EP0142092B1 - Einrichtung zur Rückführung der Abblasemenge aus dem Kurbelgehäuse ins System eines aufgeladenen Verbrennungsmotors - Google Patents

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EP0142092B1
EP0142092B1 EP84112998A EP84112998A EP0142092B1 EP 0142092 B1 EP0142092 B1 EP 0142092B1 EP 84112998 A EP84112998 A EP 84112998A EP 84112998 A EP84112998 A EP 84112998A EP 0142092 B1 EP0142092 B1 EP 0142092B1
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EP
European Patent Office
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crankcase
gas
gases
combustion engine
internal combustion
Prior art date
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EP84112998A
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English (en)
French (fr)
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EP0142092A3 (en
EP0142092A2 (de
Inventor
Andreas Mayer
Rudolf Stüssi
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Publication date
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Publication of EP0142092A3 publication Critical patent/EP0142092A3/de
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    • F01M2013/027—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure of negative pressure with a turbo charger or compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

Definitions

  • the present invention relates to a device for returning the blow-off quantity from the crankcase according to the preamble of patent claim 1.
  • blow-by gases or BB gases blow-by gases
  • the oil separator can be integrated in the valve cover or used as a single part. It filters out a high proportion of the oil in the BB gas before it is released or returned to the engine, i.e. is supplied to the combustion.
  • the BB gases to be extracted from the crankcase flow through a control device placed in the suction line, which regulates the negative pressure desired in the crankcase.
  • the extracted BB gases are then returned to the internal combustion engine system.
  • powerful extraction is aimed at with motor-related means.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention is based on the object, in a device of the type mentioned, to generate a regulated, limited vacuum in the crankcase over the entire operating range, in such a way that the BB gases are in a correspondingly designed and Oil separators placed in front of the gas delivery unit can be cleaned sufficiently before they are returned to the system of the internal combustion engine.
  • the Propellant line in which the regulator for generating the negative pressure is placed in the crankcase, branches off on the air side after the gas-dynamic pressure wave charger and before the start valve flap.
  • the pressure wave charger delivers pressure immediately in the transient situation and also offers at partial load, i.e. almost enough pressure in the entire map to operate the drive nozzles reliably. Nevertheless, there is also a vacuum phase in the charge air line during the pressure wave charger immediately after the engine starts, during which the extraction would not work. According to the invention, this problem is solved by branching off the motive air line in front of the start valve flap - an enormously important detail. However, due to the reflection condition "hard wall", a relatively high pressure is present in front of the flap, especially in idle and light load periods, the suction works reliably.
  • This flap only opens when the charge pressure has already reached a defined value of at least 0.2 bar, so that there is overpressure in the charge air line in the overall operating range from the first start of the engine to the preload.
  • This system can only be used reliably thanks to this property of the pressure wave charger in connection with the start valve flap and its typical boost pressure-dependent switching. With these versions, one recognizes the fundamental importance of branching off the motive air line in front of the start valve flap.
  • the regulator is placed in the propellant line, its responsiveness and reliability is significantly higher than if the same regulator were placed in the oil-filled suction line.
  • the size of the negative pressure in the crankcase is not limited by a certain value, because a great risk of such circuits is that excessive amounts of oil are extracted from the internal combustion engine at full load.
  • the aim is to optimally design the return of the cleaned gases from the crankcase to the system of the pressure wave charger. It is optimal to return to a place where there is negative pressure; this counteracts a pumping action in the opposite flow direction of the cleaned gases.
  • the cleaned BB gases from the crankcase can also be returned to the LP exhaust line of the internal combustion engine system.
  • the advantage is that the temperatures at this point are so low that cracking processes can hardly occur here. Due to the presence of an oil separator with a very high degree of separation, it can be assumed that practically oil-free exhaust gases escape from the exhaust system.
  • Preferred embodiments of the invention with regard to the type of control are propellant gas quantity and pressure modulation control.
  • the BB gases from the crankcase - in a further preferred embodiment - are used for valve lubrication when the internal combustion engine is idling.
  • a check valve provided here prevents the charge air from flowing into the line of the BB gases when the combustion engine is loaded.
  • the internal combustion engine 1 is connected on the air side to a gas-dynamic pressure wave charger 10 via a charge air line 13. This is provided on the low pressure side with an intake line 14 for fresh air.
  • the operation of the gas dynamic pressure wave charger 10 is explained in CH-PS-418 730.
