Kurbelgehäuseentlüftung für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Vorgestellt wird ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem mit einer Primär- sowie einer Sekundärentlüftung, welche über ein gemeinsames Anschlußstück in die Zylinderkopf­haube einer Brennkraftmaschine münden. Das die Entlüf­tungsleitung mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbindende Kupplungs-Rohrstück (11) ist mehrteilig ausge­führt und bildet hierbei ein Labyrinth zur Kondensatab­scheidung. Insgesamt zeichnet sich das vorgestellte Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem bei hoher Funktionalität durch einfachste Fertigungs- sowie Montagemöglichkeiten und niedriges Gewicht aus.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kurbelgehäuseentlüftung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und geht aus von der gattungsbildenden DE-C 36 25 376.

[0002] Kurbelgehäuse-Entlüftungssysteme führen die sog. Blow-By-Gase, welche aus den Brennräumen in das Kurbel- bzw. Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine gelangen, in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurück. Durch gezielte Abstimmung des Querschnittes der Rückführlei­tung oder auch durch Anordnung von regelnden Ventilen wird dabei üblicherweise im Kurbelgehäuse stets ein geringer Unterdruck erzeugt, um zu verhindern, daß die schädlichen Blow-By-Gase unverbrannt in die Umgebung entweichen und dabei beispielsweise einen Radialwellen­dichtring oder ähnliche Bauelemente schädigen. Da die Blow-By-Gase zusätzlich mit Kondensat und Schmieröl der Brennkraftmaschine durchsetzt sind, ist die Rückführ­leitung zumeist mit einem labyrinthförmig ausgebildeten Flüssigkeitsabscheider versehen. Hier findet also eine Trennung statt zwischen dem reinen, einfach verbrenn­baren Gasanteil, und einem Flüssigkeitsanteil, welcher in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird.

[0003] Meist sind jene Flüssigkeits- bzw. Ölabscheider in einem Deckelteil des Maschinengehäuses und dabei insbesondere in der Zylinderkopfhaube integriert. Wenngleich hiermit ein großer Teil des von den Blow-By-Gasen mitgeführten Schmieröles abgeschieden werden kann, so gelangen doch insbesondere Kondensate, welche sich in der Rückführ­leitung aufgrund der Abkühlung der Blow-By-Gase bilden, in verflüssigter Form in den Ansaugtrakt der Brennkraft­maschine. Dort können sie bei kalter Witterung Eisbil­dung hervorrufen, weshalb beispielsweise in der DE-OS 15 76 355 ein beheizbarer Drosselklappen-Stutzen vorgeschlagen wurde. Desweiteren können auch beim Stillstand der Brennkraftmaschine Öldämpfe in den Ansaugtrakt gelangen und dort beispielsweise während der sog. Freiglühphase einen Hilzdraht-Luftmassenmesser schädigen. Zur Abhilfe wurden hierzu Rückschlagventile vorgeschlagen. All jene bekannten Kurbelgehäuse-­Entlüftungssysteme erfordern somit neben komplizierten Bauteilen aufwendige Montagevorgänge, da es gilt, eine Vielzahl von gas- und flüssigkeitsdichten Leitungsver­bindungen herzustellen.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine stets wirkungsvolle Kurbelgehäuseentlüftung aufzuzeigen, welche sich durch einfache Bauteile sowie einfachste Fertigungs- und Montagemöglichkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.

