DE202014003301U1

DE202014003301U1 - Lüftungssystem

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Publication number: DE202014003301U1
Application number: DE202014003301.3U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2024-04-18
Also published as: US20170037752A1; CN106232954A; US9988957B2; WO2015158819A1; DE112015001827T5; CN106232954B

Abstract

Lüftungssystem zur Entlüftung und zur Belüftung eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugtrakt und einem im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter, mit einem Ölabscheider zum Abscheiden von Öl und/oder Ölnebel aus Blow-By-Gasen mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass, einer mit mindestens einem der Einlässe des Ölabscheiders verbundenen Zuleitung für Blow-By-Gase, einer ersten Leitung zur Verbindung des mindestens einen Auslasses des Ölabscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors vor dem Verdichter, einer zweiten Leitung zur Verbindung des mindestens einen Auslasses des Ölabscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors nach dem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Belüftungsleitung vorgesehen ist, die die erste Leitung mit einem Bauteil des Verbrennungsmotors verbindet, und eine zweite Belüftungsleitung vorgesehen ist, die die zweite Leitung mit dem Bauteil verbindet, und die erste Leitung, die zweite Leitung, die erste Belüftungsleitung und die zweite Belüftungsleitung derart ausgebildet sind, dass in einem ersten Lastbetrieb des Verbrennungsmotors Blow-By-Gase vom Auslass des Ölabscheiders über die erste Leitung zum Ansaugtrakt strömen und Gase vom Ansaugtrakt über die zweite Leitung und die zweite Belüftungsleitung zu dem Bauteil strömen und dass in einem zweiten Lastbetrieb des Verbrennungsmotors Blow-By-Gase vom Auslass des Ölabscheiders über die zweite Leitung zum Ansaugtrakt strömen und Gase vom Ansaugtrakt über die erste Leitung und die erste Belüftungsleitung zu dem Bauteil strömen, wobei der Verbrennungsmotor im ersten Lastbetrieb eine höhere Leistung erbringt als im zweiten Lastbetrieb.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüftungssystem zur Entlüftung und zur Belüftung eines Verbrennungsmotors. Derartige Lüftungssysteme werden insbesondere zur Entlüftung und zur Belüftung eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Zylinderkopfhaube und einen Verbrennungsmotor, die ein erfindungsgemäßes Lüftungssystem enthalten.
Lüftungssysteme wie oben genannt werden insbesondere, jedoch nicht nur, zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses in Verbrennungsmotoren eingesetzt. Im Folgenden wird die Erfindung daher beispielhaft an der Entlüftung und Belüftung eines Kurbelgehäuses beschrieben. Die dort anfallenden Blow-by-Gase (Durchblasgase) werden üblicherweise aus Umweltschutzgründen rückgeführt, beispielsweise in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors. Hierzu wird das Kurbelgehäuse entlüftet. Andererseits ist aus Umweltschutzgründen der Druck im Kurbelgehäuse in sehr engen Grenzen zu halten; beispielsweise darf im Kurbelgehäuse kein Überdruck gegenüber dem atmosphärischen Druck auftreten, um ein Entweichen der Blow-by-Gase in die Umwelt zu verhindern. Andererseits darf der Kurbelgehäusedruck einen Mindestinnendruck nicht unterschreiten, so dass unter bestimmten Betriebsbedingungen, bei denen nur geringe Mengen an Blow-by-Gasen anfallen, das Kurbelgehäuse sogar belüftet werden muss.
Eine Belüftung des Kurbelgehäuses mit Frischluft hat weiterhin den Vorteil, dass die Blow-by-Gase verdünnt werden. Sie hilft auch dabei, bei Anfall geringer Mengen an Blow-by-Gasen diese Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse herauszuführen. Dies ist insbesondere wichtig, da in Blow-by-Gasen Stickoxide enthalten sind, die zu einer Alterung des Motoröls führen. Eine kontrollierte Belüftung des Kurbelgehäuses verzögert folglich auch die Alterung des Motoröls.
Die Entlüftung des Kurbelgehäuses ebenso wie seine Belüftung müssen nicht unmittelbar am Kurbelgehäuse erfolgen. Vielmehr kann aus unterschiedlichen Gründen das Blow-by-Gas beispielsweise durch den Zylinderkopf und die Zylinderkopfhaube geführt werden. Für diesen Fall stehen diese Bauteile, wie Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube, in fluidischer Kommunikation mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses. Zur Entlüftung und Belüftung können dann die Blow-by-Gase aus dem Zylinderkopf oder auch aus der Zylinderkopfhaube abgezogen werden. Auch die Belüftung kann über die Zylinderkopfhaube oder den Zylinderkopf oder ein weiteres mit dem Kurbelgehäuse in fluidischer Kommunikation stehendes Bauteil erfolgen.
Die Druckverhältnisse sowohl im Kurbelgehäuse als auch im Ansaugtrakt sind sehr stark von dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängig. Insbesondere kann der Betriebszustand eines Verbrennungsmotors exemplarisch in die beiden Zustände Volllastbetrieb und Teillastbetrieb unterschieden werden. Zur Unterscheidung von Volllastbetrieb und Teillastbetrieb eignen sich nun verschiedene Kriterien, die jeweils in Abhängigkeit von den Anforderungen angewandt werden können. So kann Volllast als Betrieb mit maximalem Drehmoment und Teillast als Betrieb im Leerlauf unterschieden werden. Ein weiteres mögliches Unterscheidungskriterium ist, dass im Volllastbetrieb die Drosselklappe komplett geöffnet ist, während sie im Teillastbetrieb komplett geschlossen oder nur geringfügig bzw. teilweise geöffnet ist. Ein weiteres mögliches Kriterium ist, dass der Verdichter des Motors im Volllastbetrieb in Betrieb ist.
Für diese unterschiedlichen Druckverhältnisse muss jeweils dafür vorgesorgt sein, dass die Belüftung und Entlüftung des Kurbelgehäuses die Druckverhältnisse im Kurbelgehäuse innerhalb der zulässigen Grenzen hält und andererseits anfallende Blow-by-Gase hinreichend in den Ansaugtrakt überführt werden.
Hinzu kommt hier, dass die entlüfteten Blow-by-Gase zusätzlich vor Rückführung in den Ansaugtrakt von Ölnebel und Öltröpfchen gereinigt werden müssen.
Im Stand der Technik werden daher für die unterschiedlichen Druckverhältnisse bei Teillast und Volllast teilweise getrennte Entlüftungseinrichtungen vorgesehen. Insbesondere werden unterschiedliche Ölabscheider zur Verfügung gestellt, die jeweils die Blow-by-Gase bei Teillast- bzw. bei Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors von Ölnebel und Öltröpfchen befreien.
Die doppelte Anordnung sowohl der für die Entlüftung erforderlichen Bauteile als auch der für die Belüftung erforderlichen Bauteile, wie Ölabscheider, Blow-by-Gas-Bypass um den Ölabscheider, Drainagevorrichtungen, Auslässe und Verschlauchungen, etc. führt dazu, dass im Stand der Technik für die Kurbelgehäuseentlüftung und Kurbelgehäusebelüftung eine Vielzahl von Bauteilen erforderlich ist. Daraus folgt ein hoher Werkzeugaufwand zur Herstellung dieser Bauteile, ein hoher Montageaufwand sowohl beim Hersteller als auch bei der Endmontage und eine sehr hohe Zahl von Verschlauchungen. Die damit verbundenen Kosten sind daher ebenfalls erheblich.
