DE102008037350B4

DE102008037350B4 - Kurbelgehäuseentlüftungssystem sowie damit ausgestatteter Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008037350B4
Application number: DE102008037350.8A
Authority: DE
Inventors: Alan E. Rice; Robert J. Moran
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: US20090044791A1; US8166958B2; CN101368498B; DE102008037350A1; CN101368498A

Abstract

Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV, von positive crankcase ventilation)-System (56) für einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Motorblock (12), der ein Kurbelgehäuse (14) definiert, welches Gase (62) und darin suspendierte Ölpartikel (60) enthält, wobei das PCV-System (56) umfasst: ein Wellenelement (18), das drehbar innerhalb des Motorblocks (12) gelagert ist und einen allgemein zylindrischen Hohlraum (44) definiert, der sich in Längsrichtung innerhalb des Wellenelements (18) erstreckt, und zumindest eine Öffnung (46) definiert, die dazu dient, die Gase (62) und Ölpartikel (60) aus dem Kurbelgehäuse (14) zu dem allgemein zylindrischen Hohlraum (44) weiterzuleiten; ein Abdeckelement (28), das entfernbar an dem Motorblock (12) befestigt ist und dazu dient, zumindest einen Abschnitt des Wellenelements (18) zu umschließen, wobei das Abdeckelement (28) zumindest teilweise einen PCV-Versorgungsdurchgang (36) und einen Ölablassdurchgang (38) definiert; ein hohles Rohrelement (34), das an dem Abdeckelement (28) gebildet ist, und wobei zumindest ein Abschnitt des Rohrelements (34) koaxial innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) des Wellenelements (18) aufgenommen ist, um ein äußeres Gebiet (52) und ein inneres Gebiet (54) des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) zu definieren, wobei das äußere Gebiet (52) mit dem Ölablassdurchgang (38) verbunden ist und das innere Gebiet (54) mit dem PCV-Versorgungsdurchgang (36) verbunden ist; einen Zentrifugalabscheider (48), der innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) angeordnet ist und dazu dient, eine Rotation der Gase (62) und Ölpartikel (60) innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) zu bewirken; wobei zumindest ein Teil der Ölpartikel (60) durch den Zentrifugalabscheider (48) zu dem äußeren Gebiet (52) des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) zum Weiterleiten an den Ölablassdurchgang (38) gezwungen wird und zumindest ein Teil der Gase (62) von dem inneren Gebiet (54) zu dem PCV-Versorgungsdurchgang (36) weitergeleitet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kurbelgehäuseentlüftungssysteme sowie einen damit ausgestatteten Verbrennungsmotor.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei an dieser Stelle auf den allgemeinen Stand der Technik verwiesen, der unter anderem durch die folgenden Druckschriften repräsentiert wird: DE 10 2005 013 803 A1 , DE 10 2004 045 630 A1 , DE 102 26 695 A1 , DE 199 31 740 C2 , US 6 783 571 B2 , US 6 584 964 B1 , US 5 261 380 A und US 4 651 704 A .
Hintergrund der Erfindung
Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV, von positive crankcase ventilation)-Syteme wurden in Verbrennungsmotoren verwendet, um den Ausstoß von Schadstoffen zu reduzieren, indem die Durchblasegase und Kurbelgehäusedämpfe oder PCV-Gase in Brennräume des Verbrennungsmotors für eine anschließende Verbrennung darin rezirkuliert werden. Dies wird üblicherweise dadurch bewerkstelligt, dass die PCV-Gase von einem durch den Verbrennungsmotor definierten Kurbelgehäuse in ein Einlasssystem oder einen Einlasskrümmer geleitet werden, wo sie anschließend in die Brennräume gesaugt werden. Wenn die Gase in einen Einlasskrümmer gesaugt werden, ist im Allgemeinen ein PCV-Ventil erforderlich, um die Menge der Gasströmung zu steuern, da der Krümmer-Unterdruck stark und im Allgemeinen reziprok zu der Menge an PCV-Gasen, die rezirkuliert werden muss, variiert. Wo die PCV-Gase jedoch in das Lufteinlasssystem rezirkuliert werden, war es im Allgemeinen ausreichend, die Gasströmung mithilfe einer Öffnung zu steuern.