  • the engine exhaust gases 12 enter the pressure wave supercharger 10, from which they are emitted into the atmosphere via an exhaust pipe 15 after their energy has been released.
  • a start valve flap 19 is placed in the charge air line 13.
  • a propellant gas line 16 branches off between the pressure wave charger 10 and the start valve cap 19.
  • the propellant gas removed therein from the charge air line 13 is led to a gas delivery unit, in the present example an ejector 20, and ensures that a vacuum is created in the crankcase 1a.
  • the BB gases 2 flowing out of the crankcase 1a pass through an oil separator 4 and then reach the exhaust line 15 as cleaned BB gases 7 via the ejector 20 as a BB gas / propellant gas mixture 7a.
  • the oil separated out in the oil separator 4 is passed through the Oil return 6 returned to the engine system 1, 1a, whereby the oil loss can be significantly reduced.
  • the safety valve 3 placed in the oil return 6 ensures that oil from the internal combustion engine 1 resp.
  • the crankcase 1a cannot flow back into the oil separator 4.
  • the start valve flap 19 is closed, so that a pressure level can quickly build up in the charge air line 13 in front of it through the working pressure wave charger 10.
  • the propellant gas 16 drawn off here has a sufficiently large energy to ensure the necessary suction effect in the ejector 20 even during the partial load phases of the internal combustion engine 1. During these phases, the fresh air supply for the internal combustion engine 1 is maintained by the start valve bypass 19a.
  • the regulator 8 in the propellant gas line 16 has the task, by means of the regulator signal 9, not to let the magnitude of the negative pressure in the crankcase 1a swell above a certain value, because a great danger of this circuit is that - especially at full load - excessive amounts of oil Internal combustion engine 1 are withdrawn. This requirement is mastered if the negative pressure in the crankcase is limited to no greater than -50 mbar.
  • FIG. 2 is a further embodiment of the circuit described in FIG. 1.
  • the gas delivery unit 5 does not necessarily have to be an ejector 20, but can also be a pump.
  • the intake air 14a flows through the air filter 18 before it is compressed into charge air 13 for the internal combustion engine 1 in the pressure wave charger 10 by the engine exhaust gases 12.
  • the cleaned BB gases 7 including propellant gas 16 are - as already apparent from FIG. 1 - returned to the exhaust line 15 as a gas mixture 7a.
  • the gas mixture 7a can also be fed back into the intake air line 14a upstream of filter 18 by means of line 7a ', or into the intake air line 14b after filter 18 by means of line 7a "or into the charge air line 13 by means of line 7a"'.
  • the BB gases 2 can be used for the valve lubrication 17 when the internal combustion engine 1 is idling, a check valve 3a preventing load air 13 from flowing into the BB gas line 2 when the internal combustion engine 1 is loaded.
  • Fig. 3 shows the use of the ejector 20 with the associated control.
  • the propellant gas quantity control 8a described here is not limited to the application of propellant gas from the charge air line 13 of the gas-dynamic pressure wave charger 10 (see FIG. I). 3 the working gas 22 used as the propellant gas is removed from a pressure accumulator 21. Engine exhaust gas as working gas 22 can be cooled and cleaned in a unit 23 in order to prevent contamination and coking of the BB oil. Of course, the propellant gas can also be removed from the pockets of a gas-dynamic pressure wave charger. As already stated above, the propellant gas quantity control 8a has the task of restricting the working gas 22 or the propellant gas quantity to the minimum required.
  • the cleaned BB gases 7 flow through the membrane space 24 and then open into the suction port 20a of the ejector 20. Crankcase pressure thus prevails in the membrane space 24.
  • the position of the diaphragm 25 is adjusted via the pressure difference between the two diaphragm sides, the spring 26 automatically controlling the degree of throttling experienced by the working gas 22 in the propellant gas quantity control 8a.
  • the working gas 22 enters the propellant gas quantity control 8a through the inflow opening 27, fills the expansion space 28 and then flows out of the regulated exit opening 29 as propellant gas 16.
  • the needle 25a actuated by the membrane 25 can also dip directly into the propellant nozzle 20b and, due to its position, the propellant nozzle entry area or the propellant nozzle exit area, which determine the propellant gas throughput, vary.
  • the negative pressure in the crankcase 1a can also be limited by a pressure modulation control 8b. If the negative pressure predefined in the propellant nozzle 20b becomes too large, the snifting valve 30 opens and air 31 flows in, which creates the equilibrium.