Ein derartiger Stand der Technik ist beispielsweise in der DE 20 2004 011 882 U1 dargestellt. In diesem Stand der Technik ist ein Kurbelgehäuse mit einem Ölabscheider und einem Resonatorraum verbunden. Ausgehend von dem Resonatorraum führen zwei Leitungen zum Ansaugtrakt des Motors, wobei eine der Leitungen vor einem Turbolader und die andere Leitung hinter dem Turbolader in Durchflussrichtung der Frischluft gesehen in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors münden.
Bei diesem Stand der Technik erfolgt die Belüftung des Verbrennungsmotors über eine Belüftungsleitung, die hinter dem Turbolader von dem Ansaugtrakt abzweigt und in den Zylinderkopf führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lüftungssystem zur Entlüftung und zur Belüftung eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, das einen optimierten Bauraumbedarf, optimierte Kosten, eine verringerte Anzahl an Komponenten, einen vereinfachten und verkürzten Montageaufwand, geringere Werkzeugkosten und -komplexität und/oder eine erhöhte Integrationstiefe aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zylinderkopfhaube und einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Lüftungssystem zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Lüftungssystem nach Anspruch 1, die Zylinderkopfhaube nach Anspruch 10 sowie den Verbrennungsmotor nach Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lüftungssystems werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Lüftungssystem zur Verfügung gestellt, das zur Entlüftung und zur Belüftung eines Verbrennungsmotors geeignet ist. Insbesondere dient es zur Entlüftung von Blow-by-Gasen und letztlich zur Belüftung eines Verbrennungsmotors, wobei jedoch das Lüftungssystem nicht unmittelbar mit dem Kurbelgehäuse verbunden sein muss. Das Lüftungssystem kann auch entfernt vom Kurbelgehäuse eingesetzt werden und ein anderes Bauteil des Verbrennungsmotors entlüften und gegebenenfalls ein weiteres anderes oder dasselbe Bauteil des Verbrennungsmotors belüften, solange das jeweilige Bauteil mit dem Kurbelgehäuse in fluidischer Kommunikation steht. Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Lüftungssystem beispielsweise vollständig in eine Zylinderkopfhaube zu integrieren, wenn die Blow-by-Gase vom Kurbelgehäuse zur Zylinderkopfhaube geführt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine entsprechend ausgestaltete Zylinderkopfhaube und einen Verbrennungsmotor, der eine entsprechend ausgestaltete Zylinderkopfhaube bzw. ein entsprechend ausgestaltetes Lüftungssystem enthält.
Erfindungsgemäß weist das Lüftungssystem einen Ölabscheider zum Abscheiden von Öl und/oder Ölnebel aus Blow-by-Gasen auf. Dieser weist mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass auf. Der Auslass kann jedoch auch zweigeteilt sein oder mehrere Teilauslässe aufweisen. Im Folgenden wird lediglich ein Auslass beschrieben. Wie jedoch aus den Figuren hervorgehen wird, können die sich an den Ölabscheider anschließenden Verschlauchungen auch an getrennte Einlass- oder Auslassstutzen angeschlossen werden.
Der Einlass des Ölabscheiders ist mit einer Zuleitung für Blow-by-Gase verbunden, über die dem Ölabscheider die Blow-by-Gase zugeführt werden. Der Auslass (oder die Auslässe) ist (sind) weiterhin in zwei Weisen mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbunden. Zum einen ist der Auslass (oder einer der Teilauslässe) des Ölabscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors (in Strömungsrichtung der angesaugten Frischluft gesehen) vor dem Verdichter verbunden. Zum anderen ist mit einer zweiten Leitung der Auslass (oder einer der Teilauslässe) mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors (in Strömungsrichtung der angesaugten Frischluft gesehen) nach dem Verdichter und insbesondere nach der Drosselung des Frischluftstroms, insbesondere durch eine Drosselklappe, verbunden. Als Verdichter werden in der Motortechnik beispielsweise Kompressoren oder Abgasturbolader, eingesetzt. Auf diese Beispiele ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt.
Im Unterschied zum oben genannten Stand der Technik DE 20 2004 011 882 U1 sind nun bei der vorliegenden Erfindung zwei Belüftungsleitungen vorgesehen. Die erste Belüftungsleitung verbindet die erste Leitung, die vor dem Verdichter in den Ansaugtrakt mündet, mit dem zu belüftenden Bauteil. Weiterhin ist eine zweite Belüftungsleitung vorgesehen, die die zweite Leitung, die hinter dem Verdichter und nach der Drosselung des Frischluftstroms, beispielsweise hinter einer Drosselklappe, in den Ansaugtrakt mündet, mit dem Bauteil verbindet. Beide Leitungen dienen der Belüftung eines Bauteils, das in fluidischer Verbindung mit dem Kurbelgehäuseinnenraum steht. Dies kann dasselbe Bauteil sein wie dasjenige, aus dem die Blow-by-Gase zum Ölabscheider geführt werden, oder auch ein anderes Bauteil sein. Als Bauteile kommen jeweils das Kurbelgehäuse, der Zylinderkopf oder die Zylinderkopfhaube in Frage.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Zahl der Komponenten stark verringert wird, und damit auch die Werkzeugkomplexität und die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn sämtliche beschriebenen Elemente in die Ventilhaube integriert werden. Zum anderen ist eine Vormontage des gesamten Lüftungssystems möglich, so dass sich der Endmontageaufwand verringert. Insgesamt wird bei einer Zylinderkopfhaube, die den Ölabscheider, die erste Leitung, die zweite Leitung, die erste Belüftungsleitung und die zweite Belüftungsleitung integriert, ein hoher Kostenvorteil gegenüber den Lösungen im Stand der Technik erzielt.
Erfindungsgemäß sind nun die erste Leitung, die zweite Leitung, die erste Belüftungsleitung und die zweite Belüftungsleitung derart ausgebildet, dass in einem ersten Lastbetrieb, insbesondere dem Volllastbetrieb, die Blow-by-Gase vom Auslass (oder einem der Teilauslässe) des Ölabscheiders über die erste Leitung zum Ansaugtrakt in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen vor dem Verdichter strömen und Gase vom Ansaugtrakt über die zweite Leitung, d. h. nach dem Verdichter, und über die zweite Belüftungsleitung zu dem zu belüftenden Bauteil strömen. Bei Volllast bedeutet dies, dass der vor dem Verdichter vorliegende Unterdruck zur Entlüftung des Kurbelgehäuses genutzt wird und die zweite Leitung und die zweite Belüftungsleitung verwendet werden, um den hohen Druck im Ansaugtrakt nach dem Verdichter zu nutzen, um ein Motorbauteil, insbesondere letztlich das Kurbelgehäuse, zu belüften.
