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CH664798A5 - Vorrichtung zur rueckfuehrung der abblasemenge aus dem kurbelgehaeuse. - Google Patents

Vorrichtung zur rueckfuehrung der abblasemenge aus dem kurbelgehaeuse. Download PDF

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CH664798A5
CH664798A5 CH6106/83A CH610683A CH664798A5 CH 664798 A5 CH664798 A5 CH 664798A5 CH 6106/83 A CH6106/83 A CH 6106/83A CH 610683 A CH610683 A CH 610683A CH 664798 A5 CH664798 A5 CH 664798A5
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CH
Switzerland
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gases
crankcase
blow
gas
internal combustion
Prior art date
Application number
CH6106/83A
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Inventor
Andreas Mayer
Rudolf Stuessi
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Bbc Brown Boveri & Cie
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Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 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 U mweltschutz verlangt die Vermeidung eines Ölaus-
trittes 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 indessen in vielen Ländern Vorschrift geworden. Entsprechende Vorschläge zielen darauf hin, diese Technik auch beim Dieselmotor einzuführen.
Es existieren zurzeit aber noch nirgends gesetzliche Vorschriften, wonach eine Rückführung der Kurbelgehäuseentlüftung zum Dieselmotor, also zur Verbrennung, zwingend vorgeschrieben wäre. Da aber der Anteil an Personenwagen mit Dieselantrieb stetig zunimmt, muss mit der Einführung entsprechender Vorschriften gerechnet werden.
Bei Ottomotoren ist es zwingend 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 herrschen, denn je grösser der Unterdruck ist, um so mehr Öl wird mit dem BB-Gas mitabgesaugt und geht verloren.
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 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.
Es ist bekannt, die Rückführung der ICurbelgehäuseentlüf-tung, d.h. der BB-Gase, in die Ansaugleitung vor dem Luftfilter vorzunehmen. Diese Lösung ermöglicht indessen keinen Unterdruck im Kurbelgehäuse. Sie führt zudem zu einer starken Verschmutzung des Luftfilters - auch bei relativ gutem Abscheidegrad von z.B. 95% eines dazwischen-geschalteten Ölabscheiders - und somit auch zu einer Erhöhung des Leitungswiderstandes.
Demgegenüber ermöglicht die Rückführung der BB-Gase in die Ansaugleitung nach dem Filter, einen Unterdruck im Kurbelgehäuse beispielsweise von -20 bis -300 mm WS bei Vollast zu erhalten. Dies erlaubt aber nur die Anwendung eines einfachen Ölabscheiders mit beschränktem Abscheidegrad. Andrerseits darf der Unterdruck im Kurbelgehäuse gewisse Schranken nicht übersteigen, damit nicht zu viel Öl in die Ansaugung gelangt. Denn eine grosse Gefahr dieser Rückführung besteht darin, dass bei grossen Rückführraten das Öl dem Motor so viel zusätzliche Energie zuführt, dass dieser durchgehen kann. Hiegegen wird deshalb oft ein Regulierungssystem eingebaut. Die Rückführung der BB-Gase direkt ins Freie ermöglicht keinen Unterdruck im Kurbelgehäuse. Das BB-Gas-System ist zudem nicht geschlossen, und das Öl, das einen Schadstoff darstellt, wird bei der Messung des Schadstoffausstosses des Motors nicht miterfasst.
Beim Dieselmotor führt die BB-Gas-Rückführung in die Motoransaugung zu der Problematik, dass die dort enthaltenen Kohlenwasserstoffe und Schmierölanteile einer Teil-
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Verbrennung unterworfen werden. Es ist somit nicht auszu-schliessen, dass durch die hierhin ablaufenden Crackpro-zesse, vor allem im Teillastbetrieb, Kohlenwasserstoffemissionen entstehen, welche - eingeatmet - gefährlicher sind, als wenn man die BB-Gas-Menge unmittelbar nach dem Ölabscheider ins Freie leiten würde.
Beim aufgeladenen Motor führt die Rückführung der BB-Gase nach dem Luftfilter zur Verschmutzung des Aufladeaggregates, und dies insbesondere, wenn es sich um einen gasdynamischen Druckwellenlader handelt, denn hier bildet der Ölnebel zusammen mit dem von der Abgasseite rezirkulierten Russ eine klebrige Masse, die sich infolge der im Rotor des Druckwellenladers herrschenden Fliehkraft an den Aussenwänden der Rotorkanäle festsetzt. Dies führt dann zu einer Querschnittsverengung der Rotorkanäle auf der Luftseite. Aber auch Startventil, Ladeluftkühler und Motor-Ansaugventile werden verschmutzt. Die Rückführung der BB-Gase nach Luftfilter und vor Druckwellenlader in die Motoransaugung erfordert also einen sehr guten Ölabscheider.
