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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und Verfahren zum Betreiben von Verbrennungsmotoren, durch die sich die Nutzungsdauer von Verbrennungsmotor-Schmierölen verlängern lässt.
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HINTERGRUND
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In Verbrennungsmotoren werden Schmierölzusammensetzungen genutzt. Für Schmieröle, die für den Dienst in Verbrennungsmotoren bestimmt sind, sind verschiedene Verbesserungen einschließlich des Zusatzes verschiedener Zusatzpackungen zu Basisölen, wobei die Zusatzpackungen üblicherweise eines oder mehrere kohlenwasserstofflösliche aschefreie Dispergiermittel, Korrosionshemmer, Antioxidantien, Reibungsmodifizierer, überbasische Sulfonatdetergenzien und Verschleißschutzmittel wie etwa Zinkdialkyldithiophosphate (ZDDP) enthalten, vorgeschlagen worden. Die Entwicklung moderner Zusatzpackungen hat die Nutzungsdauer von Schmierölen, die für den Dienst in Verbrennungsmotoren bestimmt sind, wesentlich verlängert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der für eine geschlossene Kurbelgehäuseentlüftung konfiguriert ist, der einen Kurbelgehäuseluftraum und einen Einlassluftsammler enthält. Der Kurbelgehäuseluftraum ist über eine erste Leitung fluidtechnisch mit dem Atmosphärendruck gekoppelt und ist über eine zweite Leitung fluidtechnisch mit dem Einlassluftsammler gekoppelt. Der Verbrennungsmotor umfasst weiter ein Steuerventil innerhalb der ersten Leitung, das bewirkt, dass das Ansaugen von Frischluft durch es in den Kurbelgehäuseluftraum während des Motorbetriebs ausreichend gedrosselt wird, um innerhalb des Kurbelgehäuseluftraums eine Bedingung hohen Unterdrucks herzustellen. Das Steuerventil ist in Ansprechen auf die Motortemperatur steuerbar veränderlich. Das Steuerventil umfasst eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung, wobei die zweite Öffnung einen wirksamen Durchflussquerschnitt aufweist, der größer als der wirksame Durchflussquerschnitt der ersten Öffnung ist, und wobei die erste Öffnung innerhalb der ersten Leitung das Drosseln des Ansaugens von Frischluft bewirkt, bis der Motor eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wonach die zweite Öffnung innerhalb der ersten Leitung das Drosseln des Ansaugens von Frischluft bewirkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der ein Kurbelgehäuseöl enthält und für eine geschlossene Kurbelgehäuseentlüftung konfiguriert ist, vorgesehen. Das Verfahren umfasst Drosseln der Strömung von Atmosphärenluft in das Kurbelgehäuse; Anlegen einer Unterdruckquelle an das Kurbelgehäuse, um innerhalb des Kurbelgehäuses eine Bedingung hohen Unterdrucks zu veranlassen; und Ändern der Bedingung hohen Unterdrucks als eine Funktion der Kurbelgehäuseöltemperatur. Eine erste Bedingung hohen Unterdrucks wird während des Motorbetriebs bewirkt, bevor die Kurbelgehäuseöltemperatur eine vorgegebene Temperatur erreicht, und eine zweite Bedingung hohen Unterdrucks wird während des Motorbetriebs bewirkt, nachdem die Kurbelgehäuseöltemperatur die vorgegebene Temperatur erreicht hat, wobei die zweite Bedingung hohen Unterdrucks bei einem Absolutdruckpegel über dem Absolutdruckpegel der ersten Bedingung hohen Unterdrucks liegt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der einen Motorblock, der eine Deckoberfläche enthält, und einen Zylinderkopf umfasst, der an dem Motorblock bei der Deckoberfläche befestigt ist, wobei der Zylinderkopf eine obere Oberfläche aufweist und einen Lufteinlassschlitz enthält. Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor ein Kurbelgehäuse, das an dem Motorblock befestigt ist, wobei das Kurbelgehäuse ein Schmieröl und einen ersten Innenraum enthält, und einen Ventildeckel mit Wänden, wobei der Ventildeckel an dem Zylinderkopf befestigt ist, wobei der Ventildeckel einen zweiten Innenraum definiert, der durch die Wände des Ventildeckels und durch die obere Oberfläche des Ventildeckels begrenzt ist. Der Motorblock und der Zylinderkopf umfassen ferner Durchlässe, durch die veranlasst wird, dass der erste Innenraum in wirksamer Fluidverbindung mit dem zweiten Innenraum steht. Ferner sind ein Einlasskrümmer mit einem Innendurchlass in wirksamer Fluidverbindung mit dem Lufteinlassschlitz und eine erste Leitung mit einem Innendurchlass und einem ersten bzw. einem zweiten Endabschnitt vorgesehen, wobei der erste Endabschnitt der ersten Leitung ausreichend an dem Ventildeckel befestigt ist, um in wirksamer Fluidverbindung mit dem zweiten Innenraum zu stehen, und wobei der zweite Endabschnitt der ersten Leitung in wirksamer Fluidverbindung mit der Umgebungsluft in der Umgebung des Motors angeordnet ist. Außerdem umfasst der Verbrennungsmotor eine zweite Leitung mit einem Innendurchlass und einem ersten bzw. einem zweiten Endabschnitt, wobei der erste Endabschnitt der zweiten Leitung ausreichend an dem Kurbelgehäuse befestigt