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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren und
insbesondere Verbrennungsmotoranordnungen, die mit einer Ladevorrichtung
und einem Ladeluftkühler
ausgestattet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Häufig wird
auf Verbrennungsmotoren (ICE, kurz vom engl. Internal Combustion
Engines) zurückgegriffen,
um auf verlässlicher
Basis beträchtliche Leistungswerte über längere Zeiträume zu erzeugen. Viele
ICE-Anordnungen
nutzen eine mechanische Ladevorrichtung, beispielsweise einen Turbolader (was
kurz für „turbinenverstärkter Lader
mit Zwangsladung” steht),
um den einströmenden
Luftstrom zu verdichten, bevor er in den Ansaugkrümmer des
Motors gelangt, 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 andernfalls bei Umgebungsluftdruck (z. B. Saugmotoren)
erreichbar ist. Die zusätzliche
Masse an sauerstoffhaltiger Luft, die in den ICE gepresst wird,
verbessert den Liefergrad des Motors, was es ihm ermöglicht,
in einem bestimmten Zyklus mehr Kraftstoff zu verbrennen und dadurch
mehr Leistung zu erzeugen.
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Unter
extremen Betriebsbedingungen kann der „Lade”-Prozess die Temperatur der
Ansaugluft auf ein Maß anheben,
das die Bildung unerwünsch ter Abgasnebenprodukte,
beispielsweise verschiedener Stickoxide (NOx), bewirkt und die Dichte
der Luftladung verringert. Um dieses Problem anzugehen, haben Erstausrüster in
der Vergangenheit eine Vorrichtung genutzt, die meist 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 genutzt wird, um die Luftladung zu kühlen und somit den Liefergrad
des ICE durch Steigern der Ansaugluftladedichte durch isochores
Kühlen
weiter zu verbessern. Ein Absinken der Ansauglufttemperatur liefert
dem Motor eine dichtere Ansaugfüllung
und lässt
ein Verbrennen von mehr Luft und Kraftstoff pro Motorzyklus zu,
was die Leistungsabgabe des Motors steigert.
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Der
Wärmetauschprozess
kann Feuchtigkeit kondensieren und somit im Inneren des CAC-Systems
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).
Die Kondensation pflegt sich stromabwärts des CAC, in der Leitung,
durch die der Ansaugkrümmer
den geladenen Luftstrom aufnimmt, zu sammeln. Die verflüssigte Kondensation
kann in den Ansaugkrümmer
gesaugt werden, wobei sie in die verschiedenen Zylinderbrennräume gelangt.
Abhängig
von der Konfiguration der CAC- und Ladevorrichtung sowie von ihrer
individuellen und relativen Baugröße kann die Kondensation beginnen,
eine Pfütze
zu bilden und in großen
Mengen in die Brennräume
einzudringen. Das unbeabsichtigte Einleiten von Kondensataufbau
hin zu den Motorzylindern kann potentiell ein Fehlzünden des
ICE bewirken, was zu vorzeitigem Motorverschleiß führt und ein falsch positives
Fehlersignal erzeugt, das eine Motorwartungsanzeigeleuchte auslöst. Ferner
kann angesammeltes Wasserkondensat, das nicht ordnungsgemäß aus dem
CAC entfernt wird, gefrieren und zu Rissbildung des CAC führen, wenn
Umgebungstemperaturen unter den Gefrierpunkt reichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Kondensatabführanordnung
zum Sammeln und Entfernen von Kondensat aus einem Ladeluftkühler in
einer Verbrennungsmotor(ICE)-Anordnung vorgesehen. Die ICE-Anordnung umfasst
ein Luftansaugsystem in Fluidverbindung mit dem Ladeluftkühler. Das
Luftansaugsystem umfasst einen Ansaugkrümmer in Fluidverbindung mit
einem Drosselklappenkörper.
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Die
Kondensatabführanordnung
umfasst ein Sumpfelement, das derart konfiguriert ist, dass es mit dem
Ladeluftkühler
eine Einheit bildet (d. h. in diesem ausgebildet oder an diesem
angebracht ist). Das Sumpfelement ist derart ausgelegt, dass es
Kondensat von dem Ladeluftkühler
sammelt. Ein Schlauchelement weist ein erstes Ende in Fluidverbindung
mit dem Sumpfelement und ein zweites Ende, das derart konfiguriert
ist, dass es mit dem ICE-Ansaugkrümmer fluidverbunden ist, auf.
Das Schlauchelement ist derart konfiguriert, dass es Kondensat aus
dem Sumpfelement entfernt und es zu dem Ansaugkrümmer leitet.
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Das
Schlauchelement weist eine Öffnung auf,
die derart konfiguriert ist, dass sie die Strömung von Luft und Kondensat
durch das Schlauchelement beschränkt.
Diese Beschränkung
verhindert, dass unerwünschte
Mengen von Kondensat und Luft an dem Drosselklappenkörper vorbei
strömen
und in den Ansaugkrümmer
gelangen, was eine gute Motordrehzahlsteuerung sicherstellt. Ferner
kann ein Filterelement fluidisch stromaufwärts der Öffnung mit dem Schlauchelement
in Fluidverbindung ge setzt werden. Das Filterelement trägt dazu
bei, ein Verstopfen der Öffnung
zu verhindern, und minimiert oder eliminiert das ungewollte Einbringen
von Fremdstoffen in den Ansaugkrümmer.