Die Rückführung der BB-Gase in die Niederdruckansaugleitung des Druckwellenladers bildet kein geschlossenes System, denn ein Teil der BB-Gase - und damit Restöl - entweicht mit der Spülluft des Druckwellenladers über den Niederdruckaustritt in den Auspuff bzw. ins Freie.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Rückführung der Abblasemenge aus dem Kurbelgehäuse der eingangs genannten Art im Kurbelgehäuse über den ganzen Betriebsbereich einen angemessenen, geregelten Unterdruck zu erzeugen, dergestalt, dass die BB-Gase in einem entsprechend ausgelegten Ölabscheider genügend gereinigt werden können, bevor sie in das System rückgeführt werden. Dies wird erreicht, indem eine BB-Gas-Fördereinheit Unterdruck im Kurbelgehäuse erzeugt, wobei der Grad des Unterdruckes entsprechend zu regeln ist. Dadurch können die BB-Gase einen Ölabscheider mit sehr hohem Abscheidegrad durchströmen und anschliessend in das System zurückgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die BB-Gase in die ND-Auspuffleitung des Verbrennungsmotors rückgeführt: Der Vorteil besteht darin, dass die Temperaturen an dieser Stelle so niedrig sind, dass hier kaum mehr Crackprozesse ablaufen können. Durch das Vorhandensein eines Ölabscheiders mit sehr hohem Abscheidegrad kann angenommen werden, dass die winzigen Mengen an Ölbe-standteilen sich im Auspuffsystem zum Teil niederschlagen, zum Teil in den Schalldämpfern hängen bleiben oder zum Teil mit den Abgasen in die Atmosphäre entweichen.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung hinsichtlich Bauart der Fördereinheit sind volumetrische Pumpe, Strömungsmaschine, Strahlpumpe als Ejektor, Venturidüse und Membranpumpe. Die Strahlpumpe wird dabei durch Druckgas aus dem System des Verbrennungsmotors angetrieben, wobei eine Treibgasmengen- oder Druckmodulierregelung den Grad des Unterdruckes im Kurbelgehäuse erstellen. Bei einer bevorzugten Ausführung ist die Strahlpumpe in das System des Verbrennungsmotors integriert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Fördereinheit eine Venturidüse, welche in der Auspuffleitung plaziert wird. Die Venturidüse kann dabei durch einen vom Fahrtwind angespiesenen Ejektor ergänzt werden, so dass zumindest während der Fahrt die Saugwirkung durch den Ejektor verstärkt wird.
Ferner werden die BB-Gase, bei einer weiteren bevorzugten Ausführung, im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors zur Ventilschmierung herangezogen. Ein hier vorge664798
sehenes Rückschlagventil verhindert, dass bei Lastaufnahme des Verbrennungsmotors ein Einströmen der Ladeluft in die Leitung der BB-Gase stattfinden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der gasdynamische Druckwellenlader selbst die Fördereinheit. Die gereinigten BB-Gase werden dort an einer Stelle zurückgeführt, wo Unterdruck herrscht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schaltung einer Vorrichtung zur Rückführung der BB-Gase ins System eines Verbrennungsmotors,
Fig. 2 eine weitere Schaltung, wobei es sich hier um einen aufgeladenen Motor handelt,
Fig. 3 eine Schaltung mit einer Strahlpumpe als Fördereinheit mit zugehöriger Regelung, und
Fig. 4 eine Venturidüse als Fördereinheit.
In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmedien ist mit Pfeilen bezeichnet. Erfindungsunwesentliche Elemente sind fortgelassen.