  • the ejector 20 shown in FIG. 4 essentially consists of suction port 20a, propellant port 20b, pressure port 20c, propelling nozzle 20d, mixing tube 20e and diffuser 20f.
  • the propellant gas 16 enters the ejector 20 via the propellant nozzle 20b and is accelerated in the propellant nozzle 20d.
  • the cleaned BB gases 7 flow into the Suction nozzle 20a.
  • propellant gases 16 and BB gases 7 come into contact with one another, the BB gases 7 being accelerated by pulse exchange.
  • the diffuser 20f has the task of converting the speed energy of the gas mixture 7a into pressure energy.
  • the ejector 20 the dimensions of which are very easy to install with a total length of approx. 200 mm and an overall height of approx. 50 mm, can be installed at any point. It can hang freely in hoses or be attached to the motor using clips or clamps. The location can thus be determined from the point of view of short lines to reduce costs and pressure losses as well as good accessibility.
  • the line carrying propellant gas should never fall below the minimum inside diameter of 7 mm, a boost pressure of 2 bar and a propellant temperature of max. Withstand 160 ° C.
  • the remaining connections of the ejector 20 have no requirements that go beyond the usual automotive standard.
  • Fig. 5 shows a pump, a Venturi nozzle 34 with a diffuser 33, which are placed in the exhaust system 15.
  • the energy of the low pressure gas is used to create a negative pressure in the exhaust pipe 15 and to vent the cleaned BB gases 7 there.
  • the criterion for the use of such devices is the exhaust gas back pressure, which must be overcome.
  • Fig. 1, Item 10 depending on the flow rate, it is approx. 600 - 800 mm WS.
  • the pressure loss in the oil separator (Fig. 1, Item 4) which in this case should have a particularly high degree of separation.
  • the Venturi nozzle 34 is therefore advantageously installed directly in front of the end of the exhaust pipe, ie where the exhaust back pressure is practically equal to the atmospheric pressure.
  • the exit speed is slowed down or pressure is recovered.
  • the venturi diffuser 35 can be designed in such a way that, at high vehicle speeds, the airstream 32 is also used to generate negative pressure in the venturi nozzle 34. Accordingly, an ejector effect with airstream 32 as the propellant gas is additionally obtained. This additionally improves the low-pressure flushing of the gas-dynamic pressure wave charger (FIG. 1, item 10).
  • the diffuser 33 can be equipped with a baffle plate, not shown, for pressure recovery.

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Description

  • Einrichtung zur Rückführung der Abblasemenge aus dem Kurbelgehäuse ins System eines aufgeladenen Verbrennungsmotors
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückführung der Abblasemenge aus dem Kurbelgehäuse gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei Verbrennungsmotoren ist die Abdichtung des Brennraumes durch Kolben und Kolbenringe nicht absolut. Über das ganze Arbeitsspiel treten Gase aus dem Zylinder in das Kurbelgehäuse ein. Diese Gase - im folgenden Blow-by-Gase oder kurz BB-Gase genannt - müssen aus dem Kurbelgehäuse entweichen können, was üblicherweise durch die Anbringung einer Öffnung am Ventildeckel oder Motorblock geschieht.
  • Der Umweltschutz verlangt die Vermeidung eines Ölaustrittes aus dem Motor. Bei Saugmotoren wird der aus dem Kurbelgehäuse abgeblasene Ölnebel (BB-Gase) wieder in die Ansaugung des Motors geleitet, wodurch eine Verölung nach aussen vermieden wird. Bei Benzinmotoren ist diese Vorkehrung mittlerweile in vielen Ländern Vorschrift geworden. Entsprechende Vorschläge zielen darauf hin, diese Technik auch beim Dieselmotor einzuführen.
  • Bei Ottomotoren ist es in einigen Ländern vorgeschrieben, dass im Kurbelgehäuse über den ganzen Last- und Drehzahlbereich Unterdruck vorherrschen muss, damit ein Ölaustritt durch die Dichtungen des Kurbelgehäuses vermieden wird. Prinzipiell soll im Kurbelgehäuse über den ganzen Betriebsbereich nur ein leichter Unterdruck vorherrschen, denn je grösser der Unterdruck ist, um so mehr Öl wird unzweckmässigerweise mit dem BB-Gas mitabgesaugt.
