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Die
Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem
Schmiermittel aufweisenden Schmiermittelkreislauf, der mit einem
Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden ist, und mit
mindestens einer Pumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks im Kurbelgehäuse.
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Im
Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen bekannt, die zum Absaugen
von schmiermittelhaltigen Dämpfen aus dem Kurbelgehäuse
das Kurbelgehäuse mit einem Unterdruck beaufschlagen. Hierzu
ist eine Pumpe vorgesehen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise
aus der
WO 2006/102968 A1 bekannt.
Daran ist nachteilig, dass die im Kurbelgehäuse befindlichen,
schmiermittelhaltigen Dämpfe an einer Stelle abgesaugt
und separiertes Schmiermittel an nur einer Stelle wieder zugeführt
wird. Durch die Reduzierung des Kurbelkammerdrucks lässt
sich insgesamt eine Reduzierung des Ölverbrauchs und der
Reibleistung bei gleichzeitiger Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
und Leistungssteigerung erreichen. Bekannte Lösungen benötigen
aber eine Heizung für die Kurbelgehäuseentlüftung,
einen externen Ölabscheider, ein Ventil zur Wiederbelüftung
des Kurbelgehäuses und, falls Turbomotoren betroffen sind,
die bereits erwähnte separate Vakuumpumpe. Unter bestimmten
Lastpunkten entsteht am Kolbenring ein Druckgefälle zum
Zylinderkopf hin, wobei der Druck im Brennraum geringer ist als
im Kurbelraum. Dies ist beispielsweise im Schubbetrieb und bei Zylinderabschaltung
der Fall. Hierbei wird Schmiermittel in unerwünschter Weise
in den Brennraum gezogen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine der
gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die diese
unerwünschten Erscheinungen stark reduziert oder insgesamt
ausschließt. In vorteilhafter Weise soll hierbei eine wirksame
Unterdruckerzeugung im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine
und eine möglichst effiziente Ölabscheidung ermöglicht
werden.
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Hierzu
wird eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Schmiermittel
aufweisenden Schmiermittelkreislauf vorgeschlagen, der mit einem Kurbelgehäuse
der Brennkraftmaschine verbunden ist, und mit mindestens einer Pumpe
zum Erzeugen eines Unterdrucks im Kurbelgehäuse. Es ist
vorgesehen, dass die Pumpe über einen durch die Brennkraftmaschine
führenden Kanal mit einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine
zugeordneten Zylinderkurbelgehäusen verbunden ist. Das
Kurbelgehäuse der Brenn kraftmaschine weist demzufolge Zylinderkurbelgehäuse
auf, die jeweils einem Zylinder zugeordnet sind. Die Pumpe, die
den Unterdruck im Kurbelgehäuse erzeugt, ist über
den Kanal mit den einzelnen Zylinderkurbelgehäusen verbunden.
Es erfolgt demzufolge nicht eine Unterdruckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses
an einer zentralen Stelle mit entsprechendem, relativ großem
Druckgradienten zu den einzelnen Zylindern hin. Vielmehr erfolgt eine
Druckbeaufschlagung in fast paralleler Weise mit nur sehr geringen
Druckgradienten in die einzelnen Zylinderkurbelgehäuse
hinein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe im Kanal
angeordnet. Eine längere Unterdruckstrecke ist hierbei
nicht erforderlich.
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Bevorzugt
ist die Pumpe ein Impeller beziehungsweise eine Impellerpumpe. Auf
diese Weise lassen sich bauraumsparende, leistungsfähige
Pumpenanordnungen realisieren.
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Die
Pumpe wird bevorzugt von der Brennkraftmaschine angetrieben, also
in einer solchen Art und Weise, dass sie keines separaten Antriebs,
beispielsweise durch Elektromotoren, bedarf (wenngleich ein solcher
aber selbstverständlich möglich ist). Die Pumpe
ist demzufolge bevorzugt mechanisch an bewegte Teile der Brennkraftmaschine
gekoppelt, etwa an einem Endlostrieb.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist im Kanal mindestens
ein Schmiermittelabscheider angeordnet. Die Abscheidung von Schmiermittel
aus den aus dem Kurbelgehäuse gesaugten, schmiermittelhaltigen
Dämpfen erfolgt demzufolge direkt im Kanal, nicht über
separate Ölabscheider. Außerhalb der Brennkraftmaschine
liegende, separate Ölabscheidevorrichtungen können
dadurch ersatzlos entfallen. Ferner wird der Weg- und Transportverlust
von Schmiermittel vermieden, wie er in separaten Ölabscheidern
und deren Verrohrungen vorkommt. Der Schmiermittelabscheider liegt
im Kanal und damit an der Stelle, an der die Absaugung der schmiermittelhaltigen
Dämpfe aus dem Zylindergehäuse erfolgt, eine unnötige
Wegführung von abgeschiedenem Schmiermittel ist deshalb
nicht erforderlich.