Fig. 1 zeigt die Schaltung einer Vorrichtung zur Rückführung der BB-Gase 2 ins System des Verbrennungsmotors 1. Die Fördereinheit 5, welche eine Kolbenpumpe, Membranpumpe oder ein Verdichterrad sein kann, erzeugt im Kurbelgehäuse la einen Unterdruck. Der Antrieb der Fördereinheit
5 kann durch Stössel von der Nockenwelle, durch Anschluss an den Antrieb von Hilfsaggregaten (Ölpumpe, Wasserpumpe, Riemenscheibe, Spannrollen etc.), durch Integration in bestehende Bauteile (Ölpumpe, Vakuumpumpe, Alternator, Aufladeaggregat) oder durch einen elektrischen Antrieb irgendwelcher Art bewerkstelligt werden. Zweckmässigerweise wird der Antrieb für die Fördereinheit 5 proportional zur Motorendrehzahl ausgelegt. Die BB-Gase 2 aus dem Kurbelgehäuse la durchströmen den Ölabscheider 4, und das hier ausgeschiedene Öl wird über die Ölrückführung
6 in den Verbrennungsmotor 1 rückgeführt, wodurch der Ölverlust wesentlich reduziert werden kann. Der Regler 8 hat mittels Reglerleitung 9 die Aufgabe, dass der Unterdruck im Kurbelgehäuse la nicht über einen bestimmten Wert anschwellen kann, denn eine grosse Gefahr dieser Schaltung besteht darin, dass unzweckmässig zu grosse Ölmengen dem Verbrennungsmotor 1 entzogen werden. Das Sicherheitsventil 3 sorgt dafür, dass Öl aus dem Verbrennungsmotor 1 resp. Kurbelgehäuse la nicht in den Ölabscheider 4 zurückströmen kann. Die gereinigten BB-Gase 7 werden in das Aus-puffsystem 12 des Verbrennungsmotors 1 rückgeführt. Zum Stand der Technik gehört die dargestellte Rückführung 7a der BB-Gase in das Ansaugluftsystem 13 des Verbrennungsmotors 1.
Fig. 2 zeigt eine weitere Schaltung einer Vorrichtung zur Rückführung der BB-Gase 2 ins System des Verbrennungsmotors 1, wobei es sich hier um einen aufgeladenen Motor handelt. Der Lader 10 ist dabei ein Abgasturbolader oder ein gasdynamischer Druckwellenlader. Die Ansaugluft 13a durchströmt den Ansaugfilter 22, bevor sie - 13b - im Lader 10 durch das Hochdruckabgas 12a zu Ladeluft 13c für den Motor 1 verdichtet wird. Die gereinigten BB-Gase 7 werden entweder in die Auspuffleitung 12b mittels Leitung 7, oder in die Ansaugluftleitung vor Filter 13a mittels Leitung 7b, oder in die Ansaugleitung nach Filter 13b mittels Leitung 7d, oder in die Ladeluftleitung 13c mittels Leitung 7c rückgeführt. Die BB-Gase 2 können im Leerlaufbetrieb des Motors 1 zur Ventilschmierung 23 herangezogen werden, wobei das Rückschlagventil 3a bei Lastaufnahme des Motors 1 verhindert, dass Ladeluft 13c in die BB-Gasleitung 2 strömen kann. Zum Stand der Technik gehört die dargestellte Rückführung 7b,
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7d der BB-Gase in die Ansaugluft 13a, 13b vor resp. nach dem Ansaugfilter 22.
Fig. 3 zei^t eine weitere Fördermöglichkeit dçr BB-C/flSÇ 2i Die Fördereinheit 5 ist hier eine Strahlpumpe 15 mit einem davor geschalteten und dargestellten Treibgasmengenregler 8a resp. Druckmodulierregler 8b. Aus einem Druckspeicher 16 wird das Arbeitsgas 18 für den Ejektor 14 entnommen. Motorabgas als Arbeitsgas 18 kann, um Verschmutzung und Verkokung des Blow-by-Öls zu verhindern, gekühlt und gereinigt - 17 - werden. Bei Saugmotoren kann das Arbeitsgas 18 direkt aus dem Brennraum des Motors 1 entnommen werden. Die diesbezügliche Steuerung wird zweckmässigerweise vom Motor 1 aus betätigt. Bei aufgeladenen Motoren steht auch die Ladeluft als Arbeitsgas 18 zur Verfügung. Bei Motoren mit gasdynamischem Druckwellenlader kann das Arbeitsgas 18 insbesondere den Taschen oder der Ladeluftleitung - bei der letzteren vorzugsweise vor der Startventilklappe - entnommen werden. Die Entnahme von Druckluft auf der Luftseite des gasdynamischen Druckwellenladers bringt jedoch Verluste bezüglich Ladedruckes und Ladelufttemperatur. Der Treibgasmengenregler 8a hat deshalb die Aufgabe, das Arbeitsgas 18 bzw. die Treibmittelmenge auf das minimal notwendige Mass zu beschränken. Die gereinigten BB-Gase 7 durchströmen den Membranraum 24 und münden in die Strahlpumpe 15 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 18 im Treibgasmengenregler 8a erfährt. Je geringer das Arbeitsgas 18 gedrosselt wird, um so höher ist der Druck des modifizierten Arbeitsgases - nun Treibgas 29 genannt - und um so grösser wird die durch die Treibdüse 14 strömende Treibgasmenge, was wiederum eine erhöhte Saugleistung der Strahlpumpe 15 bewirkt. Erhöht sich die Saugleistung der Strahlpumpe 15, so steigt der Unterdruck im Kurbelgehäuse la an, wobei dieser durch den Treibgasmengenregler 8a auf einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Die von der Membrane 25 betätigte
Nadel 25a kann auch direkt in die Treibdüse 14 eintauchen und durch ihre Lage die Treibdüsenaustrittsfläche, die ihrer-5 seits den Treibgasdurchsatz bestimmt, variieren. Der Unterdruck im Kurbelgehäuse la kann auch durch einen Druckmodulierregler 8b begrenzt werden. Wird der im Saugraum des Ejektors 14 vordefinierte Unterdruck zu gross, so öffnet das Schnüffelventil 30 und Luft 31 strömt ein, womit das io Gleichgewicht erstellt wird.