Die Gase, die von dem Kurbelgehäuse in das PCV-System eintreten und zu den Brennräumen strömen, können darin suspendierte Ölpartikel aufweisen. Die Ölpartikel können mit den PCV-Gasen durch das PCV-System zu dem Einlasssystem und den Brennräumen gelangen, in denen sie mit der Luft und dem Kraftstoff verbrannt werden. Wenn die Menge an solchen Ölpartikeln zu groß wird, können die Motoremissionen und der Ölverbrauch zunehmen. Aus diesem Grund können PCV-Systeme eine Filtervorrichtung umfassen, um Ölpartikel von den Gasen zu trennen und die Menge an Öl zu reduzieren, die zu den Brennräumen strömt und in diesen verbrannt wird. Solch eine Filtervorrichtung kann ein halbdurchlässiges Filterelement umfassen, durch das die PCV-Gase strömen. Das Filterelement besitzt typischerweise kleine Öffnungen oder Zwischenräume, durch die die PCV-Gase und die darin enthaltenen Ölpartikel strömen müssen. Die Öffnungen sind ausreichend dimensioniert, sodass das Öl aus den PCV-Gasen gefiltert wird und in dem Filterelement bleibt. Das Filterelement kann mit Öl verstopft werden und dadurch die Gasströmung hierdurch behindern. Eine weitere Überlegung bezieht sich auf das Frieren oder Vereisen des PCV-Systems in kalten Klimagebieten. Kondensiertes Wasser in dem PCV-System kann sich ansammeln und frieren und die Gasströmung behindern oder das Vereisen von Einlasssystemkomponenten zulassen. Durch Befestigen der PCV-Systemkomponenten innen an dem Motor wird das Risiko des Vereisens reduziert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV)-System für einen Verbrennungsmotor mit einem Motorblock vorgesehen, der ein Kurbelgehäusevolumen definiert, welches Gase und darin suspendierte Ölpartikel enthält. Das PCV-System umfasst ein Wellenelement, das drehbar innerhalb des Motorblocks gelagert ist und einen allgemein zylindrischen Hohlraum definiert, der sich in Längsrichtung innerhalb des Wellenelements erstreckt. Das Wellenelement definiert ferner zumindest eine Öffnung, die dazu dient, die Gase und Ölpartikel von dem Kurbelgehäusevolumen zu dem allgemein zylindrischen Hohlraum weiterzuleiten.
Ein Abdeckelement ist entfernbar an dem Motorblock befestigt und dient dazu, zumindest einen Abschnitt des Wellenelements zu umschließen. Das Abdeckelement definiert zumindest teilweise einen PCV-Versorgungsdurchgang und einen Ölablassdurchgang. Ein hohles Rohrelement ist an dem Abdeckelement gebildet, und zumindest ein Abschnitt des Rohrelements ist koaxial innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes des Wellenelements aufgenommen, um ein äußeres Gebiet und ein inneres Gebiet des allgemein zylindrischen Hohlraumes zu definieren. Das äußere Gebiet ist mit dem Ölablassdurchgang verbunden und das innere Gebiet ist mit dem PCV-Versorgungsdurchgang verbunden.