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Das
Sumpfelement umfasst ein Sumpfunterteil mit einem Sumpfvolumen,
das konfiguriert ist, um Kondensat darin zu sammeln. Eine Leitungsverlängerung
ragt von dem Sumpfunterteil. Die Leitungsverlängerung ist derart konfiguriert,
dass sie das Sumpfvolumen mit dem ersten Ende des Schlauchelements
fluidisch koppelt. Das Sumpfvolumen ist vertikal niedriger als der
Ladeluftkühler,
wenn das Sumpfelement und der Ladeluftkühler funktionell an der ICE-Anordnung
angebracht sind.
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In
einem besonderen Fall umfasst das Sumpfelement auch einen Sumpfdeckel,
der an dem Sumpfunterteil funktionell angebracht ist. Der Sumpfdeckel
legt einen oder mehrere Fluiddurchlässe durch diesen hindurch fest.
Jeder Fluiddurchlass ist derart konfiguriert, dass er das Sumpfvolumen
mit dem Ladeluftkühler
fluidverbindet. Idealerweise legt der Sumpfdeckel auch ein Befestigungsloch
durch diesen fest. Das Befestigungsloch ist derart konfiguriert,
dass es ein Befestigungsmittel, beispielsweise einen Bolzen, aufnimmt
und mit diesem zusammenpasst, um dadurch das Sumpfelement an dem
Ladeluftkühler
anzubringen.
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Der
Ladeluftkühler
umfasst einen Behälter am
ersten Ende, der stromaufwärts
in Fluidverbindung mit einem Behälter
am zweiten Ende steht. In einem Fall ist das Sumpfelement derart
ausgelegt, dass es fluidisch an den Boden des Behälters am zweiten
Ende ankoppelt. Alternativ sind das Sumpfelement und der Behälter am
zweiten Ende als einstückige,
einheitliche Struktur vorgeformt.
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Die
ICE-Anordnung erzeugt einen Druckgradienten, wenn sie sich in einem
Ein-Zustand befindet. Das Schlauchelement beseitigt in kontinuierlicher Weise
als Reaktion auf den Druckgradienten Kondensat aus dem Ladeluftkühler, wobei
es die Wasseraufnahme des Ansaugkrümmers verteilt, wodurch ein
Fehlzünden
des Motors verhindert wird.
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Das
Schlauchelement ist gekennzeichnet durch ein Fehlen einer Fluidverbindung
mit einem Behältnis,
das derart konfiguriert ist, dass es Kondensat sammelt und speichert.
Somit werden Überschwapp-
und Straßenquerneigungsphänomene,
die mit der Verwendung von Kondensatbehältnissen in Verbindung gebracht
werden, beseitigt. Analog ist das Schlauchelement durch ein Fehlen
einer direkten Fluidverbindung mit dem Drosselklappenkörper gekennzeichnet.
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Gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist eine Verbrennungsmotoranordnung vorgesehen. Die Motoranordnung
umfasst ein Luftansaugsystem mit einem Ansaugkrümmer, der stromabwärts in Fluidverbindung
mit einem Drosselklappenkörper
(d. h. stromabwärts
von diesem) steht. Eine Ladevorrichtung steht mit dem Luftansaugsystem
stromaufwärts
in Fluidverbindung (d. h. fluidisch stromaufwärts von diesem) und ist derart
konfiguriert, dass sie diesem einen verdichteten Luftstrom liefert. Ein
Ladeluftkühler
ist zwischen der Ladevorrichtung und dem Drosselklappenkörper in
Fluidverbindung mit dem Luftansaugsystem gesetzt. Der Ladeluftkühler ist
derart konfiguriert, dass er dem aus der Ladevorrichtung austretenden
verdichteten Luftstrom Wärme
entzieht. Mit dem Ladeluftkühler
steht ein Sumpfelement in direkter Fluidverbindung. Das Sumpfelement
ist derart konfiguriert, dass es Kondensat aus dem Inneren des Ladeluftkühlers ablässt und
sammelt. Ein Schlauchelement ist an einem ersten Ende mit dem Sumpfelement
fluidisch gekoppelt und ist an einem zweiten Ende mit dem Ansaugkrümmer fluidisch
gekoppelt.
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Das
Schlauchelement entfernt kontinuierlich Kondensat aus dem Sumpfelement
und leitet es als Reaktion auf den Druckgradienten, der durch die ICE-Anordnung
erzeugt wird, wenn sich diese in einem Ein-Zustand befindet, direkt
zu dem Ansaugkrümmer.
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Der
Ladeluftkühler
ist an dem Verbrennungsmotor funktionell angebracht. Sobald der
Ladeluftkühler
ordnungsgemäß angebracht
ist, ist das Sumpfelement mit dem vertikal niedrigsten Teil des Ladeluftkühlers fluidisch
gekoppelt. Dabei wird die Bildung einer Lache oder Pfütze aus
Wasserkondensation in dem Ladeluftkühler minimiert oder eliminiert.