[0005] Erfindungsgemäß ist ein Flüssigkeitsabscheider in das die Rückführleitung mit einem Ansaugleitungsteil der Brennkraftmaschine verbindende Kupplungs-Rohrstück integriert. Sowohl Öldämpfe als auch Kondensatreste werden somit unter allen Umständen auf einfachste Weise sicher zurückgehalten. Wenn das Ansaugleitungsteil geodätisch höher liegt als die Anschlußstelle der Rückführleitung am Kurbelgehäuse, kann der im Kupplungs-­Rohrstück abgeschiedene Flüssigkeitsanteil in einfacher Weise über die Rückführleitung in das Kurbelgehäuse zurückgeführt werden. Alternativ kann der abgeschiedene Flüssigkeitsanteil von einer vom Ansaugtrakt zum Maschi­nengehäuse hin gerichteten Luftströmung in der Rückführ­leitung mitgenommen werden. Derartige in der Richtung wechselnde Strömungen in der Rückführleitung sind bei Kurbelgehäuse-Entlüftungssystemen anzutreffen, welche sowohl eine sog. Primärentlüftung als auch eine sog. Sekundärentlüftung aufweisen. Die Primärentlüftung mündet dabei stromab eines Drosselorganes in den Ansaug­trakt, die Sekundärentlüftung mündet stromauf des Drosselorganes. Dabei stellt sich bei starker Ansaug­drosselung in der Primärentlüftung ein derart hoher Unterdruck ein, daß über die Rückführleitung aus dem Ansaugtrakt ein gewisser Luftstrom abgezogen wird. Dieser Luftstrom ist geeignet, den sich im erfindungs­gemäß gestalteten Flüssigkeitsabscheider ansammelnden Flüssigkeitsanteil in das Maschinengehäuse zurückzu­führen.

[0006] Da der(zusätzliche) Flüssigkeitsabscheider im Kupplungs-­Rohrstück integriert ist, wird die Zahl der erforder­lichen Montagevorgänge herabgesetzt. Einfach fertigen läßt sich ein derartiges Kupplungs-Rohrstück, wenn dieses gemäß den im Kennzeichen des ersten Anspruchs angegebenen Merkmalen aus zumindest zwei Einzelteilen, welche beispielsweise im Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellt sein können, aufgebaut ist. Indem die Blow-By-Gase im Winkelbereich des Außenteiles beispiels­weise vom zweiten Schenkel in das im ersten Schenkel angeordnete Innenrohr übertreten, ist, da das Innenrohr ein geschlossenes Ende aufweist und den Übertritt lediglich über eine in der Wandung vorgesehene Über­ trittsöffnung erlaubt, ein wirkungsvolles flüssigkeits­abscheidendes Labyrinth geschaffen. Der den Ringspalt zwischen Innenrohr und erstem Schenkel verschließende Kragen stellt die Führung der Blow-By-Gase durch das Innenrohr sicher. Die Übertrittsöffnung in der Wandung des Innenrohres ist dabei vorteilhafterweise als Strö­mungs-Abrißspalt ausgebildet, um die flüssigkeitsab­scheidende Wirkung weiter zu verbessern.

[0007] Eine ebenfalls verbesserte Flüssigkeits-Abscheidung ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Diese Gestaltung zwingt der Blow-By-Gasströmung eine ver­stärkte Umlenkung auf, so daß im Winkelbereich ein erhöhter Flüssigkeitsanteil abgeschieden wird. Dabei schafft eine kugelförmige Innenkontur gemäß Anspruch 3 glatte Strömungsprallflächen und vermeidet somit Ta­schen, in welchen sich Flüssigkeitsreste sammeln könn­ten.

[0008] Die Merkmale des vierten Anspruchs gestatten es auf vorteilhafte Weise, das Innenrohr gasdicht mit dem ersten Schenkel des Außenteiles zu verbinden. Auch hierzu ist erfindungsgemäß kein separater Arbeitsvorgang erforderlich, vielmehr erfolgt jene Verbindung allein durch den Zusammenbau des Kupplungs-Rohrstückes mit dem entsprechenden Leitungsteil, welches ohne Einfluß auf die Funktion der erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüf­tung sowohl das Ansaugleitungsteil der Brennkraftma­schine als auch die Rückführleitung selbst sein kann.

