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TECHNISCHES GEBIET
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Das offenbarte erfinderische Konzept bezieht sich allgemein auf die Kurbelgehäuseentlüftung in Brennkraftmaschinen. Insbesondere bezieht sich das offenbarte erfinderische Konzept auf ein Verfahren und auf ein System zur Kurbelgehäuseentlüftung, in denen ein integrierter Unterdruckaktuator unabhängig von den Kraftmaschinenlastbedingungen eine ständige und erhebliche Menge Frischluft für das Kraftmaschinenkurbelgehäuse bereitstellt. Zusätzlich zu dem integrierten Unterdruckaktuator, der an dem Einlasskrümmer der Kraftmaschine befestigt ist, sind ein Luft-von-Öl-Abscheider, mehrere Rückschlagventile, ein Durchflusssteuerventil und zugeordnete Fluidkanäle in das Verfahren und das System einbezogen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Während der Verbrennungsphase des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb einer Brennkraftmaschine werden Abgase erzeugt, die die Kraftmaschine während des Kraftmaschinenbetriebs über den Auslasskrümmer verlassen. Allerdings verlassen nicht alle Gase die Kraftmaschine zu dieser Zeit. Einige dieser Gase werden wegen des während der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erzeugten Drucks gezwungen, den Kolben zu umgehen und in das Kurbelgehäuse einzutreten.
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Um eine durch den zusätzlichen Kurbelgehäusedruck erzeugte Beschädigung an Kraftmaschinendichtungen zu vermeiden, ist eine Entlastung dieser gesammelten Gase notwendig. Eine solche Beschädigung würde zu einem Ölleckverlust führen. Eine frühe und direkte Lösung für die Ansammlung von Abgasen in dem Kurbelgehäuse war einfach, die gesammelten Gase z. B. über ein Saugrohr direkt in die Atmosphäre auszustoßen. Wegen des negativen Umwelteinflusses, der durch diese nichtverbrannten Kohlenwasserstoffemissionen erzeugt wird, ist dies allerdings eine unerwünschte Lösung für die Anwesenheit dieser Gase.
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Alternativ können diese Gase erneut in die Kraftmaschine eingeleitet werden, indem sie aus dem Kurbelgehäuse entleert werden und zu dem Öl-Kraftstoff-Gemisch zugegeben werden, das über den Einlasskrümmer in die Kraftmaschine eintritt. Für diesen Zweck sind Ölabscheider bekannt.
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Eine übliche Lösung zum Trennen von Öl von Luft enthält die Verwendung eines Siebfilters, in dem Öltröpfchen in dem Sieb (das üblicherweise aus einer Mikrofaser besteht) eingefangen werden und Luft durchgehen gelassen wird. Eine andere einfache Vorgehensweise zum Trennen von Öl von Luft ist das Bereitstellen eines Rohrs, durch das das wiedergewonnene Gas geht. Das Rohr weist Löcher auf, die an seiner Seite gebildet sind. Luft geht durch die Löcher und Öltröpfchen, die schwerer sind, fallen auf den Boden eines Vorratsbehälters. Außerdem kann eine Bewegungseinheit wie etwa eine Zentrifuge verwendet werden, um Öl von der Luft zu trennen. Das getrennte Öl wird in das Kurbelgehäuse zurückgeleitet.
