DE102009011634A1

DE102009011634A1 - Kondensatextraktor für Ladeluftkühlersysteme

Info

Publication number: DE102009011634A1
Application number: DE102009011634A
Authority: DE
Inventors: Thomas Porter Milford Rutherford
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: CN101526026B; DE102009011634B4; US8061135B2; CN101526026A; US20090223493A1

Abstract

Es wird ein Kondensatextraktorsystem für eine Verbrennungsmotorbaugruppe mit einem Ladeluftkühlersystem vorgesehen. Das Kondensatextraktorsystem umfasst ein Schlauchelement mit einem ersten Ende, das mit dem Ladeluftkühlersystem in direkter Fluidverbindung steht, und mit einem zweiten Ende, das mit dem Ansaugkrümmer des Motorluftansaugsystems in direkter Fluidverbindung steht. Das Schlauchelement entfernt kontinuierlich als Reaktion auf einen von der Drosselklappe erzeugten Druckgradienten Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem, wenn sich der Motor in einem eingeschalteten Zustand befindet. Das Schlauchelement bildet eine dafür ausgelegte Öffnung aus, das Strömen von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement zu beschränken. Ein Filter ist in direkte Fluidverbindung mit dem Schlauchelement, stromaufwärts der Öffnung, gesetzt. Das Schlauchelement ist vorzugsweise durch ein Fehlen von Fluidverbindung mit einem zum Sammeln von Kondensat ausgelegten Behälter gekennzeichnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren und insbesondere Verbrennungsmotorbaugruppen, die mit einer Ladevorrichtung und einem Ladeluftkühlersystem ausgestattet sind.
Hintergrund der Erfindung
Verbrennungsmotoren (ICE, kurz vom engl. Internal Combustion Engines) werden häufig eingesetzt, um über längere Zeiträume auf verlässlicher Grundlage größere Antriebskraftwerte zu erzeugen. Viele solche ICE-Baugruppen verwenden eine mechanische Ladevorrichtung, beispielsweise einen Turbolader (oder einen durch eine Turbine angetriebenen Lader mit Zwangsinduktion), zum Verdichten des Luftstroms vor dessen Eindringen in den Ansaugkrümmer des Motors, um Leistung und Wirkungsgrad zu steigern. Im Einzelnen ist ein Turbolader ein Gasverdichter, der mehr Luft und somit mehr Sauerstoff in die Brennräume des ICE presst als ansonsten bei Umgebungsluftdruck erreichbar ist. Die zusätzliche Sauerstoffmasse enthaltende Luft, die in den ICE gepresst wird, verbessert den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors, was ihn in einem vorgegebenen Zyklus mehr Kraftstoff verbrennen und dadurch mehr Leistung erzeugen lässt.
Unter extremen Betriebsbedingungen kann der Prozess des „Ladens” die Temperaturen der Ansaugluft auf einen Wert anheben, der die Bildung von unerwünschten Abgasnebenprodukten bewirkt, beispielsweise von verschiedenen Stickoxiden (NOx), und die Dichte der Luftfüllung verringert. Um dieses Problem zu lösen, haben ICE-Hersteller bisher eine Vorrichtung verwendet, die sehr häufig als Zwischenkühler bekannt ist, aber richtiger als Ladeluftkühler (CAC, kurz vom engl. Charge Air Cooler) oder Nachkühler bezeichnet wird, um der aus der Ladevorrichtung austretenden Luft Wärme zu entziehen. Ein CAC ist eine Wärmetauschvorrichtung, die zum Kühlen der Luftfüllung und somit zum weiteren Verbessern des volumetrischen Wirkungsgrads des ICE durch Steigern der Ansaugluft-Ladedichte durch isochores Kühlen verwendet wird. Ein Sinken der Ansauglufttemperatur liefert dem Motor eine dichtere Ansaugfüllung und ermöglicht das Verbrennen von mehr Luft und Kraftstoff pro Motorzyklus, was die Leistung des Motors steigert.
