Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaft einer mit Wasser gekühlten Brennkraftmaschine, deren Kühlwasser für den Kaltstart vorgewärmt wird.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem

Kühl wasserumlauf und mindestens einer im Kühlwasserumlauf angeordneten

Kühlwasserpumpe, sowie mit mindestens einer Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung für eine

Brennkraftmaschine.

Derartige Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtungen dienen dazu, die in das Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs durch Undichtigkeiten zwischen den Zylinderwänden und den Kolben der Brennkraftmaschine hindurch gelangten Gase, d.h. Blow-By-Gase, aus dem Kurbelgehäuse abzuziehen, ohne die Gase als Emission in die Umgebung zu leiten. Stattdessen werden diese Gase der Ansaugluft beigemischt und die Mischung dieser Gase mit der Ansaugluft der Brennkraftmaschine zugeführt. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine kann Wasser auskondensieren, welches sich in der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung niederschlagen kann und beim erneuten Starten der Brennkraftmaschine mit angesaugt werden kann.

Die Blow-By bzw. Kurbelgehäuse-Gase enthalten Wasser bzw. Feuchtigkeit, das/die zu Eis gefrieren kann, wenn die Brennkraftmaschine bzw. das Kraftfahrzeug in einer Umgebung mit Temperaturen in der Nähe bzw. unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser betrieben wird. Eis kann sich in den Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitungen bilden, gegebenenfalls auch in der zur Einspritzeinrichtung oder zum Turbolader der Brennkraftmaschine führenden Ansaugluft- bzw. Ladeluft-Leitung. In dem Kurbelgehäusegas-Einlass gebildetes Eis kann dann die Luftströmung im Kurbelgehäusegas-Einlass behindern, begrenzen oder gar verstopfen. Dadurch kann es zu einem Überdruck im Kurbelgehäuse kommen. Wenn Eisteilchen sich ablösen und mit der Ansaugluft mitgerissen werden, können diese zu Verstopfungen in einer Einspritzeinrichtung oder gar zu Beschädigungen in einem Turbolader, etwa an engmaschig angeordneten

Verdichterschaufeln des Turboladers, führen. Ein Ansatz zum Verringern der Eisbildung liegt in der geeigneten Materialwahl für einen Kurbelgehäusegas-Einlassstutzen. Eine solche Lösung wird in der Druckschrift JP 8-246837 vorgeschlagen. Der Einlassstutzen ist hergestellt aus einem Material, das eine niedrige

Wärmeleitfähigkeit aufweist und von dessen Oberfläche sich Eis leicht ablöst. Dadurch schlägt sich im Kurbelgehäusegas enthaltene Feuchtigkeit eher in flüssiger Form, etwa als

Wassertropfen, auf dem Einlassstutzen nieder. Nachteilig an diesem Lösungsansatz ist, dass das thermische Verhalten der Teile auch von deren Formgebung und Größe abhängt und eine funktionierende Lösung nur durch zahlreiche Versuche aufgefunden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaft einer mit Wasser gekühlten Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem sich auf einfache und zuverlässige Weise die Kaltstarteigenschaften verbessern lassen. Insbesondere soll das Verfahren auch nachrüstbar sein.

Des Weiteren soll eine Brennkraftmaschine mit verbesserten Kaltstarteigenschaften

vorgeschlagen werden und eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung, die auch beim Kaltstart keine Betriebsstörungen verursacht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.

[AI] Erfindungsgemäß wird das für die Brennkraftmaschine benutzte Kühlwasser zum Heizen der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung verwendet. Aus dem Kühlwasser wird Heizwasser. Dazu wird das Kühlwasser zunächst für den Kaltstart vorgewärmt und das vorgewärmte