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Eine sehr typische Lösung ist zu veranlassen, dass die Kurbelgehäusegase von dem Kurbelgehäuse mittels eines Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystems (positive crankcase ventilation, "PCV"-Systems), wie durch ein Ventil reguliert wird, das sich entlang des PCV-Wegs befindet, zu dem Einlasskrümmer strömen. In Übereinstimmung mit einem PCV-Beispiel beginnt der Weg für das PCV bei dem Ventildeckel und endet bei dem Einlasskrümmer. Während des Kraftmaschinenbetriebs erhöht das PCV-Ventil in Zeitdauern eines höheren Einlasskrümmerunterdrucks eine Drosselung zwischen dem Einlasssystem und dem Kurbelgehäuse und verringert somit während Zeitdauern eines niedrigeren Einlasskrümmerunterdrucks die Drosselung zwischen dem Einlasskrümmer und dem Kurbelgehäuse. In Übereinstimmung mit diesem System wird in dem Kraftmaschinenkurbelgehäuse ein geringfügiger Unterdruck aufrechterhalten, wodurch Kohlenwasserstoffe aus dem Kurbelgehäuse angesaugt werden und in das Kraftmaschineneinlasssystem geleitet werden.
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Es ist eine Herausforderung für aktuelle Benzinkraftmaschinen mit PCV-Systemen, bei Bedingungen hoher Kraftmaschinenlast eine signifikante Menge Frischluft in das Kurbelgehäuse bereitzustellen. Während sich die Kraftfahrzeugindustrie zur Verkleinerung von Kraftmaschinen in schwereren Fahrzeugen verlagert, könnten Kraftmaschinen während Fahrbetriebsgeschwindigkeiten für eine erhebliche Zeitdauer mehr Zeit bei Bedingungen höherer Kraftmaschinenlast verbringen. Das PCV-System weist eine Menge an Frischluft von null bis unerheblich auf, die bei Bedingungen höherer Kraftmaschinenlast in das Kurbelgehäuse eintritt. Um die Beschleunigung der Kraftmaschinenölalterung zu verhindern, die das Kraftmaschinenöl zu Ölschlamm macht, ist ein bestimmtes Verhältnis von Frischluft zu Kraftmaschinenleckgas erforderlich. Eine beschleunigte Kraftmaschinenölalterung verringert die Kraftmaschinenöllebensdauer, was die Ölwechselhäufigkeitsanforderung für den Fahrzeughalter erhöht. Falls die vom Hersteller empfohlene Kraftmaschinenölwechselhäufigkeit nicht befolgt wird, wird das Kraftmaschinenöl zu Ölschlamm und führt zu einer Beschädigung der Kraftmaschine.
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Dementsprechend gibt es wie auf vielen Gebieten der Fahrzeugtechnologie in Bezug auf die Verwendung und den Betrieb von der Brennkraftmaschine zugeordneten Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystemen Raum für Verbesserungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um die dem Stand der Technik zugeordneten Probleme zu vermeiden, stellt das offenbarte erfinderische Konzept ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer ständigen Frischluftentlüftung für das Kraftmaschinenkurbelgehäuse bereit. Durch Bereitstellen einer solchen ständigen Entlüftung werden die bekannten Vorgehensweisen zugeordneten Probleme überwunden.
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Insbesondere ist das offenbarte erfinderische Konzept zur Verwendung mit einer Brennkraftmaschine ausgelegt, die ein Kurbelgehäuse, einen Einlasskrümmer und einen an dem Krümmer befestigten Lufteingang aufweist. Das offenbarte erfinderische Konzept enthält einen integrierten Unterdruckaktuator, der mit dem Einlasskrümmer verbunden ist, einen Aktuatorkanal, der zwischen dem Unterdruckaktuator und dem Lufteingang positioniert ist, einen Luft-von-Öl-Abscheider, der dem Kurbelgehäuse zugeordnet ist, einen Abscheiderkanal und ein Abscheidersteuerventil, die zwischen dem Abscheider und dem Einlasskrümmer positioniert sind, und einen Umgehungskanal und ein Umgehungssteuerventil zwischen dem Abscheiderkanal und dem Aktuatorkanal.
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Der Lufteingang umfasst ein Anfangseinlassrohr und ein Zwischeneinlassrohr, wobei das Zwischeneinlassrohr zwischen dem Anfangseinlassrohr und dem Einlasskrümmer positioniert ist. An dem Zwischeneinlassrohr ist eine Frischluftsteuerrohr- und Frischluftregleranordnung befestigt. Der Aktuatorkanal ist an dem Anfangseinlassrohr des Lufteingangs befestigt.