Der Wärmetauschprozess kann Feuchtigkeit (Wasser) kondensieren und somit in dem CAC-System bilden lassen, insbesondere wenn er bei Bedingungen durchgeführt wird, bei denen die durch die Ladevorrichtung und den CAC strömende Umgebungsluft im Wesentlichen feucht ist (z. B. mehr als 50% relative Feuchte). Der Niederschlag pflegt sich stromabwärts des CAC in der Leitung zu sammeln, durch die der Ansaugkrümmer den geladenen Luftstrom erhält. Der verflüssigte Niederschlag kann in den Ansaugkrümmer gesaugt werden, wobei er in die verschiedenen Zylinderbrennräume gelangt. Abhängig von der Konfiguration des CAC und der Ladevorrichtungen sowie von deren individueller und jeweiligen Unterbringung kann der Niederschlag beginnen, eine Pfütze zu bilden und in großen Mengen in die Brennräume einzudringen, was möglicherweise eine Fehlzündung des ICE bewirkt, zu vorzeitigem Motorverschleiß führt und ein falsch-positives Fehlersignal erzeugt, das eine Motorwartungsleuchte auslöst. Zudem kann gesammeltes Wasserkondensat, das nicht ordnungsgemäß aus dem CAC entfernt wird, gefrieren und zu Rissbildung des CAC führen, wenn Umgebungstemperaturen unter den Gefrierpunkt fallen.
Zusammenfassung der Erfindung
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungsmotorbaugruppe vorgesehen. Die Verbrennungsmotorbaugruppe weist ein Luftansaugsystem auf, das einen Ansaugkrümmer stromabwärts in Fluidverbindung mit einer Drosselklappe umfasst. Ein Ladeluftkühlersystem steht stromaufwärts in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer und der Drosselklappe. Ein Schlauchelement weist ein erstes Ende in direkter Fluidverbindung mit dem Ladeluftkühlersystem und ein zweites Ende in direkter Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer auf. Das Schlauchelement ist dafür ausgelegt, Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem zu entfernen, was vorzeitigen Motorverschleiß verhindert sowie die erwartete Lebensdauer des Ladeluftkühlersystems verlängert.
Das Schlauchelement bildet mindestens eine Öffnung aus, die zum Beschränken des Stroms von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement ausgelegt ist. Diese Beschränkung verhindert, dass unerwünschte Mengen von Kondensat und Luft die Drosselklappe umgehen und in den Ansaugkrümmer gelangen, was eine gute Motordrehzahlsteuerung aufrechterhält. Zudem kann ein Filter in direkte Fluidverbindung mit dem Schlauchelement, stromaufwärts in Fluidverbindung mit der Öffnung, gesetzt werden. Der Filter trägt dazu bei, durch Minimieren oder Eliminieren des Aufbaus von Verunreinigung ein Verstopfen der Öffnung zu verhindern.
Das Ladeluftkühlersystem ist an dem Verbrennungsmotor funktionell angebracht. Sobald das Luftluftkühlersystem ordnungsgemäß angebracht ist, wird das erste Ende des Schlauchelements in direkte Fluidverbindung mit dem vertikal niedrigsten Teil des Ladeluftkühlersystems gesetzt. Dabei wird ein Sammeln oder Pfützenbilden von Wasserniederschlag in dem Ladeluftkühlersystem minimiert oder eliminiert. In ähnlicher Weise wird das Schlauchelement so ausgerichtet, dass das erste Ende der vertikal niedrigste Teil desselben ist. In diesem Fall wird ein Sammeln oder Pfützenbilden von Wasserniederschlag in dem Kondensatextraktorsystem minimiert oder eliminiert. Zudem umfasst das Ladeluftkühlersystem einen Tank am ersten Ende, der stromaufwärts in Fluidverbindung mit einem Tank am zweiten Ende steht. Diesbezüglich steht das erste Ende des Schlauchelements in direkter Fluidverbindung mit dem Tank am zweiten Ende.
Die Drosselklappe erzeugt einen Druckgradienten, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem eingeschalteten Zustand befindet. Das Schlauchelement entfernt als Reaktion auf den Druckgradienten kontinuierlich Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem, was die Wasseraufnahme durch den Ansaugkrümmer verteilt, wodurch eine Motorfehlzündung verhindert wird. Idealerweise ist das Schlauchelement dafür ausgelegt, zum Beispiel 2,5 Unzen (70 ml) Kondensat oder weniger in dem Ladeluftkühlersystem zu halten, ist aber nicht hierauf beschränkt. Bei Betrieb leitet das Schlauchelement ein erstes Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem ein, wogegen das Ladeluftkühlersystem ein zweites Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem einleitet. Zu beachten ist, dass das erste Luftvolumen wesentlich kleiner als das zweite Volumen ist, so dass die Massendurchflusssteuerung des Motors nicht beeinflusst wird.
Das Schlauchelement ist durch ein Fehlen von Fluidverbindung mit einem Behälter oder Tank gekennzeichnet, der mm Sammeln von Kondensat ausgelegt ist. Somit werden Schwapp- und Straßenwölbungsphänomene, die mit der Nutzung von Behältern in Zusammenhang stehen, eliminiert.