Warmwasser durch mindestens einen Strömungsweg in einem Gehäusebereich und/oder in einem Wasser/Luftwärmetauscher der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung geleitet. Etwaig in der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung gebildetes Eis wird zu Wasser geschmolzen, das dann unschädlich ist und abgeschieden werden kann. [A2] In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Warmwasser einem Vorwärmaggregat der Brennkraftmaschine entnommen wird, vorzugsweise durch Einbinden in einen Kühlwasserumlauf, dessen Wasser beim Kaltstart vorgeheizt wird. Dadurch erspart man sich eine getrennte Vorwärmeinrichtung für das Warmwasser, das die Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung beheizen soll. Die Beheizung der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung kann zeitgleich mit einer Vorheizung des Motors erfolgen. Zusätzliche elektrische Heizelemente mit zugehörigen Steuerungselementen erspart man sich dann vorteilhaft. [A3] Dadurch, dass ein Vorwärmzweig für die Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung als By- Pass-Leitung zu einer Strömungsstrecke des Kühlwasserumlaufs geschaltet ist, kann der Zweig auch unabhängig vom Kühlwasserumlauf abgeschaltet werden, sobald eine gewünschte

Solltemperatur erreicht ist. [A4] Die Heizzeit der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung kann vorteilhaft verringert werden, wenn das Warmwasser durch einen Wasser/Luft- Wärmetauscher in einem

Ölabscheidebereich und/oder einem Filterbereich des Gehäuses der Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung geleitet wird. Gegenüber einer Beheizung des Gehäuses hat diese Lösung den Vorteil, dass die Größe der Tauscherfläche in gewissem Umfang konstruktiv höher sein kann und dadurch die Vorwärmzeit sich verringert. Außerdem kann ein solcher Wärmetauscher auch als eigenes Bauteil bei existenten Brennkraftmaschinen nachgerüstet werden,

beispielsweise indem er als aufsteckbares Bauteil auf das Gehäuse der Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung oder auf die vorgesehenen Ölabscheider ausgebildet wird. [A5] Die Vorwärmzeit kann weiter vorteilhaft verringert werden, wenn die Warmwasserzufuhr zur Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung unterbrochen wird, sobald eine bestimmte

Temperatur erreicht ist, vorzugsweise indem das Warmwasser an der Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung vorbei geleitet wird oder die Zufuhr von Warmwasser unterbrochen wird. [A6] Die Vorrichtungsaufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Kühlwasserumlauf und mindestens einer im Kühlwasserumlauf angeordneten

Kühlwasserpumpe, sowie mit mindestens einer Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung, dadurch gelöst, dass die Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung mindestens zeitweise in den

Kühlwasserumlauf der Brennkraftmaschine eingebunden ist, wobei der Kühlwasserumlauf vorzugsweise ein Vorwärmaggregat zum Vorheizen des Kühlwassers bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine aufweist. Grundsätzlich kann die Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung auch in einen Kühlwasserumlauf eines Ladeluftkühlers eingebunden werden. Die Einbindung in den Kühlwasserumlauf hat den Vorteil, dass keine getrennte Heizung vorgesehen werden muss. Es sind allerdings geeignete Anschlüsse zu finden.

[A7] In Ausgestaltung der Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass in der Wand der

Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung mindestens ein Strömungsweg für das Kühlwasser, z.B. Kühlwasserkanäle, vorgesehen sind. Diese lassen sich als Strömungswege im gegossenen Gehäuse der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung leicht vorsehen, ohne die Kosten des

Gussteils wesentlich zu erhöhen. Eine Nachrüstung der Brennkraftmaschine ist möglich, wenn das Gehäuse gegen ein solches mit Kühlwasserkanälen ausgetauscht wird.

[A8] Eine besonders direkte Beheizung ergibt sich, wenn in der Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung ein Wasser/Luft- Wärmetauscher mit mindestens einem Kühlwasserkanal als Strömungsweg für das Kühlwasser angeordnet ist.

[A9] Die Vorwärmung kann unabhängig von einer Motor- oder Ladeluftkühler- Vorwärmung abgeschaltet werden, weil parallel zum Strömungsweg des Kühlwassers zur Vorwärmeinrichtung für die Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung ein By-Pass vorgesehen ist, der bei einer

Überschreitung einer bestimmten Kühlwassertemperatur sich öffnend ausgebildet ist.

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[A10] Diesem Zweck dient die Maßnahme, dass im By-Pass ein temperaturgesteuertes Ventil, vorzugsweise mit einem Bimetallaktuator, angeordnet ist. Alternativ kann auch ein Ventil mit einer Wachspatrone diesen Zweck erfüllen. Die Vorteile solcher mechanisch betätigten Ventile liegen in ihrer einfachen und bewährten Bauweise, die einen sicheren Betrieb erwarten lassen und keine zusätzlichen Eingriffe in die elektrischen Kreise der Motorsteuerung erfordern.

