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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die mit
einer Vorrichtung zur Reinigung der Entlüftungsgase im Kurbelgehäuse der
genannten Maschine ausgestattet ist.
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Es
ist bekannt, dass Brennkraftmaschinen mit einem Kurbelgehäuseentlüftungskreis
ausgestattet werden, der dazu dient, die so genannten Entlüftungs-
oder Leckgase, d.h. Gase, die aus den Zylindern über die Kolbenringe in das
Kurbelgehäuse
entweichen, aus dem genannten Kurbelgehäuse abzulassen. Diese Entlüftung ist
notwendig, um ein Ansteigen des Drucks im Kurbelgehäuse zu verhindern und
um die Volumenschwankungen, die sich aus der Bewegung der Kolben
ergeben, auszugleichen. Die Leckgase enthalten Partikel fein zerstäubten Öls sowie
Partikel unverbrannten Materials aus Kohlenstoff (Feststoffpartikel),
deren Dimensionen sich in der Größenordnung
einiger μm
bewegen, typischerweise zwischen 5 und 8 μm.
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In
manchen Fällen
ist der Entlüftungskreis vom
offenen Typ, d.h. er entlässt
die Leckgase in die Atmosphäre;
in diesem Fall müssen
das Öl
und die Feststoffpartikel aus offensichtlichen Gründen des Umwelt-
und Gesundheitsschutzes (die Feststoffpartikel besitzen eine karzinogene
Wirkung) aus den Gasen entfernt werden.
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In
anderen Fällen
ist der Entlüftungskreis vom
geschlossenen Typ und führt
die Leckgase wieder dem Saugtrakt der Maschine zu, damit die vollständige Verbrennung
der Feststoffpartikel sichergestellt ist. Es ergibt sich jedoch
auch in diesem Fall das Problem der Entfernung von Öl und Feststoffpartikeln aus
diesen Gasen; tatsächlich
neigen das Öl
und die Feststoffpartikel dazu, auf den Komponenten, durch die die
Gase strömen,
bevor sie die Zylinder erreichen (insbesondere auf den Ventilen
und, im Fall von Maschinen mit Aufladung, im Kompressor und im Ladeluftkühler, wo
sie den Wärmeaustausch
stark verringern), harzige Ablagerungen zu bilden, wodurch der zufrieden
stellende Betrieb der genannten Komponenten beeinträchtigt wird.
Außerdem
hat die Verbrennung von Maschinenöl, das in den Saugtrakt zurückgeführt wird,
bei Fahrzeugen mit Katalysator eine schädliche Wirkung auf den Katalysator
und die Lambdasonde.
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Daher
sind Reinigungsvorrichtungen unterschiedlicher Art vorgeschlagen
worden, darunter beispielsweise Impinger, Filterelemente oder eine
Kombination aus beiden. Insbesondere sind, beispielsweise aus
EP 810 351 , Vorrichtungen
zur Reinigung der Entlüftungsgase
des Kurbelgehäuses
bekannt, umfassend einen Einlass, der in Verbindung mit dem Inneren
des Kurbelgehäuses
der Maschine steht, zur Aufnahme der Entlüftungsgase, in denen Öl suspendiert
ist, einen Auslass für
die gereinigten Entlüftungsgase,
ein Filterelement, das zwischen dem Einlass und dem Auslass eingeschaltet
ist, sowie eine Ölsammelkammer,
die mit dem Inneren des Kurbelgehäuses über ein Ablassventil verbunden
ist, das den Abfluss des in der Kammer angesammelten Öls zum Kurbelgehäuse erlaubt,
jedoch ein Zurückströmen von
Gasen in der entgegen gesetzten Richtung verhindert.
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EP 658 635 offenbart eine
Vorrichtung zur Reinigung von Gasen aus einem Kurbelgehäuse, die einen
Elektroabscheider umfasst.
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EP 563 565 offenbart eine
Konstruktion aus einem Topf mit einem Ventil zur Entlüftung von
Gasen aus einem Kurbelgehäuse.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine
verfügbar
zu machen mit einer Vorrichtung zur Reinigung der Entlüftungsgase
des Kurbelgehäuses,
ausgestattet mit einem Ablassventil von verbesserter Art, das so
konstruiert ist, dass sie effizient, zuverlässig und vollautomatisch funktioniert
und so jegliche unerwünschten Ansammlungen
von Öl
verhindert.