ist, um in wirksamer Fluidverbindung mit dem ersten Innenraum zu stehen, und wobei der zweite Endabschnitt der zweiten Leitung ausreichend an dem Einlasskrümmer befestigt ist, um in wirksamer Fluidverbindung mit dem Innendurchlass zu stehen. Schließlich umfasst der Verbrennungsmotor eine Drosselvorrichtung, die in dem Innendurchlass der ersten Leitung angeordnet ist, wobei die Drosselvorrichtung ein Tellerventil umfasst, das einen Ventilkegel enthält, wobei der Ventilkegel selbst eine offene Drosselöffnung enthält, die ermöglicht, dass selbst dann etwas Luft durch den Ventilkegel fließt, wenn der Ventilkegel in Bezug auf ein Drosselloch im Innern des Tellerventils, das der Ventilkegel als Ganzes verschließt, wegen seiner Bewegung in einer geschlossenen Stellung ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein schematisches Diagramm eines bekannten Motorkurbelgehäuse-Entlüftungssystems zeigt;
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2 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Motorkurbelehäuse-Entlüftungssystems in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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3 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Motorkurbelgehäuse-Entlüftungssystems in Übereinstimmung mit wenigstens einer alternativen Ausführungsform dieser Offenbarung zeigt;
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4 eine Querschnittsansicht eines Rückschlagventils zeigt, das in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform dieser Offenbarung nutzbar ist;
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5 eine graphische Darstellung ist, die den Wassergehalt von Kurbelgehäuseölen eines Testfahrzeugs, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung betrieben wird, mit dem eines Kontrollfahrzeugs, das in Übereinstimmung mit einer bekannten Kurbelgehäuseentlüftung betrieben wird, vergleicht;
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6 eine graphische Darstellung ist, die die Verschlechterung der Alkalikomponenten der Zusätze, die in dem Schmieröl eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung betriebenen Testfahrzeugs vorhanden sind, mit der eines in Übereinstimmung mit einer bekannter Kurbelgehäuseentlüftung betriebenen Kontrollfahrzeug vergleicht;
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7 eine graphische Darstellung ist, die den Verlust der Antioxidanzeigenschaften des Schmieröls eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung betriebenen Testfahrzeugs mit dem eines in Übereinstimmung mit einer bekannten Kurbelgehäuseentlüftung betriebenen Kontrollfahrzeugs vergleicht; und
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8 eine graphische Darstellung ist, die den Gehalt an unverbranntem Kraftstoff des Schmieröls eines gemäß der vorliegenden Offenbarung betriebenen Testfahrzeugs mit jenem eines gemäß der bekannten Kurbelgehäuseentlüftung betriebenen Kontrollfahrzeugs vergleicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In den Zeichnungen und anfangs in 1 ist ein schematisches Diagramm eines bekannten Kurbelgehäuseentlüftungssystems gezeigt. Wie in der Technik bekannt ist, wird während des normalen Betriebs eines Verbrennungsmotors im Ergebnis des Einlasstakts jedes Kolbens oder der Bewegung eines Drehkolbens in damit ausgestatteten Motoren in einem Abschnitt des Einlasskrümmers einschließlich innerhalb des Ansaugrohrs üblicherweise ein Gebiet mit verringertem Luftdruck in Bezug auf die Umgebungsbedingungen, d. h. ein Unterdruck, entwickelt. In dem in 1 gezeigten Kurbelgehäuseentlüftungsschema wird dieser Unterdruck vorteilhaft dazu verwendet, Gase zu entleeren, die in dem Luftraum über dem in dem Kurbelgehäuse 23 liegenden Schmieröl 33 vorhanden sind, und diese Gase in die Verbrennungskammer zu befördern, wodurch ihre brennbaren Bestandteile verbrannt werden. Während des Betriebs des in 1 dargestellten Motors wird durch einen Luftfilter 3 ein erster Strom von Umgebungsluft angesaugt und daraufhin durch einen Luft/Öl-Abscheider 17 geleitet, der, wie im Gebiet bekannt ist, üblicherweise eines oder mehrere Ablenkbleche umfasst. Diese gefilterte Luft wird weiter durch den bzw. die Ventildeckel/Nockenwellendeckel 15, durch einen in den Zylinderkopf 13 eingegossenen offenen Durchlass und in den Luftraum über dem Schmieröl 33 angesaugt. Die auf diese Weise in den Luftraum angesaugte Luft trifft im Wesentlichen mit vernachlässigbarer Drosselung auf die Strömung, um somit das Kurbelgehäuse wirksam zu den Atmosphärendruckumgebungen zu öffnen. In diesem Luftraumbereich wird der erste Strom gefilterter Umgebungsluft, teilweise durch die Wirkung der hin- und hergehenden Baueinheit, die die rotierende Kurbelwelle 39 und einen oder mehrere Kolben 37 enthält, mit Leckgasen 31 gemischt, die in dem Luftraum über dem Schmieröl ebenfalls vorhanden sind. Dieses Gemisch aus gefilterter Umgebungsluft und Kurbelgehäuse-Leckgasen wird durch einen