[Al l] Wenn die Brennkraftmaschine einen Motorblock besitzt, der eine

Kühlwasseraustrittsöffnung und eine Kühlwassereintrittsöffhung aufweist, an die eine

Vorlaufleitung der Vorwärmeinrichtung und eine Rücklaufleitung der Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung anschließbar sind, so lässt sich ein Wärmetauscher für die

Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung besonders bequem anschließen, da keine zusätzlichen Bohrungen notwendig sind. [AI 2] In weiterer Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wird vorgeschlagen, dass die

Kühlwasseraustrittsöffnung und/oder die Kühlwassereintrittsöffnung im Motorblock für die Vorlaufleitung und/oder die Rücklaufleitung der Vorwärmeinrichtung der Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung an einer Kühlwasser-Dauerentlüftung und/oder an einem

Wasserführungsgehäuse eines Vorwärmanschlusses des Motorblocks angeordnet sind. Diese Maßnahme erfordert den geringsten Änderungsaufwand und erfordert vorteilhaft wenig Bauraum und kurze Strömungswege, weil der Motorblock ohnehin meist mehrere Öffnungen für die Kühlwasser-Dauerentlüftung aufweist. Auch das Wasserführungsgehäuse des Motorblocks ist für den Anschluss besonders geeignet, da es meist blindgestopfte Öffnungen hat, die besonders vorteilhaft zu nutzen sind, weil kein Eingriff in den Motorblock erfolgen muss.

[AI 3] Die Vorrichtungsaufgabe wird schließlich auch durch eine Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine dadurch gelöst, dass die Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung mindestens einen Warmwassereintritt und einen Warmwasseraustritt und mindestens einen dazwischenliegenden Strömungsweg für Warmwasser aufweist, wobei der mindestens eine Strömungsweg vorzugsweise als eine Primärseite eines Wasser- /Luftwärmetauschers ausgebildet ist. [AI 4] Mit Vorteil ist für eine Ausgestaltung der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung vorgesehen, dass der Wasser-/Luftwärmetauscher in oder an einem Ölabscheidebereich des Gehäuses der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung angeordnet ist. In diesem Bereich sind die Querschnitte häufig gering. Dadurch kann Eis in diesem Bereich besonders schädlich sein. Der Wasser-/Luftwärmetauscher ist in diesem Bereich besonders wirksam. Gleichzeitig ist dieser Bereich auch am besten zugänglich, so dass dadurch die Montage vorteilhaft erleichtert wird.

[AI 5] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung wird vorgeschlagen, dass in dem Strömungsweg mindestens ein Ventil angeordnet ist, das bei Überschreitung einer Grenztemperatur durch einen Temperaturbetätigten Aktuator schließend ausgebildet ist. Die Vorwärmung der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung wird dadurch vorteilhaft unabhängig von einer Vorwärmung des Motorblocks oder eines Ladeluftkühlers. Sobald eine Grenztemperatur erreicht ist, wird die Vorwärmung durch Schließen des Ventils beendet. Die Leistung des Vorwärmaggregats steht dann vollständig dem Motorblock oder dem Ladeluftkreis zur Verfügung. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft an Hand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen: eine schematische perspektivische Ansicht einer bekannten Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung, eine perspektivische Detailansicht der in Figur 1 dargestellten

Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung, eine perspektivische Detailansicht der in Figur 1 dargestellten

Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung mit einem Teil des Motorblocks,

einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung quer zur Reihung der Ölabscheider geschnitten, einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung in Höhe der Ölabscheider geschnitten und oben ein Rohrleitungsschema für den Kühlwasserumlauf des Motors einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und unten ein Rohrleitungsschema für den Kühlwasserumlauf eines Ladeluftkühlers. Zur Orientierung ist in Figur 1 eine bekannte Verbrennungskraftmaschine dargestellt in Form eines Motors 24 mit 12 Zylindern. Gut erkennbar ist die Abtriebsachse 23 des Motors 24. Oben auf dem Motor 24 sind zwei Turbolader 25 erkennbar. Quer zur Orientierung der Abtriebsachse 23 ist oben eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung 3 erkennbar teilweise wird diese von einem Ölfilter 26 verdeckt.

