DE102006038831B4

DE102006038831B4 - Brennkraftmaschine mit Rückführung von Blow-By-Gasen

Info

Publication number: DE102006038831B4
Application number: DE102006038831.3A
Authority: DE
Inventors: Eduard Lippert; Manfred Kloft; Reinhard Strich
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2026-08-19
Also published as: DE102006038831A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit Rückführung von Blow-By-Gasen im geschlossenen System, wobei die Blow-By-Gase ausgehend vom Kurbelraum durch jeweils miteinander in Wirkverbindung stehende und im Zylinderkurbelgehäuse, im Zylinderblock und im Zylinderkopf ausgestaltete Strömungskanäle dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsverlauf nach dem Kurbelraum (1) ein Abscheideraum (5) angeordnet ist, der über einen Kanal (6) mit einem Sammelraum (7) verbunden ist, von dem mindestens zwei Überleitkanäle (9) abzweigen, die jeweils in eine Stufenbohrung (10) übergehen, die in ein Ansaugrohr (4) des Ansaugsystems mündet, wobei der Sammelraum (7) als eine nach oben offene Rinne ausgestaltet und vom Zylinderkopf (3) abdeckbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Rückführung von Blow-By-Gasen im geschlossenen System, wobei die Blow-By-Gase ausgehend vom Kurbelraum durch jeweils miteinander in Wirkverbindung stehende und im Zylinderkurbelgehäuse, im Zylinderblock und im Zylinderkopf ausgestaltete Strömungskanäle dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen gelangen als „Blow-By-Gas” bezeichnete Verbrennungsgase aus dem Brennraum des Zylinders infolge von Undichtigkeiten zwischen dem Kolben bzw. den Kolbenringen und der Zylinderwand in den Kurbelraum. Im Kurbelraum vermischen sich die Blow-By-Gase zwangsläufig mit Motoröl, das hier in Form von Öltröpfchen oder Ölnebel vorhanden ist. Zur Vermeidung eines nachteiligen Druckaufbaus wird der im Kurbelgehäuse ausgestaltete Kurbelraum von Blow-By-Gasen entlüftet. Bei modernen Brennkraftmaschinen wird diese Entlüftung aus emissions-, verbrauchs- und gesetzlich bedingten Aspekten mit geschlossenen Systemen realisiert, indem die Blow-By-Gase dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Um einen Öleintritt in das Ansaugsystem zu vermeiden, werden im Strömungsweg vom Kurbelgehäuse zum Ansaugrohr Ölabscheider angeordnet, für die bereits zahlreiche Konstruktionen bekannt sind.
Aus US 2002/001 4229 A1 und US 6 431 159 B2 sind jeweils Ölabscheider bekannt, die baueinheitlich mit dem Zylinderblock gegossen und auf einer Außenwand desselben angeordnet sind. Der als Kammer ausgestaltete Ölabscheider weist eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung sowie im Innenraum mehrere Prallwände auf. Zwischen den Prallwänden werden die mit Öl vermischten Blow-By-Gase labyrinthartig geführt, so dass beim Auftreffen auf die Prallwände Ölbestandteile abgeschieden werden.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Ölabscheider werden Blow-By-Gase im Strömungsweg zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugrohr überwiegend in Verschlauchungen geführt, die allerdings eine aufwendige Montage erfordern und einen erheblichen freien Bauraum beanspruchen. Weiterhin ergeben sich Probleme hinsichtlich der Einfriersicherheit. Aufgrund dieser Nachteile ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, die Blow-By-Gase zumindest abschnittsweise nicht in einer Verschlauchung zu führen, sondern innerhalb der eigentlichen Brennkraftmaschine.
So beschreibt DE 37 04 567 A1 eine Konstruktion, bei der die Blow-By-Gase im Zylinderkopf in einer Leitung geführt werden, die als Verteilleitung für die einzelnen Ansaugrohre ausgestaltet ist. Diese Verteilleitung im Zylinderkopf kann als Bohrung ausgebildet oder bereits beim Gießvorgang des Zylinderkopfes ausgeformt werden.
Eine Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik kann im Zylinderkopf ebenfalls einen Strömungskanal für Blow-By-Gase aufweisen. In diesem Strömungskanal sind mehrere Umlenkbereiche für die Gasströmung ausgestaltet, die beim Aufprall ölhaltiger Blow-By-Gase eine Abscheidung von Ölteilchen bewirken. Somit wird dieser im Zylinderkopf angeordnete Kanal neben der Funktion als Gasführung auch als Ölabscheider wirksam.