Ein Zentrifugalabscheider ist innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes angeordnet und dient dazu, eine Rotation der Gase und Ölpartikel innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes zu bewirken. Zumindest ein Teil der Ölpartikel wird durch den Zentrifugalabscheider zu dem äußeren Gebiet des allgemein zylindrischen Hohlraumes zum Weiterleiten an den Ölablassdurchgang gezwungen. Außerdem wird zumindest ein Teil der Gase von dem inneren Gebiet zu dem PCV-Versorgungsdurchgang weitergeleitet.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische grafische Darstellung eines Abschnitts eines Verbrennungsmotors mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem, das einen Zentrifugalabscheider innerhalb einer Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors enthält;
2 ist eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Abdeckelements mit einem Rohrelement gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine perspektivische Umgebungs-Querschnittsansicht des Verbrennungsmotors von 1, welche Komponenten des Kurbelgehäuseentlüftungssystems weiter veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Ansichten durchgehend denselben oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein Abschnitt eines Verbrennungsmotors, allgemein bei 10 bezeichnet, schematisch dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst einen Motorblock 12, der zumindest teilweise ein Kurbelgehäusevolumen 14 definiert. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Kurbelwelle 16 und ein Wellenelement 18, z. B. eine Ausgleichswelle. Die Kurbelwelle 16 und das Wellenelement 18 sind durch jeweilige erste und zweite Lager 20 und 22 drehbar innerhalb des Motorblocks gelagert.
Ein erstes Zahnradelement 24 ist an der Kurbelwelle 16 für eine einheitliche Rotation mit dieser befestigt, während ein zweites Zahnradelement 26 an dem Wellenelement 18 für eine einheitliche Rotation mit diesem befestigt ist. Das erste und das zweite Zahnradelement 24 und 26 stehen kämmend miteinander in Eingriff, um eine rotatorische zeitliche Steuerung zwischen der Kurbelwelle 16 und dem Wellenelement 18 aufrechtzuerhalten. Ein Fachmann auf dem Gebiet des Motorbaus wird weitere Mittel kennen, um die rotatorische zeitliche Steuerung zwischen der Kurbelwelle 16 und dem Wellenelement 18 aufrechtzuerhalten, z. B. ein Kettenantriebssystem.
Ein Abdeckelement 28 ist entfernbar an dem Motorblock 12 befestigt und dient dazu, das Wellenelement 18 teilweise zu umschließen. Ein Endabschnitt 30 der Kurbelwelle 16 erstreckt sich durch das Abdeckelement 28 hindurch. Eine Wellendichtung 32 wie z. B. eine Lippendichtung ist an dem Abdeckelement 28 befestigt und dient dazu, abdichtend in den Endabschnitt 30 der Kurbelwelle 16 einzugreifen, um eine Abdichtung des Kurbelgehäusevolumens 14 zu bewirken. Das Abdeckelement 28 ist vorzugsweise aus einem Gussmetall- oder Verbundmaterial gebildet und umfasst ein Rohrelement 34, das sich davon weg erstreckt. Das Abdeckelement definiert einen Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV)-Versorgungsdurchgang 36 und einen Ölablassdurchgang 38. Der Ölablassdurchgang 38 umfasst ein Einweg-Sperrventil 40. Eine Wellendichtung 42 ist an dem Abdeckelement 28 befestigt und greift abdichtend in das Wellenelement 18 ein.
Das Wellenelement 18 umfasst eine innere Wand 43, die einen allgemein zylindrischen Hohlraum 44 definiert, der sich in Längsrichtung entlang des Wellenelements 18 erstreckt, und weist einen in 1 mit D bezeichneten Durchmesser auf. Das Wellenelement 18 definiert ferner Öffnungen 46, die sich radial nach innen erstrecken. Ein Wirbel- oder Zentrifugalabscheider 48 ist innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes 44 angeordnet. Der Zentrifugalabscheider 48 umfasst eine Vielzahl von Schaufeln oder Flügeln 50. Zumindest ein Abschnitt des Rohrelements 34 ist innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes 44 aufgenommen. Das Rohrelement 34 als solches ist koaxial innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes 44 angeordnet; das Rohrelement 34 dient dazu, den zylindrischen Hohlraum 44 in ein äußeres Gebiet 52 und ein inneres Gebiet 54 zu unterteilen.
Das Wellenelement 18, der Zentrifugalabscheider 48 und das Abdeckelement 28 wirken zusammen, um einen Abschnitt eines PCV-Systems, allgemein bei 56 bezeichnet, zu bilden. Während des Betriebes des Verbrennungsmotors 10 ist das PCV-System 56 wirksam, um Gase, durch den Pfeil 58 angezeigt, von innerhalb des Kurbelgehäusevolumens 14 in einen Brennraum (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 zur Verbrennung darin einzuleiten. Die Gase 58 können Luft und Durchblasegase umfassen.
