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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Derartige Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem Serienkraftwagenbau bekannt. Sie umfassen jeweils ein Kurbelgehäuse, welches mittels einer Entlüftungseinrichtung zu entlüften ist. Dies ist deshalb notwendig, da sich in dem Kurbelgehäuse während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ein im Wesentlichen gasförmiges Gemisch ansammelt, welches im Wesentlichen aus aus Verbrennungsräumen der Verbrennungskraftmaschine in das Kurbelgehäuse strömenden Verbrennungsgasen sowie Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine besteht. Zur Vermeidung eines Druckanstiegs in dem Kurbelgehäuse wird dieses Gemisch von dem Kurbelgehäuse abgeführt. Zur Reduzierung von Emissionen wirkt die Entlüftungseinrichtung mit einer Abscheideeinrichtung zusammen, mittels welcher das in dem Gemisch befindliche Schmieröl abgeschieden wird.
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Die
DE 109 29 876 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer Entlüftungseinrichtung, die zur Kurbelgehäuseentlüftung dient, mit einem Ölabscheider zusammenwirkt sowie an eine Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen und darüber hinaus mit Drosseln versehen ist. Die Entlüftungseinrichtung umfasst sowohl die Kurbelgehäuseentlüftung sowie auch eine Turboladerentlüftung wenigstens eines Turboladers. Dabei sind die Kurbelgehäuseentlüftung und die Turboladerentlüftung an eine dem Ölabscheider zugeordnete Verteilereinheit angeschlossen, die eine erste Drossel und eine zweite Drossel aufweist, wobei die erste Drossel vorzugsweise unter Zwischenschaltung des Ölabscheiders mit einer mit der Ansaugleitung verbundenen ersten Leitung und die zweite Drossel mit einer zweiten Leitung an die Ansaugleitung angeschlossen ist, und zwar dergestalt, dass die Entlüftungseinrichtung im Saugbetrieb über die zweite Leitung und im Laderbetrieb über die erste Leitung wirksam ist.
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Die bekannten Verbrennungskraftmaschinen mit den Entlüftungseinrichtungen weisen weiteres Potential auf, die Emissionen zu senken.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche niedrige Emissionen aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Abgasturbolader und mit einem Kurbelgehäuse mit zumindest einer Entlüftungseinrichtung, mittels welcher ein Gemisch aus Gas und Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine aus dem Kurbelgehäuse abführbar ist und welche mit zumindest einer ersten Abscheidungseinrichtung zusammenwirkt, mittels welcher das Schmiermittel von dem Gas abscheidbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine weitere, mit dem zumindest einen Abgasturbolader zusammenwirkende Abscheidungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher Schmiermittel eines Gemisches aus dem Schmiermittel und Gas des Abgasturboladers von dem Gas abscheidbar ist.
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Die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine stellt somit eine weitere Möglichkeit dar, das Schmiermittel von dem Gas abzuscheiden, wodurch einerseits das an die Umwelt zu entlassende oder der Verbrennungskraftmaschine wieder zuzuführende Gas beziehungsweise Gemisch von dem Schmiermittel gereinigt ist, was die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine und die Belastung des Abgasturboladers und Ladeluftkühlers reduziert. Des Weiteren ist durch diese weitere Abscheidungseinrichtung die erste Abscheidungseinrichtung entlastet, was eine kleinere Dimensionierung und damit eine Kostenreduzierung sowie eine Gewichtsreduzierung sowie eine weitere Reduzierung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
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Ist zumindest eine Rückführleitung vorgesehen, über welche das Schmiermittel des Abgasturboladers in das Kurbelgehäuse rückführbar ist, und ist die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung in Strömungsrichtung des über die Rückführleitung rückzuführenden Schmiermittels zwischen dem Abgasturboladers und der zumindest ersten Abscheidungseinrichtung angeordnet, so stellt die weitere Abscheidungseinrichtung eine Vorreinigung des Gemisches dar, welches ohne die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung die erste Abscheidungseinrichtung stark belasten würde, was zu erhöhten Emissionen der Verbrennungskraftmaschine führen würde. Dies ist durch die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine zumindest reduziert, da das Schmiermittel, welches nebelartig durch Rotation zu schmierender Komponenten des Abgasturboladers vorliegt, von dem Gas abgeschieden werden kann, wodurch also das von dem Schmiermittel gereinigte Gas zum Kurbelgehäuse rückgeführt werden kann. Dieses vorgereinigte Gas belastet dann die erste Abscheidungseinrichtung nicht oder zumindest nur sehr gering, was mit einer Reduzierung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.
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Vorteilhafterweise ist die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung in die Rückführleitung integriert, was den Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine gering hält und somit zur Vermeidung oder Lösung von Package-Problemen beiträgt, was insbesondere in einem platzkritischen Raum wie einem Motorraum eines Kraftwagens besonders vorteilbehaftet ist.