Erfindungsgemäß ist nun das Lüftungssystem weiterhin so ausgestaltet, dass in einem zweiten Lastbetrieb, insbesondere im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors, Blow-by-Gase vom Auslass (oder einem der Teilauslässe) des Ölabscheiders über die zweite Leitung zum Ansaugtrakt in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen hinter dem Verdichter und der Drosselklappe strömen und Gase vom Ansaugtrakt über die erste Leitung und die erste Belüftungsleitung zu dem Bauteil geführt werden. Bei diesem Betrieb wird nun, da der Verdichter keinen Überdruck aufbaut, der im Ansaugtrakt hinter der Drosselklappe anliegende Unterdruck genutzt, um das Bauteil und damit das Kurbelgehäuse zu entlüften. Zugleich wird die erste Leitung und die erste Belüftungsleitung genutzt, um den Druck im Ansaugtrakt in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen vor dem Verdichter zu verwenden, um das Bauteil und letztlich das Kurbelgehäuse zu belüften.
Wie vorbeschrieben, werden die für die Entlüftung zu führenden Gase und die für die Belüftung zu führenden Gase in zwei verschiedenen Betriebsmodi des Verbrennungsmotors unterschiedlich geführt. Insbesondere sind die beiden Betriebsmodi dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Lastbetrieb der Verbrennungsmotor eine höhere Leistung erbringt als im zweiten Lastbetrieb. Besonders vorteilhafte Ausführungen sind dabei, wenn der erste Lastbetrieb ein Volllastbetrieb und der zweite Lastbetrieb ein Teillastbetrieb ist. Die oben gegebenen Definitionen für Volllastbetrieb und Teillastbetrieb können hier jeweils wahlweise eingesetzt werden. Eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der Definition des ersten Betriebs und des zweiten Betriebs wird in Anspruch 4 durch konkrete Druckverhältnisse in dem Verbrennungsmotor gegeben. Die in Anspruch 4 angegebenen Druckverhältnisse beziehen sich dabei immer auf den Außendruck als Referenzdruck, insbesondere auf atmosphärischen Druck als Referenzdruck.
Durch die zusätzlichen zwei Belüftungsleitungen, die die erste Leitung bzw. die zweite Leitung als Belüftungsleitung mit einem zu belüftenden Bauteil verbinden, können nun in den beiden verschiedenen Lastbetriebszuständen des Motors die erste Leitung und die zweite Leitung unterschiedlich verwendet werden. Bei Volllastbetrieb dient die erste Leitung der Entlüftung und die zweite Leitung der Belüftung, während im Teillastbetrieb die zweite Leitung der Entlüftung und die erste Leitung der Belüftung dient. Folglich ist es möglich, mit einer geringeren Zahl an Bauelementen und Verschlauchungen sowohl die Entlüftung als auch die Belüftung in allen Betriebsarten des Verbrennungsmotors zu realisieren.
Insbesondere wird vorteilhafterweise lediglich ein Ölabscheider benötigt, der in sämtlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors für eine hinreichende Abtrennung von Ölnebel und Öltröpfchen aus den Blow-by-Gasen des Verbrennungsmotors sorgt.
Insgesamt ist damit also die Zahl der Bauelemente verringert, wodurch sich ein geringerer Bauraum, geringere Kosten, geringerer Montageaufwand, geringere Werkzeuganzahl und geringere Werkzeugkomplexität und insgesamt eine erhöhte Integrationstiefe ergeben.
Zur Regelung der verschiedenen Fluidströme in dem ersten Lastbetrieb und dem zweiten Lastbetrieb können in die jeweiligen Leitungen Ventile und/oder Drosseln eingesetzt werden. Vorteilhafterweise wird in der ersten Leitung in Strömungsrichtung des Gases im ersten Lastbetrieb, vor dem Abzweig der ersten Belüftungsleitung ein erstes Ventil angeordnet, das bei einem Druckunterschied zwischen dem Ausgang des Ölabscheiders und dem Ansaugtrakt vor dem Verdichter von > 0 bar öffnet. Dies bedeutet, dass das Ventil im ersten Lastbetrieb öffnet, so dass die erste Leitung zur Absaugung der gereinigten Blow-by-Gase im ersten Lastbetrieb dient.
Weiterhin kann in der zweiten Leitung in Strömungsrichtung des Gases im zweiten Lastbetrieb, vor dem Abzweig der zweiten Belüftungsleitung ein zweites Ventil angeordnet werden, das bei einem Druckunterschied zwischen dem Ausgang des Ölabscheiders und dem Ansaugtrakt nach dem Verdichter von > 0 bar öffnet. Damit öffnet das Ventil im zweiten Lastbetrieb bei einem Unterdruck des Ansaugtraktes gegenüber dem Ausgang des Ölabscheiders, so dass die zweite Leitung zur Entlüftung des Ölabscheiders dient.
Weiterhin kann in der ersten Belüftungsleitung nach dem Abzweig von der ersten Leitung ein erstes Belüftungsventil angeordnet werden, das dann geöffnet ist, wenn das oben genannte erste Ventil geschlossen ist, und das dann geschlossen ist, wenn das erste Ventil geöffnet ist. Dadurch wird bewirkt, dass, wenn die erste Leitung der Entlüftung dient, die erste Belüftungsleitung verschlossen ist und nicht gleichzeitig die gereinigten Blow-by-Gase aus dem Ölabscheider am Ansaugtrakt vorbei direkt in Richtung des Kurbelgehäuses zurückgeführt werden.
In entsprechender Weise kann in der zweiten Belüftungsleitung nach dem Abzweig von der zweiten Leitung ein zweites Belüftungsventil angeordnet werden, das dann geöffnet ist, wenn das zweite Ventil geschlossen ist, und das dann geschlossen ist, wenn das zweite Ventil geöffnet ist. Hierdurch wird verhindert, dass im zweiten Lastbetrieb ausgehend von dem Ausgang des Ölabscheiders das gereinigte Blow-by-Gas über die zweite Belüftungsleitung in Richtung des Kurbelgehäuses rückgeführt wird.
Die genannten Ventile arbeiten folglich vorteilhafterweise ohne eine Vorspannung und schalten jeweils bei Eintritt der gleichen Druckbedingungen gleichzeitig bzw. weitgehend gleichzeitig miteinander.
Weiterhin können in den Leitungen Druckregelvorrichtungen eingesetzt werden. Als Druckregelvorrichtungen eignen sich Drosseln, Druckregelventile, Blenden oder andere Druckregelvorrichtungen. Diese werden dazu verwendet, den Druck im Kurbelgehäuse derart zu regulieren, dass die erforderlichen Bedingungen in allen Betriebszuständen des Motors eingehalten werden. Da der Druck im Kurbelgehäuse durch den Ansaugunterdruck und den Druck der Blow-by-Gase bestimmt wird, kann durch entsprechende Druckregeleinrichtungen in den verschiedenen Leitungen eine geeignete Einstellung des Drucks im Kurbelgehäuse realisiert werden. Insbesondere eignen sich hierzu Druckregelvorrichtungen in der zweiten Leitung und der zweiten Belüftungsleitung.