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Nach
einer noch anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist eine Verbrennungsmotoranordnung vorgesehen. Die ICE-Anordnung
umfasst ein Luftansaugsystem, das mit dem Motorblock in Fluidverbindung
steht und dazu dient, das Verteilen von Luftladungen zu diesem zu
regeln. Das Luftansaugsystem umfasst einen Ansaugkrümmer, der
mit einem Drosselklappenkörper
stromabwärts
in Fluidverbindung steht. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst
auch einen Abgaskrümmer,
der mit dem Motorblock in Fluidverbindung steht, um Abgase von diesem
aufzunehmen und auszustoßen.
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Die
vorliegende Ausführungsform
umfasst auch eine Turboladervorrichtung, die mit dem Abgaskrümmer stromabwärts in Fluidverbindung
steht. Die Turboladervorrichtung ist derart konfiguriert, dass sie Abgasstrom
von dem Abgaskrümmer
umleitet, um dadurch Luft zu verdichten. Die Turboladervorrichtung
steht mit dem Luftansaugsystem stromaufwärts in Fluidverbindung und
ist derart konfiguriert, dass sie den verdichteten Luftstrom zu
diesem leitet. Die ICE-Anordnung umfasst auch einen Ladeluftkühler, der
mit der Turboladervorrichtung stromabwärts in Fluidverbindung steht
und mit dem Luftansaugsystem stromaufwärts in Fluidver bindung steht.
Der Ladeluftkühler
ist derart konfiguriert, dass er dem aus der Turboladervorrichtung
austretenden verdichteten Luftstrom Wärme entzieht, bevor der verdichtete Luftstrom
in das Luftansaugsystem eindringt.
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Ein
Sumpfelement ist mit dem Ladeluftkühler direkt fluidisch gekoppelt.
Das Sumpfelement ist derart konfiguriert, dass es Kondensat aus
dem Inneren des Ladeluftkühlers
ablässt
und sammelt. Ein Schlauchelement ist an einem Ende an das Sumpfelement
fluidisch gekoppelt und ist an einem zweiten Ende an den Ansaugkrümmer fluidisch
gekoppelt. Das Schlauchelement entfernt als Reaktion auf den Druckgradienten,
der durch die ICE-Anordnung erzeugt wird, kontinuierlich Kondensat
aus dem Sumpfelement und leitet es direkt zu dem Ansaugkrümmer. Das
Schlauchelement umfasst eine Öffnung,
die derart konfiguriert ist, dass sie die Strömung von Luft und Kondensat
durch das Schlauchelement beschränkt.
Zwischen der Öffnung
und dem Sumpfelement ist ein Filterelement mit dem Schlauchelement fluidisch
gekoppelt.
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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 der besten
Methoden zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen
und beigefügten
Ansprüchen hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Verbrennungsmotoranordnung, die
mit einer Ladevorrichtung, einem Ladeluftkühler und einer Kondensatabführanord nung
gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ausgestattet ist;
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2 ist
eine Darstellung in vergrößerter perspektivischer
Ansicht eines Teils des Ladeluftkühlers und der Kondensatabführanordnung
von 1;
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3A–3C sind
verschiedene Darstellungen in vergrößerter perspektivischer Ansicht
des Sumpfelementteils der Kondensatabführanordnung von 1 und 2;
und
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4A–4B sind
verschiedene Darstellungen in vergrößerter perspektivischer Ansicht
des Sumpfelementteils einer Kondensatabführanordnung nach einer anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Unter
Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den
gesamten mehreren Ansichten gleiche Bestandteile bezeichnen, ist 1 eine
schematische Darstellung einer repräsentativen Verbrennungsmotor(ICE)-Anordnung,
die allgemein mit 10 bezeichnet ist und mit der die vorliegende
Erfindung integriert und praktiziert werden kann. Es versteht sich
von selbst, dass 1 lediglich eine beispielhafte
Anwendung ist, durch die die vorliegende Erfindung genutzt werden
kann. Somit ist die vorliegende Erfindung keinesfalls auf die bestimmte
Motorkonfiguration von 1 beschränkt. Auch wenn die ICE-Anordnung 10 ferner
zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gedacht ist, beispielsweise
aber nicht ausschließlich
in üblichen
Personenfahrzeugen, Geländewagen,
Leichtlastkraftwagen, Schwerlastkraftwagen, Minibussen und dergleichen,
kann sie in eine beliebige Kraftfahrzeuganwendung integriert werden, einschließlich, aber
keinesfalls ausschließlich
in Busse, Zugmaschinen, Boote und private Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge,
etc. Schließlich
sind die hierin dargestellten Zeichnungen nicht maßstabsgetreu und
sind lediglich für
Lehrzwecke vorgesehen. Somit sind die in den Zeichnungen gezeigten
spezifischen und relativen Maße
nicht als einschränkend
zu sehen.