Außerdem umfassen die Gase 58 typischerweise eine Menge an mitgerissenem Öl darin. Um niedrige Abgasemissionen und einen niedrigen Ölverbrauch aufrechtzuerhalten, ist es wünschenswert, das Öl aus den Gasen 58 vor dem Einleiten in den Brennraum des Verbrennungsmotors 10 zu entfernen.
Die Gase 58 treten durch die Öffnungen 46, die durch das Wellenelement 18 definiert sind, in das PCV-System 56 ein. Anschließend werden die Gase 58 in den Zentrifugalabscheider 48 eingeleitet, der auf Grund der Rotation des Wellenelements 18 dazu dient, eine Rotationsbewegung oder einen Drall auf die Gase 58 zu übertragen. Die auf die Gase 58 als Ergebnis der Rotationsbewegung ausgeübten Zentrifugalkräfte bewirken, dass die relativ schweren Öltropfen oder -partikel, als Pfeile 60 angezeigt, nach außen in Richtung der inneren Wand 43 des Wellenelements 18 gezwungen werden, während die relativ leichten PCV-Gase, durch Pfeile 62 angezeigt, zentral innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes 44 angeordnet bleiben.
Zumindest ein Teil der Ölpartikel 60 wird in das äußere Gebiet 52 für eine anschließende Einleitung in den Ölablassdurchgang 38 eingeleitet, um zu dem Kurbelgehäusevolumen 14 weitergeleitet zu werden. Zumindest ein Teil der PCV-Gase 62 wird in das innere Gebiet 54 eingeleitet, um zu dem PCV-Versorgungsdurchgang 36 für eine anschließende Einleitung in den Brennraum des Verbrennungsmotors 10 weitergeleitet zu werden.
Eine Öffnung 64 ist durch das Abdeckelement 28 definiert und dient dazu, eine Verbindung zwischen dem PCV-Versorgungsdurchgang 36 und dem Ölablassdurchgang 38 bereitzustellen. Die Öffnung 64 ermöglicht es, dass in den PCV-Gasen enthaltene Ölpartikel 60, die aus der Suspension innerhalb des PCV-Versorgungsdurchgangs 36 ausgefallen sind, durch den Ölablassdurchgang 38 abgelassen werden, um wieder in das Kurbelgehäusevolumen 14 eingeleitet zu werden. Das Einweg-Sperrventil 40 dient dazu, eine freie Strömung von Ölpartikeln 60 in das Kurbelgehäusevolumen 14 zuzulassen, während es den Eintritt von Gasen 58 von innerhalb des Kurbelgehäusevolumens 14 in den Ölablassdurchgang 38 blockiert.
Die Öffnungen 46 sind oberstromig des Zentrifugalabscheiders in einem Abstand A positioniert, während der Zentrifugalabscheider 48 oberstromig des Rohrelements 34 in einem Abstand B positioniert ist. In einer nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsform wird der Abstand A zumindest das Zweifache des Durchmessers D des allgemein zylindrischen Hohlraumes 44 betragen, während der Abstand B zumindest das Zehnfache des Durchmessers D des allgemein zylindrischen Hohlraumes 44 betragen wird. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Wellenelement 18 innerhalb des Kurbelgehäusevolumens 14 in einem ruhigen Bereich oder einem Bereich mit wenig Wirbelung angeordnet, sodass das innerhalb der Gase 58 mitgerissene Öl minimiert ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Abdeckelements 28 von 1 gezeigt. Das Abdeckelement 28 umfasst ein Rohrelement 34, das sich von diesem weg erstreckt. Bei der Montage des Abdeckelements 28 an dem Motorblock 12 erstreckt sich das Rohrelement 34 von dem Abdeckelement 28 innerhalb des zylindrischen Hohlraumes 44 nach innen, wie in 3 weiter veranschaulicht.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine perspektivische Umgebungs-Querschnittsansicht des Verbrennungsmotors 10 von 1 gezeigt. Der Motorblock 12 umfasst eine Vielzahl von Trennwänden 66, die dazu dienen, die Kurbelwelle 16, in 1 gezeigt, drehbar zu lagern. Die Trennwände 66 definieren ferner das Kurbelgehäusevolumen 14. Das Abdeckelement 28 ist mithilfe einer Vielzahl von Schraubverbindern 68 wie z. B. Bolzen oder Schrauben entfernbar an dem Motorblock 12 befestigt. Das Rohrelement 34 des Abdeckelements 28 erstreckt sich in den zylindrischen Hohlraum 44 hinein und dient dazu, den zylindrischen Hohlraum 44 in das äußere Gebiet 52 und das innere Gebiet 54 zu unterteilen, wie in 1 erläutert.

