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Bei
Mehrzylinder-Kolbenbrennkraftmaschinen gelangen aufgrund der nicht
zu vermeidenden Undichtigkeiten an den Kolbenringen Verbrennungsgase,
d. h. sogenannte Blow-By-Gase, in den Kurbelraum. Um den Druck im
Kurbelraum nicht stetig ansteigen zu lassen und um zusätzliche
Umweltbelastungen zu vermeiden, werden bei modernen Motorkonstruktionen
diese Blow-By-Gase aus dem Kurbelraum abgezogen und über das
Luftzufuhrsystem wieder den Zylindern zugeführt, so daß eine geschlossene Ventilation
gegeben ist. Die Blow-By-Gase vermischen sich jedoch im Kurbelraum
mit Öltropfen
der unterschiedlichsten Größe bis hin
zu einem Ölnebel, so
daß vor
der Einleitung in das Luftzufuhrsystem dieses Öl weitgehend abzuscheiden ist,
um so zu verhindern, daß durch
den Verbrennungsprozeß die verbrannten Ölanteile
als zusätzliche
Schadstoffanteile in das Abgas gelangen.
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Zur
Abscheidung des Ölgehaltes
in den abzusaugenden Blow-By-Gasen
ist es aus DE-43 24 609A bekannt, am Motorblock Verbindungskanäle zwischen
dem Kurbelraum und dem Zylinderkopf vorzusehen, zwischen denen jeweils
Entspannungsräume
mit größerem Querschnitt
vorgesehen sind, so daß durch
die aufeinanderfolgende Beschleunigung und Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit
der abzusaugenden Blow-By-Gase Öltropfen abgeschieden
werden und als Wandfilm wieder in die Kurbelwanne zurücklaufen.
Der Nachteil bei diesem System besteht jedoch darin, daß aufgrund
der nicht definierten Führung
der Gasströmung
in den Erweiterungsräumen
nur größere Tropfen
an der Wandung niedergeschlagen werden und darüber hinaus aus dem Wandfilm
infolge von Vibrationen oder Stößen während des
Fahrbetriebs sich ablösende
Tropfen vom Gas wieder mitgerissen werden.
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Aus
DE-22 01 877 ist es bekannt, die aus dem Kurbelraum abgesaugten
Blow-By-Gase durch einen zusätzlich
an der Kolbenbrennkraftmaschine angeordneten Zyklonabscheider zu
führen,
bevor diese wieder in das Absaugsystem zurückgeführt werden. Da hierdurch erheblicher
Bauraum in Anspruch genommen wird, wurde gem.
DE 31 52 747A vorgeschlagen,
einen derartigen Zyklonabscheider an den Motorblock anzuschließen und
hierbei Teile des Zylinderkopfes mit einzubeziehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer Mehrzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine
den Bauaufwand, insbesondere auch den Raumbedarf für eine Ölabscheidung
aus den Blow-By-Gasen
zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
mit einer Mehrzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine mit auf einem Zylinderkopf
mit Abstand nebeneinander in Nockenwellenlagern gehaltenen Nockenwellen
und mit zwischen den Nockenwellen am Zylinderkopf jeweils für eine Zünd- und/oder
Einspritzeinrichtung angeordneten Ausnehmungen sowie mit wenigstens
einem sich über
die Länge
des Zylinderkopfes erstreckenden, zwischen den Nockenwellen mäanderförmigen verlaufenden
abgeschlossenen Strömungskanal
für ölhaltige
Blow-By-Gase, der Umlenkungsbereiche für die Gasströmung aufweist
und der mit wenigstens einer Gaseinlaßöffnung versehen ist, die mit
dem Kurbelraum in Verbindung steht, und der mit wenigstens einer
Gasauslaßöffnung versehen
ist, die mit einer Gasabsaugung in Verbindung steht, sowie mit wenigstens
einer Ölablauföffnung, die
mit dem Kurbelraum in Verbindung steht.
