-
GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft Ventilationssysteme von Motorkurbelgehäusen.
-
HINTERGRUND
-
Dieser Abschnitt liefert auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation, die nicht notwendigerweise Stand der Technik darstellt.
-
Verbrennungsmotoren können ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern verbrennen und dadurch ein Antriebsdrehmoment erzeugen. Ein Teil der Verbrennungsgase (ein Leckgas) kann an den Kolben vorbei aus der Verbrennungskammer entweichen und in das Kurbelgehäuse des Motors eintreten. Kurbelgehäuse-Ventilationssysteme können in Motoren eingebunden sein, um die Auswirkungen von Leckgasen in dem Kurbelgehäuse abzuschwächen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Eine Motorbaugruppe kann eine Motorstruktur, eine Lufteinlassbaugruppe und eine Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe umfassen. Die Motorstruktur kann eine Zylinderbohrung, eine Einlassöffnung in Verbindung mit der Zylinderbohrung und ein Kurbelgehäuse definieren. Die Lufteinlassbaugruppe kann mit der Einlassöffnung in Verbindung stehen.
-
Die Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe kann ein Gehäuse und ein Leitblech umfassen, das in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse kann einen Einlass in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse, einen Auslass in Verbindung mit der Lufteinlassbaugruppe und einen Luftströmungspfad entlang einer Länge (L) definieren, die von dem Einlass bis zu dem Auslass definiert ist. Eine Resonanzfrequenz des Gehäuses für eine stehende Welle ist definiert durch:
f = c / 4L; wobei c die Schallgeschwindigkeit ist. Das Leitblech kann in dem Gehäuse an einer Position in dem Strömungspfad zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet sein. Das Leitblech kann Öffnungen definieren, die sich durch das Leitblech erstrecken und jeweils einen effektiven Durchmesser (D
1) definieren. Ein äußerer Umfangsbereich des Leitblechs kann von dem Gehäuse beabstandet sein, und der Abstand zwischen dem äußeren Umfangsbereich des Leitblechs und dem Gehäuse kann eine Strömungsfläche (A) definieren. Der äußere Umfangsbereich des Leitblechs und das Gehäuse können einen Umfang (P) definieren, der die Strömungsfläche (A) umgibt. Die Strömungsfläche (A) und der Umfang (P) definieren einen Hydraulikdurchmesser (D
2):
D2 = 4A / P; und die Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe definiert eine erste und eine zweite charakteristische Strömungsrate (Q
1, Q
2):
wobei die erste und die charakteristische Strömungsrate voneinander versetzt sind.
-
Bei einer alternativen Anordnung können die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate gleich oder voneinander versetzt sein, und sie können größer als eine maximale Leckgasströmungsrate der Motorbaugruppe sein.
-
Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung offensichtlich werden. Die Beschreibung und die speziellen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Darstellungszwecken gedacht und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer Motorbaugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung;
-
2 ist eine Perspektivansicht einer Ventilabdeckung der Motorbaugruppe von 1;
-
3 ist eine Perspektivansicht einer Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe aus der Motorbaugruppe von 1; und
-
4 ist eine fragmentarische Schnittansicht der Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe, die in 1 gezeigt ist.
-
Entsprechende Bezugszeichen geben überall in den verschiedenen Zeichnungsansichten entsprechende Teile an.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen nicht einschränken.
-
Beispielhafte Ausführungsformen sind vorgesehen, sodass diese Offenbarung sorgfältig sein wird und Fachleuten den Umfang vollständig übermitteln wird. Es werden zahlreiche spezielle Details dargelegt, wie etwa Beispiele spezieller Komponenten, Einrichtungen und Verfahren, um für ein genaues Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu sorgen. Fachleute werden einsehen, dass spezielle Details nicht verwendet werden müssen, dass die beispielhaften Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden können und dass keine von diesen derart ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen werden wohlbekannte Prozesse, wohlbekannte Einrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
-
Wenn ein Element oder eine Lage als ”auf”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Lage bezeichnet wird, kann sich dieses bzw. diese direkt auf dem anderen Element oder der anderen Lage befinden, mit dem anderen Element oder der anderen Lage in Eingriff stehen, verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischen liegende Elemente oder Lagen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegensatz dazu als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Lage bezeichnet wird, können keine dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Formulierungen, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, usw.). Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” eine beliebige oder alle Kombinationen eines oder mehrerer der dazugehörigen aufgelisteten Gegenstande.