Die DE 10 2004 012 160 A1 offenbart ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem umfassend ein Kurbelgehäuse, eine Zylinderkopfanordnung und eine Zylinderkopfhaube eines Kraftfahrzeugs mit einem Zylinderkopfhaubengehäuse und mindestens einem Zylinderkopfhaubeninnenraum.
Aus EP 1 183 445 B1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine am Zylinderblock ausgestaltete Kammer über mehrere Strömungskanäle mit dem Kurbelgehäuse, mit einem unterhalb der Kolbenringe angeordneten Zylinderabschnitt und mit dem Ansaugrohr in Wirkverbindung steht. Somit können die Blow-By-Gase ausgehend vom Kurbelraum ohne eine außen liegende Verschlauchung vollständig innerhalb der Brennkraftmaschine zum Ansaugsystem geführt werden. Nachteilig ist allerdings der hierfür notwendige bauliche Aufwand mit der zusätzlichen Kammer sowie mehreren zusätzlichen Baugruppen im Strömungsweg wie beispielsweise einem Dampfseparator und einem Wirbelrohr.
In DE 199 24 602 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Strömungskanälen beschrieben, durch die Blow-By-Gase aus dem Kurbelraum ohne zusätzliche Verschlauchung durch den Zylinderblock und den Zylinderkopf zu einer Entlüfterkammer in der Zylinderkopfabdeckung strömen können. Die Strömungskanäle weisen zueinander unterschiedliche Querschnitte auf und sollen somit als Gaspfad oder Ölabtropfpfad wirksam werden. Diese unterschiedlich gestalteten Kanäle sind auf jeweils gegenüberliegenden Seitenabschnitten der Brennkraftmaschine ausgestaltet. Dies erfordert einen erheblichen Konstruktions- und Herstellungsaufwand, wobei die Funktionsfähigkeit einer Trennung in separate, jedoch von demselben Kurbelraum ausgehende Kanäle zur Gasführung und Ölabscheidung ohnehin fragwürdig ist.
Aus EP 0 918 143 B1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der im Bereich der beiden Seitenwände und annähernd symmetrisch zu den Zylinderachsen jeweils Kanäle zur Führung von Blow-By-Gasen ausgestaltet sind, die ausgehend vom Kurbelraum durch das Kurbelgehäuse, den Zylinderblock und den Zylinderkopf verlaufen. Eine derartige Anordnung erfordert keinen zusätzlichen Bauraum und gewährleistet eine einfriersichere Führung der Blow-By-Gase. Bei der Strömungsbewegung der Blow-By-Gase entlang der weitgehend geraden bzw. lediglich gering gekrümmten Kanalkonturen werden jedoch kaum Ölbestandteile aus dem Blow-By-Gas gerissen, so dass nur bedingt eine wirksame Ölabscheidung erreichbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, die mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand eine einfriersichere Rückführung von Blow-By-Gasen in das Ansaugsystem und eine gleichzeitig gute Ölabscheidung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem im Strömungsverlauf nach dem Kurbelraum ein Abscheideraum angeordnet ist, der über einen Kanal mit einem Sammelraum verbunden ist, von dem mindestens zwei Überleitkanäle abzweigen, die jeweils in eine Stufenbohrung übergehen, die in ein Ansaugrohr mündet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren technische Merkmale und vorteilhaften Wirkungen im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Die erfindungsgemäße technische Lösung erfordert im Vergleich zu bereits bekannten Konstruktionen einen lediglich geringen Herstellungs- und Montageaufwand. Dabei erfolgt die Führung der Blow-By-Gase vollständig in bereits beim Herstellungsprozess von Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderblock, Zylinderkopf und ggf. Zylinderkopfhaube gegossenen Kanälen. Es wird eine Einzeleinleitung für jeden Zylinder in der Flanschfläche des Saugrohres realisiert, wobei eine Verteilung auf die einzelnen Zylinder durch eine entsprechend modifizierte Dimensionierung sehr gut beeinflussbar ist. Auf bauraumaufwendige Verschlauchungen kann weitgehend verzichtet werden, lediglich bei einer Anwendung für Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader ist eine kurze Schlauchverbindung vorgesehen. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung wird eine kostengünstige und einfriersichere Führung der Blow-By-Gase von der Entnahmestelle am Zylinderkurbelgehäuse zum Ansaugrohr mit guter Gleichverteilung für jeden einzelnen Zylinder bzw. zum Abgasturbolader erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen technischen Lösung in Schnittdarstellung
2 eine Darstellung vom Übergangsbereich zwischen Kurbelraum und Abscheideraum in Betrachtungsrichtung von unten
3 eine Darstellung des Abscheideraums mit weiteren Gestaltungsdetails
4 eine Darstellung von Zylinderblock, Zylinderkopf und Ansaugrohr in Betrachtungsrichtung von schräg oben
5 eine Darstellung vom Ansaugrohr mit den Einleitkanälen der einzelnen Zylinder
6 eine Darstellung von einem Abschnitt am Zylinderkopf
7 eine Darstellung der Verbindung zum Ansaugrohr eines Abgasturboladers.