Vorteilhafterweise weist der Ölabscheider des Lüftungssystems nicht nur im Volllastbetrieb einen Durchfluss der Blow-by-Gase auf, sondern auch in jedem weiteren Zustand, insbesondere im Teillastzustand. Hierdurch wird eine gesicherte Abführung der Blow-by-Gase und eine gesicherte Abscheidung von Ölnebel und Öltröpfchen aus den Blow-by-Gasen gewährleistet.
Für das erfindungsgemäße Lüftungssystem eignet sich insbesondere ein Ölnebel- und Öltröpfchen-Abscheider, der mindestens ein Abscheideelement mit einem Abscheidegehäuse aufweist. Zwischen Einlass und Auslass weist das Gehäuse zumindest bereichsweise die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes auf. Die Grundfläche dieses Kegelstumpfes ist zumindest teilweise durch eine elastische Membran verschlossen, die derart ausgebildet ist, dass sie auf der Innenseite des Kegelstumpfes zumindest abschnittsweise abrollen kann. In den Kegelstumpfbereich des Gehäuses sind Öffnungen (Durchlässe) eingebracht, die den Innenraum des kegelstumpfförmigen Bereichs mit dem Außenraum verbinden und daher Auslässe darstellen. Diese Auslässe können nun je nach Druckverhältnissen zwischen dem Innenraum des kegelstumpfförmigen Bereichs und dem Außenraum auf der gegenüberliegenden Seite der elastischen Membran durch die elastische Membran verschlossen oder freigegeben werden, indem die Membran auf der Innenseite des kegelstumpfförmigen Bereichs des Gehäuses abrollt. Bei hohem Druckunterschied zwischen den Blow-by-Gasen und dem Außenraum wird die elastische Membran sich weitgehend aus dem kegelstumpfförmigen Bereich zurückziehen und so die in dem Gehäuse in diesem Bereich eingebrachten Durchgangsöffnungen freigeben. Je höher der Druckunterschied ist, desto größere Bereiche des mantelförmigen Bereichs werden freigegeben. Sind die Durchgangsöffnungen in Richtung der Mittelachse des mantelförmigen Bereichs nacheinander angeordnet, so erfolgt bei steigendem Druckunterschied zunehmend eine Freigabe von weiteren Durchflussöffnungen. Hierdurch ist es möglich, auch hohe Blow-by-Gasströme gesichert durch den Ölabscheider zu führen. Zum anderen ist bei geringem Blow-by-Gasstrom und geringem Druckunterschied die bewegliche Membran weitgehend auf der Innenseite des kegelstumpfförmigen Bereichs abgerollt, und daher sind die meisten Durchflussöffnungen verschlossen.
Vorteilhafterweise kann die bewegliche Membran jedoch nicht derart weitgehend abrollen, dass sämtliche Durchflussöffnungen verschlossen werden. Dadurch wird gewährleistet, dass in jedem Falle eine Entlüftung des Kurbelgehäuses durchgeführt wird. Der erfindungsgemäße Ölabscheider ermöglicht es so, auf einen zusätzlichen Bypass zu verzichten.
Die Abscheidung des Ölnebels und der Öltröpfchen erfolgt dabei in den Durchlässen beim Durchströmen der Blow-by-Gase. Aufgrund der Verengung des Gasstroms und der schlagartigen Erweiterung am Ende der Durchlässe bzw. aufgrund des Druckabfalls längs der Durchlässe werden die Öltröpfchen und der Ölnebel abgeschieden. Es ist jedoch auch möglich, in einen, mehrere oder sämtliche Durchlässe zusätzliche Ölabscheidehilfselemente zur Erhöhung des Abscheidegrades anzuordnen.
Das Abscheideelement des erfindungsgemäßen Ölabscheiders weist also beispielsweise ein Gehäuse auf, das einen Innenraum definiert und umschließt. Dieser Innenraum besitzt einen druckseitigen Einlass, wobei in der Gehäusewand mindestens eine Öffnung angeordnet ist, die den Innenraum mit der Außenseite verbindet und an der beim Durchtritt der Blow-By-Gase Öl und Ölnebel abgeschieden werden. Erfindungsgemäß weist nun der Ölabscheider eine elastisch bewegliche Membran auf, die in Abhängigkeit von dem in dem Innenraum herrschenden Innendruck und einem Referenzdruck die mindestens eine Öffnung verschließen bzw. öffnen kann. Als Referenzdruck ist dabei jeder beliebige Druck möglich, insbesondere jedoch der Atmosphärendruck. In Abhängigkeit davon, ob in dem Innenraum der Druck höher als der Referenzdruck ist oder niedriger als der Referenzdruck ist, wird die Öffnung geöffnet, bzw. verschlossen, so dass der Druck in dem Innenraum 11 nie über den Referenzdruck steigen kann.
Durch geeignete Wahl des Referenzdrucks ist es jedoch damit möglich, dass der Innenraum immer einen bestimmten Druck unterhalb oder im Bereich des Referenzdrucks einnimmt.
Als elastische Membran eignet sich insbesondere eine Rollmembran, die auf ihrer ersten Seite dem Innenraum zugewandt und auf der anderen Seite mit dem Referenzdruck beaufschlagt ist. Sie ist so angeordnet, dass sie auf der Innenseite des Gehäuses abrollen kann. Beim Abrollen wird dann die in der Gehäusewand angeordnete Auslassöffnung verdeckt. Beim Aufrollen der Membran wird die Öffnung freigegeben, so dass der Durchlass geöffnet wird.
Eine Rollmembran hat den Vorteil, dass nur eine geringe Abhebekraft erforderlich ist, um eine zuvor verschlossene Öffnung wieder freizugeben. Insbesondere ist der Schaltpunkt der Membran zum Öffnen bzw. zum Schließen nahezu gleich. Das Abrollverhalten der Membran wird beeinflusst durch die geeignete Wahl der Dicke der Membran sowie des Materials (beispielsweise Fluorsilikon, Fluorkautschuk, NBR oder HNBR), aus dem die Membran besteht. Dessen Elastizität, Nachgiebigkeit oder auch Haftneigung auf der Innenseite des Gehäuses beeinflussen den Öffnungs- und Schließvorgang ebenso wie die Geometrie der Membran bzw. des Gehäuses. Die Steifigkeit der Membran kann sich dahingehend auswirken, dass das Abrollverhalten gedämpft wird, insbesondere kann sie zu einer Verzögerung des Beginns eines Abrollvorgangs führen.
Besonders vorteilhaft kann das Gehäuse des Abscheideelementes, zumindest bereichsweise, die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfs aufweisen. Auch die Membran kann in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes oder eines Kegels hergestellt werden. In diesem Falle ist es möglich, die Grundfläche des Kegelstumpfes des Gehäuses mit der Membran zu verschließen, so dass diese auf der Innenseite des Gehäuses in Richtung der Spitze des Kegels bzw. Kegelstumpfes abrollen kann. Bei diesem Abrollvorgang werden dann mögliche Auslassöffnungen in der Gehäusewandung verschlossen.
Der Öffnungswinkel der Kegelstumpfform beträgt dabei vorteilhafterweise zwischen 0° und 90°, vorteilhafterweise zwischen 35° und 55°, und besonders vorteilhafterweise ungefähr 45°.