In ähnlicher Weise ist das Schlauchelement durch ein Fehlen einer direkten Fluidverbindung mit der Drosselklappe gekennzeichnet.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungsmotorbaugruppe mit einem Motorblock vorgesehen. Die Verbrennungsmotorbaugruppe umfasst einen Abgaskrümmer in Fluidverbindung mit dem Motorblock zum Aufnehmen und Ausstoßen von Abgasen von diesem. Die Verbrennungsmotorbaugruppe umfasst auch ein Luftansaugsystem mit einem Ansaugkrümmer, der stromabwärts in Fluidverbindung mit einer Drosselklappe steht. Die Drosselklappe erzeugt einen Druckgradienten, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem eingeschalteten Zustand befindet.
Die vorliegende Ausführungsform umfasst auch eine Turboladervorrichtung, die eine in einem Verdichtergehäuse drehbar angeordnete Verdichterschaufel umfasst und zum Verdichten von Luftstrom ausgelegt ist. Das Verdichtergehäuse steht mit dem Ladeluftkühlersystem zum Liefern von verdichteter Luft zu diesem stromaufwärts in Fluidverbindung. Die Turboladervorrichtung umfasst auch eine in einem Turbinengehäuse drehbar angeordnete Turbinenschaufel. Die Turbinenschaufel ist zur einheitlichen Drehung mit der Verdichterschaufel starr an dieser angebracht. Das Turbinengehäuse steht mit dem Abgaskrümmer stromabwärts in Fluidverbindung, um einen Abgasstrom von diesem zum Drehen der Turbinenschaufel aufzunehmen und umzuleiten.
In der Verbrennungsmotorbaugruppe ist ferner ein Ladeluftkühlersystem, das stromabwärts mit der Turboladervorrichtung in Fluidverbindung steht und stromaufwärts mit dem Luftansaugsystem in Fluidverbindung steht, enthalten. Das Ladeluftkühlersystem ist dafür ausgelegt, dem aus der Turboladervorrichtung austretenden verdichteten Luftstrom Wärme zu entziehen.
Ein Schlauchelement weist ein erstes Ende in direkter Fluidverbindung mit dem Ladeluftkühlersystem und ein zweites Ende in direkter Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer auf. Das Schlauchelement entfernt kontinuierlich als Reaktion auf den von dem Ansaugkrümmer erzeugten Druckgradienten Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem. Das Schlauchelement bildet auch mindestens eine Öffnung aus, die zum Beschränken des Strömens von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement ausgelegt ist. Ein Filter steht in direkter Fluidverbindung mit dem Schlauchelement und stromaufwärts in Fluidverbindung mit der Öffnung.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen ohne weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und besten Methoden zum Durchführen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen und beigefügten Ansprüchen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmotorbaugruppe, die mit einem Ladeluftkühlersystem mit einem damit in Fluidverbindung stehenden erfindungsgemäßen Kondensatextraktorsystem ausgestattet ist; und
1A ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des Ladeluftkühlersystems und Kondensatextraktorsystems von 1.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten in den gesamten mehreren Ansichten bezeichnen, ist 1 eine schematische Darstellung einer allgemein mit 10 gekennzeichneten charakteristischen Verbrennungsmotorbaugruppe, mit der die vorliegende Erfindung genutzt werden kann. Es versteht sich, dass 1 lediglich eine beispielhafte Anwendung ist, durch die die vorliegende Erfindung umgesetzt werden kann. Somit ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die bestimmte Motorkonfiguration von 1 beschränkt. Ferner sind die hierin dargestellten Zeichnungen, d. h. 1 und 1A, nicht maßstabgetreu und sind lediglich für informative Zwecke vorgesehen. Somit sind die in den Zeichnungen gezeigten spezifischen und jeweiligen Maße nicht als einschränkend zu betrachten.
Die Verbrennungsmotor(ICE)-Baugruppe 10 für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise, aber nicht ausschließlich für übliche Personenkraftwagen, Geländelimousinen, Leichtlastkraftwagen, Schwerlastkraftwagen, Minivans, Busse, Zugmaschinen etc., umfasst einen kollektiv bei 12 gezeigten Motorblock samt Zylinderkopf, der mit einer hierin durch eine Turboladervorrichtung 14 dargestellten Ladevorrichtung und einem Ladeluftkühler(CAC)-System 16 ausgestattet ist. Zu beachten ist, dass der Motorblock samt Zylinderkopf 12, die Turboladervorrichtung 14 und das CAC-System 16, die in 1 dieser Anmeldung gezeigt sind, stark vereinfacht sind, wobei sich versteht, dass sich weitere Informationen bezüglich solcher Systeme im Stand der Technik finden lassen. Zudem wird der Fachmann erkennen, dass der Motorblock (oder das Zylindergehäuse) samt Zylinderkopf 12 integral ausgebildet werden können (wie in 1 abgebildet) oder als einzelne Bauteile vorgefertigt werden können, die anschließend z. B. durch Verschrauben oder ein anderes Befestigungsverfahren verbunden werden. Schließlich kann die ICE-Baugruppe 10 innerhalb des Schutzumfangs der hierin beanspruchten Erfindung in einem Kompressionszündungs- oder Fremdzündungsverbrennungsmodus arbeiten.