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Der Umgehungskanal ist bei einem Ort zwischen dem Abscheider und dem Einlasskrümmer mit dem Abscheiderkanal verbunden. Das Abscheiderkanalsteuerventil ist zwischen dem Einlasskrümmer und dem Verbindungsort des Umgehungskanals mit dem Abscheiderkanal positioniert.
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Zwischen dem Anfangseinlassrohr und dem Zwischeneinlassrohr ist ein Kompressor für ankommende Luft eingebaut. An der Kraftmaschine ist ein Auslasskrümmer befestigt und an dem Auslasskrümmer ist ein Auslassrohr befestigt. An dem Auslasskrümmer und an dem Kompressor ist eine Turbine befestigt.
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Im Betrieb wird dadurch, dass das Abscheiderventil in seine offene Position bewegt wird und das Umgehungsventil in seine geschlossene Position bewegt wird, eine Teillastbetriebsart mit niedriger Ausgabe festgesetzt. Umgekehrt wird dadurch, dass das Abscheiderventil in seine geschlossene Position bewegt wird und das Umgehungsventil in seine offene Position bewegt wird, eine Boost-Betriebsart mit hoher Ausgabe festgesetzt.
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Die Verwendung des integrierten Unterdruckaktuators in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept ist ein wichtiger funktionaler Unterschied zwischen der hier dargelegten Lösung und aktuellen Systemen für die Kurbelgehäuseentlüftung. Die Lösung in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept stellt unabhängig von Kraftmaschinenlastbedingungen eine ständige und erhebliche Menge Frischluft für das Kraftmaschinenkurbelgehäuse bereit. Das offenbarte erfinderische Konzept verringert die Rate der Kraftmaschinenölalterung, verlängert die Kraftmaschinenöllebensdauer und verringert die Anzahl der Kraftmaschinenölwechsel, die für die Lebensdauer des Fahrzeugs erforderlich sind, und verringert somit die Betriebskosten, die der Kraftfahrzeughalter andernfalls erfahren würde. Außerdem wird die Notwendigkeit eines zweiten Luft-von-Öl-Abscheiders (AOS) beseitigt, d. h. werden ebenfalls die Kraftmaschinenherstellungskosten verringert.
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Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein umfassenderes Verständnis dieser Erfindung wird nun Bezug genommen auf die Ausführungsformen, die ausführlicher in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden anhand von Beispielen der Erfindung beschrieben sind, wobei:
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1 eine schematische Darstellung eines Systems für ständige Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung ist, das für eine Brennkraftmaschine mit zwei Auslässen in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept eingebaut ist; und
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2 eine schematische Darstellung eines Systems für ständige Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung ist, das in eine Brennkraftmaschine, die einen einzelnen Auslasskrümmer aufweist, in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept eingebaut ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In den folgenden Figuren sind zur Bezugnahme auf dieselben Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Betriebsparameter und Komponenten für unterschiedlich konstruierte Ausführungsformen beschrieben. Diese spezifischen Parameter und Komponenten sind als Beispiele enthalten und sollen nicht einschränkend sein.
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Allgemein bezieht sich das offenbarte erfinderische Konzept auf ein Verfahren und auf ein System zum Bereitstellen einer ständigen Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung für eine Brennkraftmaschine. Das System enthält einen integrierten Unterdruckaktuator, der unabhängig von den Kraftmaschinenlastbedingungen eine ständige und erhebliche Menge Frischluft für das Kraftmaschinenkurbelgehäuse bereitstellt. Zusätzlich zu dem integrierten Unterdruckaktuator, der an dem Einlasskrümmer der Kraftmaschine befestigt ist, enthalten das Verfahren und das System einen Luft-von-Öl-Abscheider, mehrere Rückschlagventile, ein Durchflusssteuerventil und zugeordnete Schläuche.