In der Zeichnung ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit den im vorliegenden Sachverhalt wesentlichen Baugruppen dargestellt, mit denen die Blow-By-Gase im geschlossenen System ausgehend von einem im Zylinderkurbelgehäuse ausgestalteten Kurbelraum 1 durch Strömungskanäle im Zylinderblock 2 und im Zylinderkopf 3 zum Ansaugrohr 4 der Brennkraftmaschine geführt werden.
In 1 ist die Strömungsrichtung der Blow-By-Gase mit Pfeilen stilisiert. Dabei ist im Strömungsverlauf nach dem Kurbelraum 1 ein Abscheideraum 5 angeordnet. Die Blow-By-Gase können an unterschiedlichen Positionen aus dem Kurbelraum 1 entnommen werden. Eine besonders vorteilhafte Anordnung wird gemäß 2 erreicht, sofern die Blow-By-Gase aus dem Kurbelraum 1 seitlich hinter dem zweiten Lagerstuhl entnommen und dem Abscheideraum 5 zugeführt werden, in dem die Ölabscheidung erfolgt.
3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des Abscheideraums 5 mit mehreren Prallflächen 16, die labyrinthartig angeordnet sind. Ausgehend vom Eintritt 17 der Blow-By-Gase in den Abscheideraum 5 ist im Strömungsweg der Blow-By-Gase zunächst eine Grobölfalle 18 ausgestaltet. Diese Grobölfalle 18 steht mit einem Kanal 19 in Wirkverbindung, über den ein Grobölrücklauf zur Ölwanne realisiert wird. Im weiteren Strömungsweg der Blow-By-Gase schließt sich dem Bereich mit der Grobölfalle 18 ein Abschnitt 20 zur Feinölabscheidung an. Dieser Abschnitt 20 steht mit einem Kanal 21 in Wirkverbindung, über den ein Rücklauf des abgeschiedenen Feinöls realisiert wird, so dass letztlich eine mehrstufige und sehr wirksame Abscheidung von Ölbestandteilen aus dem Blow-By-Gas erzielt wird.
Der Abscheideraum 5 ist über einen Kanal 6 mit einem Sammelraum 7 verbunden. Dieser Kanal 6 kann an sich in einen bereits verfügbaren Zylinderblock 2 als Bohrung eingebracht werden. Vorzugsweise wird der Kanal 6 zwischen dem Abscheideraum 5 und dem Sammelraum 7 jedoch bereits im Herstellungsprozess als ein im Zylinderblock 2 gegossener Kanal 6 ausgestaltet.
Aus 4 ist ersichtlich, dass der Sammelraum 7 als eine nach oben offene Rinne zur Verteilung auf die einzelnen Kanäle im Zylinderkopf 3 ausgestaltet und vom Zylinderkopf 3 abdeckbar ist. Am Eintrittsquerschnitt des Kanals 6 weist der Sammelraum 7 eine schräg verlaufende Bodenkontur 8 auf. Somit kann an dieser Stelle eventuell anfallendes Öl zurück in den Kanal 6 und von diesem zurück in den Abscheideraum 5 laufen.
Am Austrittsquerschnitt zweigen vom Sammelraum 7 mindestens zwei Überleitkanäle 9 ab. Die Überleitkanäle 9 gehen jeweils in eine Stufenbohrung 10 über, die in das Ansaugrohr 4 mündet. Diese Stufenbohrungen 10 sind jeweils ausgehend vom Flansch des Ansaugrohrs 4 her bearbeitbar. Die Blow-By-Gase werden vom Sammelraum 7 über die Überleitkanäle 9 und die Stufenbohrungen 10 weiter in das Ansaugrohr 4 geleitet. Die Verteilung auf die einzelnen Einleitkanäle 14 erfolgt im Ansaugrohr 4 in der Flanschebene zum Zylinderkopf 3, siehe hierzu auch die Darstellung in 5. Dabei kann die Verteilung auf die einzelnen Zylinder durch entsprechende Querschnittsgestaltung und Auslegung der beiden Drosseln beeinflusst werden.
Die bisher beschriebene Ausführung betrifft Brennkraftmaschinen mit Saugrohrbetrieb.