Unter weiterem Bezug auf 1 umfasst die ICE-Baugruppe 10 einen Abgaskrümmer 30 (oder ein Flammrohr), der zum Aufnehmen und Ausstoßen von Abgasen daraus ausgelegt ist. Zum Beispiel bildet der Zylinderblockabschnitt des Motorblocks samt Zylinderkopf 12 mehrere (nicht dargestellte) Auslasskanäle aus, durch die Abgase oder Verbrennungsprodukte selektiv aus mehreren (nicht gezeigten) Brennräumen variablen Volumens abgeführt werden. Die Auslasskanäle befördern die Abgase zu dem Abgaskrümmer 30, der in dem Zylinderkopfabschnitt des Motorblocks samt Zylinderkopf 12 ausgebildet ist. Die ICE-Baugruppe 10 umfasst auch ein Luftansaugsystem, das hierin durch einen mit einer Drosselklappe 42 stromabwärts in Fluidverbindung stehenden Ansaugkrümmer 40 (oder einen Einlasskrümmer) dargestellt ist. Die Drosselklappe 42 dient zum Steuern der in den Motor strömenden Luftmenge, normalerweise als Reaktion auf Fahrereingabe. Der Ansaugkrümmer 40 ist dagegen für das Zuführen des Kraftstoff/Luft-Gemisches zu den Brennräumen variablen Volumens zuständig. Die Drosselklappe 42 erzeugt einen Druckgradienten, wenn sich die ICE-Baugruppe 10 in einem eingeschalteten Zustand befindet.
Die Turboladervorrichtung 14 steht mit der ICE-Baugruppe 10 in Fluidverbindung. Im Einzelnen umfasst die Turboladervorrichtung 14 einen Turbinenabschnitt 18 und einen Verdichterabschnitt 20. Der Turbinenabschnitt 18 weist ein Turbinengehäuse 22 auf, das mittels einer Abgasleitung 23 mit dem Abgaskrümmer 30 in Fluidverbindung steht. Das Turbinengehäuse 22 leitet den strömenden Abgasstrom um, um eine darin drehbar eingebaute Turbinenschaufel oder ein Flügelrad, das in 1 bei 28 verdeckt gezeigt ist, zu drehen. Der Verdichterabschnitt 20 weist ein Verdichtergehäuse 24 mit einer darin drehbar eingebauten Verdichterschaufel, die in 1 verdeckt bei 26 gezeigt ist, auf. Einlassluft wird von einem Reinluftfilter 32 mittels eines Reinluftkanals 25 von dem Verdichtergehäuse 24 aufgenommen. Die Turbinenschaufel 28 ist an der Verdichterschaufel 26 zur einheitlichen Drehung mit dieser starr angebracht. Bei Drehen der Verdichterschaufel 26 wird die von dem Luftfilter 32 aufgenommene Luft in dem Verdichtergehäuse 24 verdichtet. Von dem Verdichterabschnitt 20 verdichtete Luft wird von dem Verdichterausgangskanal (oder CAC-Einlasskanal) 27 zu dem CAC-System 16 befördert, wobei das Verdichtergehäuse 24 stromaufwärts in Fluidverbindung mit dem CAC-System 16 steht. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung einen einzelnen Turbolader, Twin-Turbolader, mehrstufige Turbolader oder verschiedene andere Motorladevorrichtungen enthalten kann, ohne von dem beabsichtigten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Immer noch unter Bezug auf 1 der Zeichnungen ist ein Luftmengensensor (MAF, kurz vom engl. Mass Airflow) 34 zwischen dem Reinluftfilter 32 und dem Reinluftkanal 25 positioniert. Der MAF-Sensor 34 dient zum Ermitteln der in die ICE-Baugruppe 10 eindringenden Luftmasse – d. h. durch den Verdichterabschnitt 20 der Turboladervorrichtung 14, und zum Übermitteln dieser Angabe zu einem Motorsteuergerät (ECU, kurz vom engl. Engine Control Unit) 36. Die Luftmassenangabe ist für das ECU 36 zum Berechnen und Liefern der richtigen Kraftstoffmasse zu dem Ansaugkrümmer 40 erforderlich.