Luft/Öl-Abscheider 27, der üblicherweise eines oder mehrere Ablenkbleche umfasst, wie sie etwa in dem Gebiet bekannt sind, durch ein Regelventil 29 der geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftung (”PCV”-Regelventil 29) und in den Einlassluftsammler 9 angesaugt. Ein zweiter Strom gefilterter Umgebungsluft wird ebenfalls durch ein Drosselklappengehäuse 7 in den Einlassluftsammler 9 angesaugt, der häufig die Drosselklappen an einem Vergaser-Drosselklappengehäuse-Einspritzsystem oder die Drosselklappen an einer selbstständigen Drosselklappengehäuseeinheit umfasst, wobei diese im Gebiet gut bekannt sind. Der zweite Strom aus gefilterter Umgebungsluft und dem Gemisch der Leckgase und der erste Strom gefilterter Umgebungsluft werden in dem Einlassluftsammler 9 oder in einem oder in mehreren Ansaugrohren 11 mehr oder weniger gemischt, mit einer dosierten Menge Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingelassen und in dem Verbrennungsprozess verbraucht. Die Kurbelgehäusedruckpegel, die in bekannten Verbrennungsmotoren wie oben beschrieben vorhanden sind, variieren üblicherweise von einem leichten Druck über dem Atmosphärendruck bis zu einem leichten Unterdruck. Wenn diese Kurbelgehäusedruckpegel relativ zu einer Standardatmosphäre (d. h. 101 kPa) gemessen werden, liegen sie in dem Bereich zwischen etwa 102 bis 98,5 kPa, wobei sie in Ansprechen auf Umgebungsbedingungen und die Motorwirtschaftlichkeit unkontrollierbar variieren, da diese inhärent schwanken. Durch eine Drosselung des PCV-Ventils oder durch eine Öffnung, die die Ansaugung drosselt, zusammen mit der im Wesentlichen vernachlässigbaren Drosselung zwischen dem Kurbelgehäuseluftraum und den Atmosphärendruckbedingungen wird bewusst verhindert, dass in dem Kurbelgehäuseluftraum hohe dem Einlassluftsammler zugeordnete Unterdruckpegel auftreten.
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2 ist ein schematisches Diagramm eines Motorkurbelgehäuse-Entlüftungssystems 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Offenbarung. In dieser Ausführungsform wird Umgebungsluft durch einen Luftfilter 3 angesaugt und geht daraufhin durch einen optionalen Mengendurchflusssensor 5, der ein Flügelradmesssensor, ein Heißdrahtsensor (MAF), ein Kaltdrahtsensor, ein Membransensor, ein Laminarströmungselement oder irgendeine andere bekannte Vorrichtung zum Messen der Luftströmung sein kann, die eine Spannung ausgeben oder einen elektrischen Widerstand in Bezug auf die Luftströmung ändern kann. Wenn der Mengendurchflusssensor 5 vorhanden ist, steht er in elektronischem Kontakt mit dem elektronischen Steuermodul (”ECM”) 21 des Motors und liefert Informationen an es, wobei diese Informationen daraufhin verwendet werden können, um die richtigen Mengen Kraftstoff zur Lieferung an den Einlasskrümmer oder an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (nicht gezeigt) zu berechnen.
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Auf der Motorseite des Mengendurchflusssensors 5 wird durch ein Steuerventil 35 ein erster Strom gefilterter Umgebungsluft angesaugt, wobei das Steuerventil durch ein Stellglied 19 gesteuert wird, das einen Magnetschalter oder ein anderes funktional gleichwertiges Mittel umfassen kann, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, um ein Ventil aus einer Stellung in eine andere zu schalten, wobei das Stellglied selbst durch das ECM 21 des Motors gesteuert wird. Wenn der erste Strom gefilterter Umgebungsluft durch das Steuerventil 35 angesaugt worden ist, wird er nachfolgend durch den Luft/Öl-Abscheider 17, durch den bzw. die Ventildeckel/Nockenwellendeckel 15, durch einen oder mehrere in den Zylinderkopf 13 eingegossene offene Durchlässe und in den Luftraum über dem Schmieröl 33 angesaugt, um ein Gemisch aus gefilterter Umgebungsluft und Kurbelgehäuse-Leckgasen bereitzustellen. Dieses Gemisch aus gefilterter Umgebungsluft und Kurbelgehäuse-Leckgase wird daraufhin durch einen Luft/Öl-Abscheider 27, durch ein PCV-Regelventil 29 und in den Einlassluftsammler 9 angesaugt. Ein zweiter Strom gefilterter Umgebungsluft wird ebenfalls durch das Drosselklappengehäuse 7 in den Einlassluftsammler 9 angesaugt und mehr oder weniger mit dem Gemisch der Leckgase und dem ersten Strom gefilterter Umgebungsluft in dem Einlassluftsammler 9 und/oder in dem einen oder den mehreren Ansaugrohren 11 gemischt, mit einer dosierten Menge Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingelassen und in dem Verbrennungsprozess verbraucht.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform gibt es außerdem einen Temperatursensor 25, der so vorgesehen ist, dass er in ausreichendem Kontakt mit dem Schmieröl 33 steht, das in dem Kurbelgehäuse angeordnet ist, um Daten zu liefern, aus denen die Temperatur des Schmieröls 33 in Echtzeit bestimmt werden kann. Der Temperatursensor 25, z. B. ein Thermoelement, steht in elektronischem Kontakt mit dem ECM des Motors und liefert Informationen an es.