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Diese
Anordnung bietet den Vorteil, den am Zylinderkopf zwischen den beiden
Nockenwellen vorhandenen Freiraum für die Ölabscheidung aus den abzusaugenden
Blow-By-Gasen zu nutzen. Durch die mehrfache Umlenkung der Gasströmung in
dem mäanderförmigen Strömungskanal
wird jeweils in den Umlenkungsbereichen eine Trennung von Gas und Öltropfen
bewirkt, die infolge der Massenkräfte und Fliehkräfte sich
an der Wandung des Strömungskanals
niederschlagen bzw. an die Wandung des Strömungskanals ausgeschleudert
werden. Dadurch, daß über die
Länge der
Kolbenbrennkraftmaschine gesehen, eine mehrfache Umlenkung der Gasströmung erfolgt,
ist eine weitgehende Abscheidung der Ölanteile aus den Blow-By-Gasen
gewährleistet.
Die der Gasströmung
aufgezwungene Umlenkung sollte möglichst "scharfkantig" erfolgen, um eine möglichst
starke Massenkraft- und Fliehkraftwirkung zu erzeugen. Ein weiterer
Vorteil einer derartigen scharfkantigen Umlenkung besteht darin,
daß ein von
der Gasströmung
an der Wand des Strömungskanals
mitgeschleppter Ölfilm
im Bereich der nächstfolgenden
scharfen Umlenkung in Form von größeren Tropfen abgeschieden
wird. Die Umlenkung der Gasströmung
sollte um mindestens 90° erfolgen. Zweckmäßig ist
es jedoch, wenn unter Ausnutzung der konstruktiven Gegebenheiten
eine Umlenkung von mehr als 90° erfolgt.
Zweckmäßig ist
es hierbei, wenn jeweils in einem Teil der Umlenkungsbereiche auch
eine Ölablauföffnung vorgesehen
ist, um das abgeschiedene Öl
möglichst
schon im Bereich der Trennung von der Gasströmung aus dem Strömungskanal
zu entfernen.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, daß im Bereich der Gaseinlaßöffnung dem
Strömungskanal
eine Gaseinlaßkammer
vorgeordnet ist. In einer derartigen Gaseinlaßkammer verlangsamt sich zunächst die
Strömungsgeschwindigkeit
des Gases, so daß noch
vor dem Eintritt in den Strömungskanal
grobe Öltropfen sich
niederschlagen können.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß dem
Strömungskanal im
Bereich der Gasauslaßöffnung wenigstens
eine Gasauslaßkammer
nachgeordnet ist. Auch eine derartige Gasauslaßkammer führt zu einer Reduzierung der
Strömungsgeschwindigkeit
des Gases und bietet so die Möglichkeit,
aus dem Strömungskanal
als Wandfilm mitgerissene Tropfen durch Schwerkraft abzuscheiden.
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Die
Anordnung einer Gasauslaßkammer
bietet den weiteren Vorteil, daß ein
hinreichender Raum vorhanden ist, um eine Einrichtung zur Feinsttropfenabscheidung,
beispielsweise einen sogenannten "Demister" der Gasauslaßöffnung vorzuschalten. Damit
gelingt es, den Ölgehalt
der Blow-By-Gase praktisch bis auf einen nicht mehr mechanisch abscheidbaren,
dampfförmigen
Restanteil vor der Einleitung in die Luftzufuhreinrichtung zu den
Zylindern abzuscheiden.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist zwischen den Nockenwellen
ein abgeschlossener Hohlraum vorgesehen, der den mäanderförmigen Strömungskanal
begrenzende Querwände
aufweist.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß der
Strömungskanal
zumindest über
einen Teil seiner Höhe
in den Zylinderkopf als nach oben offene Rinne eingeformt und durch
eine obere Abdeckung dicht verschließbar ist. Damit ist es möglich, den
mäanderförmigen Strömungskanal
als integrales Bauteil des üblicherweise im
Gießverfahren
hergestellten Zylinderkopfs zu konzipieren. Die Abdeckung kann hierbei
als flacher Deckel vorgesehen werden. Zweckmäßig kann es jedoch sein, wenn
ein Teil der Höhe
des Strömungskanals
in den Zylinderkopf als nach oben offene Rinne eingeformt ist und
der andere Teil der Höhe
des Strömungskanals
als nach unten offene Rinne in die dem Zylinderkopf zugekehrte Seite
der Abdeckung eingeformt ist. Hierdurch kann für die Erstellung des Zylinderkopfes
Gießvolumen
eingespart werden und auch die Höhe
des Zylinderkopfs an die sonstigen Erfordernisse angepaßt werden.
