DE19951028A1

DE19951028A1 - Entlüftungsvorrichtung mit Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19951028A1
Application number: DE19951028A
Authority: DE
Inventors: Frank Schomann; Volker Cornelius
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2001-04-26
Also published as: EP1094204B1; DE50009091D1; ATE286201T1; EP1094204A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung mit Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine. Es wird die Aufgabe gelöst, einen in die Zylinderkopfhaube integrierten Ölabscheider zu schaffen, der eine weitgehend vollständige Trennung der Blow-by-Gase in einen Gasanteil und in einen Flüssigkeitsanteil gewährleistet. Hierbei soll insbesondere eine wirksame Abtrennung sehr kleiner Ölpartikel erreicht werden. Hierfür wird vorgeschlagen, daß der Ölabscheider in Strömungsrichtung hintereinander liegend einen Vorabscheider (5), einen Agglomerator (6) und einen Feinabscheider (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung mit Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, wobei der Ölabscheider im wesentlichen in die Zylinderkopfhaube integriert ist und aus einem Gehäuse besteht, das ein innen liegendes Strömungslabyrinth, eine mit dem Kurbelgehäuse in Wirkverbindung stehende Eintrittsöffnung, einen mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbundenen Ansaugstutzen und einen in Einbaulage am geodätischen Tiefpunkt des Gehäuses angeordneten Ölaustritt aufweist.

Entlüftungsvorrichtungen für Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine führen die sog. "Blow-by-Gase", die aus den Brennräumen in das Kurbelgehäuse gelangen, in den Ansaugtrakt zurück. Für diese Strömungsbewegung wird die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Kurbelgehäuse und dem Unterdruck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine genutzt. Die Blow-by-Gase sind allerdings mit Öl durchsetzt, so daß vor der Rückführung in den Ansaugtrakt eine Abscheidung der Ölpartikel notwendig ist. Hierfür werden der Entlüftungsvorrichtung Ölabscheider zugeordnet. Eine Entlüftungsvorrichtung mit integriertem Ölabscheider ist aus EP 471 886 A1 bekannt. Der Ölabscheider weist ein Gehäuse mit einem innen liegenden Strömungslabyrinth auf. Das Labyrinth wird durch Stege gebildet, die sich abschnittsweise überdecken. Am Gehäuse sind eine Eintrittsöffnung, ein mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbundener Anschlußstutzen sowie ein Ölaustritt angeordnet.

Infolge der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugtrakt und dem Kurbelgehäuse gelangen die Blow-by-Gase über die Eintrittsöffnung in den Ölabscheider und durchströmen das, durch die Schikanen gebildete Labyrinth. Durch die mehrfache Strömungsumlenkung werden Ölpartikel aus dem Gas-Öl-Gemisch gerissen. Weitere Ölpartikel bleiben beim Auftreffen dieses Gemisches auf den Schikanen haften. Demzufolge weist das Blow-by- Gas mit zunehmendem Strömungsweg immer weniger Ölpartikel auf, bis es über den Anschlußstutzen in den Ansaugtrakt geführt wird. Die im Ölabscheider verbleibenden Ölpartikel laufen durch Schwerkraftwirkung an den Schikanen herab und werden über den Ölaustritt in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine geführt.

Diese Vorrichtung ist grundsätzlich zur Trennung der Blow-by-Gase in einen Gasanteil und einen Flüssigkeitsanteil geeignet. Um den Ölverlust der Brennkraftmaschine gering zu halten, wird ein hoher Wirkungsgrad der Trennung von Gasanteil und Ölanteil angestrebt. Ein solcher Wirkungsgrad erfordert bei der Lösung EP 471 886 A1 eine große vertikale Ausdehnung der Strömungsschikanen. Diese bewirkt jedoch eine Erhöhung des Strömungswiderstandes. Gleichzeitig wird mehr Bauraum beansprucht, der zumindest bei kompakten Zylinderkopfkonstruktionen kaum verfügbar ist.