In Figur 2 ist die in Figur 1 nur schlecht erkennbare Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung 3 detaillierter erkennbar. Hinter dem Ölfilter 26 sind in zwei parallelen Reihungen 27 in ihrer Orientierung senkrecht zur Abtriebsachse 23 zwei horizontale Reihen mit Plätzen für je fünf Ölabscheider 19 erkennbar. In der rechten Reinigung 27 fehlen vier Ölabscheider 19.

Figur 3 zeigt eine Detailansicht des Motors 24 gemäß Pfeil III in Figur 2. Gut erkennbar ist in dieser Darstellung das Gehäuse 22 der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung 3. Zusätzlich ist am Monitor 28 mit Pfeil 29 gekennzeichnet eine Öffnung 30 vorgesehen, die blind gestopft ist und deren Funktion im Zusammenhang mit Figur 6 erläutert wird. Figur 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuse- Entlüftungseinrichtung 3, dessen Schnittebene quer zur Reihung der Ölabscheider orientiert ist. Vertikal von unten führt eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 31 in das gegossene Gehäuse 22 der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung. Im Gehäuse 22 befindet sich ein rechtwinklig gekantetes Lochblechteil als Ölvorabscheider 32, der das Gehäuse 22 in einen unteren Teil 33 und einen oberen Teil 34 gliedert. Diese beiden Teile 33, 34 vereinigen sich an Trennfuge 35 um das Gehäuse 22 zu bilden. Darüber befindet sich als integraler Bestandteil des Gehäuseteils 34 ein Ölabscheidervolumen 36 und darin ein eine Vorlaufleitung 17 und eine Rücklaufleitung 18 eines Wasser/Luft- Wärmetausches 9 zur Erwärmung des Ölabscheidervolumens 36 und einer dazwischenliegenden Reinluftsammelleitung 37. Nach Passieren der Ölabscheider 19 wird die entölte Luft aus dem Kurbelgehäuse in der Reinluftsammelleitung 37 zusammengeführt und den Turboladern 25 (Figur 1) zugeleitet. In dem Ölabscheidervolumen 36 kann sich auch Wasser ansammeln, das bei niedrigen

Temperaturen gefrieren kann. Zur Vermeidung einer Eisbildung ist erfindungsgemäß ein

Wasser/Luft- Wärmetauscher 9 im Ölabscheidervolumen 36 vorgesehen, der in dieser

Darstellung als zwei geschnittene Leitungen, nämlich Vorlaufleitung 17 und Rücklaufleitung 18 dargestellt ist. Von unten kommend ist die Zulaufleitung zum Luftwärmetauscher 9 erkennbar. Die Rücklaufleitung ist in dieser Ansicht nicht dargestellt. Mit Vorteil schmiegen sich die

Querschnitte des Luft/Wasser- Wärmetauschers 9 an die Wandung der Reinluftsammelleitung 37 an, um einen intensiveren Wärmeaustausch zu ermöglichen. Einer etwaige Eisbildung in der Reinluftsammelleitung wird somit ebenfalls wirkungsvoll vorgebeugt. Die Form des Luft/Wasser- Wärmetauschers 9 ist besser in Figur 5 erkennbar. Figur 5 zeigt einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung 3, wobei der Schnitt durch den oberen Gehäuseteil 34 mit dem Ölabscheidervolumen 36 etwa mittig durch die Reinluftsammelleitung 37 geführt ist. Der Wasser/Luft- Wärmetauscher 9 hat die Form eines liegenden U, an dessen freie Schenkel eine Vorlaufleitung 17 und eine

Rücklaufleitung 18 die Durchströmung des Luft/Wasser- Wärmetauschers 9 ermöglichen. Ein Teil der Umfangsfläche des Strömungswegs 8 schmiegt sich dabei an das Profil der

Reinluftsammelleitung 37 an und ermöglicht so einen intensiven Wärmeübergang von dem den Strömungsweg 8 durchfließenden Wassers in die Reinluftsammelleitung 37. Mit Vorteil wird das Wasser für die Vorlaufleitung 17 einer ühlwasseraustrittsöffhung 15 (Figur 2) entnommen. Öffnung 30 (Figur 3) des Motorblocks 28 kann zum Anschluss der Rücklaufleitung 18 benutzt werden. Es reicht somit die Entfernung des Stopfens, um die

Vorlaufleitung 17 an den Kühlwasserumlauf 1 (Figur 6) des Motors 24 anzuschließen.