  • Üblich ist dabei, die Rückführung der BB-Gase in die Ansaugleitung des Verbrennungsmotors vor den Luftfilter oder über einen Ölabscheider ins Freie zu leiten. Bei der Rückführung der BB-Gase in die Ansaugleitung sehen die einen Motorhersteller in der Ventilschmierung einen Vorteil, andere brauchen die BB-Rückführung für diesen Zweck nicht.
  • Der Ölabscheider kann in den Ventildeckel integriert sein oder als Einzelteil eingesetzt werden. Er filtert einen hohen Anteil des im BB-Gas enthaltenen Öls heraus, bevor jenes ins Freie gelangt oder in den Motor rückgeführt, d.h. der Verbrennung zugeführt wird.
  • Bei Verwendung der heute auf dem Markt erhältlichen Ölabscheider tritt indessen immer noch eine beträchtliche Ölmenge durch. Die Forderung, Unterdruck im Kurbelgehäuse zu erstellen, hat die Anwendung von Ölabscheidern mit einem besseren BB-Gas-Reinigungsgrad bisher nicht erlaubt:
  • Eine bessere Ölabscheidung verursacht nämlich einen grösseren Druckverlust im Filter, womit der gewünschte Unterdruck im Kurbelgehäuse nicht mehr gewährleistet ist.
  • Aus der Druckschrift GB-A-2 006 329 ist es bei einem mit einem Turbolader aufgeladenen Verbrennungsmotor bekannt, unter Zuhilfenahme eines Pumpsystems, das als Ejektor oder Strahlpumpe ausgebildet ist, die BB-Gase aus dem Kurbelgehäuse abzusaugen. Als Treibmittel wird hier vorzugsweise Ladeluft herangezogen.
  • Die aus dem Kurbelgehäuse abzusaugenden BB-Gase durchströmen eine in der Absaugleitung plazierte Regeleinrichtung, welche den im Kurbelgehäuse gewünschten Unterdruck regelt. Die abgesaugten BB-Gase werden dann ins System des Verbrennungsmotors rückgeführt. Durch eine solche Schaltung strebt man mit motorkonnexen Mitteln eine starke Absaugung an.
  • Es ist eine Tatsache, dass jeder Verbrennungsmotor, vor allem aber Motoren von Personenkraftwagen, einen grossen Teil ihrer Betriebszeiten bei leichter Last laufen. Im PKW führt dies dazu, dass über beträchtliche Betriebszeiten der dort allenfalls eingbaute Turbolader keinen Ladedruck produziert; so entsteht unausweichlich bei jeder Beschleunigung infolge des Nachhinkens des Turboladers sogar eine Unterdruckphase in der Ladeluftleitung, die erst nach einigen Sekunden wieder ausgeglichen ist. Ganz extrem kritisch kann dieses Verhalten bei längerem Schubbetrieb werden. In allen diesen Situationen (leichte Last, Schubbetrieb, Beschleunigungsphase) herrscht somit in der Ladeluftleitung keiner oder kein ausreichender Druck, oder sogar ein Unterdruck, so dass eine Treibwirkung der Ladeluft, die das Absaugen des Kurbelgehäuses gewährleistet, gar nicht möglich ist. Dieses System ist somit beim Turbolader in der Praxis nicht anwendbar: Über lange Phasen des typischen Betriebes würde Überdruck im Kurbelgehäuse herrschen, was zu den zu vermeidenden Verschmutzungserscheinungen führt: das Öl würde in diesen Phasen sogar in die Ladeluftleitung eindringen, damit aber die Treibdüsen verschmutzen und beispielsweise in ungewünschter Weise die Ladeluftleitung in Verbindung mit Abgasrezirkulation bei modernen emissionsorientierten Motoren verschmutzen.
  • Eine solche Lösung kommt für den Fahrzeugmotor somit nicht mehr in Frage.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art, im Kurbelgehäuse über den ganzen Betriebsbereich einen geregelten, begrenzten Unterdruck zu erzeugen, dergestalt, dass die BB-Gase in einem entsprechend ausgelegten und vor der Gasfördereinheit plazierten Ölabscheider genügend gereinigt werden können, bevor sie in das System des Verbrennungsmotors rückgeführt werden.
  • Bei dem mit einem gasdynamischen Druckwellenlader aufgeladenen Verbrennungsmotor wird dies erreicht, indem die Treibmittelleitung, in welcher der Regler für die Erzeugung des Unterdruckes im Kurbelgehäuse plaziert ist, luftseitig nach dem gasdynamischen Druckwellenlader und vor der Startventilklappe abzweigt.
