DE102019000498A1

DE102019000498A1 - Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102019000498A1
Application number: DE102019000498.1A
Authority: DE
Inventors: Alfred Inden; Daniel Bertram; Gerald Leyh
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-07-23
Also published as: CN113272531B; CN113272531A; EP3914812B1; US20220074328A1; WO2020151903A1; EP3914812A1

Abstract

Beschrieben wird eine Brennkraftmaschine, die wenigstens ein Zylinderkurbelgehäuse, wenigstens einen Zylinderkopf (2) mit wenigstens einer Ventilhaube (1) aufweist, wobei im Zylinderkopf (2) Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren (3), Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen (4), Kraftstoffrail (5) und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Vorabscheideraum für die Ölaerosolabscheidung
Aktuelle Motoren zeigen eine immer größere Leistungsdichte bei gleichzeitig weiter steigender Anforderung an die Emissionswerte. Dies bedingt zum einen minimale Maschinenabmaße, zum anderen aber auch den Einsatz effizienter Technologien sowie die Integration verschiedener Funktionen in vorhandene Bauteile.
Bei Motorenentwicklungen ist der Kurbelgehäuseentlüftung entsprechend Raum einzuräumen.
Die Kurbelgehäuseentlüftung dient der Abscheidung ölhaltiger Bestandteile (Aerosole) aus der systembedingt unvermeidlichen Leckagegasmenge, die über Kolbenringe, ATL-Abdichtung sowie Ventilschaftabdichtungen ins Kurbelgehäuse gelangen und von dort über entsprechende Ölabscheidevorrichtungen abgeleitet werden müssen.
Ölabscheider von Brennkraftmaschinen haben die Aufgabe, das im Kurbelgehäuse befindliche Öl-Gas-Gemisch zu reinigen, indem sie die Öltröpfchen aus diesem Gemisch abscheiden und in den Ölsumpf der Ölwanne zurückführen, während sie Gase in den Ansaugbereich leiten. Der Ölabscheider ist zu diesem Zweck an seinem Eingang mit dem Kurbelgehäuse und an seinem Ausgang mit dem Ansaugbereich verbunden. Ein Ölabscheider der vorstehend angesprochenen Art ist beispielsweise aus der DE 4239108 A1 bekannt. Zur Rückführung des abgeschiedenen Öls sind dort Rückführleitungen vorgesehen, die unterhalb des Ölspiegels in den Ölsumpf der Ölwanne münden. Die DE 4017074 A1 offenbart ein Druckregelventil für die Kurbelgehäuseentlüftung an einer Brennkraftmaschine, wobei dieses Druckregelventil in Kombination mit einer Einfüllöffnung für Motoröl und einem Ölpeilstab angeordnet ist. Diese Kombination zeichnet sich dadurch aus, dass sie platzsparend ist und sämtliche Komponenten, die die Ölversorgung und -Überwachung einer Brennkraftmaschine betreffen, zentral verbindet. Diese Kombination zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass lediglich ein einziger Anschluss an dem Motorblock erforderlich ist, durch welchen das einzufüllende Öl bzw. das aus dem Druckregelventil zurücklaufende Öl der Ölwanne zugeführt wird und außerdem den Ölpeilstab aufnimmt.
Weiter ist aus der WO 98/49432A1 bekannt, Öltröpfchen eines Öltröpfchen-Gas-Gemisches unter der Zentrifugalwirkung eines in einem Gehäuse rotierenden Zahnrades abzuscheiden, wobei ein mit der Rotationsachse des Zahnrades fluchtendes Rohr die gereinigten Gase aus dem Gehäuse abführt.
Aus der JP 2000-38915 A ist ein an einem Zylinderkopfdeckel angeordneter Ölabscheider bekannt, der ein Gehäuse aufweist, auf dessen waagerechter Bodenfläche drei L-förmige Winkel angeordnet sind, wobei die Rückseiten der senkrechten L-Balken mit Ablauföffnungen in der Bodenfläche fluchten. An der Decke des Gehäuses ist ein Rohr in das Gehäuse eingeschoben, durch das die von Öltröpfchen befreiten Gase über ein Ventil entweichen.
Die DE 2103061 zeigt eine Vorrichtung zum Rückführen von Gasen aus dem Motorgehäuse eines Brennkraftmotors in dessen Gaseinführsystem.
Aus der DE 423791 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Entlüftung des Kurbelgehäuses, insbesondere bei Motorrädern, bekannt, bei der die Beschmutzung der Maschine oder der Kleidung des Fahrers sowie Ölverluste ausgeschlossen werden sollen. Bei aufgeladenen Motoren, deren ölhaltiges Gas vor der Turbine zugeführt wird, besteht bei hochaufgeladenen Motoren die Gefahr, dass durch die hohem Temperaturen in der Turbine Verlackungen auftreten, die für den Turbolader schädlich sein können. Aus diesem Grund wird bei dieser Motorenart die Möglichkeit genutzt, eine offene Kurbelgehäuseentlüftung zu verwenden. Nachteilig ist hier, dass dieser Auffangbehälter gewartet werden muss. Hierbei werden die Kurbelgehäusegase ins Freie abgeleitet. Wie oben beschrieben, sind diese Gase trotz Vorabscheidung immer noch ölhaltig und so kann auch Öl ins Freie gelangen, was ebenfalls nachteilig ist.
DE 19914166 zeigt einen rotatorisch arbeitenden Ölabscheider zur Reinigung des im Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündenden Brennkraftmaschine, enthaltenen Gases.
Kurbelgehäuseentlüftungsgas oder auch Blow-by-Gas, nachfolgend Kurbelgehäusegas genannt, ist Gas, welches im Motorbetrieb an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse gelangt. Aus diesem Kurbelgehäusegas muss das aufgenommene Öl entfernt werden und das gereinigte Kurbelgehäusegas wird dann insbesondere der Verbrennungsluft zugeführt. Die ÖIabscheidung aus den Kurbelgehäusegasen erfolgt heute überwiegend mit Hilfe von Abscheidern, die aus einem Gewirk von Fasern bestehen oder mit Hilfe von Strahlumlenkungen an Prallplatten oder einer Kombination beider Verfahren. Für zukünftige Motoren sind die mit den bisherigen Abscheidern erzielbaren Abscheidegrade nicht wirksam genug. Daher werden Feinstfilter, eventuell auch als Wechselfiltersysteme, zum Einsatz kommen. Diese besitzen jedoch den Nachteil, dass sie prinzipbedingt mit einem hohen Differenzdruck arbeiten und somit zu Dichtheitsproblemen am Motor führen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens ein Zylinderkurbelgehäuse, wenigstens einen Zylinderkopf mit wenigstens einer Ventilhaube, wobei im Zylinderkopf Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren, Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen, Kraftstoffrail und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet sind.
Ein erfindungsgemäßer Vorteil hierbei ist die kompakte Bauart, die Reduzierung von Bauteilen, die Kombination von Funktionen, die Minimierung der Anzahl von Bauteilen des Gesamtsystems, die Reduzierung von Leckagemöglichkeiten durch Schnittstellenreduzierung, Minimierung des Installationsaufwands durch die Montage und die Reduzierung von Leitungen in der Motorperipherie.
Der Zylinderkopf schließt den Brennraum nach oben ab. Im Zylinderkopf befinden sich Ein- und Auslassventile, sowie Einspritzdüsen bzw. Injektoren, über die der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Des Weiteren befinden sich, am Zylinderkopf befestigt und durch die Ventilhaube eingehaust, der Ventiltrieb und die Ansteuerung der Injektoren über einen entsprechenden Kabelbaum. Es besteht auch die Möglichkeit, sowohl Einspritzleitungen als auch das Kraftstoffrail in die Funktionsgruppe Zylinderkopf-Ventilhaube zu integrieren. Weiterhin befinden sich im Zylinderkopf Einrichtungen bzw. Geometrien zur Vor- bzw. Feinabscheidung von Ölaerosolen aus dem Blow-By.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine mit Ventilhaube,
2 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf aus 1,
3 Draufsicht auf den Zylinderkopf aus den 1 und 2 ohne Ventilhaube,
4 einen alternativen Querschnitt durch den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.

Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 2 und eine Ventilhaube 1 auf. Im Zylinderkopf 2 sind Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren, Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen 4, Kraftstoffrail 5 und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet. Der für das Kraftstoffrail vorgesehene Bauraum wird gleichzeitig als Vorabscheideraum für die Ölaersolabscheidung genutzt, wie dies in 1 dargestellt wird. Der das Kraftstoffrail 5 umschließende Bauraum d dient als Beruhigungsraum zur Agglomeration bzw. Koagulation der Öltropfen. Der Bauraum zur Montage des Rails ist durch einen Steg b in der Gusskontur des Zylinderkopfs sowie eine in die Ventilhaube integrierte Prallwand c vom Ventiltriebsraum a abgetrennt. Der Gasübertritt aus dem Ventiltriebraum a in den Kraftstoffrailraum bzw. Beruhigungsraum d erfolgt über die zur Durchführung der Hochdruckleitungen 4 der Injektoren 3 notwendigen Durchtritte h.
2 zeigt einen Zylinderkopf 2 und eine Ventilhaube 1 der Brennkraftmaschine. Im Zylinderkopf 2 sind Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren, Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen 4, Kraftstoffrail 5 und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet. Der für das Kraftstoffrail 5 vorgesehene Bauraum wird gleichzeitig als Vorabscheideraum für die Ölaersolabscheidung genutzt, wie dies in 1 dargestellt wird. Der das Kraftstoffrail 5 umschließende Bauraum d dient als Beruhigungsraum zur Agglomeration bzw. Koagulation der Öltropfen. Der Bauraum zur Montage des Rails ist durch einen Steg b in der Gusskontur des Zylinderkopfs sowie eine in die Ventilhaube integrierte Prallwand c vom Ventiltriebsraum a abgetrennt. Der Gasübertritt aus dem Ventiltriebraum a in den Kraftstoffrailraum bzw. Beruhigungsraum d erfolgt über die zur Durchführung der Hochdruckleitungen 4 der Injektoren 3 notwendigen Durchtritte h.
3 zeigt eine Draufsicht auf den Zylinderkopf 2 aus den 1 und 2 ohne Ventilhaube. Im Zylinderkopf 2 sind Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren, Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen 4, Kraftstoffrail 5 und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet. Der für das Kraftstoffrail vorgesehene Bauraum wird gleichzeitig als Vorabscheideraum für die Ölaersolabscheidung genutzt, wie dies in 1 dargestellt wird. Der das Kraftstoffrail 5 umschließende Bauraum d dient als Beruhigungsraum zur Agglomeration bzw. Koagulation der Öltropfen. Der Bauraum zur Montage des Rails ist durch einen Steg b in der Gusskontur des Zylinderkopfs sowie eine in die Ventilhaube integrierte Prallwand c vom Ventiltriebsraum abgetrennt. Der Gasübertritt aus dem Ventiltriebraum a in den Kraftstoffrailraum bzw. Beruhigungsraum d erfolgt über die zur Durchführung der Hochdruckleitungen 4 der Injektoren 3 notwendigen Durchtritte h. Die abgeschiedene Ölmenge wird durch eine Drainagemöglichkeit i durch das Kurbelgehäuse in die Ölwanne abgeleitet.
In 4 wird eine Brennkraftmaschine gezeigt, die einen Zylinderkopf 2 und eine Ventilhaube 1 aufweist. Im Zylinderkopf 2 sind Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren, Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen 4, Kraftstoffrail 5 und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet. Der für das Kraftstoffrail vorgesehene Bauraum wird gleichzeitig als Vorabscheideraum für die Ölaersolabscheidung genutzt, wie dies in 1 dargestellt wird. Der das Kraftstoffrail 5 umschließende Bauraum d dient als Beruhigungsraum zur Agglomeration bzw. Koagulation der Öltropfen. Der Bauraum zur Montage des Rails ist durch einen Steg b in der Gusskontur des Zylinderkopfs sowie eine in die Ventilhaube integrierte Prallwand c vom Ventiltriebsraum abgetrennt. Der Gasübertritt aus dem Ventiltriebraum a in den Kraftstoffrailraum bzw. Beruhigungsraum d erfolgt über die zur Durchführung der Hochdruckleitungen 4 der Injektoren 3 notwendigen Durchtritte h, die zur Optimierung bzw. Reduzierung des Öleintrags in den Beruhigungsraum mit Tropfkanten e ausgerüstet sind. Zur weiteren Optimierung der Vorabscheideleistung ragt eine zusätzliche Spritzwand f in den Beruhigungsraum d, die einen separaten Vorabscheideraum g abgrenzt.
Bezugszeichenliste