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Die vorstehende Struktur kann in Ansprechen auf Motorbetriebsbedingungen vorteilhaft und kontrollierbar sicherstellen, dass in dem Kurbelgehäuse, d. h. in dem Luftraum über dem Schmieröl 33, eine Bedingung verhältnismäßig hohen Unterdrucks vorhanden ist. Bedingungen hohen Unterdrucks in dem Kurbelgehäuseluftraum werden hier so verstanden, dass sie mittlere Unterdruckpegel bedeuten, die jene, die während des äquivalenten Motorbetriebs mit im Wesentlichen vernachlässigbarer Drosselung der Strömung der Luft in den Kurbelgehäuseluftraum von Atmosphärendruckbedingungen hergestellt werden, übersteigen. Insbesondere bedeuten Bedingungen hohen Unterdrucks in dem Kurbelgehäuseluftraum, wie sie hier verstanden werden, mittlere Unterdruckpegel um im Wesentlichen 3 kPa oder mehr unter Atmosphärendruckbedingungen. Die Verwendung eines Systems, das wenigstens die kleinste Anzahl der oben beschriebenen Komponenten umfasst, die geeignet sind, einen solchen verhältnismäßig hohen Unterdruck in dem Luftraum über dem Schmieröl 33 vorteilhaft und wahlweise zu erzielen, kann die Nutzlebensdauer des Schmieröls 33 verlängern. Andere zusätzliche oder optionale Komponenten und Systeme, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, können in einem Motor oder System in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung ebenfalls vorhanden sein.
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In einer Ausführungsform ist das Steuerventil 35 ein Dreiwegeventil mit zwei möglichen Stellungen, wobei jede der zwei möglichen Stellungen des Dreiwegeventils ein Loch unterschiedlicher Größe bereitstellt, durch das wahlweise ein Strom gefilterter Umgebungsluft angesaugt werden kann. Wenn in einer ersten Betriebsart die erfasste Schmieröltemperatur unter einem ersten Schwellenniveau liegt, das in einer Ausführungsform etwa 50°C beträgt, wird durch das Steuerventil 35 (und schließlich in das Kurbelgehäuse und in den Luftsammler) durch eine erste Öffnung in dem Steuerventil 35 mit einem ersten Innendurchmesser, der in einer Ausführungsform für einen Motor mit irgendeinem Hubraum im Bereich zwischen etwa 1,5 Litern und 6,0 Litern ein Durchmesser von etwa einem Millimeter ist, gefilterte Umgebungsluft angesaugt. Durch den verringerten Druck, der innerhalb des Luftsammlers 9 (relativ zum Umgebungsdruck) vorhanden ist, der vorzugsweise irgendein Druckniveau zwischen etwa 50 Kilopascal (kPa) bis etwa 100 kPa einschließlich aller Drücke und Druckbereiche dazwischen ist, wird daraufhin veranlasst, dass das Innere des abgedichteten Kurbelgehäuses 23, das durch eine geeignete Lötung, Rohrmaterial oder Leitungen, die einen Luft/Öl-Abscheider 27 und ein PCV-Regelventil 29 enthalten können, mit dem Einlassluftsammler 9 verbunden ist, in einer Bedingung verhältnismäßig stark verringerten Drucks in Bezug auf die Umgebungsbedingungen vorhanden ist. Obgleich die erste Öffnung in dem Steuerventil 35 in einer Ausführungsform mit einem Innendurchmesser von etwa einem Millimeter beschrieben ist, kann sie irgendeinen Durchmesser zwischen etwa 0,2 Millimetern und etwa fünf Millimetern aufweisen.
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Flüchtige Verunreinigungen, die in dem Schmieröl 33 vorhanden sind, weisen üblicherweise einen Dampfdruck auf. Wie im Gebiet an sich gut bekannt ist, ergeben sich diese Verunreinigungen aus ”Leck”-Gasen, die Materialien sind, die zwischen den Zylinderwänden und den Kolbenringen während des Motorbetriebs durchgehen und die Folgendes enthalten können: 1) Wasser; 2) Stickoxide; 3) Schwefeloxide; 4) wässrige Oxosäuren von Stickstoff 5) wässrige Oxosäuren von Schwefel; 6) Kohlendioxid; 7) Kohlensäure; 8) unverbrannten Kraftstoff; und 9) zusätzliche Produkte oder Addukte irgendeines des Vorstehenden, wobei in dem Schmieröl eine Komponente der Zusatzpackung vorhanden ist. Außerdem ist bekannt, dass in dem Kurbelgehäuse aus der Kondensation, die durch Veränderungen der Umgebungstemperatur und durch das wiederholte zyklische Ein und Aus eines Motors im Dienst verursacht wird, Wasser vorhanden ist.