-
Obwohl die Ausdrücke erster, zweiter, dritter, usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Lagen und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Lagen und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt sein. Diese Ausdrücke können lediglich verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Lage oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Lage oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Ausdrücke wie beispielsweise ”erster”, ”zweiter” und andere numerische Ausdrücke implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, wenn sie hierin verwendet werden, wenn dies nicht klar durch den Zusammenhang angegeben wird. Daher könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Lage oder ein erster Abschnitt, die nachstehend diskutiert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Lage oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
-
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Motorbaugruppe 10 eine Motorstruktur 12, eine Ventiltriebbaugruppe 14, Kolben 16, eine Kurbelwelle 18, Pleuelstangen 20, welche die Kolben 16 mit der Kurbelwelle 18 koppeln, eine Lufteinlassbaugruppe 22 und eine Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe 24 umfassen. Die Motorstruktur 12 kann einen Motorblock 26, der Zylinderbohrungen 28 definiert, eine Ölwanne 30, die mit dem Motorblock 26 gekoppelt ist, einen Zylinderkopf 32, der mit dem Motorblock 26 gekoppelt ist, und eine Zylinderkopfabdeckung 34 umfassen, die mit dem Zylinderkopf 32 gekoppelt ist. Der Zylinderkopf 32 kann eine Einlass- und eine Auslassöffnung 36, 38 definieren. Es versteht sich, dass die vorliegenden Lehren für eine beliebige Anzahl von Kolben-Zylinderanordnungen und eine Vielzahl von Hubkolben-Motorkonfigurationen gelten, die V-Motoren, Reihenmotoren und horizontal entgegengesetzte Motoren umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es versteht sich auch, dass die vorliegende Offenbarung auf alle Typen von Motor-Ventilationsanordnungen anwendbar ist, die Kurbelgehäuse-Ventilationssysteme mit Überdruck und geschlossene Kurbelgehäuse-Ventilationssysteme und auch sowohl Benzin- als auch Dieselmotoren umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein.
-
Die Motorstruktur 12 kann ein Kurbelgehäuse 40 in Verbindung mit einer Frischluftquelle (A) definieren. Das Kurbelgehäuse 40 kann mit einem Gehäuse 42, das durch den Zylinderkopf 32, die Zylinderkopfabdeckung 34 und eine Trennplatte 44 definiert ist, mittels Durchgängen (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, die durch den Zylinderkopf 32 definiert werden. Die Ventiltriebbaugruppe 14 kann Einlass- und Auslassventile 46, 48, Einlass- und Auslassnockenwellen 50, 52, Einlass-Ventilhubmechanismen 54, die mit den Einlassventilen 46 und den Einlassnockenwellen 50 in Eingriff stehen, und Auslass-Ventilhubmechanismen 56 umfassen, die mit den Auslassventilen 48 und den Auslassnockenwellen 52 in Eingriff stehen.
-
Die Lufteinlassbaugruppe 22 steht mit den Einlassöffnungen 36 in Verbindung, und sie kann eine Lufteinleitungsbaugruppe 58, ein Drosselventil 60 und einen Einlasskrümmer 62 umfassen. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 und 3 kann die Kurbelgehäuse-Ventilationsbaugruppe 24 mit dem Kurbelgehäuse 40 und der Lufteinlassbaugruppe 22 in Verbindung stehen, und sie kann die Trennplatte 44, eine Abluftleitung 66 und eine Strömungssteuereinrichtung 68 umfassen. Die Abluftleitung 66 kann mit dem Kurbelgehäuse 40 und der Lufteinlassbaugruppe 22 an einem Ort stromabwärts des Drosselventils 60 in Verbindung stehen, um Leckgase aus dem Kurbelgehäuse 40 zu entfernen. Die Strömungssteuereinrichtung 68 kann ein Ventil, eine Öffnung und/oder eine Düse umfassen, um die Strömung von dem Gehäuse 42 zu der Lufteinlassbaugruppe 22 zu steuern.