Das Gehäuse in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes kann besonders vorteilhaft nicht nur einteilig, sondern auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein. In diesem Falle kann es beispielsweise zwei Gehäuseschalen aufweisen, die die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweisen und ineinandersteckbar sind. Die einander zugeordneten Auslassöffnungen der einzelnen Schalen können dabei unterschiedlich ausgebildet sein, so dass es möglich ist, die durch beide Schalen hindurchgehenden Auslassöffnungen des Gehäuses in ihrer Durchströmungsrichtung unterschiedlich zu gestalten. Die äußere Schale dieses zweischaligen Aufbaus kann beispielsweise einteilig mit dem Rest des Gehäuses hergestellt sein, während die zweite innere Schale in die Außenschale eingesetzt wird. Nur eine der Schalen muss dabei einteilig sein, die andere(n) können aus einem umlaufenden Kegelabschnitt oder aus beispielsweise von oben nach unten oder schräg verlaufenden Streifen bestehen, wobei die weiteren Schalenteile vorteilhafterweise dieselben Öffnungen wie die einteilige Schale aufweisen.
Vorteilhafterweise ist es möglich, die Membran mit einer Vorspannung zu beaufschlagen, die die Membran bei Gleichheit von Innendruck des Ventils und Referenzdruck offen hält oder auch geschlossen hält. Um eine solche Vorspannung auf die elastische Membran aufzubringen, kann ein elastisches Element, insbesondere eine elastische Feder verwendet werden, die auf die Membran eine Zug- oder Druckkraft ausübt.
Unterschreitet (überschreitet) der Druck des Innenraums den Referenzdruck, so beginnt die Membran, sich aufzurollen (abzurollen), so dass dann der Ventilinnendruck absinkt (steigt) und die Membran wieder über die Auslassöffnungen abrollt bis sich ein Kräftegleichgewicht einstellt, das nicht nur von den Druckverhältnissen, sondern auch von den Membraneigenschaften beeinflusst wird. Dies wiederholt sich zyklisch, so dass im Normalfall die Membran um die Auslassöffnungen auf- bzw. abrollt. Dabei können mehrere Auslassöffnungen nacheinander in Aufroll- bzw. Abrollrichtung, d. h. in axialer Richtung der Kegelstumpfform angeordnet sein. Dies führt dazu, dass die Membran mit zunehmendem Aufrollen immer mehr Öffnungen freigibt und dadurch den Strömungswiderstand und den Druckabfall über die Auslassöffnungen verringert. Hierdurch ist ein weiterer Abbau des Innendruckes möglich. Insbesondere, wenn auf der Innenseite ein sehr hoher Gasstrom ansteht, kann die Rollmembran sich vollständig zurückziehen und sämtliche Auslassöffnungen freigeben. Diese können dabei so gestaltet sein, dass mit zunehmender Öffnung des Ventils solche Öffnungen freigegeben werden, die einen geringeren Strömungswiderstand bzw. Druckabfall aufweisen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Öffnungen zunehmend einen größeren Durchmesser aufweisen.
Auch längs des Umfangs der Kegelstumpfform kann eine Vielzahl von Öffnungen angeordnet sein, die bei gleichem Abstand zur Grundfläche der Kegelstumpfform vorzugsweise gleich ausgebildet sind.
Zur Verbesserung der Ölabscheidung können in ein oder mehrere der Auslassöffnungen Ölabscheidehilfselemente integriert werden. Damit wird die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Saugseite noch besser zur Abscheidung von Öl verwendet. Als solche Ölabscheidehilfselemente können schneckenförmige Segmente verwendet werden, wie sie beispielsweise in den Offenlegungsschriften DE 10 2004 011 176 A1 und DE 10 2004 037 157 A1 beschrieben werden. Die Offenbarung bezüglich der Form derartiger schneckenförmiger Segmente in diesen deutschen Offenlegungsschriften wird hiermit vollständig in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Die dem Einlass des Ventils nächstliegenden Öffnungen können insbesondere mit Ölabscheidehilfselementen versehen sein. Die der Grundfläche der Mantelform nächstliegenden Öffnungen können mit Ölabscheidehilfselementen mit geringerem Strömungswiderstand oder auch ganz ohne Ölabscheidehilfselemente ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Bypass-Funktion über die letzten zu öffnenden Öffnungen in dem Gehäuse des Ventils realisiert.
Im Folgenden werden nun einige Beispiele für erfindungsgemäße Lüftungssysteme, Ventilhauben und Verbrennungsmotoren gegeben. In diesen Beispielen werden für gleiche und ähnliche Elemente gleiche und ähnliche Bezugszeichen verwendet, sodass eine Beschreibung dieser Elemente ggf. nicht wiederholt wird. Die folgenden Beispiele weisen eine Vielzahl von Merkmalen der vorliegenden Erfindung und eine Vielzahl von vorteilhaften Weiterbildungen, oftmals in Kombination miteinander auf. Jede einzelne dieser Weiterbildungen kann jedoch für sich und nicht nur in Verbindung mit den weiteren Elementen und Merkmalen des jeweiligen Beispiels zur Weiterbildung der Erfindung dienen.
Es zeigen 1 bis 7 erfindungsgemäße Lüftungssysteme und Verbrennungsmotoren.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse 2, einem Zylinderkopf 3, einer Zylinderkopfhaube 4 und einem Saugrohr 5. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Lüftungssystem nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet.
In der 1 ist weiterhin der Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors mit Luftfilter 6, Verdichter 7, Drosselklappe 8 und Ansaugleitung 30 mit den Leitungsabschnitten 30a, 30b und 30c dargestellt. Die Frischluft wird dabei über den Filter 6 und die Ansaugleitung 30a zum Verdichter geführt. Als Verdichter kann beispielsweise ein Kompressor oder ein Abgasturbolader eingesetzt werden. Die Frischluft wird vom Verdichter zur Drosselklappe 8 über das Teilstück 30b der Leitung 30 geführt und von dort über das Teilstück 30c weiter bis zum Saugrohr 5.
Das Lüftungssystem weist einen Ölabscheider 10 auf. Dieser Ölabscheider 10 besitzt einen Einlassraum 11, ein Abscheideelement 12 zur Trennung von Ölnebel und Öltröpfchen von durchgeleiteten Gasen und einen Auslassraum 13. Der Auslass 13 kann bereits als Teil der von dem Abscheideelement wegführenden Leitungen betrachtet werden.
Der Auslassraum 13 besitzt in der vorliegenden 1 zwei Auslässe, in denen jeweils ein Rückschlagventil 16 bzw. 17 angeordnet ist. An das Rückschlagventil 16 schließt sich ein erster Raum 14 und eine erste Leitung 31 an. An das Rückschlagventil 17 schließt sich ein zweiter Raum 15 und eine zweite Leitung 32 an.