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Bevorzugt
sind im Kanal mehrere, jeweils einem Zylinderkurbelgehäuse
zugeordnete Schmiermittelabscheider angeordnet. In dieser Ausführungsform
weist jedes Zylinderkurbelgehäuse einen ihm zugeordneten
Schmiermittelabscheider auf. Die Schmiermittelabscheidung erfolgt
demzufolge sehr vorteilhaft an jedem Zylinderkurbelgehäuse.
Hierdurch wird eine besonders effektive Abscheidung unmittelbar
im Bereich des jeweili gen Zylinders, nämlich in seinem
Zylinderkurbelgehäuse beziehungsweise diesem zugeordnet,
bewirkt.
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Bevorzugt
sind die Schmiermittelabscheider Schleuderabscheider. Schleuderabscheider
sind wirksam und einfach im Aufbau, sie bedienen sich der Zentrifugalkraft
und kommen ohne bauraumaufwendige Konstruktion aus, wie sie beispielsweise
bei Labyrinthabscheidern oder Zyklonabscheidern erforderlich ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Schmiermittelabscheider
Kegelabscheider. Kegelabscheider sind solche Abscheider, die zumindest
abschnittsweise eine Kegel- oder Kegelabschnittskontur aufweisen.
Die Kegelabschnittskontur ist hierbei von Öffnungen durchsetzt, durch
die Schmiermittel austreten kann, wenn der Kegelabscheider in Rotation
versetzt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind im Kanal Lagerstellen
für die Schleuderabscheider angeordnet. Über diese
Lagerstellen lässt sich ein ruhiger Lauf der rotierenden
Schleuderabscheider erzielen.
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Die
Pumpe und die Schmiermittelabscheider sind in einer weiteren Ausführungsform über
eine Drehmomentenübertragungsstrecke miteinander verbunden.
Pumpe und Schmiermittelabscheider unterliegen demzufolge dem gleichen
Antrieb; das Drehmoment zu ihrer Rotation stammt von demselben Antrieb,
insbesondere von der Brennkraftmaschine selbst, beispielsweise über
einen Riemen- oder Kettentrieb oder über ein Getriebe.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind die Schmiermittelabscheider
miteinander über ein längs innerhalb des Kanals
verlaufendes Abluftrohr verbunden. Über das Abluftrohr
erfolgt die Absaugung der vom Schmiermittel befreiten Gase, insbesondere Luft,
bevorzugt zur Zuführung zum Saugrohr. Das Abluftrohr ist
demzufolge eine zentrale Ableitung der von Schmiermittel befreiten
Gase.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Abluftrohr
die Drehmomentübertragungsstrecke. Die Momentübertragung
zum Antrieb zur Bewirkung der Rotation der Schmiermittelabscheider
erfolgt demzufolge über das Abluftrohr oder zumindest auch über
das Abluftrohr (es kann eine weitere Welle zentral des Abluftrohrs
vorgesehen sein, beziehungsweise eine entsprechende Lagerachse).
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Auf
diese Weise lässt sich eine sehr einfache und bauraumsparende
Konstruktion erzielen, die beispielsweise auch sehr vorteilhaft
in einem Innen-V eines in V-Form ausgebildeten mehrzylindrigen Motors angeordnet
werden kann. In einer solchen Ausführung in einem Innen-V,
beispielsweise eines V8-Motors, ist es beispielsweise auch möglich,
den Kanal mit jeweils zwei Zylindern beziehungsweise zwei Zylinderkurbelgehäusen,
nämlich einem pro Zylinderbank, gleichzeitig zu verbinden,
so dass sie insgesamt in vier Segmenten jeweils zwei Zylinderkurbelgehäuse
(eines einer jeden Bank) zusammengeführt liegen und mit
dem Kanal verbunden sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder
Schmiermittelabscheider sein abgeschiedenes Schmiermittel in das
ihm zugehörige Zylinderkurbelgehäuse abscheidet.
Es sind demzufolge Öffnungen vorgesehen, die den Austritt
von im Schmiermittelabscheider abgeschiedenem Schmiermittel in das
jeweils zugehörige Zylinderkurbelgehäuse ermöglichen.