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Die
ICE-Anordnung 10 umfasst einen Motorblock (im Stand der
Technik häufig
auch als „Zylindergehäuse” bezeichnet)
und einen Zylinderkopf, die kollektiv bei 12 dargestellt
sind. Die ICE-Anordnung 10 ist mit einer Ladevorrichtung,
die hierin durch eine Turboladervorrichtung 14 dargestellt
ist, und einem Ladeluftkühler
(CAC) 16 ausgestattet. Insbesondere wurden der Motorblock
und der Zylinderkopf 12, die Turboladervorrichtung 14 und
der CAC 16, die in 1 dieser
Anmeldung gezeigt sind, stark vereinfacht, wobei sich versteht,
dass sich weitere Informationen bezüglich der Funktion und des
Betriebs solcher Systeme im Stand der Technik finden lassen. Ferner
wird der Fachmann erkennen, dass der Motorblock und der Zylinderkopf 12 integral
ausbildet sein können
(wie in 1 abgebildet) oder als einzelne,
separate Komponenten vorgefertigt sein können, die anschließend miteinander
verbunden werden, z. B. durch Verschrauben, Schweißen oder
andere Anbringungsmittel. Schließlich kann die ICE-Anordnung 10 innerhalb
des hierin beanspruchten Schutzumfangs der Erfindung in einem Verbrennungsmodus mit
Kompressionszündung
oder Fremdzündung
arbeiten.
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Weiterhin
unter Bezug auf 1 umfasst die ICE-Anordnung 10 einen
Abgaskrümmer 30 (im Stand
der Technik auch als „Auspuffkrümmer” bezeichnet),
der mit dem Motorblock und Zylinderkopf 12 fluidisch gekoppelt
und derart konfiguriert ist, dass er Abgase von diesen aufnimmt
und ausstößt. Der Zylindergehäuseabschnitt
des Motorblocks und Zylinder kopfs 12 bildet zum Beispiel
mehrere (nicht gezeigte) Auslasskanäle aus, durch die Abgase oder Verbrennungsprodukte
aus mehreren (nicht gezeigten) Brennräumen veränderlichen Volumens, die damit
fluidisch gekoppelt sind, selektiv entfernt werden. Die Auslasskanäle übermitteln
die Abgase zu dem Abgaskrümmer 30,
der in dem Zylinderkopfabschnitt des Motorblocks und Zylinderkopfs 12 festgelegt
sein kann. Der Abgaskrümmer 30 liefert
einen Teil des Abgases zu der Turboladervorrichtung 14 und
einen Teil zu einem (hierin nicht veranschaulichten) Abgasnachbehandlungssystem
zum Reduzieren der Toxizität
der Abgasemissionen vor einer anschließenden Abgabe an die Atmosphäre.
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Die
ICE-Anordnung 10 umfasst auch ein Luftansaugsystem, das
hierin durch einen Ansaugkrümmer 40 (oder
Einlasskrümmer),
der mit einem Drosselklappenkörper 42 stromabwärts in Fluidverbindung
steht, dargestellt ist. Der Drosselklappenkörper 42 dient dazu,
die in den Motor normalerweise als Reaktion auf Fahrereingabe strömende Menge
an Luft zu regeln. Der Ansaugkrümmer 40 ist
dagegen für
das gleichmäßige Verteilen
des Kraftstoff/Luft-Gemisches zu dem Einlasskanal/den Einlasskanälen (nicht
gezeigt) der verschiedenen Brennräume veränderlichen Volumens zuständig.
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Der
Betrieb der ICE-Anordnung 10 erzeugt einen Druckgradienten,
wenn sich der Motor in einem Ein-Zustand befindet. Zum Beispiel
erzeugt die Abwärtsbewegung
der Hubkolben (nicht gezeigt) in jedem Brennraum veränderlichen
Volumens zusammen mit der durch die (nicht gezeigte) Drosselklappe in
dem Drosselklappenkörper 42 bewirkten
Fluidbeschränkung
(als „Durchflussbegrenzung” bezeichnet) einen
Unterdruck in dem Ansaugkrümmer 40.
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Die
Turboladervorrichtung 14 steht mit dem Luftansaugsystem
der ICE-Anordnung 10 in
Fluidverbindung, wobei sie dazu dient, die einströmende Luftladung
zu verdichten, bevor sie in den Ansaugkrümmer 40 gelangt. 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 38 mit dem Abgaskrümmer 30 fluidisch
gekoppelt ist. Das Turbinengehäuse 22 leitet
einen Teil des strömenden
Abgasstroms von dem Abgaskrümmer 30 um,
um eine Turbinenschaufel oder ein Turbinenrad, das in 1 bei 28 verdeckt gezeigt
und drehbar darin eingebaut ist, zu drehen. Der Verdichterabschnitt 20 weist
dagegen ein Verdichtergehäuse 24 mit
einer Verdichterschaufel auf, die in 1 bei 26 schematisch
in Phantomdarstellung gezeigt ist und die darin drehbar eingebaut
ist. Einlassluft für
das Verdichtergehäuse 24 wird
mittels eines Reinluftkanals 44 von der Umgebungsatmosphäre durch
einen Reinluftfilter 32 angesaugt.