Die Ladeluftausstoß wird von dem Verdichterabschnitt 20 der Turboladervorrichtung 14 durch das CAC-System (oder Nachkühler-System) 16 geleitet, bevor er in den Ansaugkrümmer 40 eindringt. Diesbezüglich ist das CAC-System 16 stromabwärts in Fluidverbindung mit der Turboladervorrichtung 14 und stromaufwärts in Fluidverbindung mit dem Luftansaugsystem (d. h. Ansaugkrümmer 40 und Drosselklappe 42) positioniert. Das CAC-System 16 ist dafür ausgelegt, dem aus der Turboladervorrichtung 14 austretenden verdichteten Luftstrom Wärme zu entziehen (d. h. die Luftfüllung zu kühlen). Auch wenn Kondensatansammeln ein normalerweise bei Luft/Luft-Ladeluftkühlern auftretendes Problem ist, kann das CAC-System 16 auch ein Wärmetauscher der Luft/Flüssigkeits-Ausführung sein.
Das CAC-System 16 umfasst eine Wärmetauschkernanordnung 50 mit einem daran funktionell angebrachten Tank 52 am ersten Ende (hierin auch als „Tank des heißen Endes” oder „Tank des stromaufwärts befindlichen Endes” bezeichnet). Der Tank 52 des stromaufwärts befindlichen Endes ermöglicht einen Übergang, damit die Ansaugluft von der Turboladervorrichtung 14 von dem Verdichterausgangskanal 27 in die (nicht gezeigten) inneren Kühlrohre des CAC-Systems 16 strömen kann. Der Tank 52 des stromaufwärts befindlichen Endes steht mit einem an einem gegenüberliegenden Ende der Wärmetauschkernanordnung 50 funktionell angebrachten Tank 54 des zweiten Endes (hierin auch als „Tank des kalten Endes” oder „Tank des stromabwärts befindlichen Endes” bezeichnet) stromaufwärts in Fluidverbindung. Der Tank 54 des stromabwärts befindlichen Endes ermöglicht einen Übergang, damit die Ansaugluft zur Beförderung zu der Drosselklappe 42 von den Rohren des CAC-Systems 16 zu einem Ansaugkanal 29 strömen kann.
Wie in 1 ersichtlich nutzt die ICE-Baugruppe 10 ein Kondensatextraktorsystem 70 zum Entfernen von Wasserniederschlag aus dem CAC-System 16, wodurch ein vorzeitiger Motorverschleiß verhindert sowie die erwartete Lebensdauer des CAC-Systems 16 verlängert wird. Das Kondensa textraktorsystem 70 umfasst ein Schlauchelement 72 mit einem ersten und zweiten Ende 74 bzw. 76. Das erste Ende 74 des Schlauchelements 72 steht mit dem CAC-System 16 in direkter Fluidverbindung, wogegen das zweite Ende 76 mit dem Ansaugkrümmer 40 in direkter Fluidverbindung steht. Durch Anbringen des Schlauchelements 72 in dieser Weise wird keine Luftmasse zu dem Ansaugkrümmer 40 addiert oder davon subtrahiert, die nicht von dem MAF-Sensor 34 gemessen wurde, was für das ECU 36 zum Berechnen der richtigen einzuspritzenden Kraftstoffmenge wichtig ist. Dies ist erforderlich, um Emissionen zu regeln und die ICE-Baugruppe 10 problemlos arbeiten zu lassen.
Das Schlauchelement 72 bildet mindestens eine Öffnung 78 aus, die zum Beschränken des Stroms von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement 72 ausgelegt ist. Das Integrieren der Öffnung 78 trägt dazu bei zu verhindern, dass unerwünschte Mengen von Wasserniederschlag und Luft die Drosselklappe 42 durch das Schlauchelement 72 umgehen und in den Ansaugkrümmer 40 eindringen, was eine gute Motordrehzahlsteuerung aufrechterhält. Wenn zum Beispiel die ICE-Baugruppe 10 in Betrieb ist, leitet das Schlauchelement 72 ein erstes Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem ein, wogegen das CAC-System ein zweites Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem einleitet. Das von dem Kondensatextraktorsystem 70 eingeleitete erste Luftvolumen ist wesentlich kleiner als das zweite Volumen (d. h. vergleichsweise vernachlässigbar), so dass die Steuerung des Motormassendurchflusses unbeeinflusst bleibt. Zudem kann ein Filter 80 in direkte Fluidverbindung mit dem Schlauchelement 72, stromaufwärts in Fluidverbindung mit der Öffnung 78, gesetzt werden. Der Filter 80 trägt dazu bei, durch Minimieren oder Eliminieren des Aufbaus von Verunreinigung ein Verstopfen des Schlauchelements 72 und der Öffnung 78 zu verhindern.