Am Ölabscheider gemäß DE 197 15 061 A1 sind eine Eintrittsöffnung für die Blow-by- Gase und ein Ansaugstutzen vorgesehen, der mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist. Der Ölabscheider hat ein erstes, in Richtung einer Motorlängsachse vom Eintritt zum Ölaustritt verlaufendes Gefälle sowie ein weiteres, in Richtung einer Motorquerachse verlaufendes Gefälle. Am geodätischen Tiefpunkt der beiden Gefälleflächen befindet sich der Ölaustritt.

Mit dieser technischen Lösung kann die vertikale Bauhöhe gattungsgemäßer Ölabscheider vorteilhaft vermindert werden, so daß eine weitgehende Anordnung in der Zylinderkopfhaube möglich wird. Somit ergeben sich kaum Beeinträchtigungen der Bauteile im Kurbelgehäuse. Diese vorteilhafte Baugröße bedingt allerdings einen funktionellen Nachteil: Zumindest sehr kleine Ölpartikel werden durch die lediglich labyrinthartige Strömungsführung nicht wirksam aus den Blow-by-Gasen gerissen und gelangen folglich zunächst in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und nachfolgend in den Brennraum. Für die Konstruktion moderner Brennkraftmaschinen sind jedoch auch ökologisch begründete Forderungen zu beachten, insbesondere eine Verminderung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemission. Eine wirksame Ölnebelabscheidung ist hierbei ein wesentliches Kriterium, um künftige Abgasnormen zu erfüllen. Diese Forderung kann mit einer lediglich labyrinthartigen Strömungsführung, wie sie beim Ölabscheider gemäß DE 197 15 061 A1 vorgeschlagen wird, nicht realisiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen in die Zylinderkopfhaube integrierten Ölabscheider zu schaffen, der eine weitgehend vollständige Trennung der Blow-by-Gase in einen Gasanteil und in einen Flüssigkeitsanteil gewährleistet. Hierbei soll insbesondere eine wirksame Abtrennung sehr kleiner Ölpartikel erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Ölabscheider in Strömungsrichtung hintereinander liegend einen Vorabscheider, einen Agglomerator und einen Feinabscheider aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 20.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Ölabscheiders durchströmen die sog. "Blow-by- Gase" mehrere Abscheiderstufen, wodurch sich eine wesentlich verbesserte Ölabscheidung bei der Kurbelgehäuseentlüftung ergibt. Im Agglomerator werden kleinste Ölpartikel zu größeren Ölpartikeln zusammengefügt, die anschließend im Feinabscheider abgeschieden werden können. Mit dieser technischen Lösung werden demzufolge auch kleinste Ölpartikel wirksam aus den Blow-by-Gasen abgeschieden. Somit kann das Öl vollständig aus der Luft gefiltert werden, die über die Entlüftungsvorrichtung in den Ansaugtrakt geführt wird. Folglich enthält die in den Brennraum strömende Ansaugluft keine Ölrückstände aus der Kurbelgehäuseentlüftung. Im Ergebnis wird ein Motorbetrieb mit sehr geringer Abgasemission möglich, so daß auch künftige Abgasnormen erfüllt werden können. Diese funktionellen Vorteile erfordern keinen zusätzlichen Bauraum. Der Ölabscheider kann aufgrund seiner geringen Bauhöhe vollständig in die Zylinderkopfhaube integriert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die gezeigte Entlüftungsvorrichtung für das Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine weist einen Ölabscheider auf. Der Ölabscheider besteht aus einem Gehäuse 1. Am Gehäuse 1 ist eine Eintrittsöffnung 2 vorgesehen: Die Eintrittsöffnung 2 steht mit dem - in der Zeichnung nicht näher dargestellten - Kurbelgehäuse in Wirkverbindung. Am Gehäuse 1 ist weiterhin eine Austrittsöffnung 3 vorhanden. Diese Öffnung ist mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden und wirkt folglich als Ansaugstutzen 3. Schließlich weist das Gehäuse 1 einen Ölaustritt 4 auf. Der Ölaustritt 4 ist derart angeordnet, daß er sich in Einbaulage des Ölabscheiders am geodätischen Tiefpunkt des Gehäuses 1 befindet. Im Gehäuse 1 sind in Strömungsrichtung hintereinander liegend ein Vorabscheider 5, ein Agglomerator 6 und ein Feinabscheider 7 angeordnet.