Der andere Teil der Höhe des
Strömungskanals
ist dann in die ohnehin notwendige Abdeckung eingeformt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein beide
Nockenwellen überdeckender
Lagerrahmen mit Lageraufnahmen für
die Nockenwellenlager vorgesehen ist und daß zwischen den Nockenwellen
die dem Zylinderkopf zugekehrte Seite einen durchgehenden Flächenbereich
aufweist, der die den Strömungskanal
dicht abschließbare
Abdeckung bildet. Damit ergibt sich eine weitere Reduzierung der
Bauteile. Die Abdeckung für den
Strömungskanal
bedarf hierbei keiner besonderen eigenen Befestigung sondern wird über die Schrauben
zur Fixierung des Lagerrahmens mit bewirkt.
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In
besonders vorteilhafter Weise zur Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß der
Strömungskanal
in einer Teilungsebene in seiner Höhe geteilt ist und daß ein Teil
der Höhe
des Strömungskanals
in den Zylinderkopf und der andere Teil der Höhe des Strömungskanals in den als Abdeckung dienenden
Flächenbereich
des Lagerrahmens eingeformt ist. Durch diese Maßnahme kann die Gesamtbauhöhe der Anordnung
reduziert werden, da die ohnehin vorgegebene konstruktive Höhe für die in
den Lagerrahmen integrierten Lageraufnahmen der Nockenwellenlager
ausgenutzt werden kann für
die Anordnung des Strömungskanals.
Die Anordnung kann hierbei so getroffen werden, daß die Abmessungen des
Lagerrahmens auf den als Lageraufnahmen der Nockenwellenlager dienenden
Bereich abgestimmt werden und daß der den Strömungskanal
begrenzende Bereich der Teilungsebene maßlich so abgestimmt ist, daß hier eine
entsprechende warmfeste Dichtung angeordnet werden kann.
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Die
Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
auf die Ebene der Nockenwellenlagerung eines Zylinderkopfs,
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2 eine perspektivische Untersicht
auf einen Lagerrahmen für
die Nockenwellenlager zur Verbindung mit dem Zylinderkopf gem. 1,
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3 eine Aufsicht auf den
Zylinderkopf gem. 1,
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4 eine Aufsicht auf die
dem Zylinderkopf gem. 2 zugekehrte
Seite des Lagerrahmens.
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In 1 ist in einer perspektivischen
Aufsicht ein Zylinderkopf 1 für eine Vier-Zylinder-Kolbenbrennkraftmaschine
dargestellt, der nachstehend zunächst
in seinem Grundaufbau beschrieben wird. Die im Zusammenhang mit
der Erfindung relevanten Einzelheiten werden anhand von 3 näher erläutert.
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Die
Vorderseite der zugehörigen
Kolbenbrennkraftmaschine ist mit I gekennzeichnet, während die
Hinterseite, d. h. die dem Getriebe zugekehrte Seite mit II gekennzeichnet
ist. Die obere Fläche 2 des
Zylinderkopfes 1 ist ebenflächig ausgebildet. Der Klarheit
halber und zum besseren Verständnis
der Zeichnungen ist diese Fläche 2 in 1 ebenso wie die entsprechenden
Flächen
in den 2, 3 und 4 mit einem Punktmuster besonders hervorgehoben,
um den Gegenstand der Erfindung deutlich von den übrigen Linien
abzusetzen.
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Der
Zylinderkopf 1 ist für
eine Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen konzipiert
und dementsprechend mit Lagergassen 3 und 4 versehen,
die die entsprechende Lageraufnahmen 5.1 und 5.2 für die Nockenwellenlager
aufweisen. am Zylinderkopf 1 ist die Gasauslaßseite mit
den Gasauslaßkanälen 8 mit
A gekennzeichnet, während die
Gaseinlaßseite
mit E gekennzeichnet ist.
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Zwischen
den beiden Lagergassen 3 und 4 ist ein Hohlraum 6 vorgesehen,
der einen mäanderförmigen Strömungskanal 6.1 enthält, der
nachstehend anhand von 3 noch
näher beschrieben werden
wird. Am vorderen Ende des Hohlraums 6 ist eine Gaseinlaßkammer 6.2 vorgesehen,
die eine Gaseinlaßöffnung 7 aufweist,
durch die aus dem Kurbelraum Blow-By-Gase eingeleitet werden.
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In 2 ist in einer perspektivischen
Untersicht ein Lagerrahmen 9 dargestellt, der mit seiner Fläche 10 in
montiertem Zustand auf der Fläche 2 des
Zylinderkopfs 1 aufliegt. Auch hier ist die Fläche 10 zum
besseren Verständnis
der Zeichnung mit einem Punktmuster versehen. 2 zeigt, bezogen auf die Montagestellung,
die Unterseite des Lagerrahmens 9, so daß die der
Gaseinlaßseite
E zugeordnete Längsseite
des Lagerrahmens in der Zeichnungsdarstellung "unten" liegt, während die der Gasauslaßseite A
zugekehrte Längsseite
des Lagerrahmens in der Zeichnung "oben" liegt.
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Die
Lagergassen 3 und 4 sind wiederum an den Lageraufnahmen 5.3 und 5.4 für die Nockenwellenlagerung
zu erkennen. Die Lageraufnahmen 5.3 und 5.4 sind
hierbei im Lagerrahmen 9 stoffschlüssig einstückig angeordnet.
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Während es
grundsätzlich
möglich
ist, den in 1 und 3 dargestellten Hohlraum 6 durch
einen entsprechend flachen, durchgehenden Zwischensteg am Lagerrahmen 9 ebenflächig abzuschließen, ist
bei der hier dargestellten Ausführungsform
im Bereich zwischen den beiden Lagergassen 3 und 4 der
dem Hohlraum 6 zugeordnete Bereich mit seinen Einbauten
zur Bildung eines mäanderförmigen Strömungskanals 6.1 in
gleicher Weise im Lagerrahmen 9 ausgebildet, so daß sich der
Strömungsquerschnitt
des mäanderförmigen Strömungskanals in
seiner Höhe
zum Teil im Zylinderblock 1 und zum Teil um Lagerrahmen 9 erstreckt.
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Am
hinteren Ende II des Lagerrahmens 9 ist eine Gasabzugsöffnung 11 vorgesehen,
die in montiertem Zustand nach oben weist und über die der Strömungskanal 6.1 mit
einer Gasabsaugung, beispielsweise dem Luftansaugsystem der Kolbenbrennkraftmaschine
in Verbindung steht.
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Wie 1 und 2 erkennen lassen, wird sowohl der Zylinderkopf 1 als
auch der Lagerrahmen 9 von Ausnehmungen 12 durchsetzt,
in die in montierter Stellung von außen für jeden zugeordneten Zylinder
eine Zündeinrichtung
und/oder eine Ein spritzeinrichtung eingesetzt werden kann und die
einen Teil der den Strömungskanal 6.1 bildenden
Wandungen darstellen.
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Die
Kontur des im Hohlraum 6 angeordneten Strömungskanals 6.1 ist
in der Aufsicht gem. 3 und
in der entsprechenden Aufsicht gem. 4 deutlich
zu erkennen. Die einander zugeordneten Flächen 2 bzw. 10 des
Zylinderkopfes 1 bzw. des Lagerrahmens 9 sind
mit einem Punktmuster hervorgehoben. Das vordere Ende I und das
hintere Ende II sowie die gaseinlaßseitige Längsseite E und die gasauslaßseitige
Längsseite
A sind entsprechend gekennzeichnet. Die Bodenflächen der von den Blow-By-Gasen
durchströmten
Bereiche sind durch ein Strichmuster abgesetzt.
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Wie
die Aufsicht auf den Zylinderkopf 1 gem. 3 zeigt, sind die Ausnehmungen 12 für die Zündeineinrichtungen
bzw. die Einspritzeinrichtungen durch eine ringförmige Wand 13 gebildet,
die über
einen Wandanschluß 13.1 an
die gaseinlaßseitige
Längswand 14 des
Hohlraums 6 angebunden ist, so daß jeweils nur auf der gasauslaßseitigen
Längswand 15 ein
kanalförmiger
Zwischenraum 16 verbleibt. Zwischen den Wänden 13 der
benachbarten Ausnehmungen 12.1 und 12.2 ist ein
an die Längswand 15 anschließendes erstes
Wandelement 17.1 eingesetzt, das mit Abstand zu den Wandungen 13 sowie
der Längswand 14 verläuft und
ein Teilstück des
Strömungskanals 6.1 definiert.
An den so gebildeten Verlauf des Teilstücks des Strömungskanals 6.1 unmittelbar
hinter der zweiten Aufnahme 12.2 schließt sich ein abweichend gestalteter
Bereich des Strömungskanals 6.1 an.
Hierbei ist zwischen der Wand 13 der zweiten Aufnahme 12.2 und
einem zweiten, anders konturierten Wandelement 17.2 ein stegförmig von
der Längswand 15 in
Richtung auf die Längswand 14 vorspringender
Wandteil 17.3 vorgesehen, dessen freie Kante 18 den
Umlenkungsbereich 19 für
den Strömungskanal 6.1 in
diesem Bereich bildet. Der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem
Wandteil 17.3 und der Wand 13 und dem Wandelement 17.2 ist
hierbei im wesentlichen gleich mit den stromauf liegenden Teilen
des Strömungskanals 6.1.
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Die
aus dem Hohlraum 6 entlang der Längswand 15 in den
Strömungskanal 6.1 einströmende Gasströmung wird
um die Wand 13 kreisförmig
herumgeführt
und durchströmt
eine erste Umlenkung im Übergangsbereich 19.1 zwischen
der Wand 13 und der Längswand 14 und
gelangt dann entlang dem ersten Wandteil 17.1 zu einer
zweiten Umlenkung 19.2 an der Wand 13 der nächstfolgenden
Aufnahme 12.2. Danach wird dann die Strömung an dieser Wand 13 wieder
zur Längswand 15 zurückgeführt und
um die Wand 13 herum durch den Wandteil 17.3 zum nächsten Umlenkungsbereich 19.3 an
der Längswand 14 zurückgeführt.
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Durch
die freie Kante 18 des Wandteils 17.3 erfährt die
Strömung
eine Umlenkung von 180°,
so daß hier
noch höhere
Fliehkräfte
erzeugt werden als in den Umlenkungsbereichen 19.1 und 19.2 und dementsprechend
kleinere, vom Gas mitgeführte Tropfen
noch zuverlässig
abgeschieden werden. Auf der Rückseite
des Wandteils 17.3 und dem zugeordneten Wandteil 17.2 wird
die Gasströmung
zur Längswand 15 und
nach Durchströmen
der Umlenkungsbereiche 19.4 und 19.5 wieder zwischen
dem Wandteil 17.2 und einem weiteren Wandteil 17.3 zur Längswand 14 zurückgeführt, so
daß ein
weiterer 180°-Umlenkungsbereich 19.6 durchlaufen
wird und die Gasströmung
zur Längswand 15 zurückgeführt wird.
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Aus
dem Strömungskanal 6.1 an
der Aufnahme 12.3 tritt die Strömung dann in eine erste Gasauslaßkammer 20 ein
und von da an der Wandung 13 der Aufnahme 12.4 in
eine zweite Gasauslaßkammer 21 über der
im Lagerrahmen 9 die Gasauslaßöffnung 11 zugeordnet
ist.
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Wie
insbesondere aus 4 ersichtlich,
erfolgt also für
die groben Tropfen zwischen der ersten Aufnahme 12.1 und
der zweiten Aufnahme 12.2 in den Umlenkungsbereichen 19.1 und 19.2 zweimal eine
Umlenkung im etwas mehr als 90°,
während
für die
feinen Tropfen zwischen den Aufnahme 12.2 und 12.3 in
den Umlenkungsbereichen 19.3 und 19.4 zweimal
eine Umlenkung um 180° und
in den Umlenkungsbereichen 19.5 und 19.6 zweimal
eine Umlenkung um 90° erfolgt.
Dies ist in 4 durch
Pfeile kenntlich gemacht.
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Jeweils
an den Umlenkungsbereichen 19 sind entlang der Längswand 14 jeweils Ölablauföffnungen 22 vorgesehen,
durch die das im Strömungskanal 6.1 von
der Gasströmung
abgetrennte Öl über eine
entsprechende Kanalanordnung in den Motorblock zurücklaufen
kann. Es genügt
hierbei, die Ölablauföffnungen 22 auf
nur einer Seite des Zylinderkopfes anzuordnen, wenn die Bodenfläche des
Strömungskanals
quer zur Längsrichtung
eine Neigung aufweist, so daß sich
das niedergeschlagene Öl
an einer Motorlängsseite,
beispielsweise hier an der Längswand 15,
sammeln kann.
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Wie
in 3 angedeutet, ist
es zweckmäßig, wenn
in der zweiten Gasauslaßkammer 21 für die Gasauslaßöffnung 11 ein
sogenannter Demister 23 angeordnet ist, der die Gasauslaßöffnung 11 abdeckt.
Der Demister kann beispielsweise durch ein Gewirk aus dünnen Metalldrähten gebildet
werden, an dem dann auch noch nebelförmiges Öl aus dem Gasstrom abgeschieden
werden kann.
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Wie 4 in der Untersicht zeigt,
ist der Lagerrahmen 9 für
die Nockenwellen entsprechend gestaltet, so daß sich durch den auf dem Zylinderkopf 1 aufliegenden
Lagerrahmen 9 der aus den Zeichnungen ersichtliche mäanderförmige Verlauf
des Strömungskanals 6.1 ergibt.
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In
Abwandlung der vorstehend beschriebenen Gestaltung kann an einer
oder mehreren Stellen eine sich düsenförmig verengende Gestaltung
des Strömungskanals
vorgesehen sein, wobei die Düsenmündung gegen
einen als Prallfläche
dienenden Wandbereich gerichtet ist. Eine derartige Anordnung kann
beispielsweise in der Gaseinlaßkammer 6.2 in der
Weise vorgesehen werden, daß die
Gaseinlaßöffnung 7 düsenförmig verengt
in die Gaseinlaßkammer 6 einmündet und
mit ihrer Mündung
gegen eine Wand fläche
gerichtet ist. Dies kann in einfachster Weise durch einen nach oben
gegen die Decke der Gaseinlaßkammer 6.2 gerichtete
Düsenmündung oder
aber durch eine gegen die Wandung 13 in Richtung auf die
Wandanbindung 13.1 gerichtete Düsenmündung der Einlaßöffnung 7 bewirkt
werden.