  • Damit wird die Situation gegenüber dem Stand der Technik vollständig anders: Zunächst liefert der Druckwellenlader bei Transient-Situation sofort Druck und bietet auch bei Teillast, d.h. fast im Gesamtkennfeld genügend Druck an, um die Treibdüsen zuverlässig zu betreiben. Trotzdem gibt es auch beim Druckwellenlader unmittelbar nach dem Start des Motors eine Unterdruckphase in der Ladeluftleitung, während welcher die Absaugung nicht funktionieren würde. Dieses Problem wird erfindunsgemäss dadurch gelöst, dass die Treibluftleitung vor der Startventilklappe abgezweigt wird - ein enorm wichtiges Detail. Vor der Klappe aber ist infolge der Reflexionsbedingung "harte Wand" besonders in Leerlauf- und leichter Lastperiode ein relativ hoher Druck vorhanden, die Absaugung funktioniert zuverlässig. Diese Klappe öffnet nur dann, wenn der Ladedruck bereits einen definierten Wert von mindestens 0,2 bar erreicht hat, so dass somit im Gesamtbetriebsbereich vom ersten Start des Motors bis zur Vorlast Überdruck in der Ladeluftleitung herrscht. Nur dank dieser Eigenschaft des Druckwellenladers in Verbindung mit der Startventilklappe und deren typischer ladedruckabhängiger Schaltung kann dieses System zuverlässig eingesetzt werden. Mit diesen Ausführungen erkennt man die grundlegende Bedeutung der Abzweigung der Treibluftleitung vor der Startventilklappe.
  • Dadurch dass der Regler in der Treibmittelleitung plaziert ist, ist seine Ansprechbarkeit und Zuverlässigkeit entscheidend höher als wenn derselbe Regler in der mit Öl geschwängerte Absaugleitung plaziert wäre.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Grösse des Unterdrucks im Kurbelgehäuse nicht über einen bestimmten Wert begrenzt, denn eine grosse Gefahr solcher Schaltungen besteht darin, dass so bei Vollast - zu grosse Ölmengen dem Verbrennungsmotor entzogen werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungen der Erfindung geht es darum, die Rückführung der gereinigten Gase aus dem Kurbelgehäuse ins System des Druckwellenladers optimal zu gestalten. Optimal ist die Rückführung an eine Stelle, wo Unterdruck vorherrscht; damit wird eine Pumpwirkung in entgegengesetzter Strömungsrichtung der gereinigten Gase entgegengetreten.
  • Darüber hinaus können die gereinigten BB-Gase aus dem Kurbelgehäuse auch in die ND-Auspuffleitung des Verbrennungsmotorsystems rückgeführt werden. Der Vorteil besteht darin, dass die Temperaturen an dieser Stelle so niedrig sind, dass es hier kaum zu Crackprozessen kommen kann. Durch das Vorhandensein eines Ölabscheiders mit sehr hohem Abscheidegrad kann angenommen werden, dass aus dem Auspuffsystem praktisch ölfreie Abgase entweichen.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung hinsichtlich Bauart der Regelung sind Treibgasmengen- und Druckmodulierregelung.
  • Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung betreffen die Ausführung der Gasfördereinheit.
  • Ferner werden die BB-Gase aus dem Kurbelgehäuse - bei einer weiteren bevorzugten Ausführung - im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors zur Ventilschmierung herangezogen. Ein hier vorgesehenes Rückschlagventil verhindert, dass bei Lastaufnahme des Verbrennungsmotors ein Einströmen der Ladeluft in die Leitung der BB-Gase stattfinden kann.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 eine Schaltung einer Einrichtung zur Reinigung und Rückführung der BB-Gase ins System eines mit einem gasdynamischen Druckwellenlader aufgeladenen Verbrennungsmotors,
    • Fig. 2 eine weitere Schaltung mit verschiedenen Rückführungsorten der BB-Gase,
    • Fig. 3 eine Fördermöglichkeit der BB-Gase mit Treibgasmengenregelung, Druckmodulierregelung und Ejektor,
    • Fig. 4 einen Ejektor als Gasfördereinheit und
    • Fig. 5 eine Venturidüse als Gasfördereinheit.
  • Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmedien ist mit Pfeilen bezeichnet. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Gemäss Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 1 luftseitig über eine Ladeluftleitung 13 mit einem gasdynamischen Druckwellenlader 10 verbunden. Dieser ist niederdruckseitig mit einer Ansaugleitung 14 für Frischluft versehen. Die Funktionsweise des gasdynamischen Druckwellenladers 10 ist in CH-PS-418 730 erläutert. Die Motorabgase 12 gelangen in den Druckwellenlader 10, aus dem sie nach Abgabe ihrer Energie über eine Auspuffleitung 15 in die Atmosphäre ausgestossen werden. In der Ladeluftleitung 13 ist eine Startventilklappe 19 plaziert. Zwischen Druckwellenlader 10 und Startventilkappe 19 zweigt eine Treibgasleitung 16 ab. Das darin aus der Ladeluftleitung 13 entnommene Treibgas wird zu einer Gasfördereinheit, im vorliegenden Beispiel einem Ejektor 20 geführt und sorgt dafür, dass im Kurbelgehäuse 1a ein Unterdruck entsteht. Die aus dem Kurbelgehäuse 1a ausströmenden BB-Gase 2 durchlaufen einen Ölabscheider 4 und gelangen dann als gereinigte BB-Gase 7 über den Ejektor 20 als BB-Gas/Treibgas-Mischung 7a in die Auspuffleitung 15. Das im Ölabscheider 4 ausgeschiedene Öl wird über die Ölrückführung 6 ins Motorsystem 1, 1a rückgeführt, wodurch der Ölverlust wesentlich reduziert werden kann. Das in der Ölrückführung 6 plazierte Sicherheitsventil 3 sorgt dafür, dass Öl aus dem Verbrennungsmotor 1 resp. Kurbelgehäuse 1a nicht in den Ölabscheider 4 zurückströmen kann. Bei druckniederen Zuständen, insbesondere bei Teillast im Verbrennungsmotor 1 wird die Startventilklappe 19 geschlossen, so dass in der Ladeluftleitung 13 davor durch den arbeitenden Druckwellenlader 10 sich rasch ein Druckniveau aufbauen kann. Das hier abgezapfte Treibgas 16 weist eine genügend grosse Energie auf, um auch während der Teillastphasen des Verbrennungsmotors 1 die notwendige Saugwirkung im Ejektor 20 sicher zu stellen. Während dieser Phasen wird die Frischluftzufuhr für den Verbrennungsmotor 1 durch den Startventilbypass 19a aufrechterhalten.
  • Der Regler 8 in der Treibgasleitung 16 hat mittels Reglersignals 9 die Aufgabe, die Grösse des Unterdrucks im Kurbelgehäuse 1a nicht über einen bestimmten Wert anschwellen zu lassen, denn eine grosse Gefahr dieser Schaltung besteht eben darin, dass - insbesondere bei Vollast - zu grosse Ölmengen dem Verbrennungsmotor 1 entzogen werden. Diese Anforderung wird beherrscht, wenn der Unterdruck im Kurbelgehäuse auf nicht grösser als -50 mbar limitiert wird.
  • Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung der unter Fig. 1 beschriebenen Schaltung. Hier bei Fig. 2 geht es lediglich darum, auf die Schaltungsmöglichkeiten bei der Frischluftansaugung und bei der Rückführung der gereinigten BB-Gase 7 ins System des Verbrennungsmotors 1 hinzuweisen. Des weiteren wird hier auf die Möglichkeit hingewiesen, dass die Gasfördereinheit 5 nicht notwendigerweise ein Ejektor 20 sein muss, sondern ebenso eine Pumpe sein kann. Die Ansaugluft 14a durchströmt den Luftfilter 18, bevor sie -14b - im Druckwellenlader 10 durch die Motorabgase 12 zu Ladeluft 13 für den Verbrennungsmotor 1 verdichtet wird. Die gereinigten BB-Gase 7 inkl. Treibgas 16 werden - wie bereits aus Fig. 1 hervorgeht - als Gasmischung 7a in die Auspuffleitung 15 rückgeführt. Je nach Auslegung der Schaltung kann die Gasmischung 7a auch in die Ansaugluftleitung 14a vor Filter 18 mittels Leitung 7a', oder in die Ansaugluftleitung 14b nach Filter 18 mittels Leitung 7a" oder in die Ladeluftleitung 13 mittels Leitung 7a"' rückgeführt werden. Die BB-Gase 2 können im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors 1 zur Ventilschmierung 17 herangezogen werden, wobei ein Rückschlagventil 3a bei Lastaufnahme des Verbrennungsmotors 1 verhindert, dass Ladeluft 13 in die BB-Gasleitung 2 strömen kann.