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Diese
Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung insofern gelöst, als
sie eine Brennkraftmaschine betrifft, die eine Vorrichtung zur Reinigung
der Entlüftungsgase
des Kurbelgehäuses
der genannten Maschine umfasst, wobei die genannte Vorrichtung Folgendes
umfasst: einen Einlass, der mit dem Inneren des Kurbelgehäuses der
Maschine verbunden ist, so dass er die Entlüftungsgase, in denen Öl und Feststoffpartikel
suspendiert sind, aufnimmt, einen Auslass für die gereinigten Entlüftungsgase,
einen zwischen Einlass und Auslass eingebauten Filter, eine Kammer,
in der das von dem genannten Filter ausgefilterte Öl gesammelt
wird, und ein zwischen der genannten Kammer und dem Inneren des
Kurbelgehäuses
eingeschaltetes Ablassventil, das den Abfluss des in der Kammer
angesammelten Öls
zum Kurbelgehäuse
ermöglicht
und ein Zurückströmen ungereinigter
Gase in die entgegen gesetzte Richtung verhindert, wobei das genannte
Ventil wenigstens Folgendes umfasst: wenigstens eine Öffnung für den Durchfluss
des Öls
aus der genannten Kammer in das genannte Kurbelgehäuse und
ein Verschlusselement, das unter der Wirkung des Drucks der Gase in
dem genannten Kurbelgehäuse
so mit der genannten Öffnung
zusammenwirkt, dass Fluide nicht hindurch treten können, wobei
das genannte Verschlusselement auf Schwankungen des Drucks in dem
Kurbelgehäuse
reagiert und das Entweichen von Öl durch
die genannte Öffnung
erlaubt, wenn der Druck in dem Kurbelgehäuse unter einen vorgegebenen Schwellenwert
sinkt, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Öffnung in
einer Wand der genannten Kammer ausgebildet ist und dass das genannte
Ventil ein Absperrelement umfasst, das aus einem Elastomermaterial
besteht, und als feste Bestandteile einen Abschnitt, der der Befestigung
an der genannten Wand dient, und das genannte Verschlusselement aufweist.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform
als Beispiel, das den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht einschränkt, unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen dargestellt, wobei:
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1 eine
teilweise als Querschnitt dargestellte Aufrissansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
ist;
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2 eine
Querschnittsansicht von vorne einer Reinigungsvorrichtung für die in 1 gezeigte
Maschine ist;
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3 ein
Querschnitt entlang der Linie III-III in 2 ist;
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die 4 und 5 schematische
Querschnittsdarstellungen in einem größeren Maßstab sind, die zwei verschiedene
Betriebsstellungen eines Ventils für die in 2 gezeigte
Vorrichtung illustrieren.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 1 eine Brennkraftmaschine umfassend einen
Zylinderkopf 2, eine Vielzahl von Zylindern 3,
ein Kurbelgehäuse 4 und
einen Ölsumpf 5,
der Schmieröl
enthält.
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Die
Maschine ist weiter mit einem Kreis 8 für die Rückführung so genannter Leckgase
ausgestattet, d.h. der Gase die in das Kurbelgehäuse 4 einströmen, indem
sie zwischen den Zylindern 3 und den zugehörigen Kolben 6 hindurch
treten.
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In
diesen Gasen sind fein zerstäubte Ölpartikel
und feste Partikel (Feststoffpartikel) suspendiert, wobei die Feststoffpartikel
vorwiegend aus Kohlenstoffbestehen und sich teilweise aus nicht
vollständig verbrannten
Verbrennungsprodukten und teilweise aus gewöhnlich im Öl vorhandenen Verunreinigungen
zusammensetzen.
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Der
Rückführungskreis,
der nicht detailliert dargestellt ist, da er bekannt ist, umfasst
eine Reinigungsvorrichtung 7 (2) mit einer
(nicht gezeigten) Einlassöffnung,
die mit dem Inneren des Kurbelgehäuses 4 verbunden ist,
und mit einer Auslassöffnung 9,
die mit dem (nicht gezeigten) Saugtrakt der Maschine zu verbinden
ist.