Der Ölabscheider 10 ist nun über die Leitungen 31 und 32 mit der Ansaugleitung 30 verbunden. Die erste Leitung 31 mündet (in Strömungsrichtung der angesaugten Gase gesehen) vor dem Verdichter in die Ansaugleitung 30 im Abschnitt 30a. Die zweite Leitung 32 mündet (in Strömungsrichtung der angesaugten Gase gesehen) hinter dem Verdichter und hinter der Drosselklappe 8 in die Ansaugleitung 30 im Abschnitt 30c. Ausgehend von dem Raum 14 führt weiterhin eine Belüftungsleitung 33 zu der Zylinderkopfhaube 4. In entsprechender Weise führt ausgehend von dem Raum 15 eine Belüftungsleitung 34 ebenfalls zu der Zylinderkopfhaube 4. Diese Belüftungsleitungen 33, 34 sind mit den jeweiligen Räumen über Rückschlagventile 18, 19 verbunden, so dass die Gasströmungsrichtung in diesen Leitungen ausschließlich zur Belüftung der Zylinderkopfhaube 4 verwendet werden kann. Die Zylinderkopfhaube 4 steht in gasfluider Verbindung mit dem Kurbelgehäuse 2, so dass über die Leitungen 33 und 34 letztlich das Kurbelgehäuse belüftet werden kann.
Im vorliegenden Beispiel strömen die Gase, die in dem Abscheideelement 12 gereinigt werden, in einen Auslassraum 13, der in zwei Teilräume 14 und 15 übergeht. Diese Teilräume 14 bzw. 15 sind funktionell und strukturell bereits Teil der ersten Leitung 31 bzw. zweiten Leitung 32. In 1 und in den folgenden Figuren sind sie teilweise mit größerem Volumen als der Rest der Leitungen 31, 32 dargestellt. Ein solch größeres Volumen ist jedoch nicht erforderlich, wie in den 3 bis 6 ersichtlich ist.
1 stellt nun den Verbrennungsmotor mit dem erfindungsgemäßen Lüftungssystem 1 im Volllastfalle dar. Im Volllastfall liegt vor dem Verdichter in dem Teilabschnitt 30a der Ansaugleitung 30 ein Unterdruck vor, während im Abschnitt 30c hinter dem Verdichter 7 und der Drosselklappe 8 ein Überdruck herrscht. Liegt nun in dem Raum 14 als Teil der ersten Leitung 31 ein Unterdruck gegenüber dem Auslassraum 13 des Ölabscheiders 10 an, so öffnet das Einwegeventil bzw. Rückschlagventil 16 und das gereinigte Blow-by-Gas kann längs des Pfeiles C durch die Leitung 31 und dann weiter nach Durchmischung mit der von dem Luftfilter 6 kommenden Frischluft längs der Pfeile G zum Saugrohr 5 geführt werden. Der Überdruck, der durch den Verdichter 7 in dem Leitungsabschnitt 30c erzeugt wird, liegt zugleich auch in der zweiten Leitung 32, und dem Raum 15 an. Dadurch wird das Ventil 17 geschlossen und das Ventil 19 geöffnet, sodass längs der Pfeile D über die Leitung 32, deren Teilraum 15 und die Leitung 34 die Zylinderkopfhaube 4 belüftet wird.
In 1 ist weiterhin mittels des Pfeiles A die Strömungsrichtung der Blow-by-Gase vom Kurbelgehäuse 2 über den Zylinderkopf 3 in die Zylinderkopfhaube 4 dargestellt. Von dort werden diese in den Ölabscheider 10 überführt und durch den Einlassraum 11, das Abscheideelement 12 und den Auslassraum 13 letztlich zu den Leitungen 31 und 32 geführt.
2 stellt denselben Verbrennungsmotor dar, wie er in 1 dargestellt ist. Nunmehr jedoch ist der Zustand für den Teillastfall oder Leerlauffall dargestellt.
In 1 und 2 sowie in den weiteren Figuren ist der Volllastfall und der Teillastfall jeweils nur ein Beispiel für den ersten Betrieb mit erhöhter Last und den zweiten Betrieb mit verringerter Motorlast.
Im in 2 dargestellten Teillastfall werden die Blow-by-Gase ebenfalls vom Kurbelgehäuse 2 längs der Richtung des Pfeiles A über den Zylinderkopf 3 zur Zylinderkopfhaube 4 geführt und treten von dort in den Ölabscheider 10 ein.
Im Teillastfall ist der Verdichter 7 nicht im Betrieb, sodass hinter der weitgehend oder vollständig geschlossenen Drosselklappe 8 im Abschnitt 30c der Ansaugleitung 30 ein starker Unterdruck anliegt. Demgegenüber liegt in den Abschnitten 30a und 30b ein weitaus geringerer Unterdruck an, der größer ist als der Unterdruck, der in dem Auslassraum 13 vorliegt. Daher ist im dargestellten Teillastfall das Ventil 16 geschlossen, während das Ventil 17 geöffnet ist. Dies führt dazu, dass die im Ölabscheider 10 gereinigten Blow-by-Gase längs der Pfeile C durch die Leitung 32 und anschließend längs der Pfeile G durch die Leitung 30 in Richtung des Saugrohres 5 strömen. Andererseits wird über die Leitung 31 aus dem Teilabschnitt 30a der Ansaugleitung 30 Frischluft in den Raum 14 gesaugt. Da der Druck in dem Raum 14 höher ist als der Kurbelgehäusedruck, der sich vom Kurbelgehäuse 2 bis in die Zylinderkopfhaube 4 fortpflanzt, ist das Rückschlagventil 18 nun geöffnet, so dass über die Leitung 31 und den zu ihr gehörigen Raum 14 angesaugte Frischluft längs der Pfeile D durch die Leitung 33 zur Belüftung in die Zylinderkopfhaube 4 geführt wird.
Das Ventil 19 ist geschlossen, sodass durch die Leitung 34 keine Gase strömen.
Insgesamt wird durch die in den 1 und 2 dargestellte Anordnung des erfindungsgemäßen Lüftungssystems bewirkt, dass mit lediglich einem Ölabscheider und einer geringen Anzahl an Leitungen 31 bis 34 und damit Verschlauchungen sowohl im Teillastfall als auch im Volllastfall eine zuverlässige Entlüftung und Belüftung von fluidisch mit dem Kurbelgehäuse verbundenen Bauteilen erfolgt.
In den 1 und 2 ist der Ölabscheider 10 als außerhalb der Zylinderkopfhaube 4 angeordnet dargestellt.
3 und 4 zeigen einen Verbrennungsmotor entsprechend demjenigen in den 1 und 2, wobei 3 den Volllastfall und 4 den Teillastfall darstellt.
Das Lüftungssystem 1, wie es in der 3 und der 4 dargestellt ist, entspricht nahezu vollständig demjenigen der 1 und 2. Im Unterschied zu den 1 und 2 ist jedoch in der Leitung 32 vor dem Abzweig der Leitung 34 eine Drossel 21 angeordnet. Mit dieser Drossel wird im in 4 dargestellten Teillastfall der Gasstrom von dem Auslassraum 13 über die Leitung 32 begrenzt. Die Drossel dient der Begrenzung des Unterdrucks im Kurbelgehäuse. Damit kann der Druckunterschied zwischen dem Leitungsabschnitt 30c in der Ansaugleitung 30 und dem Auslassraum 13 so eingestellt werden, dass sich die für den Teillastfall benötigten Druckverhältnisse ergeben.