[0009] Hinsichtlich des Fertigungs- und Montageaufwandes läßt sich ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem weiter verbes­sern, wenn gemäß Anspruch 5 das dem Kupplungs-Rohrstück abgewandte Ende der Rückführleitung mit dem Kurbelge­häuse bzw. Maschinengehäuse über ein Anschlußstück verbunden ist, welches aus zwei separaten Zweigen besteht. Derartige, sozusagen zweiflutige Kurbelgehäuse-­Entlüftungssysteme sind an sich Stand der Technik. Dabei sind entweder - wie in der gattungsbildenden Schrift - ein Hauptentlüftungssystem und ein Sicherheitsentlüf­tungssystem vorgesehen, oder das Kurbelgehäuse-Entlüf­tungssystem besteht - wie bereits oben erläutert - aus einer sog. Primärentlüftung und einer Sekundärentlüf­tung, welche stromab bzw. stromauf eines Drosselorganes in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine münden. Bislang war es jedoch üblich, für diese beiden Entlüf­tungssysteme entweder zwei verschiedene Anschlußstutzen am Kurbel- bzw. Maschinengehäuse vorzusehen, oder bei lediglich einem einzigen Anschlußstutzen zunächst eine gemeinsame Rückführleitung anzuordnen, welche in ein separates Verzweigungsteil mündet, von dem aus die beiden Entlüftungssysteme in eigenen Leitungen weiter­geführt werden. Auch diese beiden bekannten Anordnungen erfordern einen relativ hohen Montageaufwand, gilt es doch wiederum, eine Unzahl von gasdichten Leitungsver­bindungen herzustellen. Die Erfindung schlägt nunmehr in einer Weiterbildung vor, an einer einzigen Öffnung des Maschinengehäuses ein Anschlußstück vorzusehen, welches mit zwei nebeneinanderliegenden Zweigen für das zwei­flutige Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem versehen ist.

[0010] In einer vorteilhaften Weiterbildung ragt einer der beiden Zweige des Anschlußstückes mit einer rohrförmigen Verlängerung in den Innenraum des Maschinengehäuses hinein, während der andere Zweig nahe der Innenwand des Maschinengehäuses mündet. Auf diese Weise werden die beiden Kurbelgehäuse-Entlüftungssysteme (Primärentlüf­tung und Sekundärentlüftung) voneinander entkoppelt, so daß bei schnellen betriebsbedingten extremen Druck­schwankungen im Kurbelgehäuse der Raum zwischen den Mündungsbereichen der beiden Zweige als Dämpfungsvolumen in die Funktion des erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse-­ Entlüfungssystems integriert wird. Somit wird eine Kurzschlußströmung zwischen den beiden Zweigen vermie­den; das Dämpfungsvolumen verhindert die Übertragung von Druckspitzen. Weiter entkoppelt werden die beiden Zweige, wenn gemäß Anspruch 7 die rohrförmige Verlän­gerung einen für den anderen Zweig vorgesehenen Ölab­scheider durchdringt. Die Flüssigkeitsabscheidung für den Zweig mit der rohrförmigen Verlängerung übernimmt dabei alleinig der im Kupplungs-Rohrstück des Ansaug­trakts vorgesehene Abscheider.

[0011] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die einzige Figurendarstellung zeigt eine Prinzipskizze des Kurbel­gehäuse-Entlüftungssystems, sowie im Detail das Kupp­lungs-Rohrstück, sowie das Anschlußstück am Maschinenge­häuse.

[0012] Eine nur schematisch gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Brennkraftmaschine besteht aus einem Kurbel­gehäuse 2, einem Zylinderkopf 3 mit einer Zylinderkopf­haube 6, sowie einem Ansaugtrakt 4, in welchem eine Drosselklappe 5 angeordnet ist. Der Ansaugtrakt 4 führt in einen Saugkanal 8 im Zylinderkopf 3, welcher seiner­seits in einen Brennraum 10 mündet.