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Die
Turbinenschaufel 28 ist mit der Verdichterschaufel 26 für eine einheitliche
Drehung mit dieser starr gekoppelt (z. B. durch eine gemeinsame Achse
verbunden), wie in 1 ersichtlich ist. Während eines
Normalbetriebs der ICE-Anordnung 10 nimmt das Turbinengehäuse 22 Abgase
von dem Abgaskrümmer 30 auf,
wobei es das Rad 28 und somit die Verdichterschaufel 26 zwingt,
sich zu drehen. Wenn die Verdichterschaufel 26 dreht, wird
von dem Luftfilter 32 aufgenommene Umgebungsluft in dem Verdichtergehäuse 24 verdichtet.
Von dem Verdichterabschnitt 20 verdichtete Luft wird von
dem Verdichterausgabekanal (oder CAC-Einlasskanal) 46 zu dem CAC-System 16 übermittelt,
wobei das Verdichtergehäuse 24 mit
dem CAC 16 stromaufwärts
in Fluidverbindung steht. Es ist festzustellen, dass die vorliegende
Erfindung einen einzigen Turbolader, Twin-Turbolader, mehrstufige
Turbolader oder verschiedene andere Motorladevorrichtungen integrieren
kann, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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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 44 positioniert. Der MAF-Sensor 34 wird
genutzt, um die in die ICE-Anordnung 10 – d. h.
durch den Verdichterabschnitt 20 der Turboladervorrichtung 14 – eindringende
Luftmenge zu ermitteln und diese Information an ein Motorsteuergerät (ECU,
kurz vom engl. Engine Control Unit) 36 zu übermitteln.
Die Luftmengeninformation ist für
das ECU 36 erforderlich, um die richtige Kraftstoffmasse
zu berechnen und zum Ansaugkrümmer 40 zu
liefern.
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Die
Ladeluftabgabe wird von dem Verdichterabschnitt 20 der
Turboladervorrichtung 14 durch den CAC 16 geleitet,
bevor sie in den Ansaugkrümmer 40 eindringt.
Diesbezüglich
ist das CAC-System 16 mit dem ICE-Luftansaugsystem fluidisch gekoppelt,
wobei es stromabwärts
in Fluidverbindung mit der Turboladervorrichtung 14 und
stromaufwärts
in Fluidverbindung mit dem Luftansaugkrümmer 40 und dem Drosselklappenkörper 42 positioniert
ist. Das CAC-System 16 ist derart konfiguriert, dass es
dem aus der Turboladervorrichtung 14 austretenden verdichteten
Luftstrom Wärme
entzieht – d.
h. die Luftladung kühlt,
bevor der verdichtete Luftstrom in das ICE-Luftansaugsystem eindringt.
Auch wenn Kondensataufbau ein Phänomen
ist, das normalerweise mit Luft/Luft-Ladeluftkühlern in Verbindung gebracht wird,
kann das CAC-System 16 ein Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher sein.
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Das
CAC-System 16 umfasst eine Wärmetauschkernanordnung 50 mit
einem Behälter 52 am ersten
Ende (hierin auch als der „Behälter des
heißen Endes” oder als „Behälter des
stromaufwärtigen
Endes” bezeichnet), die
an diesem funktionell angebracht ist. Der Behälter 52 des stromaufwärtigen Endes
sieht einen Übergang
vor, um die Ansaugluft von der Turboladervorrichtung 14 von
dem Verdichterausgabekanal 46 in die (nicht gezeigten)
inneren Kühlrohre
des CAC 16 strömen
zu lassen. Der Behälter 52 des
stromaufwärtigen
Endes steht mit einem Behälter 54 am
zweiten Ende (hierin auch als „Behälter des
kalten Endes” oder „Behälter des
stromabwärtigen
Endes” bezeichnet),
der an einem gegenüberliegenden
Ende der Wärmetauschkernanordnung 50 funktionell
angebracht ist, stromaufwärts
in Fluidverbindung. Der Behälter 54 des
stromabwärtigen Endes
sieht einen Übergang
vor, um die Ansaugluft von den Rohren des CAC-Systems 16 zu
einem Einlasskanal 48 für
spätere
Beförderung
zu dem Drosselklappenkörper 42 strömen zu lassen.
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Erfindungsgemäß nutzt
die ICE-Anordnung 10 eine Kondensatabführanordnung, die im Allgemeinen
in 1 bei 60 gezeigt ist, um Wasserkondensation
aus dem CAC-System 16 steuerbar zu sammeln, abzulassen
und zu entfernen, was vorzeitigen Motorschleiß verhindert und die erwartete
Lebensdauer des CAC 16 verlängert. Die Kondensatabführanordnung 60 umfasst
ein Sumpfelement (oder einen „Niederkanal-Zusatz”) 62,
der derart konfiguriert ist, dass er mit dem CAC 16 eine
Einheit bildet (d. h. in diesem ausgebildet oder an diesem angebracht
ist). Beispielhaft und nicht einschränkend ist das Sumpfelement 62 in 2 direkt
mit dem Boden des Behälters 54 am
kalten Ende fluidisch gekoppelt gezeigt. Das Sumpfelement 62 ist,
wie hierin nachstehend sehr ausführlich
beschrieben wird, derart ausgelegt, dass es Kondensat von dem Ladeluftkühler 16 ablässt und
sammelt.