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Die
Reinigungsvorrichtung 7 umfasst auf bekannte Weise einen
Impinger 10 zum Ausfiltern der gröbsten Partikel und einen Filter 11,
vorzugsweise einen Koaleszenzfilter, zum Ausfiltern der restlichen Partikel,
wobei der Impinger und der Filter in einer Reihe angeordnet eine
mit einem gemeinsamen Gehäuse 12 ausgestattete
integrierte Einheit bilden. Das Gehäuse 12 ist mittels
einer Vielzahl von Schrauben 13 so an der Maschine 1 befestigt,
dass es an einer Öffnung
einer schützenden
Ummantelung 15 für
die Ventilsteuerung 16 und das Schwungrad 17 der
Maschine 1 ausgerichtet ist, für die es im Wesentlichen eine
Verschlussabdeckung darstellt.
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Das
Gehäuse 12 weist
einen kammerartigen Einlassbereich 18 auf, der mit einer
Vielzahl innerer Prallflächen 20 versehen
ist, die den Impinger 10 definieren und für die Gase einen
gewundenen Weg bilden; die Geometrie der verschiedenen Führungen, die
den Weg der Gase begrenzen, werden nicht im Einzelnen beschrieben,
da sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Das
Gehäuse 12 definiert
auch eine Einlasskammer 21 (3) für den Filter 11 von
weitgehend quaderförmiger
Form, in die die Gase strömen,
wenn sie den Impinger 10 verlassen.
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Der
Filter 11 umfasst ein Filterelement 22 in der
Form einer quaderförmigen
Kartusche, das zwischen einem rings umlaufenden Flansch 23 der
Einlasskammer 21 und einem entsprechenden Flansch 24 eines
mittels einer Vielzahl von Schrauben 26 am Gehäuse 12 befestigten
abnehmbaren Deckels 25 montiert ist.
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Das
Filterelement 22 besteht vorteilhafterweise aus einer Kartusche
nicht gewebten Fasermaterials das über seine Dickenausdehnung
hinweg eine variable Porosität
aufweist; das Fasermaterial ist zur Erhöhung der Filteroberfläche bei
gleichen Abmessungen gekräuselt.
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Das
Retentionsvermögen
des Filterelements 19 ist vorzugsweise so gewählt, dass
es den Durchgang der Feststoffpartikel erlaubt und eine Koaleszenzwirkung
besitzt.
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Der
Deckel 25 definiert eine Austrittskammer 27 des
Filters 11 und bildet zugleich den Auslassanschluss 9 der
Vorrichtung 7.
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Der
Deckel 25 bildet weiter einen Abflusskanal 32 (2 und 3),
der sich vom Boden der Austrittskammer 27 des Filters 11 aus
erstreckt und mit einer Ölsammelkammer 28 verbunden
ist, deren Gehäuse 12 zugleich
eine Frontwand und die Seitenwände
bildet. Insbesondere ist die Kammer 28 nach unten durch
ein Paar von Seitenwänden 29 begrenzt, die
abwärts
geneigt sind und die ausgerichtet an einem Bodenabschnitt 30 der
Kammer selbst aufeinander zulaufen. Die Kammer 28 ist nach
hinten durch eine im Wesentlichen flache Wand 32 abgeschlossen,
die auf geeignete Weise an die Seitenwände angeschweißt ist.
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Die
Kammer 28 ist über
ein Ablassventil 33 mit dem Inneren des Kurbelgehäuses 4 verbunden, so
dass Öl
aus der Kammer selbst in das Kurbelgehäuse fließen kann, jedoch keine Leckgase
in der umgekehrten Richtung zurückströmen können.
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Das
Ventil 33 wird von einer Vielzahl von Öffnungen 34 gebildet,
die an der Rückwand 31 vorhanden
sind und an dem Bodenabschnitt 30 ausgerichtet sind, beispielsweise
sechs Löcher,
die auf einem Kreis in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind,
sowie von einem Absperrelement 35, das auf der Wand 31 montiert
ist und die Öffnungen 34 so verschließen kann,
dass unter dem Druck der Leckgase keine Fluide hindurch dringen
können.
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Genauer
gesagt, besteht das Absperrelement 35 aus einem Elastomermaterial
und besitzt im Wesentlichen die Form eines Schirms; es umfasst als festen
Teil einen Zapfen 36, der fest in einem Loch 37 im
Mittelpunkt des durch die Öffnungen 34 definierten Kreises
in der Wand 31 sitzt, wobei der Zapfen in dem Loch 37 in
axialer Richtung durch einen ringförmigen Vorsprung 41,
der an ihm ausgebildet ist, festgehalten wird, sowie ein flexibles
Verschlusselement 38, das durch einen ringförmigen Flansch
gebildet wird, der sich von einem axialen Ende 39 des Zapfens 36 aus
erstreckt und auf der der Außenseite
der Kammer 28 zugewandten Seite der Wand 31 angeordnet
ist, d.h. er ist dem Inneren des Kurbelgehäuses 4 zugewandt.