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In jeglicher Hinsicht wird eine von der ersten Abscheidungseinrichtung abzuscheidende Menge von Schmiermittel durch die ausgeführte Vorreinigung beziehungsweise durch eine entsprechende Vorabscheidung mittels der weiteren Abscheidungseinrichtung reduziert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung in ein Gehäuse des Abgasturboladers integriert, was einen Montageaufwand gering hält, da die weitere Abscheidungseinrichtung vorteilhafterweise zumindest nahezu gleichzeitig mit dem Abgasturbolader montiert werden kann, wobei der Abgasturbolader und die in das Gehäuse integrierte Abscheidungseinrichtung vormontiert an ein entsprechendes Montageband für die Verbrennungskraftmaschine angeliefert werden kann. Dies führt zu einer Parallelisierung von Montageprozessen, was die Montagezeit und damit die Gesamtkosten für die Verbrennungskraftmaschine in einem geringen Rahmen hält.
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Ebenso kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung in das Kurbelgehäuse oder in die davorliegende Rückführleitung integriert ist, was ebenso den Montageaufwand wie auch den Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine reduziert.
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Zur Abscheidung des Schmiermittels von dem Gas durch die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung ist die Nutzung verschiedener physikalischer Effekte möglich. Der physikalische Effekt zur Abscheidung der Wahl sollte dabei abhängen von einer Tröpfchengröße des in dem Gemisch nebelartig vorliegenden Schmiermittels in Strömungsrichtung des Gemisches stromauf der zumindest einen weiteren Abscheidungseinrichtung. Wird diese Tröpfchengröße bei der Wahl des physikalischen Effekts zur Abscheidung berücksichtigt, so ist die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung auf herrschende Randbedingungen des Abgasturboladers einstellbar und optimierbar.
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Das Gemisch aus Schmiermittel und Gas, welches in dem Abgasturbolader entsteht und bei welchem das Schmiermittel durch die zumindest eine weitere Abscheidungseinrichtung von dem Gas abzuscheiden ist, weist in der Regel einen höheren Anteil an Schmiermittel auf als das Gemisch, das in dem Kurbelgehäuse infolge der Verwirbelung des Schmiermittels durch in dem Kurbelgehäuse rotierende Komponenten vorliegt. Daher kann der bei der zumindest einen weiteren Abscheidungseinrichtung genutzte physikalische Effekt zur Abscheidung durchaus und sogar vorteilhafterweise von dem bei der ersten Abscheidungseinrichtung eingesetzten physikalischen Effekt zur Abscheidung unterschiedlich sein. Wie bereits angedeutet, ist die jeweilige Abscheidungseinrichtung vorteilhafterweise auf vorliegende Randbedingungen des Abgasturboladers beziehungsweise des Kurbelgehäuses abzustimmen zur Realisierung einer maximalen Abscheidung des jeweiligen Schmiermittels von dem jeweiligen Gas.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Anordnung der zumindest einen weiteren Abscheidungseinrichtung in einem Schmiermittelrücklauf des Abgasturboladers und die damit einhergehende Vorabscheidung des nebelartigen Schmiermittels, welches beispielsweise als Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, die erste Abscheidungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine deutlich entlastet, was zu einer signifikanten Verbesserung der abzuscheidenden Gesamtmenge an nebelartigem Schmiermittel bedeutet. Daraus resultieren besonders niedrige Emissionen der Verbrennungskraftmaschine und Entlastung des Abgasturboladers und Ladeluftkühlers, da zum Beispiel eine Beaufschlagung von der Verbrennungskraftmaschine angesaugter Luft durch das Schmiermittel in Folge einer Rückführung des ausgeführten Gemisches auf eine Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine zur Verbrennung des Gemisches deutlich reduziert ist, was mit einer deutlichen Verbesserung von Abgaswerten der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader und mit einem Kurbelgehäuse, wobei zwei Abscheidungseinrichtungen vorgesehen sind, um ein Schmiermittel eines jeweiligen Gemisches aus dem Schmiermittel und Gas von dem Gas abzuscheiden.
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Die Figur zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Abgasturbolader 12, der eine Turbine 14 sowie einen Verdichter 16 aufweist. Die Turbine 14 wird in bekannter Art und Weise von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben, welches über entsprechende Verrohrungen 18 zu der Turbine 14 geführt wird und ein Turbinenrad des Abgasturboladers 12 antreibt. Das Turbinenrad ist drehfest mit einer Welle 20 des Abgasturboladers 12 verbunden, wobei die Welle 20 wiederum mit einem Verdichterrad des Verdichters 16 drehfest verbunden ist und somit das Verdichterrad über die Welle 20 von dem Turbinenrad angetrieben wird. Das Verdichterrad des Verdichters 16 verdichtet von der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß einem Richtungspfeil 22 angesaugte Luft, die über entsprechende Verrohrungen 24 der Verbrennungskraftmaschine 10 zur Darstellung eines bestimmten Drehmoments und einer bestimmten Leistung zugeführt wird.