Claims

Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV, von positive crankcase ventilation)-System (56) für einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Motorblock (12), der ein Kurbelgehäuse (14) definiert, welches Gase (62) und darin suspendierte Ölpartikel (60) enthält, wobei das PCV-System (56) umfasst: ein Wellenelement (18), das drehbar innerhalb des Motorblocks (12) gelagert ist und einen allgemein zylindrischen Hohlraum (44) definiert, der sich in Längsrichtung innerhalb des Wellenelements (18) erstreckt, und zumindest eine Öffnung (46) definiert, die dazu dient, die Gase (62) und Ölpartikel (60) aus dem Kurbelgehäuse (14) zu dem allgemein zylindrischen Hohlraum (44) weiterzuleiten; ein Abdeckelement (28), das entfernbar an dem Motorblock (12) befestigt ist und dazu dient, zumindest einen Abschnitt des Wellenelements (18) zu umschließen, wobei das Abdeckelement (28) zumindest teilweise einen PCV-Versorgungsdurchgang (36) und einen Ölablassdurchgang (38) definiert; ein hohles Rohrelement (34), das an dem Abdeckelement (28) gebildet ist, und wobei zumindest ein Abschnitt des Rohrelements (34) koaxial innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) des Wellenelements (18) aufgenommen ist, um ein äußeres Gebiet (52) und ein inneres Gebiet (54) des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) zu definieren, wobei das äußere Gebiet (52) mit dem Ölablassdurchgang (38) verbunden ist und das innere Gebiet (54) mit dem PCV-Versorgungsdurchgang (36) verbunden ist; einen Zentrifugalabscheider (48), der innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) angeordnet ist und dazu dient, eine Rotation der Gase (62) und Ölpartikel (60) innerhalb des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) zu bewirken; wobei zumindest ein Teil der Ölpartikel (60) durch den Zentrifugalabscheider (48) zu dem äußeren Gebiet (52) des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) zum Weiterleiten an den Ölablassdurchgang (38) gezwungen wird und zumindest ein Teil der Gase (62) von dem inneren Gebiet (54) zu dem PCV-Versorgungsdurchgang (36) weitergeleitet wird.
Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, das ferner ein Einweg-Sperrventil (40) umfasst, welches innerhalb des Ölablassdurchgangs (38) angeordnet ist.
Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Wellendichtung (42) umfasst, die an dem Abdeckelement (28) befestigt ist und dazu dient, abdichtend mit dem Wellenelement (18) in Eingriff zu stehen.
Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, wobei das Wellenelement (18) eine Ausgleichswelle ist.
Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Öffnung (46) oberstromig des Zentrifugalabscheiders (48) in einem Abstand (A) des zumindest Zweifachen des Durchmessers (D) des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) positioniert ist.
Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, wobei das Rohrelement (34) unterstromig des Zentrifugalabscheiders (48) in einem Abstand des zumindest Zehnfachen des Durchmessers des allgemein zylindrischen Hohlraumes (44) positioniert ist.
Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, wobei sich die zumindest eine Öffnung (46) radial nach innen erstreckt.
Verbrennungsmotor (10) mit einem Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV)-System (56) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.