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Die
Kondensatabführanordnung 60 umfasst auch
ein Schlauchelement 82 – z. B. einen Gummischlauch
mit 6,35 mm Durchmesser, das ein erstes Ende und zweites Ende 84 bzw. 86 aufweist.
Das erste Ende 84 des Schlauchelements 82 ist
mit dem Sumpfelement 62 direkt fluidisch gekoppelt, während das
zweite Ende 86 vorzugsweise direkt mit dem Ansaugkrümmer 40 fluidisch
gekoppelt ist. Das Schlauchelement 82 koppelt somit fluidisch
das Sumpfelement 62 mit dem ICE-Ansaugkrümmer 40.
Durch Aufmachung des Schlauchelements 82 in dieser Weise
wird dem Ansaugkrümmer 40 keine
Luftmasse hinzugegeben oder diesem entnommen, die nicht von dem
MAF-Sensor 34 gemessen wurde, was für das ECU 36 wichtig
ist, um die richtige Menge an einzuspritzendem Kraftstoff zu berechnen.
Dies ist auch erforderlich, um Motoremissionen zu regeln und die ICE-Anordnung 10 gleichmäßig laufen
zu lassen.
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Das
Schlauchelement 82 umfasst mindestens eine Öffnung 88 – z. B.
eine Öffnung
mit 2,54 mm Durchmesser, die derart konfiguriert ist, dass sie die
Strömung
von Luft und Kondensat durch das Schlauchelement 82 beschränkt. Das
Aufnehmen der Öffnung 88 trägt dazu
bei zu verhindern, dass unerwünschte
Mengen an Wasserkondensation und Luft am Drosselklappenkörper 42 vorbei
durch das Schlauchelement 82 strömen und in den Ansaugkrümmer 40 eindringen,
wodurch eine gute Motordrehzahlsteuerung beibehalten wird. Wenn
sich die ICE-Anordnung 10 in Betrieb befindet, leitet das Schlauchelement 82 genauer
gesagt ein erstes Volumen an Luft zu dem Luftansaugsystem, während die Turboladervorrichtung 14 durch
den CAC 16 ein zweites Volumen an Luft zu dem ICE-Luftansaugsystem
einleitet. Das erste Volumen an Luft, das von der Kondensatabführanordnung 60 eingeleitet
wird, ist wesentlich kleiner als das zweite Volumen (d. h. im Vergleich
vernachlässigbar),
so dass eine Steuerung des Motorluftmassenstroms unbeeinflusst bleibt.
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Ein
Filter 90 kann in direkte Fluidverbindung mit dem Schlauchelement 82,
stromaufwärts
in Fluidverbindung mit der Öffnung 88,
gesetzt werden. Der Filter 90 trägt dazu bei, durch Minimieren
oder Beseitigen des Auf baus von Ablagerung ein Verstopfen des Schlauchelements 82 und
der Öffnung 88 zu
verhindern sowie das unbeabsichtigte Einbringen von Verunreinigungen
zu dem Luftansaugsystem zu verhindern. Idealerweise ist die Öffnung 88 in
den Filter 90 eingebaut, die beide mit dem Ansaugkrümmer 40 direkt
fluidisch gekoppelt sind, indem sie zu einem (nicht gezeigten) komplementären Ladeluft-Umgehungsventil
t-verbunden sind.
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Wie
vorstehend erwähnt
erzeugt die ICE-Anordnung 10 einen Druckgradienten, wenn
sie sich in einem Ein-Zustand befindet. „Motorfehlzündung” ist ein
Phänomen,
das auftreten kann, wenn sich ein Schwellenvolumen an Wasserkondensation
in einem CAC aufbaut, das dann von dem Ansaugkrümmer aufgrund des höheren „Saug”-Drucks,
der von dem Ansaugkrümmer
erzeugt wird, in unerwünschten Mengen
aufgenommen wird. Die vorliegende Erfindung mindert systematisch
den Kondensataufbau, wobei es ihn in vernachlässigbaren Mengen dem Ansaugkrümmer 40 zuführt, so
dass er nie den Schwellenpunkt erreicht. Im Einzelnen beseitigt
das Schlauchelement 82 als Reaktion auf den vom ICE erzeugten
Druckgradienten Kondensat aus dem CAC 16 in kontinuierlicher
und gesteuerter Weise und leitet es direkt zu dem Ansaugkrümmer 40,
was die Wasseraufnahme durch den Ansaugkrümmer 40 verteilt,
wodurch eine Motorfehlzündung
verhindert wird. Erkennbarerweise erfolgt die Ansammlung von Kondensat
vorrangig unter niedrigem Drosseleinsatz. Die vorliegende Erfindung
ist ideal, da sie Kondensat in dem Moment abführt, da es sich in dem CAC 16 sammelt.
Zudem zieht die Kondensatabführanordnung 60 weiterhin
Kondensat, selbst wenn der Motor im Leerlauf ist, da die Saugrate
durch die Kondensatabführanordnung 60 größer als
die von dem Drosselklappenkörper 42 ist.
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Idealerweise
ist das Schlauchelement 82 derart konfiguriert, dass es
zum Beispiel 74 ml oder weniger Kondensat in dem CAC-System beibehält, ist aber
nicht hierauf beschränkt.