Fig. 4 zeigt als Pumpe einen Venturieinsatz 19 mit Diffusor 21, die im Auspuffsystem 12 plaziert sind. Die Energie des Niederdruckgases wird dazu verwendet, einen Unterdruck in 15 der Auspuffleitung 12 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, je nach Strömungsgeschwindigkeit, ca. 600-800 mm WS. Hinzu kommt noch der grosse Druckverlust im Ölabscheider 4, welcher ja in diesem Fall einen besonders hohen Abscheidegrad aufweisen soll. Der Venturieinsatz 19 wird deshalb mit Vorteil unmittelbar vor dem Auspuffrohrende eingebaut, dort also, wo der Auspuffgegendruck praktisch gleich dem Atmosphärendruck ist. In einem anschliessenden Diffusor 21 wird die Austrittsgeschwindigkeit verlangsamt bzw. Druck rückgewonnen. Der Venturidiffusor 19,21 kann konstruktiv so gestaltet sein, dass bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten auch der Fahrtwind 20 zur Erzeugung von Unterdruck im Venturieinsatz 19 herangezogen wird. Man erhält demnach zusätzlich einen Ejektor mit dem Fahrtwind 20 als Treibmittel. Hierdurch wird zusätzlich die Niederdruckspülung des gasdynamischen Druckwellenladers verbessert. Zusätzlich kann der Diffusor 21 mit einer nicht dargestellten Prallplatte zur Druckrückgewinnung ausgerüstet werden.
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2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

664798 PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Rückführung der Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse ins System eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet,
a) dass eine Blow-by-Gas-Fördereinheit (5) Unterdruck im Kurbelgehäuse (la) erzeugt,
b) dass ein Regler (8) den Grad des Unterdruckes im Kurbelgehäuse ( 1 a) erstellt,
c) dass die Blow-by-Gase (2) einen Ölabscheider (4) durchströmen,
d) dass die gereinigten Blow-by-Gase (7) in das System des Verbrennungsmotors (1) rückgeführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Blow-by-Gase (7) in die Auspuffleitung (12) des Verbrennungsmotors (1) rückgeführt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (5) ein gasdynamischer Druckwellenlader (10) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Blow-by-Gase (7) an eine Stelle im gasdynamischen Druckwellenlader (10) mit herrschendem Unterdruck zurückgeführt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (5) eine Strahlpumpe (15) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (15) durch Druckgas aus dem System des Verbrennungsmotors (1) angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (15) ins System des Verbrennungsmotors ( 1 ) integriert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (5) eine Venturidüse (19) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (19) in der Auspuffleitung (12) plaziert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (19) mit einem vom Fahrtwind (20) gespiesenen Ejektor (19,21) ergänzt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad des Unterdruckes im Kurbelgehäuse ( 1 a) durch einen Treibgasmengenregler (8a) erstellt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad des Unterdruckes im Kurbelgehäuse ( 1 a) durch einen Druckmodulierregler (8b) erstellt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass die Blow-by-Gase (2) im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors (1) die Ventilschmierung (23)
besorgen, wobei ein Rückschlagventil (3a) bei Lastaufnahme des Verbrennungsmotors (1) das Einströmen von Ladeluft (13a) in die Leitung der Blow-by-Gase (2) verhindert.
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