Auf diese Weise wird vermieden, dass Schmiermittel, das aus dem
Bereich eines Zylinders beziehungsweise des diesem zugeordneten Zylinderkurbelgehäuses
in der schmiermittelhaltigen Luft abgesaugt wird, unnötig
in einen zentralen Schmiermittelsammelbehälter zurückgeleitet
wird. Auf diese Weise kann sehr vorteilhaft vermieden werden, dass
bei einer in ungünstigen Betriebsumständen durchaus
möglichen, ungleichmäßigen Ölaustragung
aus einem Zylinderkurbelgehäuse dort bei gleichmäßigem
Ableiten des ausgetragenen Schmiermittels eine Gefahr von Mangelschmierung entstehen
könnte; vielmehr wird so sichergestellt, dass jedem Zylinderkurbelgehäuse
das aus ihm stammende Schmiermittel zurückgeleitet wird.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist
vorgesehen, dass eine Anordnung von Schmiermittelabscheidem und
Abluftrohr als Ausgleichswelle, insbesondere zum Ausgleich von Massekräften
erster Ordnung, ausgebildet ist. Auf diese Weise Isst sich sehr
einfach eine bauraumsparende Mehrfachnutzung erreichen. Insbesondere
kann hierbei auch vorgesehen sein, dass nicht die Ausgleichswelle
an dem Abluftrohr beziehungsweise einer in diesem laufenden, zentralen Welle
ausgebildet ist, sondern dass das Abluftrohr mit den Schmiermittelabscheidern
und dem Kanal um eine Ausgleichswelle herum ausgebildet ist beziehungsweise
zumindest teilweise von der Ausgleichswelle gebildet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt
zu sein.
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Es
zeigen
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1 eine
beispielhaft ausgeführte Brennkraftmaschine mit Kegelabscheidern,
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2 eine
Detaildarstellung der Kegelabscheider auf dem Abluftrohr und der
Welle mit Pumpe und
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3 die
in 2 gezeigte Anordnung in einem Außenrohr.
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2,
wobei jedem Zylinder 2 ein Zylinderkurbelgehäuse 3 zugeordnet
ist. Die einzelnen Zylinderkurbelgehäuse 3 bilden
insgesamt das Kurbelgehäuse 4 der Brennkraftmaschine 1.
Die Zylinderkurbelgehäuse 3 eröffnen
sich jeweils in einen im Wesentlichen quer zur Zylinderlaufrichtung
liegenden, also längs der Zylinderreihenfolge entlang erstreckten
Kanal 5, wobei der Kanal 5 die einzelnen Zylinderkurbelgehäuse 3 miteinander
verbindet. In dem Kanal 5 ist entlang seiner Längsausdehnung
in einem Außenrohr 6 eine Welle 7 drehbar
gelagert, wobei auf der Welle 7 Schmiermittelabscheider 8 in einem
solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass jedem Zylinderkurbelgehäuse 3,
das sich in den Kanal 5 eröffnet, ein Schmiermittelabscheider 8 gegenüberliegend
zugeordnet ist. Die Schmiermittelabscheider 8 sind als
Kegelabscheider 9 ausgebildete Schleuderabscheider 10.
Die Schmiermittelabscheider 8 sind hierbei durch ein Abluftrohr 11 miteinander verbunden,
das die Welle 7 umgreift. Das Abluftrohr 11 führt,
die Schmiermittelabscheider 8 miteinander verbindend, zu
einer Pumpe 12, die stirnseitig der Brennkraftmaschine
auf der Welle 7 angeordnet ist. Die Pumpe 12 ist
als Impeller 13 ausgebildet. Über den Impeller 13 wird
Abluft 14 aus dem Abluftrohr 11, mithin aus den
Schmiermittelabscheidern 8, gesaugt und über eine
hier nicht dargestellte Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
einem hier nicht dargestellten Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt.