Der Vorabscheider 5 ist als Labyrinth ausgestaltet und weist mehrere vertikale Stege 51 auf. Diese Stege 51 sind jeweils abwechselnd an der oberen und an der unteren Innenwand des Gehäuses 1 abgestützt. Hierbei weisen die Stege 51, die in Einbaulage an der unteren Wand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Steg 51 und Wand mindestens eine Durchgangsöffnung 52 auf. Der Agglomerator 6 besteht aus einem Metall- oder Kunststoff-Netzgestrick, vorzugsweise aus einem Edelstahl-Netzgestrick. Das Netzgestrick wird zwischen Vorsprüngen 61 gehalten, die an der Innenwand des Gehäuses 1 ausgestaltet sind. Hierbei weisen die Vorsprünge 61, die in Einbaulage an der unteren Wand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Vorsprung 61 und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung 62 auf. Der Feinabscheider 7 besteht ebenfalls aus einem Metall- oder Kunststoff-Netzgestrick. Dieses Netzgestrick wird zwischen Vorsprüngen 71 gehalten, die an der Innenwand des Gehäuses 1 ausgestaltet sind. Hierbei weisen die Vorsprünge 71, die in Einbaulage an der unteren Wand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Vorsprung 71 und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung 72 auf.

Für eine wirksame Ölabscheidung ist es zweckmäßig, daß zwischen dem Agglomerator 6 und dem Feinabscheider 7 ein Zwischenraum 8 vorhanden ist. In diesem Zwischenraum 8 ist mindestens ein vertikaler Steg 81 als weitere Strömungsschikane ausgestaltet. Sofern mehrere Stege 81 vorgesehen sind, werden diese Stege 81 jeweils abwechselnd an der oberen und an der unteren Innenwand des Gehäuses 1 abgestützt. Hierbei weisen die Stege 81, die in Einbaulage an der unteren Wand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Steg 81 und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung auf. Allerdings ist im gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich ein Steg 81 dargestellt, der zudem an der oberen Innenwand des Gehäuses 1 abgestützt ist.

Die Ölabscheidung wird weiter verbessert, sofern in Strömungsrichtung hinter dem Feinabscheider 7 ein Restabscheider 9 angeordnet ist. Der Restabscheider 9 ist ähnlich wie der Vorabscheider 5 als Labyrinth mit mehreren vertikalen Stegen 91 ausgestaltet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Restabscheider 9 nicht über die gesamte Höhe des Gehäuses 1 ausgestaltet. Vielmehr ist eine Zwischenwand 10 vorgesehen, die mit ihrer Unterseite als dachförmige Begrenzung des Restabscheiders 9 wirkt. Die Oberseite dieser Zwischenwand 10 bestimmt die Kontur des Strömungsweges im Abschnitt zwischen dem Restabscheider 9 und dem Ansaugstutzen 3. Die Stege 91 des Restabscheiders 9 sind jeweils abwechselnd an Zwischenwand 10 und an der unteren Innenwand des Gehäuses 1 abgestützt. Hierbei weisen die Stege 91, die in Einbaulage an der unteren Wand des Gehäuses 1 abgestützt sind, im Übergangsbereich von Steg 91 und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung 92 auf.