1: Ventilhaube
2: Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
3: Injektor
4: Hochdruck- bzw. Einspritzleitung
5: Kraftstoffrail
a: Ventiltriebraum
b: Steg
c: Prallwand
d: Beruhigungsraum/Bauraum für das Kraftstoffrail
e: Tropfkante
f: Spritzwand
g: separater Vorabscheideraum
h: Durchtritt für Hochdruckleitung
i: Drainagedurchtritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4239108 A1 [0005]
DE 4017074 A1 [0005]
WO 9849432 A1 [0006]
JP 2000038915 A [0007]
DE 2103061 [0008]
DE 423791 [0009]
DE 19914166 [0010]

Claims

Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens ein Zylinderkurbelgehäuse, wenigstens einen Zylinderkopf (2) mit wenigstens einer Ventilhaube (1), wobei im Zylinderkopf (2) Gaswechselventile, Ventiltrieb, Injektoren (3), Injektorkabelbaum, Einspritzleitungen (4), Kraftstoffrail (5) und ein Vorabscheider zum Abscheiden der im Blow-By-Volumenstrom enthaltenen Ölaerosole angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine Ölaerosole vom Zylinderkurbelgehäuse durch den Bereich zwischen Zylinderkopf (2) und Ventilhaube (1) leitet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zylinderkopf (2) und Ventilhaube ein Bereich angeordnet ist, der das Kraftstoffrail (5) enthält und gleichzeitig als Vorabscheideraum für die Ölaerosolabscheidung vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (2) ein Drainagedurchtritt (i) derart angeordnet ist, dass das abgeschiedene Öl durch das Zylinderkurbelgehäuse in die Ölwanne ableitet.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (a) im Zylinderkopf (2) in dem der Injektor (3) angeordnet ist und der Bereich (d), in dem das Kraftstoffrail (5) angeordnet ist, durch die labyrinthartig angeordnete Prallwand (c) und den Steg (b) voneinander getrennt sind.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (b) und/oder die Prallwand (c) Tropfkanten (e) aufweisen.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (d), in dem das Kraftstoffrail (5) angeordnet ist, eine zusätzliche Spritzwand (f) aufweist und innerhalb des Bereiches (d) einen separaten Vorabscheideraum (g) abgrenzt.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt.