DE69708754T2

DE69708754T2 - Brennkraftmaschine mit einer Reinigungsvorrichtung für die Durchblasgase des Kurbelgehäuses

Info

Publication number: DE69708754T2
Application number: DE69708754T
Authority: DE
Inventors: Giancarlo Dellora; Domenico Palmisani
Original assignee: Iveco Fiat SpA
Current assignee: Iveco SpA
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: US5983873A; ES2168545T3; ITTO960474A1; IT1285385B1; JPH10115214A; EP0810351A1; DE69708754D1; ITTO960474A0; EP0810351B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Reinigungsvorrichtung für die Durchblasgase des Kurbelgehäuses dieser Maschine.
Wie allgemein bekannt ist, sind die Kurbelgehäuse von Brennkraftmaschinen mit einem Abblaskreis versehen, welcher für das Ablassen der sogenannten Durchblasgase nach außerhalb dieses Kurbelgehäuses ausgestaltet ist, das heißt der Gase, welche mittels der Zylinder über die Kolbensegmente in das Kurbelgehäuse heruntergezogen werden. Das Abblasen ist notwendig, um sowohl einen Anstieg des Drucks innerhalb des Kurbelgehäuses zu verhindern als auch die Volumenschwankungen aufgrund der Bewegung der Kolben auszugleichen.
Die Durchblasgase beinhalten fein vernebelte Ölpartikel sowie Partikel von nicht verbrannten Kohlenstoffmaterialien (Partikelchen) mit Abmaßen in der Größenordnung von einigen Mikrometern, normalerweise zwischen 5 und 8 um.
Der Abblaskreis ist in manchen Fällen offen, das heißt er lässt die Durchblasgase in die Atmosphäre ab; in diesem Fall müssen das Öl und die Partikelchen aus dem Gas herausgefiltert werden aus offensichtlichen Gründen des Schutzes der Umwelt und der Gesundheit (die Partikelchen haben einen krebserregenden Effekt).
Der Abblaskreis ist in anderen Fällen geschlossen und führt die Durchblasgase zu dem Maschineneinlass zurück, um die vollständige Verbrennung der Partikelchen zu gewährleisten. In diesem Fall erzeugt jedoch die Trennung des Öls und der Partikelchen aus diesen Gasen ebenfalls ein Problem; das Öl und die Partikelchen neigen dazu, kunstharzartige Sedimente an den Komponenten zu bilden, durch welche die Gase hindurchtreten, bevor sie die Zylinder erreichen (insbesondere an den Ventilen und, im Fall von turbogeladenen Maschinen, in dem Kompressor und dem Zwischenkühler, wo sie den Wärmetausch stark reduzieren), was den korrekten Betrieb dieser Komponenten gefährdet. In Fahrzeugen mit Katalysatoren hat außerdem die Verbrennung von Maschinenöl, welches zu dem Einlass zurückgeführt wird, schädliche Effekte auf den Katalysator und auf die Lamda-Probe.
Daher sind Reinigungsvorrichtungen in verschiedenen Ausführungen vorgestellt worden; sie haben jedoch alle Nachteile.
Beispielsweise sind Stoßseparatoren bekannt, in welchen der Fluss von Gas mit Wänden zusammenwirkt, was eine abrupte Richtungsänderung dieses Flusses bewirkt; Separatoren dieser Art sind jedoch nicht sehr effizient, was die Trennung der Partikelchen angeht, da die durchschnittlichen Abmaße der Partikelchen zu klein sind, und sie sind sehr sperrig. Die Verwendung von Filterelementen der herkömmlichen Art hat sich auch als nicht zufriedenstellend an sich herausgestellt, da sie wesentliche Lastverluste verursachen und dazu neigen, schnell zu verstopfen. Die FR-A-1 141 094 und die US-A- 3 087 474 offenbaren Durchblas-Gas-Reinigungsvorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Vorrichtungen sind jedoch ebenfalls sperrig und führen zu Montage- und Wartungsproblemen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit einer Reinigungsvorrichtung für die Durchblasgase des Kurbelgehäuses zu schaffen, welche die Nachteile der oben beschriebenen bekannten Separatorvorrichtungen nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Maschine nach dem Anspruch 1.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun eine bevorzugte Ausführungsform als nicht begrenzendes Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Reinigungsvorrichtung der Maschine aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus Fig. 2 ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus Fig. 2 ist.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Kopf 2, welcher mehrere Zylinder 3 definiert, mit einem Kurbelgehäuse 4 und einem Behälter 5, welcher Schmieröl enthalten kann, mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet.
Das Kurbelgehäuse 4 der Maschine ist auch mit einem Abblaskreis 11 für das Auslassen der sogenannten "Durchblasgase" aus diesem Kurbelgehäuse versehen, das heißt der Gase, welche zwischen den Zylindern 3 und den entsprechenden Kolben 6 heruntergezogen werden.
Diese Gase beinhalten Partikel aus fein vernebeltem Öl in Lösung sowie feste Partikel (Partikelchen) vor allem kohlenstoffartiger Natur, welche teilweise durch teilweise nicht verbrannte Verbrennungsprodukte und teilweise durch normalerweise in dem Öl enthaltene feste Verunreinigungen gebildet werden.
Der Abblaskreis 11 weist eine Reinigungsvorrichtung 7 (Fig. 2) auf, welche eine Einlassöffnung 8 hat, welche mit dem Inneren des Kurbelgehäuses 4 in Verbindung steht, sowie eine Auslassöffnung 9, welche mit dem Maschineneinlass (nicht dargestellt) verbunden werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Reinigungsvorrichtung 7 durch eine integrale Einheit gebildet, welche ein externes Gehäuse 10 aufweist, welches den Einlass 8, den Auslass 9 und einen Stoßseparator 14 definiert, sowie ein Filterelement 19, welches in einer Kammer 20 dieses Gehäuses 10 untergebracht ist.
Das Gehäuse 10 ist mittels mehrerer Schrauben 21 an der Maschine 1 an der Stelle einer Öffnung 22 einer Verkleidung 23 angebracht, welche die Zeitsteuerungs- und Schwungradzahnräder 24 und 25 der Maschine 1 schützt. Das Gehäuse 10 besteht vorzugsweise aus zwei Teilen (Fig. 5), insbesondere aus einem Hauptkörper 26 und einem Deckel 27, welche mittels derselben Schrauben 21 verbunden sind, die zum Befestigen an der Maschine 1 verwendet werden.
Der Hauptkörper 26 weist einen schachtelartigen Bereich 29 auf, welcher den Stoßseparator 14 definiert, sowie einen halbschalenartigen Bereich 30, welcher einen Bereich der Kammer 20 stromaufwärts des Filterelements 19 begrenzt und eine im Wesentlichen flache rückwärtige Wand 31 hat.
Der Bereich 29 ist mittels einer Zwischenwand 39, welche koplanar mit der rückwärtigen Wand 31 des Bereichs 30 ist, in eine rückwärtige Zone 34 und eine vordere Zone 35 aufgeteilt. In ihrem unteren Teil ist die rückwärtige Zone 34 mit der Einlassöffnung 8 versehen, welche mit dem Inneren des Kurbelgehäuses 4 in Verbindung steht, und sie ist versehen mit mehreren im Wesentlichen vertikalen Prallplatten 35, welche einen gewundenen Pfad für die Durchblasgase definieren und daher den Separator 14 ausbilden. Die rückwärtige Zone 34 ist auch mit weiteren unteren Öffnungen 36 für das Auslassen des Öls versehen, welches durch den Separator 14 als Ergebnis der abrupten Ablenkung abgefangen wird, welchen der Fluss des Gases unterworfen wird. Die vordere Zone 35 ist durch eine Trennwand 37 in eine aufgeweitete Leitung 38, welche in den Bereich 30 eintritt und mit der rückwärtigen Zone 34 über eine Öffnung 39 in der Trennwand 33 in Verbindung steht, und eine Auslassleitung 40 aufgeteilt, welche mit einer Durchgangsöffnung 44 in der Verkleidung 23 über die Auslassöffnung 9 (Fig. 4) in Verbindung steht.
Der Deckel 27 weist einen halbschalenartigen Bereich 46 auf, welcher einen Bereich der Kammer 20 stromabwärts des Filterelements 19 begrenzt und eine im Wesentlichen flache Vorderwand 47 hat, sowie einen geformten Bereich 48, welcher dem Bereich 29 des Körpers 26 überlagert ist, und einen Kanal 43 für die Verbindung zwischen der Kammer 20 und der Auslassleitung 40 definiert (Fig. 5).
Das Filterelement 19 ist zwischen dem halbschalenartigen Bereich 30 des Körpers 26 und dem halbschalenartigen Bereich 46 des Deckels 27 angebracht, welche zwischen sich einen äußeren Sitz 49 für eine Kante 50 dieses Elements definieren.
Das Filterelement 19 besteht vorzugsweise aus einer Kassette aus nicht-gewobenem Fasermaterial, dessen Porosität aufgrund seiner Dicke variiert; das Fasermaterial ist vorzugsweise gefaltet, um die Filterfläche bei gleicher Baugröße zu vergrößern.
Das Filterelement hat vorzugsweise eine solche Rückhaltekraft, dass es den Durchtritt der Partikelchen erlaubt, und es ist vom vereinigten Typ; alternativ kann es auch vom Kondensationstyp sein.
Der halbschalenartige Bereich 30 des Körpers 26 und der halbschalenartige Bereich 46 des Deckels 27 definieren außerdem an ihren unteren Enden komplementäre Bereiche eines Auffangs 54 zum Sammeln des Öls und der Partikelchen, welcher unterhalb des Filterelements 19 angeordnet ist und mit dem stromabwärts angeordneten Bereich der Kammer 20 in Verbindung steht. Dieser Auffang 54 kann das Öl und die Partikelchen aufsammeln, welche durch das Filterelement 19 abgetrennt werden, und er ist mit einer Vorrichtung versehen, welche den Inhalt des Auffangs in eine untere Zone 56 des Kurbelgehäuses (Fig. 1) abführen kann, von welcher das Öl in den Behälter fließen kann, wobei jedoch der Rückfluss der Gase verhindert wird. Diese Vorrichtung kann durch ein elektrisch oder druckgesteuertes Auslassventil 55 oder durch eine Leitung 56 (in Strichpunktlinien dargestellt) ausgebildet sein, welche in einen Siphon 57 mündet.
Die Reinigungsvorrichtung 7 arbeitet wie folgt.
Die Durchblasgase mit dem Öl und den Partikelchen in Lösung (dargestellt durch einen schwarzen Pfeil) fließen durch die Einlassöffnung 8 in den Stoßseparator 14, in welchem die gröberen Partikel von Öl aus dem Fluss abgetrennt werden durch die Trägkraft und gegen die Prallplatten 35 stoßen. Das so gereinigte Öl fließt in das Kurbelgehäuse 4 über die Auslassöffnungen 36 (gestrichelte Pfeile). Über die Leitung 38 erreicht der Fluss des von den gröberen Ölpartikeln gereinigten Gases (schwarze und weiße Pfeile) die Kammer 20 und das Filterelement 19.
Die Ölpartikel treten in das Filterelement 19 ein, wo sie sich durch Vereinigung agglomerieren, um Tröpfchen mit Abmessungen zu bilden, die ausreichen, um zu verhindern, dass sie stromabwärts gezogen werden. Daher fließt das Öl in den Auffang 54 und kann dann in die untere Zone 56 des Kurbelgehäuses 4 über das Ventil 55 zurückgeführt werden.
In Abwesenheit von Öl würden die Partikelchen dazu tendieren, durch das Filterelement 19 hindurchzutreten, und sie werden in die Öltröpfchen eingebettet, welche sich in diesem Element agglomerieren, und sie werden in das Kurbelgehäuse zusammen mit dem Öl zurückgeführt.
Die von dem Öl und den Partikelchen getrennten Gase (weiße Pfeile) fließen durch die Leitung 40 und die Auslassöffnung 9 in die Öffnung 44 der Verkleidung 23, welche mittels einer Leitung (nicht dargestellt) mit dem Einlass der Maschine 1 verbunden ist.
Die Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, werden deutlich aus einer Untersuchung der kennzeichnenden Merkmale der Maschine 1 und insbesondere der Reinigungsvorrichtung 7 gemäß der Erfindung.
Die Vorrichtung 7 bildet eine integrale Einheit mit vermindertem Bauraum, welche kostengünstig ist und leicht zusammenzubauen. Die kombinierte Verwendung eines Stoßseparators 14 und eines Filterelements 19 macht es möglich, die Abmaße des Filters auf ein Minimum zu reduzieren und seinen Betrieb zu optimieren, da die größeren Ölpartikel stromabwärts abgetrennt werden.
Schließlich macht die Verwendung eines Filterelements mit einer Rückhaltekraft, so dass der Durchtritt der Partikelchen möglich ist, es möglich, ein Verstopfen des Filters zu vermeiden, da die Partikelchen sich nicht in dem Filter sammeln, sondern durch das Öl entfernt werden.
Selbstverständlich können Modifikationen und Variationen, welche nicht aus dem Bereich der Ansprüche herausführen, an der Maschine 1 und der Vorrichtung 7 vorgenommen werden.
Beispielsweise kann die Geometrie des Gehäuses 10 verändert werden; die Geometrie des Filterelements 19 kann beliebig gestaltet sein, beispielsweise in Form einer zylindrischen Kassette.

Claims

1. Brennkraftmaschine (1) mit einem Kopf (2), welcher mehrere Zylinder (3) definiert, mit einem Kurbelgehäuse (4), und mit Abblasmitteln (11) für die Gase, die über diese Zylinder (3) in das Kurbelgehäuse (4) hinuntergezogen werden und Öl und Partikelchen in Lösung beinhalten, wobei diese Abblasmittel (11) eine Vorrichtung (7) zum Reinigen dieser Gase aufweisen, welche einen Einlass (8) hat, welcher mit dem Inneren des Kurbelgehäuses (4) in Verbindung steht, einen Auslass (9) und Reinigungsmittel (14, 19) zwischen Einlass (8) und Auslass (9), wobei die Reinigungsvorrichtung (7) eine integrale Einheit ist, welche ein Gehäuse (10) aufweist, welches an der Maschine (1) angebracht werden kann, und versehen ist mit einer ersten Öffnung, die den Einlass (8) bildet, und mit einer zweiten Öffnung, die den Auslass (9) bildet, wobei die Reinigungsmittel einen Stoßseparator (14) aufweisen, welcher durch mehrere innere Wände (35) des Gehäuses (10) gebildet wird, und eine Filterelement (19), welches in einer Kammer (20) des Gehäuses (10) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Verkleidung (23) aufweist, welche das Zeitsteuerungs- (24) und das Schwungzahnrad schützt, wobei die Vorrichtung (7) an der Stelle einer Öffnung (22) dieser Verkleidung (23) an der Maschine (1) angebracht ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Verbinden des Auslasses (9) der Vorrichtung (7) mit Einlassmitteln der Maschine aufweist.

3. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) einen Auffang (54) zum Sammeln von Öl und Partikelchen definiert.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffang mit Mitteln (55) zum Ablassen von Öl und Partikelchen in die Maschine (1) versehen ist, welche einen Rückfluss von Gas verhindern können.

5. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (19) eine Rückhaltekraft hat, so dass der Durchtritt der Partikelchen möglich ist.

6. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (19) vom Vereinigungstyp ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (19) vom Kondensationstyp ist.

8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (19) eine Porosität hat, die sich mit seiner Dicke ändert.