Der Ölaustritt 4 kann über ein Ventil mit einem Ölsammelbehälter verbunden werden, der im Kurbelgehäuse angeordnet ist und dessen Fassungsvermögen mindestens einem Tankzyklus des Fahrzeuges entspricht. Der Ölaustritt 4 ist jedoch vorzugsweise - wie auch in der Zeichnung dargestellt - über einen Kanal 11 mit einer Öltasche 12 verbunden, die im Zylinderkopf ausgestaltet ist. Für die Funktionsfähigkeit ist es zweckmäßig, daß die dem Ölaustritt 4 entgegengesetzte stirnseitige Öffnung des Kanals 11 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die Öltasche 12 mündet.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Gehäuse 1 über den Ansaugstutzen 3 mit Unterdruck beaufschlagt. Durch die Druckdifferenz gegenüber dem Kurbelgehäuse gelangen die Blow-by-Gase über die Eintrittsöffnung 2 zunächst in den Vorabscheider 5. Die Stege 51 bewirken eine mehrfache Strömungsumlenkung. Durch die in den Umlenkpunkten auftretende Zentrifugalkraft werden erste Ölpartikel aus dem Gas-Öl- Gemisch abgeschieden. Weitere Ölpartikel werden beim Auftreffen des Gemisches auf die Stege 51 abgeschieden. Im weiteren Strömungsweg bleiben im Netzgestrick des Agglomerators 6 kleinste Ölpartikel hängen, die sich zu größeren Partikeln verbinden. Der Durchtrittsquerschnitt wird durch die gewählte Packungsdichte des Metall- oder Kunststoff-Netzgestrickes bestimmt. Der Durchtrittsquerschnitt (also die Porengröße) bestimmt die Größe der zu bildenden Ölpartikel. Sobald diese Partikel eine ausreichende Größe erreicht haben, werden sie durch den anliegenden Unterdruck aus dem Agglomerator 6 herausgerissen.

Während der weiteren Strömungsbewegung erfolgt über die Stege 81 im Zwischenraum 8, das Netzgestrick des Feinabscheiders 7 und die Stege 91 des Restabscheiders 9 eine zunehmende Abscheidung der noch im Blow-by-Gas befindlichen Ölpartikel. Somit werden auch kleinste Ölpartikel wirksam aus den Blow-by-Gasen abgeschieden. Nach Passieren des Restabscheiders 9 ist das Blow-by-Gas vollständig von Ölbestandteilen gereinigt und wird als Luft über den Ansaugstutzen 3 in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine geführt. Die abgeschiedenen Ölpartikel laufen zunächst durch die wirkende Schwerkraft an den Stegen 51, 81 und 91 sowie an den Metall- oder Kunststoff-Netzgestricken von Agglomerator 6 und Feinabscheider 7 auf die untere Innenwand des Gehäuses 1 herab. Infolge des bestehenden Gefälles gelangen die Ölpartikel anschließend über die Durchgangsöffnungen 52, 62, 72 und 92 zum Ölaustritt 4, der am geodätischen Tiefpunkt des Gehäuses 1 angeordnet ist. Über den Ölkanal 11 und die Öltasche 12 steht das abgeschiedene Öl wieder im Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zur Verfügung.

Der erfindungsgemäße Ölabscheider kann mit geringem Aufwand für verschiedenartige Brennkraftmaschinen modifiziert werden. Durch die lösbare Anordnung der Netzgestricke von Agglomerator 6 und Feinabscheider 7 ist eine schnelle Anpassung auf die jeweiligen Einsatzbedingungen möglich. Besondere Vorteile ergeben sich, sofern sämtliche Bauteile in einer gemeinsamen Baugruppe, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 1 angeordnet werden. Diese Baugruppe kann jeweils in die Innenseite der Kurbelgehäuseabdeckung eingesetzt werden, so daß eine einfache Austauschbarkeit und eine problemlose Wartung gewährleistet sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Gehäuse des Ölabscheiders

