleibt während
der Startphase der Brennkraftmaschine die Verbindungsleitung 11 mittels
des Sicherheitsventils 18 so lange geschlossen, bis ein
gegebenenfalls sich im Ansaugsystem 12 befindliches zündfähiges Gemisch
bis unter die Zündgrenze
verdünnt
ist.
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Eine Kurbelgehäuseentlüftung mit einer dem Druckregelventil 20 aus
Sicht der Blow-by-Gas-Strömung
kurbelgehäuseseitig
nachgeordneten Flammensperre 26 im Schnitt ist mit 2a dargestellt, dabei erfolgt
ein Abströmen
der Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse in das Ansaugsystem entsprechend
der eingezeichneten Pfeilrichtung. Die Kurbelgehäuseentlüftung umfasst ein Druckregelventil 20 mit
einer Membran 24, welches mittels einer Kegelfeder 22 in
Schließrichtung
kraftvorbelastet ist. Zum Anschluss an das hier nicht näher gezeigte
Ansaugsystem weist die Kurbelgehäuseentlüftung einen Stutzen 30 auf, über welchen
die Blow-by-Gase
abgeleitet werden, eingeleitet werden sie über den Stutzen 28.
Die Flammensperre 26 ist im Bereich des Stutzens 30 angeordnet
und überdeckte
vollständig den
durchströmte
Querschnitt, stellt jedoch für
die aus dem Kurbelgehäuse
abströmenden
Blow-by-Gase kein nennenswertes Strömungshindernis dar. Die Flammensperre 26 liegt
auf einem ringflanschartig ausgebildeten Vorsprung 32 auf
und ist in Montagelage mittels des Stutzens 30 sicher gehalten.
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Bei der Flammensperre 26 handelt
es sich um ein metallisches Gitter, einen metallischen Schaum oder
Metallwolle, gegebenenfalls kann auch eine Sintermetallschiebe verwendet
werden. Die Flammensperre 26 ist in der Lage, einer Flammenfront
ausreichend viel Wärme
zu entziehen, um sie zum Verlöschen
zu bringen und zeichnet sich durch einen entsprechenden Aufbau hinsichtlich
Maschenweite, Drahtstärke,
Material, Wärmekapazität und/oder
Wärmeübergangskoeffizienten
aus.
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2b zeigt
eine Kurbelgehäuseentlüftung mit
einer dem Druckregelventil 40 aus Sicht der Blow-by-Gas-Strömung kurbelgehäuseseitig
vorgeordneter Flammensperre 46 im Schnitt. Die Anordnung
wird von den Blow-by-Gasen in Pfeilrichtung durchströmt, wobei
diese vom Kurbelgehäuse
kommend über
den Stutzen 48 ein- und über den Stutzen 50 in
Richtung Ansaugsystem abströmen.
Die Flammensperre 46 ist dem Druckregelventil 40 kurbelgehäuseseitig
vorgeordnet im Bereich des Stutzen 48 aufgenommen und liegt
auf einem ringflanschartig ausgebildeten Vorsprung 52 auf.