  • Fig. 3 zeigt den Einsatz des Ejektors 20 mit der dazugehörigen Regelung. Dabei ist zu beachten, dass die hier beschriebene Treibgasmengenregelung 8a nicht auf die Beaufschlagung mit Treibgas aus der Ladeluftleitung 13 des gasdynamischen Druckwellenladers 10 (siehe Fig. I) beschränkt ist. Gemäss Fig. 3 wird das als Treibgas eingesetzte Arbeitsgas 22 aus einem Druckspeicher 21 entnommen. Motorabgas als Arbeitsgas 22 kann, um Verschmutzung und Verkokung des BB-Öls zu verhindern, in einem Aggregat 23 gekühlt und gereinigt werden. Selbstverständlich kann das Treibgas auch aus den Taschen eines gasdynamischen Druckwellenladers entnommen werden. Die Treibgasmengenregelung 8a hat - wie bereits oben ausgeführt wurde - die Aufgabe, das Arbeitsgas 22 bzw. die Treibgasmenge auf das minimal notwendige Mass zu beschränken.
  • Die gereinigten BB-Gase 7 durchströmen den Membranraum 24 und münden dann in den Saugstutzen 20a des Ejektors 20 ein. Im Membranraum 24 herrscht somit Kurbelgehäusedruck. Die Lage der Membrane 25 stellt sich über die Druckdifferenz der beiden Membranseiten ein, wobei die Feder 26 selbsttätig den Grad der Drosselung steuert, die das Arbeitsgas 22 in der Treibgasmengenregelung 8a erfährt. Das Arbeitsgas 22 tritt in die Treibgasmengenregelung 8a durch die Einströmöffnung 27 ein, durchfüllt den Expansionsraum 28 und strömt dann aus der geregelten Austrittsöffnung 29 als Treibgas 16 wieder aus. Je geringer das Arbeitsgas 22 gedrosselt wird, umso höher ist der Druck des modifizierten Arbeitsgases - nun in Konkordanz zu der vorangehenden Beschreibung, Treibgas 16 genannt - und umso grösser wird die durch den Treibmittelstutzen 20b strömende Treibgasmenge 16, was wiederum eine erhöhte Saugleistung des Ejektors 20 bewirkt. Erhöht sich die Saugleistung des Ejektors 20, so steigt der Unterdruck im Kurbelgehäuse 1a an, wobei dieser durch die Treibgasmengenregelung 8a auf einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Die Gasmischung 7a durchströmt den Druckstutzen 20c des Ejektors 20 und wird dann in die Auspuffleitung 15 rückgeführt.
  • Die von der Membrane 25 betätigte Nadel 25a kann auch direkt in den Treibmittelstutzen 20b eintauchen und durch ihre Lage die Treibmittelstutzen-Eintrittsfläche oder die Treibdüsenaustrittsfläche, welche den Treibgasdurchsatz bestimmen, variieren. Der Unterdruck im Kurbelgehäuse 1a kann auch durch eine Druckmodulierregelung 8b begrenzt werden. Wird der im Treibmittelstutzen 20b vordefinierte Unterdruck zu gross, so öffnet das Schnüffelventil 30 und Luft 31 strömt ein, womit das Gleichgewicht erstellt wird.
  • Der in Fig. 4 gezeigte Ejektor 20 besteht im wesentlichen aus Saugstutzen 20a, Treibmittelstutzen 20b, Druckstutzen 20c, Treibdüse 20d, Mischrohr 20e und Diffusor 20f. Das Treibgas 16 gelangt über den Treibmittelstutzen 20b in den Ejektor 20 und wird in der Treibdüse 20d beschleunigt. Die gereinigten BB-Gase 7 münden in den Saugstutzen 20a ein. Im Mischrohr kommen Treibgase 16 und BB-Gase 7 miteinander in Berührung, wobei die BB-Gase 7 durch Impulsaustausch beschleunigt werden. Der Diffusor 20f hat die Aufgabe, die Geschwindigkeitsenergie des Gasgemisches 7a in Druckenergie umzuwandeln.