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Ein System für ständige Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept ist in 1 allgemein als 10 dargestellt. Das dargestellte System 10 für ständige Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung ist nur eine Anregung und ist nicht als Beschränkung zu verstehen, da Varianten des Systems hergestellt werden können, ohne entweder von dem Erfindungsgedanken oder von dem Schutzumfang des Systems abzuweichen.
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Das System 10 für ständige Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung ist zur Verwendung mit einer Brennkraftmaschine 12 ausgelegt. Obgleich das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 10 zur Verwendung an Kraftmaschinen mit kleineren Hubräumen und einer kleineren Anzahl von Zylindern am besten geeignet, kann das System 10 für ständige Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung des offenbarten erfinderischen Konzepts in eine Brennkraftmaschine mit praktisch irgendeiner Größe integriert werden.
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Herkömmlich enthält die Brennkraftmaschine 12 ein Kraftmaschinenkurbelgehäuse 14. An der Brennkraftmaschine 12 ist ein Auslasskrümmer angebracht. Wie in 1 dargestellt ist, können zwei Auslasskrümmer 16 und 16' vorgesehen sein, obgleich das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 10 des offenbarten erfinderischen Konzepts, wie in 2 dargestellt ist und wie im Folgenden in Bezug darauf diskutiert wird, leicht zur Verwendung mit einer Kraftmaschine mit einem einzelnen Krümmer angepasst werden kann.
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An dem Auslasskrümmer 16 ist ein Zwischenauslassrohr 18 befestigt. An dem Zwischenauslassrohr 18 ist eine Turbine 20 befestigt. An der Turbine 20 ist ein Auspuffrohr 22 befestigt. An dem Auslasskrümmer 16' ist ein Zwischenauslassrohr 18' befestigt. An dem Zwischenauslassrohr 18' ist eine Turbine 20' befestigt. An der Turbine 20' ist ein Auspuffrohr 22' befestigt. Obgleich das offenbarte erfinderische Konzept in der Weise dargestellt ist, dass es eine Turbine zum Aufladen der Luftströmung aufweist, wird angemerkt, dass die Verwendung einer Turbine in dieser Anordnung optional ist. Das System des offenbarten erfinderischen Konzepts könnte eben so gut mit einem normal angesaugten Einlasssystem verwendet werden.
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Der Turbine 20 ist ein Turbinenkompressor 24 funktional zugeordnet. Der Turbine 20' ist ein Turbinenkompressor 24' funktional zugeordnet.
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Der Brennkraftmaschine 12 ist ein Einlasskrümmer 26 funktional zugeordnet. Dem Einlasskrümmer 26 ist ein Drosselklappengehäuse 28 zugeordnet, das eine bewegliche Drosselklappe 30 aufweist. Zwischen dem Turbinenkompressor 24 und dem Drosselklappengehäuse 28 ist ein Zwischeneinlassrohr 32 eingebaut. Zwischen dem Turbinenkompressor 24' und dem Drosselklappengehäuse 28 ist ein Zwischeneinlassrohr 32' eingebaut. Zwischen einem Luftfilter 36 und dem Turbinenkompressor 24 ist ein Anfangseinlassrohr 34 eingebaut. Zwischen dem Luftfilter 36 und dem Turbinenkompressor 24' ist ein Anfangseinlassrohr 34' eingebaut. An dem Zwischeneinlassrohr 32 ist eine Frischluftsteuerrohr- und Frischluftregleranordnung 38 fluidtechnisch befestigt.
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An dem Einlasskrümmer 26 ist bei dem Aktuatoranschluss 42 eine integrierte Unterdruck-Aktuatoranordnung 40 einteilig befestigt. Die Aktuatoranordnung 40 enthält einen integrierten Unterdruckaktuator 44 und einen Aktuatorkanal 46. Der Aktuatorkanal 46 ist zwischen dem integrierten Unterdruckaktuator 44 und dem Anfangseinlassrohr 34 eingebaut. Der Aktuatorkanal 46 stellt von dem integrierten Unterdruckaktuator 44 und von dem Anfangseinlassrohr 34 einen Unterdruck bereit.