Die Länge
und der Innendurchmesser des Schlauchelements 82 sowie die
Größer der Öffnung 88 können selektiv
abgewandelt werden, um unterschiedliche Werte an Kondensatabführung – d. h.
unterschiedliche Saugraten – vorzusehen.
Zum Beispiel kann eine Kondensatabführanordnung 60 gemäß der vorliegenden
Ausgestaltung, die ein 91 cm langes Schlauchelement 72 mit
einem Innendurchmesser von 6,35 mm in Verbindung mit einem Filter 90 mit
einer Öffnung 88 von 2,54
mm nutzt, eine Abführrate
von 118 ml/min. erreichen. Diese Abführrate ist in etwa fünfzehnmal
größer als
die erwartete Ansammlungsrate. Es können insbesondere (nicht gezeigte)
Schlauchschellen verwendet werden, um ungewollte Lecks zu beseitigen und
eine optimale Abführrate
sicherzustellen.
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Nach
bevorzugter Umsetzung wird die Kondensatabführanordnung 60, nämlich das
Sumpfelement 62, in direkte Fluidverbindung mit dem vertikal niedrigsten
Teil des CAC-Systems 16 gesetzt. Der vertikal niedrigste
tatsächliche
Punkt des CAC 16 befindet sich zum Beispiel stromabwärts von
dem Wärmetauschkern 50 (z.
B. dem Behälter 54 des
kalten Endes), wo sich Wasserkondensation durch Schwerkraft und
Luftstrom auf natürliche
Weise aufzubauen pflegt. Durch Setzen des Sumpfelements 62 in
direkte Fluidverbindung mit dem vertikal niedrigsten Punkt des CAC
stromabwärts
des Endbehälters 54,
um Kondensat daraus abzulassen, wird die Bildung einer Lache oder
Pfütze
aus Wasserkondensation in dem Ladeluftkühler 16 minimiert
oder eliminiert. Diesbezüglich
ist das Schlauchelement 82 so ausgerichtet, dass sich das
erste Ende 84 in dem vertikal niedrigsten Teil davon befindet.
Durch Aufmachen des Schlauchelements 82 auf diese Weise
wird eine Bildung einer Lache oder Pfütze aus Wasserkondensation
in dem Kondensatabführsystem 60 ebenfalls
minimiert oder eliminiert.
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Viele
Kondensatabführvorrichtungen
des Stands der Technik nutzen einen Fluidbehälter, beispielsweise ein Behältnis oder
einen Behälter,
der mit dem CAC fluidisch gekoppelt ist, um Wasserkondensation zu
sammeln und zu speichern. Angesammeltes Kondensat, das nicht ordnungsgemäß aus einem Ladeluftkühler entfernt
wird, kann aber gefrieren, wenn Umgebungstemperaturen unter den
Gefrierpunkt reichen, was einen Ausfall des Ladeluftkühlers bewirken
kann. Zudem haben Behältnisse
eine Neigung, überschüssiges Wasser
aufzubauen, das während
Kurvenfahrt und Beschleunigung des Fahrzeugs merklich „schwappt”. Ferner
sind die meisten Behältnisse
funktionell von Schwerkraft abhängig und
sind somit funktionell empfindlich gegenüber Änderungen der seitlichen Straßenausrichtung – was als „Straßenquerneigungseffekt” bekannt
ist. Das erfindungsgemäße Kondensatabführsystem 60,
nämlich
das Schlauchelement 82, ist durch ein Fehlen einer Fluidverbindung
mit einem Behältnis
oder Behälter
gekennzeichnet, der derart konfiguriert ist, dass er Wasserkondensation
sammelt. Durch Verzicht auf die Nutzung eines Behältnisses
oder Behälters
werden Schwapp- und Straßenquerneigungsphänomene eliminiert,
die mit der Verwendung solcher Behälter in Verbindung stehen.
Diesbezüglich
ist das Schlauchelement 82 durch ein Fehlen einer direkten Fluidverbindung
mit dem Drosselklappenkörper
gekennzeichnet, um einer unerwünschten
Unterbrechung der Motorsteuerung durch das ECU 36 weiter entgegenzuwirken.
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Mit
Blick auf 3A–3C nun
umfasst das Sumpfelement 62 von 1 und 2 ein Sumpfunterteil 64.
Wie in 3C am besten ersichtlich ist,
umfasst das Sumpfunterteil 64 mehrere Seitenwände 68,
die mit einer Unterteilwand 70 zusammenwirken, um ein allgemein
bei 72 gezeigtes Sumpfvolumen zum Sammeln von Kondensat
darin festzulegen. Die Größe und Form
des Sumpfvolumens 72 können
derart angepasst werden, dass die Erfordernisse einer bestimmten
Anwendung erfüllt werden.