[0013] Die aus dem Brennraum 10 in das Kurbelgehäuse 2 übertre­tenden Blow-By-Gase gelangen in den Zylinderkopf 3 und werden von dort dem Ansaugtrakt 4 zugeführt.

[0014] Vorgesehen ist hierzu eine erste Rückführleitung 7, welche einen äußerst geringen Querschnitt aufweist und stromab der Drosselklappe 5 mündet, sowie eine zweite sog. Ausgleichs-Rückführleitung 9, welche von größerem Querschnitt ist und stromauf der Drosselklappe 5 in den Ansaugtrakt 4 mündet. Die Querschnitte der beiden Rückführleitungen 7 und 9 sind so aufeinander abge­stimmt, daß bei weit geöffneter Drosselklappe 5 und somit einem hohen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, in welchem auch ein relativ großer Volumenstrom von Blow-­By-Gasen anfällt, dieser unter Aufrechterhaltung des gewünschten Druckniveaus im Kurbelgehäuse 2 über beide Rückführleitungen 7, 9 in den Ansaugtrakt 4 geführt wird. Bei nahezu geschlossener Drosselklappe 5 dagegen herrscht in der Rückführleitung 7 (sog. Primärentlüf­tung) ein derart hoher Unterdruck, daß, um abermals das gewünschte Druckniveau im Kurbelgehäuse 2 sicherzustel­len, über die Ausgleichs-Rückführleitung 9 (sog. Sekun­därentlüftung) ein gewisser Luftstrom aus dem Ansaug­trakt 4 abgesaugt wird. Wie bereits oben erwähnt, sind die Querschnitte der beiden Rückführleitungen dazu entsprechend aufeinander abgestimmt.

[0015] Die sich im Kurbelgehäuse 2 sammelnden Blow-By-Gase sind mit Schmieröl sowie Kondensatflüssigkeit durchsetzt. Diese Flüssigkeiten gilt es abzuscheiden, da mitgeris­senes Schmieröl den Ölverbrauch der Brennkraftmaschine drastisch erhöhen würde und Kondensatreste im Ansaug­trakt 4 bei kalter Witterung Eisbildung, insbesondere im Bereich der Drosselklappe, hervorrufen könnte. Weiter könnten bei Stillstand der Brennkraftmaschine in den Ansaugtrakt gelangende Öldämpfe einen dort vorgesehenen Hilzdraht-Luftmassenmesser während seiner Freiglühphase schädigen.

[0016] Zur Abscheidung des wesentlichen Schmierölanteiles ist - wie bekannt - unter der Zylinderkopfhaube 6 ein Ölab­scheider 51 angeordnet. Gewisse Restölmengen sind jedoch auch noch in den durch die Rückführleitungen 7 und 9 strömenden Blow-By-Gasen enthalten. Insbesondere in der gegenüber der Rückführleitung 7 deutlich längeren Rückführleitung 9 kühlen sich die Blow-By-Gase deutlich ab, so daß es im Mündungsbereich der Rückführleitung 9 in dem Ansaugtrakt 4 zu ausgeprägter Kondensatbildung kommen kann.

[0017] Dieses Kondensat wird in dem erfindungsgemäß gestalteten Kupplungs-Rohrstück 11, welches die Rückführleitung 9 mit dem Ansaugtrakt 4 bzw. einem entsprechend gestalte­ten Ansaugleitungsteil 13 verbindet, ausgeschieden. Dazu besteht das Kupplungs-Rohrstück 11 aus einem winkelför­migen Außenteil 15 sowie einem Innenrohr 17. Das Außen­teil 15 weist einen ersten Schenkel 19 sowie einen zweiten Schenkel 20 auf, welche zwischen sich einen sog. Winkelbereich 21, welcher innen kugelig ausgeführt ist, einschließen. In den ersten Schenkel 19 ist das Innen­rohr 17 eingesteckt. Zur genauen Positionierung sind hierzu Distanzstege 23 sowie eine Positioniernase 25 vorgesehen, welche in eine entsprechende Aussparung im Schenkel 19 des Kupplungs-Rohrstückes 11 einrastet. Der zwischen dem Innenrohr 17 sowie dem Schenkel 19 im Bereich der Distanzstege befindliche Ringspalt wird von einem am Innenrohr vorgesehenen, in fertigmontiertem Zustand auf dem freien Ende des Schenkels 19 aufliegen­den Kragen 27 verschlossen. Dieser Kragen 27 stützt sich an einem entsprechend gestalteten Absatz 29 des Wulstes 31 der den ersten Schenkel 19 aufnehmenden Aufnahmeöffnung 33 des Ansaugleitungsteiles 13 ab. Auf den zweiten Schenkel 20 ist die Rückführleitung 9 aufgesteckt.