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Wenn der Druck in dem Kurbelgehäuse in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung verringert wird, wird veranlasst, dass der Dampfdruck einer oder mehrerer flüchtiger Verunreinigungen, die in dem Kurbelgehäuse oder in dem Schmieröl 33 selbst vorhanden sind, dementsprechend näher an den Punkt kommen, bei dem eine oder mehrere der flüchtigen Komponenten leicht verdampft oder sogar siedet, oder sogar über ihn hinausgehen. Auf jeden Fall wird die Flüchtigkeit der Verunreinigungen durch den verringerten Druck, der in dem Kurbelgehäuse beim Betrieb in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung vorhanden ist, wirksam erhöht. Dies drückt sich in einer erhöhten Flüchtigkeit von Verunreinigungen aus, die daraufhin durch die Strömung gefilterter Umgebungsluft durch das Kurbelgehäuse in Übereinstimmung damit aus dem Kurbelgehäuse in den Einlassluftsammler entleert werden. Auf lange Sicht bietet die erhöhte Entfernung solcher flüchtiger Verunreinigungen durch ihre Verdampfung in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung eine erhöhte Schmierölnutzungsdauer und verlängerte Kundendienstintervalle. Diese Entfernung erhält die in Kurbelgehäuseölen vorhandenen Antioxidanzien, wobei sie die Schmierfähigkeit über lange Zeitdauern aufrechterhält. Es ist bekannt, dass die Anwesenheit von Wasser in Kurbelgehäuseöl die Korrosionsrate und den Verschleiß von Motorschmierungsteilen wie etwa Motorzylinderwänden, Kolbenringen, Nockenwellenlagerzapfen und Nocken, Stößeln und anderen Komponenten erhöht. Wenn Säuren aus der Verbrennung einschließlich Salpetersäure und salpetriger Säure sowie Säuren von der Motoröloxidation einschließlich Carbonsäuren in dem Wasser gelöst sind, werden die Korrosion und der Verschleiß beschleunigt. Wasser wirkt bekanntlich als ein Sammler solcher Säuren. Die Entfernung von unverbranntem Kraftstoff aus dem Kurbelgehäuseöl führt außerdem zu erhöhter Schmierfähigkeit über die Zeit und hat den zusätzlichen Nutzen, die in der hin- und hergehenden Baueinheit des Motors vorhandene innere Reibung zu verringern, was sich in einer erhöhten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistungsabgabe ausdrückt. In Übereinstimmung mit dieser Offenbarung sind diese Vorteile insbesondere für PKW und LKW vorhanden, die häufig unter Kurzstreckenbedingungen in kühleren Klimabedingungen betrieben werden. Wie im Folgenden weiter dargestellt wird, kann die erhöhte Motorölnutzungsdauer darüber hinaus mit verringertem Verschleiß und verringerter Korrosion der Verbrennungsmotorkomponenten gleichgesetzt werden; somit nutzt ein Motorsystem, das in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung betrieben wird, gegenüber Motoren, die in Übereinstimmung mit bekannten Kurbelgehäuseentlüftungssystemen betrieben werden, eine längere Nutzungsdauer zwischen Umbauten.
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In einer zweiten Betriebsart veranlasst das ECM, nachdem die erfasste Schmieröltemperatur über einem ersten Schwellenpegel liegt, der in einer Ausführungsform etwa 50°C beträgt, dass das Stellglied 19 die Stellung des Steuerventils 35 in der Weise ändert, dass gefilterte Umgebungsluft durch das Steuerventil 35 (und schließlich in das Kurbelgehäuse und in den Luftsammler), durch eine zweite Öffnung in dem Steuerventil 35 mit einem zweiten Innendurchmesser, der in einer Ausführungsform für einen Motor mit einem Hubraum in dem Bereich zwischen etwa 1,5 Litern und 6,0 Litern ein Durchmesser von etwa drei Millimetern ist, angesaugt wird. Daraufhin wird veranlasst, dass das Innere des abgedichteten Kurbelgehäuses 23, das durch eine geeignete Lötung, Rohrmaterial oder Leitungen, die einen Luft/Öl-Abscheider 27 und ein PCV-Regelventil 29 enthalten, können, mit dem Einlassluftsammler 9 verbunden ist, mittels des verringerten Drucks (relativ zu dem Umgebungsdruck), der innerhalb des Luftsammlers 9 vorhanden ist, in einer Bedingung stark verringerten Drucks in Bezug auf Umgebungsbedingungen bleibt; allerdings ist der Druckpegel in dem Kurbelgehäuse, wenn der Motor in dieser zweiten Betriebsart betrieben wird, allgemein höher als der, der in dem Kurbelgehäuse vorhanden ist, wenn derselbe Motor in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen ersten Betriebsart betrieben wird. Der Grad des Drucks, der in dem Kurbelgehäuse vorhanden ist, wenn der Motor in Übereinstimmung mit der zweiten Betriebsart betrieben wird, kann irgendein Druckpegel zwischen etwa 50 Kilopascal (kPa) bis etwa 100 kPa absolut einschließlich aller Drücke und Druckbereiche dazwischen sein. Obgleich die zweite Öffnung mit dem Steuerventil 35 in einer Ausführungsform mit einem Innendurchmesser von etwa drei Millimetern beschrieben ist, kann sie vorbehaltlich dessen, dass die Durchmesser der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung des Steuerventils 35 nicht im Wesentlichen gleich sind, irgendeinen Durchmesser zwischen etwa zwei und acht Millimetern aufweisen. In einer Ausführungsform der Offenbarung wird die Standardstellung des Steuerventils 35 bei dem ECM so eingestellt, dass sie ermöglicht, dass Luft durch die erste Öffnung des Steuerventils 35 angesaugt wird. In einer anderen Ausführungsform wird die Standardstellung des Steuerventils 35 bei dem ECM so eingestellt, dass sie ermöglicht, dass Luft durch die zweite Öffnung des Steuerventils 35 angesaugt wird.