Für den Volllastfall, wie er in 4 dargestellt ist, ist weiterhin in der Leitung 34 zwischen dem Abzweig von der Leitung 32 und dem Ventil 19 eine Drossel 22 angeordnet, die ebenfalls für den Volllastfall die Menge an Frischluft, die längs der Pfeile D durch die Leitungen 32 und 34 zur Zylinderkopfhaube 4 fließt, begrenzt.
In den 3 und 4 ist nunmehr die Leitung 32 durchgängig ausgehend von dem Ventil 17 bis zur Einmündung in die Ansaugleitung 30 dargestellt. Auf eine Erweiterung durch einen Raum 15 wie in den 1 und 2 wurde hier verzichtet. Diese Figuren belegen zusätzlich nochmals, dass der Raum 14 in den 1 und 2 Teil der Leitung 31 und der Raum 15 in den 1 und 2 Teil der Leitung 32 sind.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst in diesem Beispiel der Gesamtumfang der Zylinderkopfhaube alle Elemente innerhalb der gestrichelten Linie, die mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist. Die Zylinderkopfhaube integriert also den Ölabscheider 10 und weiterhin die Leitungen 33 und 34. In diesem Falle umfasst also die Zylinderkopfhaube 4 nicht nur das nunmehr mit dem Bezugszeichen 4a bezeichnete Element sondern auch den Ölabscheider 10, die Räume 14 und 15 und damit Teile der Leitungen 31 und 32 sondern auch die Leitungen 33 und 34. Mit einer derartigen Zylinderkopfhaube 4 wird die Integrationstiefe eines Verbrennungsmotors stark erhöht. Es ist weiterhin eine erheblich geringere Zahl von Einzelteilen zu fertigen und später zu montieren. Insgesamt ergeben sich hier ganz besonders Vorteile bezüglich der Fertigung, des Werkzeugbedarfs, der Herstellungskosten als auch des Montageaufwands.
6 zeigt einen weiteren Verbrennungsmotor ähnlich demjenigen in 4. Auf die Einzeichnung der Flussrichtung der einzelnen Gase im Volllastbetrieb und im Teillastbetrieb wurde verzichtet. Im Unterschied zur 4 ist hier ein spezifisches Beispiel eines vorteilhaften Ölabscheiders dargestellt.
Der Ölabscheider 10 weist ein Abscheideelement mit einem Gehäuse 40 auf. Dieses Gehäuse 40 ist einlassseitig mit einer Blow-by-Gasleitung 35 verbunden, die vom Kurbelgehäuse 2 durch den Zylinderkopf und die Ventilhaube 4 führt. Es sei an dieser Stelle bereits erwähnt, dass auch hier Ausführungsformen möglich sind, bei denen der gesamte Ölabscheider 10 und ggf. die Leitungen 33 und 34 in die Zylinderkopfhaube 4 mit integriert sind.
Das Gehäuse 40 erweitert sich nun nach dem Einlass in konischer Form und bildet innerhalb des Gehäuses 4 einen Einlassraum 11 aus. Dieser Einlassraum ist zum einen durch das Gehäuse 40, insbesondere dessen konischen Bereich 41 begrenzt. Zum anderen ist an dem Gehäuse 40 eine flexible Membran 43 angeordnet, die das erweiterte Ende des konischen Bereiches 41 überspannt und abdichtet.
In dem konischen Bereich 41 sind nun Durchlassöffnungen 42 vorgesehen, über die aus dem Einlassraum 11 Blow-by-Gase in einen Auslassraum 13 strömen können. Die weiteren Strömungsverhältnisse in dem erfindungsgemäßen Lüftungssystem 1 sind dieselben wie in 3 bzw. 4 dargestellt.
Beim Durchtritt durch die Öffnungen 42, von denen in 6 lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, werden aufgrund des dort stattfindenden Druckabfalls Öltröpfchen und Ölnebel abgeschieden. Diese sammeln sich dann am Boden des Ölabscheiders 10 und werden von dort wie in den vorigen Beispielen in nicht dargestellter Weise in das Kurbelgehäuse 2 zurückgeführt.
7 zeigt nun in einer ausschnitthaften Darstellung das Abscheideelement 12. Die flexible Membran 43 ist ersichtlich so ausgestaltet, dass sie je nach Druckverhältnissen zwischen dem Einlassraum 11 und dem Auslassraum 13 längs der Innenwandung des konischen Bereiches 41 sich auf- oder abrollen kann. Bei starkem Unterdruck im Auslassraum 13 gegenüber dem Einlassraum 11, wie er beispielsweise bei großen Volumenströmen an Blow-by-Gas auftritt, nimmt die Membran 42 die Position 43' ein. Sie wird dann lediglich noch an den Lagern 44 zwischen einer ringförmigen Abdeckplatte 46 und einer flanschartigen Erweiterung 45 des Gehäuses 40 gehalten. In dieser Position sind sämtliche in 7 eingezeichneten Durchflussöffnungen 42a bis 42e und 42a' bis 42e' freigegeben, sodass ein großer Durchflussquerschnitt vom Einlassraum 11 zum Auslassraum 13 zur Verfügung steht. Dennoch erfolgt eine hinreichende Ölnebel- und Öltröpfchenabscheidung in den Durchflussöffnungen 42a bis 42e und 42a' bis 42e'.
Bei einer entsprechend geringen Druckdifferenz zwischen dem Auslassraum 13 und dem Einlassraum 11 nimmt die Membran 43 die Position 43'' ein. Dabei sind nun sämtliche Auslassdurchführungen 42a bis 42d sowie 42a' bis 42d' von der Membran 43 überdeckt und damit verschlossen. Lediglich die Auslass- und Durchgangsöffnung 42e sowie 42e' bleiben weiterhin geöffnet und führen so zu einer Mindestentlüftung des Kurbelgehäuses. Es ist daher bei Verwendung eines derartigen Abscheideelementes 12 nicht erforderlich zusätzlich zu diesem Ölabscheideelement einen Bypass vorzusehen.
Die Durchflussöffnungen, die insgesamt mit dem übergeordneten Bezugszeichen 42 versehen sind, können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen längs des Umfangs des konischen Bereiches 41 in der Ebene senkrecht zur Mittelachse 48 angeordnet sein. Weiterhin können die Durchflussöffnungen 42 so wie in 7 dargestellt auch in einer größeren Anzahl längs der konischen Wandung 41 in Richtung der Mittelachse 48 angeordnet sein. Insgesamt ist es also möglich auf dem gesamten Umfang des konischen Bereiches 41 in regelmäßiger Weise oder in unregelmäßiger Weise eine Vielzahl von Durchflussöffnungen 42 vorzusehen.
Um die Abscheideleistung in den Öffnungen 42 zu erhöhen, ist es möglich diese teilweise oder vollständig mit zusätzlichen Abscheidehilfselementen zu versehen, beispielsweise schneckenförmigen Elementen, wie sie in den Offenlegungsschriften DE 10 2004 011 176 A1 und DE 10 2004 037 157 A1 beschrieben werden.