Wie vorstehend erwähnt erzeugt die Drosselklappe 42 einen Druckgradienten, wenn sich die ICE-Baugruppe 10 in einem eingeschalteten Zustand befindet. „Motorfehlzündung” ist ein Phänomen, das auftreten kann, wenn sich im Inneren des CAC-Systems 16 ein Schwellenvolumen an Wasserniederschlag sammelt, das dann aufgrund des von dem Ansaugkrümmer 40 erzeugten höheren „Saug”-Drucks in unerwünschten Mengen in den Ansaugkrümmer 40 aufgenommen wird. Die vorliegende Erfindung wirkt systematisch dem Kondensatansammeln entgegen, wobei sie es in vernachlässigbaren Mengen zu dem Ansaugkrümmer 40 befördert, so dass es nie den Schwellenpunkt erreicht. Im Einzelnen entfernt das Schlauchelement 72 kontinuierlich und gesteuert als Reaktion auf den Druckgradienten Kondensat aus dem CAC-System 16, wobei es die Wasseraufnahme durch den Ansaugkrümmer 40 verteilt, wodurch Motorfehlzündung verhindert wird. Idealerweise ist das Schlauchelement 72 dafür ausgelegt, zum Beispiel 2,5 Unzen (oz) (70 ml) Kondensat oder weniger in dem CAC-System zu halten, ist aber nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel können die Länge und der Innendurchmesser des Schlauchelements 72 sowie die Größe der Öffnung 78 selektiv abgewandelt werden, um unterschiedliche Werte der Kondensatentnahme – d. h. unterschiedliche Saugraten – vorzusehen.
Viele Kondensatextraktoren des Stands der Technik nutzen einen Behälter oder Tank, der zum Sammeln von Wasserniederschlag ausgelegt ist. Gesammeltes Kondensat, das nicht ordnungsgemäß aus einem Luftluftkühler entfernt wird, kann aber gefrieren, wenn Umgebungstemperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, was einen Ausfall des Ladeluftkühlers bewirkt. Zudem haben Behälter die Neigung, übermäßig Wasser anzusammeln, was während Richtungswechsel des Fahrzeugs und Beschleunigung merklich „schwappt”. Ferner sind die meisten Behälter funktionell von Schwerkraft abhängig und reagieren somit bei Betrieb leicht auf Verände rungen der seitlichen Straßenausrichtung an – was als „Straßenwölbungseffekt” bekannt ist. Das erfindungsgemäße Kondensatextraktorsystem 70, nämlich das Schlauchelement 72, ist durch ein Fehlen von Fluidverbindung mit einem Behälter oder Tank gekennzeichnet, der zum Sammeln von Wasserniederschlag ausgelegt ist. Durch Verzicht auf die Verwendung eines Behälters oder Tanks werden die Schwapp- und Straßenwölbungsphänomene, die mit der Nutzung von Behältern in Verbindung stehen, eliminiert. In ähnlicher Weise ist das Schlauchelement durch ein Fehlen von direkter Fluidverbindung mit der Drosselklappe gekennzeichnet, um einer unerwünschten Störung der Motorsteuerung durch das ECU 36 weiter entgegenzuwirken.
1A sieht eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des CAC-Systems 16 und des Kondensatextraktorsystems 70 von 1 vor. Ein rohrförmiger Abschnitt 73 des Schlauchelements 72 ist durch einen Durchgang oder einen Kanal 82, der in dem Tank 54 des stromabwärts befindlichen Endes (oder kalten Endes) des CAC-Systems 16 ausgebildet ist, geführt. Gemäß bevorzugter Umsetzung wird das erste Ende 74 des Schlauchelements 72 in direkte Fluidverbindung mit dem vertikal niedrigsten Abschnitt des CAC-Systems 16 gesetzt. Wie in 1A veranschaulicht wird zum Beispiel der rohrförmige Abschnitt 73 des Schlauchelements 72 durch den Kanal 82 geführt, bis er an einem Positionsgeber 84 anliegt oder sitzt, der unmittelbar benachbart zu einer unteren Fläche der Wärmetauschkernanordnung 50 des CAC-Systems positioniert ist. Der vertikal niedrigste tatsächliche Punkt des CAC-Systems 16 stromabwärts des Wärmetauschkerns 50 (z. B. der Tank 54 des kalten Endes) ist der Ort, an dem sich Wasserniederschlag durch Schwerkraft und Luftstrom auf natürliche Weise zu sammeln pflegt. Durch Setzen des ersten Endes 74 des Schlauchelements 72 in direkte Fluidverbindung (z. B. mit quer gebohrter Öffnung 75) mit dem vertikal niedrigsten Punkt des Tanks 54 des stromabwärts befindlichen Endes des CAC wird ein Ansammeln oder eine Pfützenbildung von Wasserniederschlag in dem Ladeluftkühlersystem 16 minimiert oder eliminiert. In ähnlicher Weise ist das Schlauchelement 72 so ausgerichtet, dass das erste Ende 74 der vertikal niedrigste Teil davon ist. Durch Unterbringen des Schlauchelements 72 in dieser Weise wird ein Ansammeln oder eine Pfützenbildung von Wasserniederschlag in dem Kondensatextraktorsystem 70 minimiert oder eliminiert.