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In einer alternativen Ausführungsform kann ein Zwei-Öffnungs-Ventil, das verschiedene Drosselungen bereitstellt, ähnlich einem Motorkühlmittelthermostaten, der z. B. einen Bimetallbetätigungsmechanismus verwendet, die Form eines Ventils annehmen, dessen Öffnungsauswahl auf eine Motorerwärmung anspricht. Mit anderen Worten, ein Zwei-Öffnungs-Ventil kann wahlweise eine erste Drosselung bewirken, bevor der Motor eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht, wonach der Bimetallmechanismus wahlweise eine zweite, weniger starke Drosselung bewirkt.
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In 3 ist ein schematisches Diagramm eines Motorkurbelgehäuse-Entlüftungssystems 12 in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform der Offenbarung gezeigt. In dieser Ausführungsform wird ein erster Strom von Umgebungsluft durch einen Luftfilter 3 angesaugt und geht daraufhin durch ein Rückschlagventil 14 mit einer Öffnung (4), bevor er in den Luft/Öl-Abscheider 17 eingelassen wird. Diese gefilterte Luft wird weiter durch den bzw. die Ventildeckel/Nockenwellendeckel 15, durch einen oder mehrere offene in dem Zylinderkopf 13 eingegossene Durchlässe und in den Luftraum über dem Schmieröl 33 angesaugt. In diesem Luftraumbereich wird der erste Strom gefilterter Umgebungsluft mit Leckgasen 31 gemischt, die in dem Luftraum über dem Schmieröl vorhanden ebenfalls sind. Dieses Gemisch aus gefilterter Umgebungsluft und Kurbelgehäuse-Leckgasen wird daraufhin durch einen Luft/Öl-Abscheider 27, durch ein PCV-Regelventil 29 und in einen Einlassluftsammler 9 angesaugt. Ein zweiter Strom gefilterter Umgebungsluft wird ebenfalls durch ein Drosselklappengehäuse 7 in den Einlassluftsammler 9 angesaugt. Der zweite Strom gefilterter Umgebungsluft und das Gemisch aus Leckgasen und der erste Strom gefilterter Umgebungsluft werden mehr oder weniger in dem Einlassluftsammler 9 oder in dem einen oder den mehreren Ansaugrohren 11 gemischt, mit einer dosierten Menge Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingelassen und in dem Verbrennungsprozess verbraucht.
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Eine geeignete Ausführungsform eines Rückschlagventils 14, das in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung nutzbar ist, ist im Querschnitt in 4 gezeigt. Ein solches Rückschlagventil 14 weist eine rohrförmige Konstruktion auf und besitzt einen Wandabschnitt 45, innerhalb dessen ein Drosselloch 47 angeordnet ist, das in einer Ausführungsform einen Ring mit einem kreisförmigen Loch umfasst, wobei der Ring in der Weise ringförmig über dem und in Kontakt mit dem Innern des Wandabschnitts 45 angeordnet ist, dass irgendein Fluid einschließlich Luft, das von der mit A bezeichneten Umgebungsluftseite zu der Motorseite E des Rückschlagventils 14 gehen soll, in Abwesenheit eines Hauptkörperabschnitts 43 durch das Drosselloch 47 gehen muss. Das Drosselloch 47 ist so profiliert und ausgelegt, dass es den Abschnitt des Hauptkörpers 43, der selbst eine durch ihn gehende offene Drosselöffnung 48 enthält, die ausreicht, um zu ermöglichen, dass selbst in dem Fall, in dem die Außenkonturen des Hauptkörpers 43 das Drosselloch 47 vollständig abdichten, durch das Rückschlagventil 14 als Ganzes Luft von der Umgebungsseite A zu der Motorseite E angesaugt wird, in dichtendem Eingriff aufnimmt. In einer Ausführungsform ist der Hauptkörper 43 mittels einer sowohl an dem Hauptkörper 43 als auch an dem Wandabschnitt 45 befestigten Feder mechanisch in Richtung der Motorseite E vorbelastet. Somit kann das Rückschlagventil 14 als ein Tellerventil gedacht werden, in dem der Hauptkörperabschnitt 43 (der Ventilkegel) eine offene Drosselöffnung 48 enthält, die von der Motorseite E zu der Umgebungsseite A verläuft, selbst wenn die Außenkontur des Hauptkörperabschnitts 43 ausreichend auf dem Drosselloch 47 aufsitzt, um das Drosselloch 47 zu schließen. Dementsprechend ist ein solches Rückschlagventil in einer Ausführungsform eine Drosselvorrichtung, die ein Tellerventil umfasst, das einen Ventilkegel enthält, wobei der Ventilkegel selbst eine offene Drosselöffnung enthält, die ermöglicht, dass selbst dann etwas Luft durch den Ventilkegel strömt, wenn der Ventilkegel in Bezug auf die Drosselöffnung im Inneren der Drosselvorrichtung, die der Ventilkegel als Ganzes wegen seiner Bewegung absperrt, in einer geschlossenen Stellung ist.