  • Der Ejektor 20, dessen Masse mit einer Gesamtlänge von ca. 200 mm und einer Höhe über alles von ca. 50 mm sehr einbaufreundlich sind, kann an beliebiger Stelle eingebaut werden. Er kann frei in Schläuchen hängen oder mittels Klammern oder Schellen am Motor befestigt werden. Die Lage kann somit unter den Gesichtspunkten kurzer Leitungen zur Reduzierung der Kosten und Druckverluste sowie guter Zugänglichkeit bestimmt werden. Die treibgasführende Leitung soll nirgends den minimalen Innendurchmesser von 7 mm unterschreiten, einem Ladedruck von 2 bar und einer Treibgastemperatur von max. 160° C standhalten. An die restlichen Verbindungen des Ejektors 20 werden keine über den üblichen Automobilstandard hinausgehenden Forderungen gestellt.
  • Fig. 5 zeigt els Pumpe eine Venturidüse 34 mit Diffusor 33, die im Auspuffsystem 15 plaziert sind. Die Energie des Niederdruckgases wird dazu verwendet, einen Unterdruck in der Auspuffleitung 15 zu erzeugen und die gereinigten BB-Gase 7 dorthin zu entlüften. Das Kriterium für den Einsatz solcher Vorrichtungen bildet der Abgasgegendruck, welcher überwunden werden muss. Dieser beträgt unmittelbar nach dem gasdynamischen Druckwellenlader (Fig. 1, Pos. 10), je nach Strömungsgeschwindigkeit, ca. 600 - 800 mm WS. Hinzu kommt noch der Druckverlust im Ölabscheider (Fig. 1, Pos. 4), welcher ja in diesem Fall einen besonders hohen Abscheidegrad aufweisen soll. Die Venturidüse 34 wird deshalb mit Vorteil unmittelbar vor dem Auspuffrohrende eingebaut, dort also, wo der Auspuffgegendruck praktisch gleich dem Atmosphärendruck ist. In einem anschliessenden Diffusor 33 wird die Austrittsgeschwindigkeit verlangsamt bzw. Druck zurückgewonnen.
  • Der Venturidiffusor 35 kann konstruktiv so gestaltet sein, dass bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten auch der Fahrtwind 32 zur Erzeugung von Unterdruck in der Venturidüse 34 herangezogen wird. Man erhält demnach zusätzlich eine Ejektorwirkung mit Fahrtwind 32 als Treibgas. Hierdurch wird zusätzlich die Niederdruckspülung des gasdynamischen Druckwellenladers (Fig. 1, Pos. 10) verbessert.
  • Zusätzlich kann der Diffusor 33 mit einer nicht dargestellten Prallplatte zur Druckrückgewinnung ausgerüstet werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Rückführung der Abblasemenge aus dem Kurbelgehäuse (1a) ins System eines aufgeladenen Verbrennungsmotors (1) mit einer von einem Treibmittel angetriebenen Gasfördereinheit (5), die unter Zuschaltung eines Reglers (8) Unterdruck im Kurbelgehäuse (1a) erzeugt, wobei als Treibmittel für die Gasfördereinheit (5) Ladeluft dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einem gasdynamischen Druckwellenlader (10) aufgeladen ist, wobei die Treibmittelleitung (16), in welcher der Regler (8) für die Erzeugung des Unterdruckes im Kurbelgehäuse (1a) plaziert ist, luftseitig nach dem gasdynamischen Druckwellenlader (10) und vor der Startventilklappe (19) abzweigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Betriebszuständen im Kurbelgehäuse (1a) ein Unterdruck von nicht grösser als -50 mbar vorherrscht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibmittelleitung (16) mit einer der Taschen des gasdynamischen Druckwellenladers (10) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfördereinheit (5) ein Ejektor (20) ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ejektor (20) aus Kunststoff besteht.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ejektor (20) mit dem Verbrennungsmotorsystem durch Schläuche verbunden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad des Unterdrucks im Kurbelgehäuse (1 a) durch eine Treibgasmengenregelung (8a) erstellbar ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad des Unterdrucks im Kurbelgehäuse (1a) durch eine Druckmodulierregelung (8b) erstellbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Gase (7) aus dem Kurbelgehäuse (1a) an eine Stelle im gasdynamischen Druckwellenlader (10) mit herrschendem Unterdruck rückführbar sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasegase (2) aus dem Kurbelgehäuse (1a) im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors (1) die Ventilschmierung (17) besorgen, wobei ein Rückschlagventil (3a) bei Lastaufnahme des Verbrennungsmotors (1) das Einströmen von Ladeluft (13) in die Leitung der Abblasegase (2) verhindert.
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