-
Die Trennplatte 44 kann Lufteinlässe 70 in das Gehäuse 42 hinein definieren, wodurch eine Verbindung zwischen den Leckgasen aus dem Kurbelgehäuse 40 und dem Gehäuse 42 geschaffen wird. Die Zylinderkopfabdeckung 34 kann einen Auslass 72 für das Gehäuse 42 definieren, und sie kann mit der Abluftleitung 66 in Verbindung stehen. Die Strömungsrate über die Strömungssteuereinrichtung 68 kann im Allgemeinen durch einen Druck in der Lufteinlassbaugruppe 22 unterhalb des atmosphärischen Drucks definiert werden, was zu einem Druckabfall über die Strömungssteuereinrichtung 68 führt. Die Strömungsrate über die Strömungssteuereinrichtung 68 kann eine stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sein, und sie kann im Allgemeinen über einen breiten Bereich von Druckwerten in der Lufteinlassbaugruppe 22 konstant sein.
-
Eine Frequenz (fs) einer stehenden Welle für das Gehäuse 42 kann definiert werden durch: fs = c / 4L wobei (c) die Schallgeschwindigkeit in Luft ist und (L) die Länge des Gehäuses 42 von den am weitesten entfernten Einlässen 70 bis zu dem Auslass 72 ist. Eine Wirbelablösungsfrequenz (fv), bei der eine Wirbelablösung in dem Gehäuse 42 stattfindet, kann definiert werden durch: fv = VSt / D wobei (V) die Strömungsgeschwindigkeit ist, St die Strouhal-Zahl ist (wobei ein Wert für ein glattes Rohr von 0,2 in dem vorliegenden Beispiel verwendet wird) und (D) ein effektiver Durchmesser ist. Die Leitbleche 64 und das Gehäuse 42 können derart angeordnet sein, dass die Frequenz (fs) der stehenden Welle und die Wirbelablösungsfrequenz (fv) nicht miteinander zusammenfallen.
-
Während des Betriebs der Motorbaugruppe 10 kann ein Leckgas (Nebenprodukte der Verbrennung) an dem Kolben vorbei und in das Kurbelgehäuse entweichen. Die Leitbleche 64 können jeweils Öffnungen 74 und einen Abstand zwischen einem Außenumfang 76 der Leitbleche 64 und dem Gehäuse 42 definieren. Ein oberer Bereich 78 jedes Leitblechs 64 kann gekrümmt sein und sich in einer Strömungsrichtung des Gases in dem Gehäuse 42 erstrecken. Gemäß dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel kann sich der obere Bereich 78 unter einem Winkel von zumindest sechzig Grad relativ zu dem Hauptkörper 80 des Leitblechs 64 erstrecken.
-
In 4 ist der Einfachheit halber ein Leitblech 64 dargestellt. Es versteht sich, dass die Anordnung aus dem Leitblech 64 und dem Gehäuse 42, die nachstehend diskutiert wird, bei bestimmten Anordnungen auf jedes der Leitbleche 64 angewendet werden kann. Die Öffnungen 74 können jeweils einen effektiven Durchmesser (D1) definieren, und der Abstand zwischen dem Außenumfang 76 des Leitblechs 64 und dem Gehäuse 42 kann einen Hydraulikdurchmesser (D2) definieren. Der Hydraulikdurchmesser (D2) kann definiert werden durch: D2 = 4A / P wobei (A) die Strömungsfläche ist, die zwischen dem Außendurchmesser 76 des Leitblechs 64 und dem Gehäuse 42 definiert ist, und (P) der Umfang ist, der die Strömungsfläche (A) umgibt und durch den Außenumfang 76 des Leitblechs 64 und das Gehäuse 42 definiert ist.