Bei einer Anwendung für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader weisen die den Überleitkanälen 9 zugeordneten Stufenbohrungen 10 jeweils zusätzlich ein (in der Zeichnung nicht näher dargestelltes) Rückschlagventil mit einer Drossel auf, weil im Aufladebetrieb im Ansaugrohr 4 Überdruck vorliegt. In diesem Fall ist eine weitere Einleitstelle auf der Saugseite der (bzw. des) Aufladeaggregate(s) notwendig. Dies wird beispielsweise erreicht, indem im Zylinderkopf 3 ausgehend vom Überleitkanal 9 ein weiterer Kanal 11 ausgestaltet ist, der mit einer zusätzlichen Stelle zur Einleitung von Blow-By-Gasen in das Ansaugsystem in Wirkverbindung steht. Dieser weitere Kanal 11 erstreckt sich – wie aus 1 und 6 ersichtlich – in Fortsetzung der Kontur vom Überleitkanal 9. Der Kanal 11 kann jedoch auch andere Konturverläufe aufweisen.
Gemäß 7 geht der weitere Kanal 11 unabhängig von seiner jeweils konkreten Kontur in einen Kanal 12 über, der in der Zylinderkopfhaube 13 ausgestaltet ist. Im weiteren Strömungsverlauf ist der Austrittsquerschnitt vom Kanal 12 mit dem Ansaugrohr 4 eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Abgasturboladers verbunden. Diese Verbindung wird durch eine Schlauchverbindung 15 realisiert. Diese lediglich kurze Schlauchverbindung 15 ist das einzige von außen sichtbare Detail der gesamten Führung für die Blow-By-Gase zwischen Kurbelraum 1 und Ansaugrohr 4.
Unabhängig von der jeweils konkreten Modifizierung der erfindungsgemäßen technischen Lösung wird durch die fast vollständige Führung der Blow-By-Gase innerhalb von Bauteilen der Brennkraftmaschine, durch die großen realisierbaren Querschnitte und durch die hohen Betriebstemperaturen der an der Führung beteiligten Bauteile sowohl eine optimale Nutzung des verfügbaren Bauraums als auch eine große Einfriersicherheit erzielt.

Claims

Brennkraftmaschine mit Rückführung von Blow-By-Gasen im geschlossenen System, wobei die Blow-By-Gase ausgehend vom Kurbelraum durch jeweils miteinander in Wirkverbindung stehende und im Zylinderkurbelgehäuse, im Zylinderblock und im Zylinderkopf ausgestaltete Strömungskanäle dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsverlauf nach dem Kurbelraum (1) ein Abscheideraum (5) angeordnet ist, der über einen Kanal (6) mit einem Sammelraum (7) verbunden ist, von dem mindestens zwei Überleitkanäle (9) abzweigen, die jeweils in eine Stufenbohrung (10) übergehen, die in ein Ansaugrohr (4) des Ansaugsystems mündet, wobei der Sammelraum (7) als eine nach oben offene Rinne ausgestaltet und vom Zylinderkopf (3) abdeckbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blow-By-Gase aus dem Kurbelraum (1) seitlich hinter dem zweiten Lagerstuhl entnommen und dem Abscheideraum (5) zugeführt werden.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abscheideraum (5) mehrere Prallflächen (16) labyrinthartig angeordnet sind, wobei im Strömungsweg der Blow-By-Gase ausgehend von deren Eintritt (17) in den Abscheideraum (5) zunächst eine Grobölfalle (18) ausgestaltet ist, der sich ein Abschnitt zur Feinölabscheidung (20) anschließt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grobölfalle (18) und dem Abschnitt zur Feinölabscheidung (20) jeweils ein Kanal (19; 21) zur Ölrückführung zugeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (6) zwischen dem Abscheideraum (5) und dem Sammelraum (7) als ein im Zylinderblock (2) gegossener Kanal (6) ausgestaltet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (7) an einem Eintrittsquerschnitt des Kanals (6), welcher den Abscheideraum (5) mit dem Sammelraum (7) verbindet, eine schräg verlaufende Bodenkontur (8) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Überleitkanälen (9) zugeordneten Stufenbohrungen (10) jeweils ausgehend vom Flansch des Ansaugrohrs (4) her bearbeitbar sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Überleitkanälen (9) zugeordneten Stufenbohrungen (10) jeweils ein Rückschlagventil mit einer Drossel aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (3) ausgehend vom Überleitkanal (9) ein weiterer Kanal (11) ausgestaltet ist, der mit einer zusätzlichen Stelle zur Einleitung von Blow-By-Gasen in das Ansaugsystem in Wirkverbindung steht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kanal (11) im Zylinderkopf (3) in einen in der Zylinderkopfhaube (13) ausgestalteten Kanal (12) übergeht, dessen Austrittsquerschnitt mit einem Ansaugrohr (4) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Austrittsquerschnitt vom Kanal (12) und dem Ansaugrohr (4) eine Schlauchverbindung (15) angeordnet ist.