2

Eintrittsöffnung

3

Ansaugstutzen

4

Ölaustritt

5

Vorabscheider

51

Stege im Vorabscheider

52

Durchgangsöffnung

6

Agglomerator

61

Vorsprünge des Agglomerators

62

Durchgangsöffnung

7

Feinabscheider

71

Vorsprünge des Feinabscheiders

72

Durchgangsöffnung

8

Zwischenraum

81

Stege im Zwischenraum

9

Restabscheider

91

Stege im Restabscheider

92

Durchgangsöffnung

10

Zwischenwand

11

Ölkanal

12

Öltasche im Zylinderkopf

Claims

1. Entlüftungsvorrichtung mit Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, wobei der Ölabscheider im wesentlichen in die Zylinderkopfhaube integriert ist und aus einem Gehäuse besteht, das ein innen liegendes Strömungslabyrinth, eine mit dem Kurbelgehäuse in Wirkverbindung stehende Eintrittsöffnung, einen mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbundenen Ansaugstutzen und einen in Einbaulage am geodätischen Tiefpunkt des Gehäuses angeordneten Ölaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabscheider in Strömungsrichtung hintereinander liegend einen Vorabscheider (5), einen Agglomerator (6) und einen Feinabscheider (7) aufweist.

2. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorabscheider (5) als Labyrinth mit mehreren vertikalen Stegen (51) ausgestaltet ist.

3. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (51) des Vorabscheiders (5), die an der in Einbaulage unteren Gehäusewand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Steg (51) und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung (52) aufweisen.

4. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Agglomerator (6) aus einem Netzgestrick, vorzugsweise einem Metall- Netzgestrick besteht.

5. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Agglomerator (6) aus Kunststoff-Netzgestrick besteht.

6. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzgestrick des Agglomerators (6) in Vorsprüngen (61) des Gehäuses (1) lösbar abgestützt ist.

7. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (61) des Agglomerators (6), die an der in Einbaulage unteren Gehäusewand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Vorsprung (61) und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung (62) aufweisen.

8. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinabscheider (7) aus Metall-Netzgestrick besteht.

9. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinabscheider (7) aus Kunststoff-Netzgestrick besteht.

10. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzgestrick des Feinabscheiders (7) in Vorsprüngen (71) des Gehäuses (1) lösbar abgestützt ist.

11. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (71) des Feinabscheiders (7), die an der in Einbaulage unteren Gehäusewand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Vorsprung (71) und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung (72) aufweisen.

12. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Agglomerator (6) und dem Feinabscheider (7) ein Zwischenraum (8) vorhanden ist, in dem zumindest ein vertikaler Steg (81) ausgestaltet ist.

13. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (81) im Zwischenraum (8), die an der in Einbaulage unteren Gehäusewand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Steg (81) und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisen.

14. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter dem Feinabscheider (7) ein Restabscheider (9) angeordnet ist, der als Labyrinth mit mehreren vertikalen Stegen (91) ausgestaltet ist.

15. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (91) des Restabscheiders (9), die an der in Einbaulage unteren Gehäusewand abgestützt sind, im Übergangsbereich von Steg (91) und unterer Gehäusewand mindestens eine Durchgangsöffnung (92) aufweisen.

16. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölaustritt (4) über ein Ventil mit einem, im Kurbelgehäuse angeordnetem Ölsammelbehälter verbunden ist.

17. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des Ölsammelbehälters mindestens einem Tankzyklus des Fahrzeuges entspricht.

18. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölaustritt (4) über einen Kanal (11) mit einer, im Zylinderkopf ausgestalteten Öltasche (12) verbunden ist.

19. Entlüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ölaustritt (4) entgegengesetzte stirnseitige Öffnung des Kanals (11) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die Öltasche (12) des Zylinderkopfes mündet.

20. Entlüftungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Bauteile des Ölabscheiders in einer gemeinsamen Baugruppe (1) angeordnet sind, die in die Innenseite der Kurbelgehäuseabdeckung einsetzbar ist.