Während die besten Methoden zum Durchführen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben wurden, wird der Fachmann, den diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Verbrennungsmotorbaugruppe umfassend: ein Luftansaugsystem mit einem Ansaugkrümmer, der mit einer Drosselklappe stromabwärts in Fluidverbindung steht; ein Ladeluftkühlersystem, das mit dem Ansaugkrümmer und der Drosselklappe stromaufwärts in Fluidverbindung steht; und ein Schlauchelement mit einem ersten Ende, das mit dem Ladeluftkühlersystem in direkter Fluidverbindung steht, und einem zweiten Ende, das mit dem Ansaugkrümmer in direkter Fluidverbindung steht; wobei das Schlauchelement zum Entfernen von Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem ausgelegt ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Schlauchelement mindestens eine Öffnung ausbildet, die zum Beschränken des Strömens von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement ausgelegt ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: einen Filter in direkter Fluidverbindung mit dem Schlauchelement und stromaufwärts in Fluidverbindung mit der Öffnung.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Ladeluftkühlersystem an dem Verbrennungsmotor funktionell angebracht ist und wobei das erste Ende des Schlauchele ments mit einem vertikal niedrigsten Teil des Ladeluftkühlersystems in direkter Fluidverbindung steht.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Ladeluftkühlersystem einen Tank am ersten Ende, der stromaufwärts in Fluidverbindung mit einem Tank am zweiten Ende steht, umfasst, wobei das erste Ende des Schlauchelements in direkter Fluidverbindung mit dem Tank am zweiten Ende steht.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Drosselklappe einen Druckgradienten erzeugt, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem eingeschalteten Zustand befindet, wobei das Schlauchelement kontinuierlich als Reaktion auf den Druckgradienten Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem entfernt.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Schlauchelement durch ein Fehlen von Fluidverbindung mit einem zum Sammeln von Kondensat ausgelegten Behälter oder Tank gekennzeichnet ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Schlauchelement durch ein Fehlen einer direkten Fluidverbindung mit der Drosselklappe gekennzeichnet ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Schlauchelement zum Halten von etwa 2,5 Unzen (70 ml) oder weniger an Kondensat in dem Ladeluftkühlersystem ausgelegt ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Schlauchelement ein erstes Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem einleitet und das Ladeluftkühlersystem ein zweites Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem einleitet, wobei das erste Luftvolumen wesentlich kleiner als das zweite Luftvolumen ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Schlauchelement so ausgerichtet ist, dass das erste Ende der vertikal niedrigste Teil desselben ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe umfassend: ein Luftansaugsystem mit einem Ansaugkrümmer, der mit einer Drosselklappe stromabwärts in Fluidverbindung steht, wobei die Drosselklappe einen Druckgradienten erzeugt, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem eingeschalteten Zustand befindet; eine Ladevorrichtung, die mit dem Luftansaugsystem in Fluidverbindung steht und zum Liefern eines verdichteten Luftstroms zu diesem ausgelegt ist; ein Ladeluftkühlersystem, das mit der Ladevorrichtung stromabwärts in Fluidverbindung steht und mit dem Luftansaugsystem stromaufwärts in Fluidverbindung steht, wobei das Ladeluftkühlersystem dafür ausgelegt ist, dem aus der Ladevorrichtung austretenden verdichteten Luftstrom Wärme zu entziehen; ein Schlauchelement mit einem ersten Ende, das mit dem Ladeluftkühlersystem in direkter Fluidverbindung steht, und einem zweiten Ende, das mit dem Ansaugkrümmer in direkter Fluidverbindung steht, wobei das Schlauchelement kontinuierlich als Reaktion auf den Druckgradienten des Ansaugkrümmers Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem entfernt, wobei das Schlauchelement mindestens eine dafür ausgelegte Öffnung ausbildet, das Strömen von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement zu beschränken; und einen Filter, der mit dem Schlauchelement in direkter Fluidverbindung steht und mit der Öffnung stromaufwärts in Fluidverbindung steht.