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Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Motorgehäuse 26, in welchem Schmieröl zur Schmierung von rotierenden Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 10 aufgenommen ist. In dem Kurbelgehäuse 26 sammelt sich während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 ein Gemisch an, welches im Wesentlichen aus durch die rotierenden Komponenten aufgewirbeltem und somit in Nebelform vorliegendem Schmieröl und Gas besteht, welches aus Zylindern 28 der Verbrennungskraftmaschine 10 in das Motorgehäuse 26 entwichen ist.
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Zur Vermeidung eines zu hohen Druckanstiegs in dem Motorgehäuse 26 muss dieses Gemisch von dem Motorgehäuse 26 abgeführt werden. Ein Entlassen dieses Gemisches an die Umwelt ohne eine Reinigung würde zu hohen Emissionen und zu einer hohen Umweltbelastung führen. Zur Vermeidung dieses Problems umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 eine Entlüftungseinrichtung 30, mittels welcher das Gemisch aus Gas und Schmieröl aus dem Motorgehäuse 26 abführbar ist. Die Entlüftungseinrichtung 30 wirkt dabei mit einer ersten Abscheidungseinrichtung 32 zusammen, mittels welcher das Schmieröl von dem Gas abscheidbar ist. Dadurch befindet sich kein oder nur noch sehr geringe Mengen an Schmieröl in dem Gas, und das Gas kann auf eine Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine 10 rückgeführt werden und über die Verrohrungen 24 den Zylindern 28 zur Verbrennung zugeführt werden. Dies hält die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 gering.
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Auch der Abgasturbolader 12 benötigt Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine 10 zur Schmierung von rotierenden Komponenten, beispielsweise zur Schmierung der Welle 20 beziehungsweise entsprechender Lagerstellen. Dazu ist eine erste Leitung 34 vorgesehen, über welche dem Abgasturbolader 12 Schmieröl zugeführt wird. Auch die Rotation der Welle 20 führt zu einer Verwirbelung des Schmieröls, wodurch auch in dem Abgasturbolader 12 ein Gemisch entsteht, welches aus dem Schmieröl des Abgasturboladers 12 beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 10 und einem Gas besteht, welches sowohl von der Turbine 14 als auch von dem Verdichter 16 zu den zu schmierenden Komponenten, insbesondere der Welle 20, strömt und sich mit dem Schmieröl vermischt.
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Zur Schließung des Kreislaufs ist eine Rückführleitung 36 vorgesehen, über welche das Schmieröl beziehungsweise das ausgeführte Gemisch wieder zu dem Kurbelgehäuse 26 rückgeführt wird.
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Zur weiteren Reduzierung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 und zur Entlastung der ersten Abscheidungseinrichtung 32 ist nun eine weitere Abscheidungseinrichtung 38 vorgesehen, die mit der Rückführleitung 36 fluidisch kommuniziert und mittels welcher das Schmieröl des Gemischs aus dem Schmieröl und dem Gas des Abgasturboladers 12 abscheidbar ist. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der von der Abscheidungseinrichtung 32 abzuscheidenden Gesamtmenge an Schmieröl, was die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine in einem sehr geringen Rahmen hält. In der Rückführleitung 36 zwischen der Abscheidungseinrichtung 38 und dem Motorgehäuse 26 strömen der gasförmige und der flüssige Anteil getrennt in einer Leitung oder in zwei nicht gezeigten, getrennten Leitungen.
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Wie der Figur deutlich zu entnehmen ist, bedeutet dies, dass die von der Verbrennungskraftmaschine 10 angesaugte Luft nun nicht mehr oder nur noch mit äußerst geringen Mengen an Schmieröl beaufschlagt wird, welche schließlich in den Zylinder 28 verbrannt und gemäß einem Richtungspfeil 40 zunächst zumindest einer Abgasreinigungseinrichtung zugeführt und anschließend an die Umwelt entlassen wird. Diese Vermeidung oder zumindest deutliche Reduzierung der Beaufschlagung der angesaugten und zu verbrennenden Luft führt zu äußerst niedrigen Abgaswerten der Verbrennungskraftmaschine 10, wodurch derzeitige und auch zukünftige Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Abgasturbolader
- 14
- Turbine
- 16
- Verdichter
- 18
- Verrohrungen
- 20
- Welle
- 22
- Richtungspfeil
- 24
- Verrohrungen
- 26
- Motorgehäuse
- 28
- Zylinder
- 30
- Entlüftungseinrichtung
- 32
- Abscheidungseinrichtung
- 34
- Leitung
- 36
- Rückführleitung
- 38
- Abscheidungseinrichtung
- 40
- Richtungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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