[0018] Das Innenrohr 17 weist im Winkelbereich 21 ein geschlos­senes Ende auf. Die Wandung des Innenrohres 17 ist mit einer als Strömungsabrißspalt ausgebildeten Übertritts­öffnung 35 versehen. Der zweite Schenkel 20 bildet ein Rohrstück, dessen Mündungsöffnung im Winkelbereich innerhalb der in Achsrichtung verlängerten Projektion des Innenrohres 17 liegt. Diese Anordnung stellt für die durch das Kupplungs-Rohrstück 11 strömenden Gase ein flüssigkeitsabsonderndes Labyrinth dar. Unterstützend wirkt hierbei insbesondere der Strömungsabrißspalt. Zur Erläuterung ist die Strömung in Richtung des Ansauglei­tungsteiles durch Pfeile dargestellt. Das sich nieder­schlagende Kondensat sammelt sich im Winkelbereich 21 und wird von der oben erläuterten und unter gewissen Randbedingungen herrschenden Rückströmung vom Ansaug­leitungsteil 13 über das Kupplungs-Rohrstück 11 sowie die Ausgleichs-Rückführleitung 9 zum Zylinderkopf 3 zurückgeführt.

[0019] Das gezeigte Kupplungs-Rohrstück 11 zeichnet sich neben einer hohen Funktionalität durch geringes Gewicht sowie einfachste Fertigungs- und Montagemöglichkeiten aus. Die beiden Einzelteile (Innenrohr 17 sowie Außenteil 15) können in einfacher Weise als Kunststoff-Spritzgußteile hergestellt werden. Durch einfaches Zusammensetzen ergibt sich ein wirkungsvolles flüssigkeitsabsonderndes Labyrinth. Bei Montage in die Aufnahmeöffnung 33 des Ansaugleitungsteiles 13 ergibt sich im Zusammenwirken mit dem Wulst 31 eine sichere Abdichtung zwischen dem Innenrohr 17 sowie dem ersten Schenkel 19 des Außentei­les 15.

[0020] Weiter schlägt die Erfindung für den Anschluß der beiden Rückführleitungen 7 und 9 an die Zylinderkopfhaube 6 ein gemeinsames Anschlußstück 40 vor. Dieses wird mit seinem kreisförmigen Steckbereich 42 in eine entsprechend gestaltete Aufnahmebohrung der Zylinderkopfhaube 6 eingesteckt. Im Inneren des Steckbereiches 42 ist ein sichelförmiger Kanal 44 vorgesehen, welcher in einen Anschlußstutzen 46 mündet, auf welchen die erste Rück­führleitung 7 aufgeschoben wird. Der sichelförmige Kanal 44 sowie der Anschlußstutzen 46 bilden somit einen ersten Zweig 47 des Anschlußstückes 40.