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Es ist ein Luft-von-Öl-Abscheider 48 vorgesehen, der ein Kurbelgehäuse-Befestigungsende 50 aufweist. Das Kurbelgehäuse-Befestigungsende 50 des Luft-von-Öl-Abscheiders 48 ist an dem Kurbelgehäuse 14 befestigt.
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Zwischen dem Luft-von-Öl-Abscheider 48 und dem Einlasskrümmer 26 ist ein Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 52 vorgesehen. Der Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 52 weist ein Rückschlagventil 54 auf. Zwischen dem Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 52 und dem Aktuatorkanal 46 ist ein Aktuatorumgehungskanal 56 vorgesehen. Der Aktuatorumgehungskanal 56 enthält ein Rückschlagventil 58.
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Als eine mögliche Variante der Konfiguration des Systems 10 zur ständigen Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung, die zur Verwendung mit einer in 1 gezeigten und in Verbindung damit diskutierten Zwei-Auslasskrümmer-Kraftmaschine ausgelegt ist, stellt 2 ein System 60 zur ständigen Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung dar, das zur Verwendung an einer kleineren Kraftmaschine wie etwa an einer Kraftmaschine, die einen einzelnen Auslasskrümmer aufweist, ausgelegt ist.
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Anhand von 1 ist das System 60 zur ständigen Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung zur Verwendung mit einer kleineren Kraftmaschine 62 ausgelegt, die z. B. vier Zylinder aufweist. Herkömmlich enthält die Kraftmaschine 62 ein Kraftmaschinenkurbelgehäuse 64.
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An der Brennkraftmaschine 62 ist ein einzelner Auslasskrümmer 66 eingebaut. An dem Auslasskrümmer 66 ist ein Zwischenauslassrohr 68 befestigt. An dem Zwischenauslassrohr 68 ist eine Turbine 70 befestigt. An der Turbine 70 ist ein Auspuffrohr 72 befestigt. Der Turbine 70 ist ein Turbinenkompressor 74 funktional zugeordnet.
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An der Brennkraftmaschine 62 ist ein Einlasskrümmer 76 befestigt. Dem Einlasskrümmer 76 ist ein Drosselklappengehäuse 78 zugeordnet, das eine bewegliche Drosselklappe 80 aufweist. Zwischen dem Turbinenkompressor 74 und dem Drosselklappengehäuse 78 ist ein Zwischeneinlassrohr 82 eingebaut. Zwischen einem Luftfilter 86 und dem Turbinenkompressor 74 ist ein Einlassrohr 84 eingebaut. An dem Zwischeneinlassrohr 82 ist eine Frischluftsteuerungs-Eingangsrohr- und Frischluftsteuerungs-Regelanordnung 88 fluidtechnisch befestigt.
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An dem Einlasskrümmer 76 ist bei dem Aktuatoranschluss 92 eine integrierte Unterdruck-Aktuatoranordnung 90 einteilig befestigt. Die Aktuatoranordnung 90 enthält einen integrierten Unterdruckaktuator 94 und einen Aktuatorkanal 96. Der Aktuatorkanal 96 ist zwischen dem integrierten Unterdruckaktuator 94 und dem Einlassrohr 84 eingebaut. Der Aktuatorkanal 96 stellt einen Unterdruck von dem integrierten Unterdruckaktuator 94 und von dem Einlassrohr 84 bereit.
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Es ist ein Luft-von-Öl-Abscheider 98 vorgesehen, der einen Kurbelgehäusebefestigungsanschluss 100 aufweist. Der Kurbelgehäusebefestigungsanschluss 100 des Luft-von-Öl-Abscheiders 98 ist an dem Kurbelgehäuse 64 befestigt.