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 12, wobei das Ladeluftkühlersystern an dem Verbrennungsmotor funktionell angebracht ist und wobei das erste Ende des Schlauchelements mit einem vertikal niedrigsten Teil des Ladeluftkühlersystems in direkter Fluidverbindung steht.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 13, wobei das Ladeluftkühlersystem einen Tank am ersten Ende, der stromaufwärts in Fluidverbindung mit einem Tank am zweiten Ende steht, umfasst, wobei das erste Ende des Schlauchelements in direkter Fluidverbindung mit dem Tank am zweiten Ende steht.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 12, wobei das Schlauchelement durch ein Fehlen von direkter Fluidverbindung mit einem zum Sammeln von Kondensat ausgelegten Behälter oder Tank gekennzeichnet ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 12, wobei das Schlauchelement zum Halten von etwa 2,5 Unzen (70 ml) oder weniger an Kondensat in dem Ladeluftkühlersystem ausgelegt ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 12, wobei das Schlauchelement ein erstes Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem einleitet und das Ladeluftkühlersystem ein zweites Luftvolumen zu dem Luftansaugsystem einleitet, wobei das erste Luftvolumen wesentlich kleiner als das zweite Luftvolumen ist.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 12, wobei die Ladevorrichtung eine in einem Verdichtergehäuse drehbar angeordnete und zum Verdichten von Luftstrom ausgelegte Verdichterschaufel umfasst, wobei das Verdichtergehäuse mit dem Ladeluftkühlersystem stromaufwärts in Fluidverbindung steht.
Verbrennungsmotorbaugruppe nach Anspruch 18, wobei die Ladevorrichtung weiterhin eine in einem Turbinengehäuse drehbar angeordnete Turbinenschaufel umfasst, wobei die Turbinenschaufel an der Verdichterschaufel zur einheitlich Drehung mit dieser starr angebracht ist, wobei das Turbinengehäuse zum Umleiten von Abgasstrom von dem Verbrennungsmotor ausgelegt ist, um die Turbinenschaufel zu drehen.
Verbrennungsmotorbaugruppe mit einem Motorblock umfassend: einen Abgaskrümmer, der mit dem Motorblock in Fluidverbindung steht, um Abgase von diesem aufzunehmen und auszustoßen; ein Luftansaugsystem mit einem Ansaugkrümmer, der stromabwärts in Fluidverbindung mit einer Drosselklappe steht, wobei die Drosselklappe einen Druckgradienten erzeugt, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem eingeschalteten Zustand befindet; eine Turboladervorrichtung mit: einer in einem Verdichtergehäuse drehbar angeordneten und zum Verdichten von Luftstrom ausgelegten Verdichter schaufel, wobei das Verdichtergehäuse mit dem Ladeluftkühlersystem stromaufwärts in Fluidverbindung steht; und einer in einem Turbinengehäuse drehbar angeordneten Turbinenschaufel, wobei die Turbinenschaufel an der Verdichterschaufel zur einheitlich Drehung mit dieser starr angebracht ist, wobei das Turbinengehäuse zum Umleiten von Abgasstrom davon mit dem Abgaskrümmer stromabwärts in Fluidverbindung steht, um die Turbinenschaufel zu drehen; ein Ladeluftkühlersystem, das mit der Turboladervorrichtung stromabwärts in Fluidverbindung steht und mit dem Luftansaugsystem stromaufwärts in Fluidverbindung steht, wobei das Ladeluftkühlersystem dafür ausgelegt ist, dem aus der Turboladervorrichtung austretenden verdichteten Luftstrom Wärme zu entziehen; ein Schlauchelement mit einem ersten Ende, das mit dem Ladeluftkühlersystem in direkter Fluidverbindung steht, und einem zweiten Ende, das mit dem Ansaugkrümmer in direkter Fluidverbindung steht, wobei das Schlauchelement kontinuierlich als Reaktion auf den Druckgradienten des Ansaugkrümmers Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem entfernt, wobei das Schlauchelement mindestens eine dafür ausgelegte Öffnung ausbildet, das Strömen von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement zu beschränken; und einen Filter, der mit dem Schlauchelement in direkter Fluidverbindung steht und mit der Öffnung stromaufwärts in Fluidverbindung steht.