Die Schaltung des Wasser/Luft- Wärmetauschers 9 ist in Figur 6 schematisch dargestellt. Der Kühlwasserumlauf 1 des Motors 24 besteht im Wesentlichen aus einer Kühlwasserpumpe 2, einem Öl Wärmetauscher 38, dem Motorblock 39 des Motors 24, einem Thermostatventil 40 und einem Radiator 41, die in dieser Reihenfolge vom Kühlwasser 5 durchströmt werden, d.h. in Richtung des Pfeils 42.

Um einem Kaltstart des Motors zu ermöglichen, ist zusätzlich ein Vorwärmaggregat 4 vorgesehen, dass an geeigneter Stelle 43 Kühlwasser entnimmt und über eine angetriebene getrennte Pumpe 44 dieses durch eine Heizeinrichtung 45 und durch ein Stromrichtungsventil 46 an einer Speiseöffnung 47 in den Motorblock 39 zurückführt. Die Pumpe 44 wird elektrisch angetrieben, während die Pumpe 2 durch den Motor selbst nach Starten des Motors von diesem angetrieben wird.

Zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaften der Brennkraftmaschine 6 ist eine

Vorwärmeinrichtung 11 vorgesehen, die an einer Entlüftungsöffnung 48 des Motorblocks 39

Kühlwasser entnimmt, dieses über den Wasser/Luft- Wärmetauscher 9 führt und von Thermostat 40 gesteuert dem Kühlwasserkreislauf 1 wieder an einer Stelle 50 zurückführt. Insofern bildet die Vorwärmeinrichtung 11 einen By-Pass 12 zu dem Strömungsweg 10 zwischen der

Entlüftungsöffnung 48 und der Stelle 50. Als Thermostatventil können Ventile mit bekannten, thermisch gesteuerten Aktuatoren, wie von Sensoren elektrisch angesteuerte Ventile oder Ventile mit Bimetall- Aktuatoren oder mit Wachspatronen als Aktuatoren, eingesetzt werden.

Der Kühlwasserumlauf 1 hat ein höheres Temperaturniveau als der weitere Kühlwasserumlauf 51 für den Ladeluftkühler 25, der in Figur 6 unten dargestellt ist. Der Kühlwasserumlauf 51 des Ladeluftkühlers 25 ist grundsätzlich analog zum Kühlwasserumlauf 1 geschaltet.

Die Vorwärmeinrichtung 11 kann in analoger Weise auch in dem Kühlwasserumlauf 51 des Ladeluftkühlers 25 vorgesehen werden, sofern dieser auch mit einem Vorwärmaggregat 4 ausgerüstet ist oder mit in den Vorwärm Wasserumlauf 52 des Vorwärmaggregats 4 eingebunden ist. Statt das Wasser an einer Kühlwasserentlüftungsöffnung 48 zu entnehmen kann es auch an beliebiger Stellehinter dem Stromrichtungsventil 46 entnommen werden.

Während wenigstens eine exemplarische Ausführungsform in der oben angegebenen

Beschreibung dargestellt worden ist, sollte verstanden und festgehalten werden, dass eine große Anzahl von Variationen bzw. Modifikationen dazu existieren. Es sollte auch festgehalten werden, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang bzw. Schutzumfang, die

Anwendbarkeit oder den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr geben die Zusammenfassung und die ausführliche Beschreibung dem Fachmann eine hinreichende und leicht verständliche Anweisung zur Implementierung von wenigsten einer exemplarischen Ausführungsform.

Dabei sollte verstanden werden, dass vielfältige und verschiedenartige Änderungen dieser Ausführungsform bezüglich der Funktion und der Anordnung der in einer exemplarischen

Ausführungsform beschriebenen Elemente ausgeführt werden können, ohne von dem durch die beigefügten Patentansprüche und deren gesetzlichen Äquivalente definierten Umfang bzw. Schutzumfang abzuweichen.