-
Die Öffnungen
74 und der Abstand zwischen dem Außenumfang
76 der Leitbleche
64 und dem Gehäuse
42 können anhand einer ersten und einer zweiten charakteristischen Strömungsrate (Q
1, Q
2) definiert werden. Die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q
1, Q
2) sollen keine tatsächlichen Strömungsraten während des Motorbetriebs repräsentieren, sondern sie werden stattdessen zu Zwecken des Vergleichs relativ zu Leckgas-Strömungsraten und der stationären Strömungsrate durch den Auslass
72 des Gehäuses
42 und zu den Zwecken verwendet, die Öffnungen
74 und den Abstand zwischen dem Außenumfang
76 der Leitbleche
64 und dem Gehäuse
42 relativ zueinander zu definieren. Die erste charakteristische Strömungsrate (Q
1) kann den Öffnungen
74 in den Leitblechen
64 zugeordnet werden, und sie kann definiert werden als:
und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q
2) kann dem Abstand zwischen dem Außenumfang
76 der Leitbleche
64 und dem Gehäuse
42 zugeordnet werden, und sie kann definiert werden als:
wobei die Frequenz (f) gleich der Frequenz (f
s) der stehenden Welle ist.
-
Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel können die Öffnungen 74 und der Abstand zwischen dem Außenumfang 76 der Leitbleche 64 und dem Gehäuse 42 derart angeordnet sein, dass die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) voneinander versetzt sind. Die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) können voneinander um zumindest zwanzig Prozent versetzt sein. Die erste oder die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) kann unterhalb einer maximalen Leckgasströmungsrate der Motorbaugruppe 10 liegen, und sie kann spezieller um zumindest zehn Prozent unterhalb der maximalen Leckgasströmungsrate liegen. Die andere von der ersten und der zweiten charakteristischen Strömungsrate (Q1, Q2) kann oberhalb der maximalen Leckgasströmungsrate der Motorbaugruppe 10 liegen, und sie kann spezieller um zumindest zehn Prozent oberhalb der maximalen Leckgasströmungsrate liegen. Die erste und/oder die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) können während des Motorbetriebs größer als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sein.
-
Bei einer Anordnung des ersten nicht einschränkenden Beispiels ist die zweite charakteristische Strömungsrate (Q2) größer als die erste charakteristische Strömungsrate (Q1) und um zumindest zehn Prozent größer als die maximale Leckgasströmungsrate. Spezieller kann die zweite Anordnung umfassen, dass die zweite charakteristische Strömungsrate (Q2) um zumindest fünfzig Prozent größer als die erste charakteristische Strömungsrate (Q1) ist. Die erste charakteristische Strömungsrate (Q1) kann um zumindest zehn Prozent kleiner als die maximale Leckgasströmungsrate sein. Die zweite charakteristische Strömungsrate (Q2) kann während des Motorbetriebs um zumindest zehn Prozent größer als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sein, und die erste charakteristische Strömungsrate (Q1) kann während des Motorbetriebs um zumindest zehn Prozent kleiner als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sein.
-
Bei einer zweiten Anordnung des ersten nicht einschränkenden Beispiels ist die erste charakteristische Strömungsrate (Q1) größer als die charakteristische Strömungsrate (Q2) und um zumindest zehn Prozent größer als die maximale Leckgasströmungsrate. Die zweite Anordnung kann umfassen, dass die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) während des Motorbetriebs jeweils größer als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sind und dass sie spezieller während des Motorbetriebs jeweils um zumindest zehn Prozent größer als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sind.
-
Gemäß einem zweiten nicht einschränkenden Beispiel können die Öffnungen 74 und der Abstand zwischen dem Außenumfang 76 der Leitbleche 64 und dem Gehäuse 42 derart angeordnet sein, dass die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) gleich sind oder voneinander versetzt sind. Das zweite nicht einschränkende Beispiel umfasst jedoch, dass sowohl die erste als auch die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) während des Motorbetriebs größer als die maximale Leckgasströmungsrate sind. Die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) können während des Motorbetriebs jeweils um zumindest zehn Prozent größer als die maximale Leckgasströmungsrate und um zumindest zehn Prozent größer als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sein. Gemäß dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel können die erste und die zweite charakteristische Strömungsrate (Q1, Q2) während des Motorbetriebs jeweils um zumindest dreißig Prozent größer als die maximale Leckgasströmungsrate und um zumindest dreißig Prozent größer als die stationäre Strömungsrate durch den Auslass 72 des Gehäuses 42 sein.