Eine Lei tungsverlängerung
(oder „Entleerungsanschluss”) 74 ragt
von dem Sumpfunterteil 64. Die Leitungsverlängerung 74 legt
dadurch einen in Längsrichtung
länglichen
Kanal 76 fest. Die Leitungsverlängerung 74 soll in
das erste Ende 84 des Schlauchelements 82 eingepresst
werden, was das Sumpfvolumen 72 mit dem Schlauchelement 82 fluidisch
gekoppelt. Wenn das Sumpfelement 62 und der CAC 16 funktionell
an der ICE-Anordnung 10 angebracht
sind, wie in 1 und 2 ersichtlich
ist, ist das Sumpfvolumen 72 vertikal niedriger als der CAC 16,
was ein schwerkraftbedingtes Ablassen von Kondensat aus dem CAC 16 ermöglicht.
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In
der Ausführungsform
von 3A–3C umfasst
das Sumpfelement 62 auch einen Sumpfdeckel 66,
der an dem Sumpfunterteil 64 funktionell angebracht ist.
Zum Beispiel ist der Sumpfdeckel 64 geometrisch an das
Sumpfunterteil 64 angrenzend gezeigt. Das Sumpfunterteil 64 umfasst
auch einen Wulstabschnitt 78, der so bemessen und geformt
ist, dass er mit einer komplementären Vertiefung oder Kerbe 92,
die in eine Seitenwand 94 des Sumpfdeckels 66 ausgebildet
ist, greift. Ferner legt das Sumpfunterteil samt Deckel 64, 66 jeweils
ein komplementäres
Befestigungsloch 80 bzw. 96 dadurch fest. Wenn
der Sumpfdeckel 66 oben auf das Sumpfunterteil 64 gesetzt
wird, wobei der Wulstabschnitt 78 in die Vertiefung 92 eingepasst
ist und an dieser anliegt, wie in 3A ersichtlich
ist, sind die Befestigungslöcher 80 und 96 ausgerichtet,
was einen Kanal zum Aufnehmen und Greifen mit einem Befestigungsmittel,
beispielsweise einem Bolzen 65 von 2, erzeugt.
Wenn der Bolzen 65 durch Befestigungslöcher 80 und 96 geführt und
mit dem Gewindeloch (in den Zeichnungen nicht sichtbar) in dem CAC 16 verschraubt
wird, ist das Sumpfunterteil 64 an dem Sumpfdeckel 66 funktionell
angebracht und das Sumpfelement 62 an dem CAC 16,
nämlich
dem Deckel 54 des kalten Endes, funktionell angebracht.
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Bei
Blick auf 3B legt der Sumpfdeckel 66 auch
ein oder mehrere Fluiddurchlässe
dadurch fest – d.
h. einen ersten und zweiten Fluiddurchlass 98 bzw. 100.
Wenn das Sumpfelement 62 wie vorstehend beschrieben an
dem CAC 16 angebracht wird, ist jeder Fluiddurchlass 98, 100 mit
einem komplementären
Loch ausgerichtet, das durch den Deckel 54 des kalten Endes
ausgebildet ist, wodurch das Sumpfvolumen 72 mit dem CAC 16 fluidverbunden wird.
Auch wenn sie in 3A–3C als
separate Bestandteile gezeigt sind, können das Sumpfunterteil 64 und
der Sumpfdeckel 66 als einteilige, einheitliche Struktur
vorgeformt sein. Ferner können
die Form und Größe des Sumpfunterteils 64 und
des Sumpfdeckels 66 einzeln oder gemeinsam abgewandelt
werden, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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4A und 4B sehen
zwei Darstellungen in perspektivischer Ansicht eines Sumpfelements 162 einer
Kondensatabführanordnung 160 gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
vor. Synonym zu dem vorstehend beschriebenen Sumpfelement 62 ist
das Sumpfelement 162 von 4A–4B derart
ausgelegt, dass es Kondensat von dem CAC 16 von 1 sammelt
und ablässt.
Im Gegensatz zur Ausführungsform
von 3A–3C ist
das Sumpfelement 162 der Kondensatabführanordnung 160 von 4A–4B in den
Deckel 154 des kalten Endes ausgebildet. In diesem Fall
erzeugt das Sumpfelement 162 den vertikal niedrigsten Punkt
in dem CAC 16. D. h. das Sumpfelement 162 umfasst
mehrere Seitenwände 168,
die mit einer Unterteilwand 170 zusammenwirken, um ein
Sumpfvolumen, das in 4B allgemein bei 172 gezeigt
ist, zum Sammeln von Kondensat darin festzulegen. Das Sumpfvolumen 172 ist
unter der Wärmetauschkernanordnung 50 von
CAC 16 vertikal versetzt.
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Eine
Leitungsverlängerung
(oder „Entleerungsanschluss”) 174 ragt
von dem Sumpfelement 162. Ähnlich zur Leitungsverlängerung 74 von 3A– 3C legt
der Entleerungsanschluss 174 von 4A–4B einen
in Längsrichtung
länglichen
Kanal 176 dadurch fest. Die Leitungsverlängerung 174 soll
in das erste Ende 84 des Schlauchelements 82 (1)
eingepresst werden, was das Sumpfvolumen 172 von 4B mit
dem Schlauchelement 82 fluidisch koppelt.
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Während die
besten Methoden zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung näher
beschrieben wurden, wird der Fachmann, an den sich diese Erfindung
richtet, verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen
zum Umsetzen der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.