Über die Anzahl an Durchflussöffnungen 42, deren Anordnung und deren Querschnitt sowie über die Anordnung zusätzlicher Abscheidehilfselemente in diesen Durchflussöffnungen 42 kann der Ölabscheider 10 an die spezifischen Erfordernisse eines Motors angepasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202004011882 U1 [0010, 0017]
DE 102004011176 A1 [0045, 0077]
DE 102004037157 A1 [0045, 0077]

Claims

Lüftungssystem zur Entlüftung und zur Belüftung eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugtrakt und einem im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter, mit einem Ölabscheider zum Abscheiden von Öl und/oder Ölnebel aus Blow-By-Gasen mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass, einer mit mindestens einem der Einlässe des Ölabscheiders verbundenen Zuleitung für Blow-By-Gase, einer ersten Leitung zur Verbindung des mindestens einen Auslasses des Ölabscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors vor dem Verdichter, einer zweiten Leitung zur Verbindung des mindestens einen Auslasses des Ölabscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors nach dem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Belüftungsleitung vorgesehen ist, die die erste Leitung mit einem Bauteil des Verbrennungsmotors verbindet, und eine zweite Belüftungsleitung vorgesehen ist, die die zweite Leitung mit dem Bauteil verbindet, und die erste Leitung, die zweite Leitung, die erste Belüftungsleitung und die zweite Belüftungsleitung derart ausgebildet sind, dass in einem ersten Lastbetrieb des Verbrennungsmotors Blow-By-Gase vom Auslass des Ölabscheiders über die erste Leitung zum Ansaugtrakt strömen und Gase vom Ansaugtrakt über die zweite Leitung und die zweite Belüftungsleitung zu dem Bauteil strömen und dass in einem zweiten Lastbetrieb des Verbrennungsmotors Blow-By-Gase vom Auslass des Ölabscheiders über die zweite Leitung zum Ansaugtrakt strömen und Gase vom Ansaugtrakt über die erste Leitung und die erste Belüftungsleitung zu dem Bauteil strömen, wobei der Verbrennungsmotor im ersten Lastbetrieb eine höhere Leistung erbringt als im zweiten Lastbetrieb.
Lüftungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Kurbelgehäuse ist oder enthält oder dass das Bauteil ein mit dem Kurbelgehäuse derart verbindbares oder verbundenes Bauteil ist oder enthält, dass Blow-By-Gase von dem Kurbelgehäuse zu dem Bauteil führbar sind.
Lüftungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Zylinderkopfhaube oder ein Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors ist oder diese enthält, wobei die Zylinderkopfhaube oder der Zylinderkopf mit dem Kurbelgehäuse derart verbindbar oder verbunden ist, dass Blow-By-Gase von dem Kurbelgehäuse zu der Zylinderkopfhaube oder zu dem Zylinderkopf führbar sind.
Lüftungsssytem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) der erste Lastbetrieb der Volllastbetrieb und der zweite Lastbetrieb der Teillastbetrieb oder Leerlaufbetrieb oder Schubbetrieb ist und/oder b) der erste Lastbetrieb ein Betrieb bei weitgehend oder vollständig geöffneter Drosselklappe und der zweite Lastbetrieb ein Betrieb bei weitgehend oder vollständig geschlossener Drosselklappe ist und/oder c) der erste Lastbetrieb ein Betrieb mit einem Druck von 0 bis 7 bar, vorteilhafterweise von 0 bis 4 bar in der zweiten Leitung und/oder mit einem Druck von 0 bis –200 mbar, vorteilhafterweise von 0 bis –60 mbar in der ersten Leitung ist und der zweite Lastbetrieb ein Betrieb mit einem Druck von 0 bis –900 mbar, vorteilhafterweise von 0 bis –750 mbar in der zweiten Leitung und/oder mit einem Druck von 0 bis –150 mbar, vorteilhafterweise von 0 bis –60 mbar in der ersten Leitung ist, wobei die genannten Bereiche in beliebiger Kombination jeweils einschließlich eines oder beider Bereichsgrenzen oder ausschließlich einer oder beider der Bereichsgrenzen zu verstehen sind.
Lüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) in der ersten Leitung in Strömungsrichtung des Gases im ersten Lastbetrieb vor dem Abzweig der ersten Belüftungsleitung ein erstes Ventil angeordnet ist, das bei einem Druckunterschied zwischen dem Ausgang des Ölabscheiders und dem Ansaugtrakt vor dem Verdichter von > 0 bar öffnet, und/oder b) dass in der zweiten Leitung in Strömungsrichtung des Gases im zweiten Lastbetrieb vor dem Abzweig der zweiten Belüftungsleitung ein zweites Ventil angeordnet ist, das bei einem Druckunterschied zwischen dem Ausgang des Ölabscheiders und dem Ansaugtrakt nach dem Verdichter von > 0 bar öffnet, und/oder c) dass in der ersten Belüftungsleitung nach dem Abzweig von der ersten Leitung ein erstes Belüftungsventil angeordnet ist, das geöffnet ist, wenn das erste Ventil geschlossen ist, und geschlossen ist, wenn das erste Ventil geöffnet ist, und/oder d) dass in der zweiten Belüftungsleitung nach dem Abzweig von der zweiten Leitung ein zweites Belüftungsventil angeordnet ist, das geöffnet ist, wenn das zweite Ventil geschlossen ist, und das geschlossen ist, wenn das zweite Ventil geöffnet ist.
Lüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Leitung in Strömungsrichtung des Gases im zweiten Lastbetrieb vor dem Abzweig der zweiten Belüftungsleitung eine erste Druckregelvorrichtung angeordnet ist und/oder in der zweiten Belüftungsleitung nach dem Abzweig von der zweiten Leitung eine zweite Druckregelvorrichtung angeordnet ist.
Lüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckregelvorrichtung und/oder die zweite Druckregelvorrichtung eine Drossel, ein Druckregelventil oder eine Blende oder eine beliebige Kombination hiervon ist oder enthält.
Lüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider aufweist: a) ein Abscheidergehäuse, das einen Abscheiderinnenraum umschließt, b) mindestens einen Gaseinlass und einen Gasauslass, wobei der Auslass mindestens eine in der Gehäusewand angeordnete Durchgangsöffnung aufweist, b) eine an dem Gehäuse angeordnete, elastisch bewegliche Membran, die in Abhängigkeit von dem in dem Abscheiderinnenraum herrschenden Innendruck und einem Referenzdruck die mindestens eine Öffnung verschließt oder öffnet, das Gehäuse zumindest bereichsweise in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes ausgebildet ist und die Grundfläche des Kegelstumpfes des Gehäuses zumindest teilweise durch die elastische Membran verschlossen ist, und die elastisch bewegliche Membran derart angeordnet ist, dass sie auf der Innenseite des Gehäuses die mindestens eine Öffnung überdeckend abrollt, wenn der Druck im Abscheiderinnenraum den Referenzdruck unterschreitet.
Lüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine ein- oder mehrteilige Zylinderkopfhaube, ein Motorblock, eine Ölwanne, ein Stirnwanddeckel oder ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors ist oder ein Abscheidemodul, das an mindestens einem der vorgenannten Elemente befestigt ist.
Zylinderkopfhaube für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch ein Gehäuse und mindestens ein Lüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das an und/oder in dem Gehäuse angeordnet ist.
Verbrennungsmotor mit einem Verdichter, der im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnet ist, gekennzeichnet, durch ein Lüftungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eine Zylinderkopfhaube nach Anspruch 10.