Hierdurch wird im Kurbelgehäuse 4 ein stetiger,
nicht notwendig gleichbleibender, Kurbelgehäuseunterdruck PKG erzeugt. Aufgrund der stetig vorherrschenden Kurbelgehäuseunterdrucks
PKG wird ein in dem Kurbelgehäuse 4 vorhandenes
Schmiermittelluftgemisch 15 in Richtung auf den Kanal 5 hin
abgesaugt, wobei das Schmiermittelluftgemisch 15 in den
sich drehenden Schmiermittelabscheidern 8 separiert wird
in Abluft 14, die, wie vorstehend beschrieben, dem nicht dargestellten
Saugrohr zugeführt wird und in Schmiermittel 16,
das von den Schmiermittelabscheidern 8 zurück
in die Zylinderkurbelgehäuse 3 tropft. Hier durch
wird sichergestellt, dass das Schmiermittel 16 dem jeweiligen
Zylinderkurbelgehäuse 3, dem es entstammt, möglichst
ohne Verlust wieder zugeführt wird. Dies wäre
bei einer Ableitung in einen zentralen Schmiermittelbehälter
nicht möglich. Die einzelnen Schmiermittelabscheider 8 sowie
das Abluftrohr 11 sind in dem bereits beschriebenen Außenrohr 6 geführt.
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2 zeigt
die Welle 7 mit auf ihr beabstandet angeordneten Schmiermittelabscheidern 8,
nämlich den Kegelabscheidern 9, die Schleuderabscheider 10 sind.
Zwischen den einzelnen Schmiermittelabscheidern 8 ist das
Abluftrohr 11 angeordnet, das die Schmiermittelabscheider 8 untereinander
sowie den stirnseitigen Schmiermittelabscheider 8 mit der als
Impeller 13 ausgebildeten Pumpe 12 verbindet. Auf
dem Abluftrohr 11 ist weiter eine Lagerung 17 zur drehbaren
Lagerung vorgesehen. Der Antrieb erfolgt dadurch, dass die einzelnen
Kegelabscheider über das Abluftrohr 11 und die
Welle 7 zur Ausbildung einer Drehmomentenübertragungsstrecke 24 drehfest miteinander
sowie mit der Pumpe 12 verbunden sind, wobei die Welle 7 ihrerseits
drehfest mit einem Kettenrad 18 zum Eingriff in eine Steuerkette
der Brennkraftmaschine 1 unten ist. Anstelle des Kettenrades 18 kommt
selbstverständlich auch ein Antrieb über ein sonstiges
Stirnrad eines Endlostriebs oder der Antrieb über einen
selbstständigen Aktor oder Motor in betracht. Im Bereich
der Pumpe 12 ist diese Anordnung mittels einer Montageplatte 19 gehalten,
die die Anordnung insgesamt über eine hier nicht dargestellte
Stirnseite der Brennkraftmaschine 1 zuführ- und festlegbar
hält. Die gesamte Anordnung kann demzufolge als Baueinheit 20 aus
der Brennkraftmaschine 1 entnommen und wieder eingefügt
werden.
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3 zeigt
die Baueinheit 20, wie vorstehend beschrieben, angeordnet
in dem Außenrohr 6. Im Außenrohr 6 sind
umfangsseitige Zutrittsöffnungen 21 (in in Umfangsrichtung
erstreckter Langform) sowie im Bereich der in dem Außenrohr 6 angeordneten
Schmiermittelabscheider 8 außenumfangsseitig am
Außenrohr 6 eingebrachten Zu- und Ablaufbohrungen 21 angeordnet.
Die Schmiermittelabscheider 8 weisen ihrerseits an ihrem
durchmessergrößeren Kegelende 22 eine
Propellerstruktur 23 auf, um die Zuförderung von
in 1 dargestelltem Schmiermittelluftgemisch 15 zu
fördern.
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Je
nach Ausbildung und Anbringung von Gewichten beziehungsweise Ungleichgewichtsverteilung
kann die Welle 7 beziehungsweise die gesamte gezeigte Baugruppe 20 auch
als Ausgleichswelle für die Brennkraftmaschine 1 Verwendung
finden, insbesondere zum Ausgleich freier Massekräfte erster Ordnung.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3
- Zylinderkurbelgehäuse
- 4
- Kurbelgehäuse
- 5
- Kanal
- 6
- Außenrohr
- 7
- Welle
- 8
- Schmiermittelabscheider
- 9
- Kegelabscheider
- 10
- Schleuderabscheider
- 11
- Abluftrohr
- 12
- Pumpe
- 13
- Impeller
- 14
- Abluft
- 15
- Schmiermittel-Luft-Gemisch
- 16
- Schmiermittel
- 17
- Lagerung
- 18
- Kettenrad
- 19
- Montageplatte
- 20
- Baueinheit
- 21
- Zu-
und Ablaufbohrungen
- 22
- Kegelende
- 23
- Propellerstruktur
- 24
- Drehmomentenübertragungsstrecke
- PKG
- Kurbelgehäuseunterdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/102968
A1 [0002]