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Das
Verschlusselement 38 weist einen rings umlaufenden Rand 40 auf,
der so konstruiert ist, dass er mit der Wand 31 unter dem
Druck der Leckgase in einem ringförmigen Bereich um die Öffnungen
zusammenwirkt.
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Die
Funktionsweise der Reinigungsvorrichtung 7 erklärt sich
folgendermaßen.
Die Leckgase, in denen Öl
und Feststoffpartikel suspendiert sind, strömen in den Impinger 10,
in dem die gröbsten Ölpartikel
aufgrund ihrer Trägheit
aus dem Strom getrennt werden und an die Prallflächen 20 stoßen; das
so gereinigte Öl
fließt
in das Kurbelgehäuse 4.
Der Gasstrom, aus dem die gröbsten Ölpartikel
entfernt worden sind, tritt so in die Kammer 21 und das
Filterelement 22 ein.
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Die Ölpartikel
gelangen in das Innere des Filterelements 22, wo sie durch
Koaleszenz agglomerieren und Tropfen bilden, die hinreichend groß sind, um
zu verhindern, dass sie in der Strömungsrichtung mitgerissen werden;
daher läuft
das Öl
aus der Austrittskammer 27 des Filters 11 über den
Abflusskanal 32 in die Sammelkammer 28. Die Feststoffpartikel, die
bei Abwesenheit von Öl
dazu neigen würden, durch
den Filter 22 hindurch dringen, werden in den Öltropfen,
die in dem Element selbst agglomerieren, eingebettet.
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Die
Gase, aus denen Öl
und Feststoffpartikel entfernt worden sind, strömen aus der Austrittskammer 27 des
Filters 11 zum Auslassanschluss 9, und von hier
werden sie auf bekannte Weise dem Saugtrakt der Maschine 1 wieder
zugeführt.
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Das Öl, dass
sich in der Kammer 28 sammelt, neigt dazu, durch die Öffnungen 24 in
der Wand 31 der Kammer in das Kurbelgehäuse 4 zu fließen. Falls
in dem Kurbelgehäuse 4 im
Verhältnis
zur Kammer 28 ein Überdruck
herrscht, schließt
das Verschlusselement 38 die Öffnungen 34, wodurch
das Zurückströmen verunreinigter
Leckgase verhindert wird (5). Die
Abmessungen des Verschlusselements 38 sind so gewählt, dass
der Verschluss aufgehoben wird, sobald der Wert des Drucks in dem Kurbelgehäuse einen
vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet; unter der Wirkung der
zyklischen Schwankungen des Drucks in dem Kurbelgehäuse während des
Betriebs der Maschine erlaubt das Verschlusselement 38,
dass kleine Ölmengen
selbst dann in das Kurbelgehäuse
entweichen, wenn die Maschine in Betrieb ist.
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Wenn
die Maschine nicht in Betrieb ist, herrscht in dem Kurbelgehäuse 4 kein Überdruck, und
daher wird die Kammer 28 vollständig entleert.
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Die
Vorzüge,
die mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, werden
offensichtlich, wenn man die Merkmale der Maschine 1 und
insbesondere der Reinigungsvorrichtung 7 untersucht.
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Die
Verwendung eines Ventils 33 mit einem Absperrelement 35 [sic],
das auf die Schwankungen des Druck in dem Kurbelgehäuse reagiert,
macht es möglich,
das Öl
aus der Kammer 28 auf eine effiziente, einfache und zuverlässige Weise
abzulassen und somit unerwünschte
Ansammlungen zu verhindern, ohne dass eine Regelung erforderlich
wäre.
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Das
Ventil 33 vom beschriebenen Typ ist in Herstellung und
Montage besonders einfach und kostengünstig.
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Schließlich ist
es offensichtlich, dass an der Maschine 1 und an der Vorrichtung 7 Änderungen und
Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der
durch die Ansprüche
definierte Anwendungsbereich verlassen wird.
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Beispielsweise
kann das Ventil 33 durch ein Lamellenventil, ein Membranventil
oder ein Ventil mit einer beweglichen Absperrvorrichtung ersetzt
werden, vorausgesetzt, dass es auf die Druckschwankungen hinreichend
empfindlich reagiert.