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Zwischen dem Luft-von-Öl-Abscheider 98 und dem Einlasskrümmer 76 ist ein Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 102 vorgesehen. Der Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 102 weist ein Rückschlagventil 104 auf. Zwischen dem Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 102 und dem Aktuatorkanal 96 ist ein Aktuatorumgehungskanal 106 vorgesehen. Der Aktuatorumgehungskanal 106 enthält ein Rückschlagventil 108.
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Unabhängig davon, ob es für eine Zwei-Auslasskrümmer-Kraftmaschine oder für eine Ein-Auslasskrümmer-Kraftmaschine ausgelegt ist, ist der Betrieb des Systems zur ständigen Frischluft-Kurbelgehäuseentlüftung in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept derselbe. Unabhängig von der Ausführungsform wird für das Kraftmaschinenkurbelgehäuse unabhängig von den Kraftmaschinenlastbedingungen eine ständige und erhebliche Menge Frischluft bereitgestellt.
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Insbesondere dann, wenn das Rückschlagventil 54 (104) des Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanals 52 (102) in seiner offenen Position ist und das Rückschlagventil 58 (108) des Aktuatorumgehungskanals 56 (106) in seiner geschlossenen Position ist, liegt eine Teillastbetriebsart mit geringer Leistung vor. Unter dieser Bedingung werden Kurbelgehäusegase aus dem Kraftmaschinenkurbelgehäuse 14 (64) über den Luft-von-Öl-Abscheider 48 (98) über den Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanal 52 (102) und in den Einlasskrümmer 26 (76) wegen des Einlassunterdrucks gesaugt.
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Umgekehrt gibt es die Boost-Betriebsart mit hoher Ausgabe, wenn das Rückschlagventil 54 (104) des Abscheider-zum-Einlasskrümmer-Kanals 52 (102) in seiner geschlossenen Position ist und das Rückschlagventil 58 (108) des Aktuatorumgehungskanals 56 (106) in seiner offenen Position ist. Unter dieser Bedingung werden Kurbelgehäusegase von dem Kraftmaschinenkurbelgehäuse 14 (64) über den Luft-von-Öl-Abscheider 48 (98) über den Aktuatorumgehungskanal 56 (106) und in den Aktuatorkanal 46 (96) der Aktuatoranordnung 40 (90) gesaugt.
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Somit wird in Übereinstimmung mit dem offenbarten erfinderischen Konzept unabhängig von der Betriebsart eine ständige und erhebliche Menge von Frischluft für das Kraftmaschinenkurbelgehäuse bereitgestellt. Auf diese Weise überwindet das offenbarte erfinderische Konzept die Herausforderungen, denen bekannte PCV-Systeme gegenüberstehen, und minimiert es das Risiko eines frühen Kraftmaschinenölausfalls und einer folgenden Kraftmaschinenstörung. Das offenbarte erfinderische Konzept findet nicht in der Kraftfahrzeugindustrie Nutzen, sondern kann auch in der Schiffskraftmaschinenindustrie nützlich sein, wo Schiffe üblicherweise viele Stunden in kaltem Wasser fahren, was ein Ölschlammpotential für das Kraftmaschinenöl erzeugt, worauf eine schnelle Rückkehr ins Dock folgt. Bekannte PCV-Systeme sind unter solchen Betriebsbedingungen stark beansprucht.
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Das offenbarte erfinderische Konzept, wie es oben dargelegt ist, überwindet die Herausforderungen, denen bekannte PCV-Anordnungen in einer Vielzahl von Brennkraftmaschinen gegenüberstehen. Dementsprechend erkennt der Fachmann auf dem Gebiet aus dieser Diskussion und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen leicht, dass daran verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Varianten vorgenommen werden können, ohne von dem wahren Erfindungsgedanken und angemessenen Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