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In einer Ausführungsform weist die offene Drosselöffnung 48 einen Innendurchmesser von etwa einem Millimeter auf; allerdings sind hier Öffnungen mit irgendeinem Innendurchmesser im Bereich zwischen etwa 0,2 und etwa fünf Millimetern einschließlich aller Durchmesser und Durchmesserbereiche dazwischen oder mehr zur Verwendung geeignet, sofern durch die Anwesenheit dieses wie hier beschriebenen Rückschlagventils 14 gegenüber einem gleichen Motor, der nicht damit ausgestattet ist, gegenüber der Umgebung innerhalb des Kurbelgehäuse des Motors ein wesentlich verringerter Druck bewirkt wird. In einer Ausführungsform ist der wesentlich verringerte Druck irgendein Druck zwischen etwa 50 kPa und etwa 100 kPa absolut einschließlich aller Drücke und Druckbereiche dazwischen. In Übereinstimmung mit dieser Offenbarung sind Rückschlagventile 14 und Steuerventile 35 mit irgendeiner der verschiedenen anderen bekannten Konfigurationen, wie sie im Gebiet an sich bekannt sind, nutzbar, sofern sie eine wie hier beschrieben Öffnung umfassen, deren Innendurchmesser für eine gegebene Motoranwendung unter Anderem je nach solchen Faktoren wie dem Motorhubraum, dem Zustand der Kolbenring/Zylinderwand-Dichtung, dadurch, wie der Motor allgemein betrieben wird, und dem durchschnittlichen Umgebungsklima variieren kann.
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Die Aufnahme eines wie beschriebenen Rückschlagventils 14 stellt sicher, dass im Kurbelgehäuse des Motors ein verringerter Druck vorhanden ist. Diese Bedingung verringerten Drucks ermöglicht, dass Ölverunreinigungen und insbesondere Wasser im Vergleich zu Motoren, die mit bekannten PCV-Systemen ausgestattet sind, bei niedrigeren Öltemperaturen aus dem Schmieröl 33 aussieden. Die offene Drosselöffnung 48 dient zum Regeln der Durchflussmenge der Frischluft durch das System und verhindert außerdem, dass in dem Kurbelgehäuse die äußerst niedrigen Druckpegel auftreten, die normalerweise in dem Einlasskrümmer zu finden sind. Wenn ein Motor in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung bei hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird, wird veranlasst, dass in dem Kurbelgehäuse ein Leckgasstoß vorhanden ist, wobei das Rückschlagventil 14 diesen Leckgasstoß zu dem Einlasskrümmer über den Luftreiniger 3 zurückströmen lässt, der, wie im Gebiet bekannt ist, üblicherweise ein abgedichtetes Gehäuse umfasst. Während diesen Bedingungen eines Zurückströmens von Leckgasen ist das Rückschlagventil offen, d. h. sitzt die Außenkontur des Hauptkörperabschnitts 43 nicht auf dem Drosselloch 47 auf, wobei der Leckgasstoß, der sich aus dem Betrieb mit hoher Drehzahl/hoher Last ergibt, an das Luftreinigergehäuse geliefert wird und durch das Drosselklappengehäuse 7 in den Motor angesaugt wird.
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An Fahrzeugen, die mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ausgestattet waren, (dem Testfahrzeug) sind gegenüber einem gleichen Fahrzeug mit einem Motor mit der gleichen Konstruktion, der gleichen Konfiguration, dem gleichen Hubraum, der gleichen Produktionsserie und dem gleichen Schmieröl, das mit einem PCV-System in Übereinstimmung mit
1 ausgestattet war, (dem Kontrollfahrzeug) Testfahrten ausgeführt worden. Der Motor in jedem Fahrzeug war ein von der General Motors Corporation hergestellter 3,1-1-Motor. Die Testfahrten wurden in Übereinstimmung mit einem Kurzstreckenfahrzeug-Testplan ausgeführt, der aus zwei oder drei Teilstrecken pro Fahrzeug pro Tag bestand, wobei jede Teilstrecke eine Entfernung von etwa 3,22 Kilometern umfasste, wobei die zurückgelegte Gesamtkilometerzahl jedes Fahrzeugs aufgezeichnet wurde. Diese Fahrzeugtests wurden sowohl an dem Testfahrzeug als auch an dem Kontrollfahrzeug gleichzeitig ganzjährig ausgeführt, um für jedes PCV-System die Wirkung von Umgebungsbedingungen und der normalen Fahrzeugnutzung auf physikalische Parameter und auf den Status des Motoröls einschließlich Verunreinigung und Verschlechterung zu bestimmen. Monatlich wurde dem Kurbelgehäuseöl für jedes Fahrzeug eine Probe entnommen und die Qualitäten der Schmierölproben von jedem Kurbelgehäuse wurden durch analytische Techniken, wie sie nun beschrieben werden, analysiert. Die Anfangseigenschaften des in jedem Fahrzeug genutzten Motoröls sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben: Tabelle I
| Aussehen | hell und durchsichtig |
| Viskosität bei 40°C | 6,07 × 10–5 m2/s |
| Viskosität bei 100°C | 1,04 × 10–5 m2/s |
| Viskositätsindex | 161 |
| Gesamtbasenzahl | 7,1 mg KOH/g Öl |
| Gesamtsäurezahl | 1,9 mg KOH/g Öl |
| Phosphor | 924 ppm |
| Zn | 1037 ppm |
| Ca | 1370 ppm |
| Mg | 249 ppm |
| Na | 262 ppm |
| B | 163 ppm |
| CCS-Viskosität bei –25°C | 2,84 kg/(m × s) |
| MRV-Viskosität bei –130°C | 12,8 kg/(m × s) |
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Der in dem Testfahrzeug und in dem Kontrollfahrzeug verwendete Kraftstoff war bleifreies Benzin Amoco® mit einer Mindestoktanzahl (R + M)/2 von 87.