[0021] Konzentrisch zum sichelförmigen Kanal 44 ist ein zweiter Zweig 49 vorgesehen, welcher ebenfalls aus einem An­schlußstutzen 50 für die zweite Ausgleichs-Rückführlei­tung 9 sowie einer in den Innenraum des Zylinderkopfes 3 hineinragenden rohrförmigen Verlängerung 52 besteht. Diese rohrförmige Verlängerung 52 durchdringt dabei einen für den ersten Zweig 47 vorgesehenen, nur schema­tisch dargestellten Ölabscheider 51. Als einziger Flüssigkeitsabscheider für den zweiten Zweig 49 wirkt somit das im Kupplungs-Rohrstück 11 vorgesehene Laby­rinth.

[0022] Somit ist zwischen der Mündungsöffnung der rohrförmigen Verlängerung 52 sowie der Mündungsöffnung des sichelför­migen Kanales 44 im Inneren des Zylinderkopfes 3 ein Dämpfungsvolumen gebildet, welches bei schnellen be­triebsbedingten extremen Druckschwankungen im Kurbelge­häuse 3 strömungsberuhigend wirkt. Neben diesem Vorteil zeichnet sich das gemeinsame Anschlußstück 40 durch eine vereinfachte Montage aus, da für den Anschluß zweier Rückführleitungen 7, 9 nurmehr ein einziges Anschluß­stück 40 erforderlich ist.

[0023] Insgesamt gewährleistet das beschriebene Kurbelgehäuse-­Entlüftungssystem bei hoher Funktionalität eine einfache Fertigung sowie Montage. Neben den in den Patentansprü­chen genannten Merkmalen sind darüber hinaus sämtliche näherbezeichneten Merkmale erfindungswesentlich.

Ansprüche

1. Kurbelgehäuseentlüftung für eine Brennkraftma­schine, mit einer über ein Kupplungs-Rohrstück in ein Ansaugleitungsteil mündenden Rückführleitung, welche einen labyrinthförmig ausgebildeten Flüssig­keitsabscheider aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das mehrteilig ausge­bildete Kupplungs-Rohrstück (11) aus einem zwei Schenkel (19,20) aufweisenden, abgewinkelten Außenteil (15) besteht, wobei innerhalb des ersten Schenkels (19) ein mit seinem geschlossenen Ende im Winkelbereich (21) liegendes Innenrohr (17) ange­ordnet ist, welches mit einem den Ringspalt zwi­schen Innenrohr (17) und erstem Schenkel (19) verschließenden Kragen (27) versehen ist, und dessen Wandung zumindest eine Übertrittsöff­nung (35) aufweist.

2. Kurbelgehäuseentlüftung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die im Winkelbe­reich (21) liegende Mündungsöffnung des den zweiten Schenkel (20) bildenden Rohrstückes innerhalb der in Achsrichtung verlängerten Projektion des Innen­rohres (17) liegt.

3. Kurbelgehäuseentlüftung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich (21) eine kugelförmige Innenkontur aufweist.

4. Kurbelgehäuseentlüftung nach einem der vorangegan­genen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahmeöff­nung (33) des den ersten Schenkel (19) aufnehmenden Leitungsteiles (13) mit einem den Kragen (27) des Innenrohres (17) gegen den ersten Schenkel (19) pressenden Absatz (29) versehen ist.

5. Kurbelgehäuseentlüftung nach einem der vorangegan­genen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das dem Kupplungs-­Rohrstück (11) abgewandte Ende der Rückführlei­tung (9) mit dem Maschinengehäuse über einen zweiten Zweig (49) eines Anschlußstückes (40) verbunden ist, welches gemeinsam mit einem daneben angeordneten ersten Zweig (47) in eine einzige Öffnung des Maschinengehäuses mündet.

6. Kurbelgehäuseentlüftung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Zweige (47,49) des Anschlußstückes (40) mit einer rohrförmigen Verlängerung (52) in den Innenraum des Maschinengehäuses hineinragt.

7. Kurbelgehäuseentlüftung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Verlän­gerung (52) des einen Zweiges einen für den anderen Zweig vorgesehenen Ölabscheider (51) durchdringt.

Zeichnung