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5 zeigt einen Vergleich des Wassergehalts der Kurbelgehäuseöle des Testfahrzeugs und des Kontrollfahrzeugs, ausgedrückt durch Gewichtsprozent Wasser auf der Grundlage des Gesamtgewichts des Öls des Kurbelgehäuseöls als eine Funktion der gefahrenen Kilometer. Der Wassergehalt der Kurbelgehäuseöle wurde durch Karl-Fischer-Titration in Übereinstimmung mit ASTM D2982-93 gemessen. Der Wassergehalt für das Kontrollfahrzeug hatte während der Wintersaison einen Spitzenwert bei 2,7%, während der Wassergehalt für das Testfahrzeug bei weniger als 0,2% vernachlässigbar war.
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6 zeigt die Verschlechterung der Alkalikomponenten der Zusatzstoffe, die in dem Motorschmieröl des Kontrollfahrzeugs und des Testfahrzeugs vorhanden sind, als Funktion der gefahrenen Kilometer, wobei die Alkalizusatzstoffe in Bezug auf die in Übereinstimmung mit D-2896-91 gemessene und als Milligramm Kaliumhydroxid pro Gramm Öl berichtete Gesamtbasenzahl (TBN) üblicherweise überbasische Sulfonate enthalten. Die TBN gibt außer der Angabe der Oxidation allgemein das Niveau der Gesamtalkalizität des Kurbelgehäuseöls an, das den Motor vor Korrosion und Verschleiß schützt, indem es Säureverbindungen, die während der Verbrennung erzeugt werden und die als Leckgas in das Kurbelgehäuse eintreten, neutralisiert. Der niedrigste erwünschte Betriebsgrenzwert für die TBN ist eine Basenzahl von 2, die, wenn sie erreicht ist, die Notwendigkeit eines Wechsels des Motorschmieröls angibt. Das empfohlene Motorwechselintervall kann aus den TBN-Verschlechterungstrenddarstellungen in 6 geschätzt werden. Daher ist klar, dass für das Kontrollfahrzeug ein Wechsel des Schmieröls nach 1609 Kilometer (1000 Meilen) Fahren empfohlen würde, während für das Testfahrzeug ein Wechsel des Schmieröls erst empfohlen würde, nachdem 3701 Kilometer (2300 Meilen) gefahren worden ist. Somit ist zu sehen, dass die Verwendung eines Systems in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung die Zeitdauer, in der die in dem Kurbelgehäuseöl vorhandene Alkalizität bei einem Nutzdienstpegel bleibt, hinsichtlich der Kilometer, die in diesem Test gefahren wurden, der tatsächliche Bedingungen verkörpert, die auf dem Gebiet der großen Mehrheit von Personenkraftwagen im Dienst gegenwärtig festgestellt werden, um einen Faktor von etwa 2,3 verlängert hat.
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7 veranschaulicht in einer Darstellung des natürlichen Logarithmus der DSC-Oxidationsinduktionszeit gegenüber der gefahrenen Strecke einen Vergleich des Verlusts der Antioxidanzeigenschaft, gemessen durch Differentialabtastkalorimetrie (”DSC”) in Übereinstimmung mit ASTM D5483, zwischen dem Kontrollfahrzeug und dem Testfahrzeug. Wenn die Oxidationsinduktionszeit zwei Minuten erreicht, wird ein Ölwechsel empfohlen. Der Anstieg der Trendlinien gibt die Verschlechterungsrate von Antioxidanzzusatzstoffen in dem Kurbelgehäuseöl, die häufig Alkylphenole und Diphenylamine enthalten, an. Wie aus 7 sichtbar ist, ist die Verschlechterungsrate für das Testfahrzeug (Anstieg = –0,008) gegenüber dem Kontrollfahrzeug (Anstieg = –0,0013) viel niedriger. Dies ist ein weiterer Beweis dafür, dass sich das Motoröl bei bekannten PCV-Systemen viel schneller verschlechtert, wobei diese somit und dementsprechend im Vergleich zu Fahrzeugen, die mit einem wie hier geschaffenen System ausgestattet sind, häufigere Ölwechsel erfordern.
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8 zeigt einen graphischen Vergleich des Kraftstoffgehalts in den Kurbelgehäuseölen des Kontrollfahrzeugs gegenüber dem Testfahrzeug. Der Kraftstoffgehalt der Kurbelgehäuseöle wurde dadurch bestimmt, dass eine Probe des Öls auf 120°C erwärmt wurde, um jene Komponenten, die in dem Öl in dem Benzinbereich vorhanden sind, im Wesentlichen vollständig herauszudestillieren, wobei die Gewichtsdifferenz vor und nach der Destillation auf Massenbasis relativ zum Gesamtanfangsgewicht des abgetasteten Öls aufgezeichnet wird. Es ist zu sehen, dass der Kraftstoffgehalt für das Testfahrzeug um 20% niedriger als der des Kontrollfahrzeugs ist. Motoröl, das mit unverbranntem Kraftstoff verdünnt ist, weist eine stark verringerte Viskosität und somit Schmierfähigkeit auf, die sich in erhöhtem Verschleiß der inneren Motorkomponenten ausdrückt.
