DE102014102101A1

DE102014102101A1 - Kurbelgehäuse- Entlüftungssystem

Info

Publication number: DE102014102101A1
Application number: DE102014102101.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Spix; Ronald J. Pierik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: DE102014102101B4; US8955500B2; US20140246002A1; CN104018911A

Abstract

Ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor (VM) umfasst ein Motorkurbelgehäuse, einen in stromabwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordneten Ansaugkrümmer, ein in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordnetes Luftansaugsystem und eine Unterdruckpumpe, die in Gasströmungsverbindung zwischen dem Luftansaugsystem und dem Motorkurbelgehäuse angeordnet ist. Ein Betrieb der Unterdruckpumpe erleichtert eine Luftströmung vom Luftansaugsystem zum Motorkurbelgehäuse und vom Motorkurbelgehäuse zum Ansaugkrümmer.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren und konkreter auf ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor.
HINTERGRUND
Blowby-Gase aus einer Verbrennung neigen dazu, an Kolbenringen des Motors vorbei auszutreten und sich ihren Weg in das Kurbelgehäuse des Motors zu bahnen. Eine Kurbelgehäuseentlüftung (PCV) ist verbunden mit einem Rückführen dieser Blowby-Gase durch ein Ventil, PCV-Ventil genannt, zum Ansaugkrümmer, wo sie in die Zylinder für eine weitere Möglichkeit zur Verbrennung zurückgepumpt werden. Wenn ein Motor im Leerlauf arbeitet, ist der Luftdruck im Ansaugkrümmer geringer als der Luftdruck im Kurbelgehäuse, und es ist dieser geringere Druck, der die Blowby-Gase durch das PCV-Ventil und in den Ansaugkrümmer zieht. Wenn die Motorlast zunimmt, nimmt der Luftdruck am Ansaugkrümmer zu, und es findet ein geringeres Ansaugen statt, was die Menge an Blowby-Gasen, die zu den Zylindern zurückgeführt werden, reduziert.
In hocheffizienten und hochbelasteten Verbrennungsmotoren, die dafür entworfen sind, mit reduzierten Pumpverlusten zu arbeiten, kann der Ansaugkrümmerdruck sehr nahe am Atmosphärendruck liegen, was einen im Wesentlichen reduzierten Ansaugunterdruck zur Folge hat, der für einen effizienten Betrieb eines herkömmlichen PCV-Systems zu niedrig ist.
Demgemäß ist es wünschenswert, ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem zu schaffen, um Blowby-Gase aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors abzuführen bzw. zu entlüften, der dafür entworfen ist, mit dem im Wesentlichen reduziertem Ansaugunterdruck zu arbeiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor (VM) ein Motorkurbelgehäuse, einen in stromabwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordneten Ansaugkrümmer, ein in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordnetes Luftansaugsystem und eine Unterdruckpumpe, die in einer Gasströmungsverbindung zwischen dem Luftansaugsystem und dem Motorkurbelgehäuse angeordnet ist. Ein Betrieb der Unterdruckpumpe erleichtert eine Luftströmung vom Luftansaugsystem zum Motorkurbelgehäuse und vom Motorkurbelgehäuse zum Ansaugkrümmer.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung enthält ein Fahrzeug ein Fahrgestell und einen vom Fahrgestell getragenen Verbrennungsmotor (VM). Der VM umfasst ein Motorkurbelgehäuse, einen in stromabwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordneten Ansaugkrümmer, ein in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordnetes Luftansaugsystem und eine Unterdruckpumpe, die in einer Gasströmungsverbindung zwischen dem Luftansaugsystem und dem Motorkurbelgehäuse angeordnet ist. Ein Betrieb der Unterdruckpumpe erleichtert eine Luftströmung vom Luftansaugsystem zum Motorkurbelgehäuse und vom Motorkurbelgehäuse zum Ansaugkrümmer.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ohne Weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug nimmt auf die Zeichnungen, in welchen:
1 in Form eines Blockdiagramms ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
2 eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeugs mit dem Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken. Es sollte sich verstehen, dass in den ganzen Zeichnungen entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale anzeigen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und mit Verweis auf 1 umfasst ein Verbrennungsmotor (VM) 100 ein Motorkurbelgehäuse 102, eine Verbrennungskammer 104, einen Ansaugkrümmer 106, ein Luftansaugsystem 108 und eine Unterdruckpumpe 110. Die Verbrennungskammer 104 enthält typischerweise Zylinder, Kolben, und Einlass- und Auslassventile, auf welche hierin zusammenfassend durch Bezugsziffer 105 verwiesen wird. Das Luftansaugsystem 108 ist über einen Gasströmungsdurchgang 200 in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Ansaugkrümmer 106 angeordnet, und der Ansaugkrümmer 106 ist über einen Gasströmungsdurchgang 202 in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit der Verbrennungskammer 104 angeordnet, welcher in Kombination dazu dient, Luft für eine Verbrennung zu liefern. Das Luftansaugsystem 108 ist auch über einen Gasströmungsdurchgang 204 in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit der Unterdruckpumpe 110 angeordnet, und die Unterdruckpumpe 110 ist über einen Gasströmungsdurchgang 206 in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse 102 angeordnet. Der Ansaugkrümmer 106 ist ebenfalls in stromabwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse 102 über einen Gasströmungsdurchgang 208 angeordnet, der in einer Ausführungsform Durchgänge durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskammer 104 und durch einen Zylinderkopfdeckel 112 einschließt.
Luft für eine Verbrennung gelangt von dem Luftansaugsystem 108 über den Ansaugkrümmer 106 und Gasstromdurchgänge 200 und 202 zur Verbrennungskammer 104. Der Gasströmungsdurchgang 208 ermöglicht, dass Blowby-Gase vom Motorkurbelgehäuse 102 zum Ansaugkrümmer 106 gelangen, falls der interne Gasdruck in dem Motorkurbelgehäuse 102 größer als der interne Gasdruck im Ansaugkrümmer 106 ist. Die Unterdruckpumpe 110 dient dazu, eine Strömung an frischer Luft zum Motorkurbelgehäuse 102 zu liefern und den internen Gasdruck im Motorkurbelgehäuse 102 anzuheben, falls der Ansaugkrümmer 106 keinen ausreichenden Unterdruck erzeugt, um die Blowby-Gase aus dem Motorkurbelgehäuse 102 über den Gasströmungsdurchgang 208 zu ziehen. In einer Ausführungsform ist die Unterdruckpumpe 110 dafür eingerichtet, den internen Gasdruck im Motorkurbelgehäuse 102 um bis zu 2–3 kPa (Kilopascal) über Atmosphärendruck anzuheben.
In einer Ausführungsform enthält das Luftansaugsystem 108 einen Luftfilter 114. Der Luftfilter 114 ist angeordnet und dafür eingerichtet, um frische Umgebungsluft 118 zu empfangen und zu filtern. In einer Ausführungsform kann ein Luftmengenmesser bzw. -massensensor (MAF) 116 angeordnet und dafür eingerichtet sein, um einen Luftmengendurchsatz stromabwärts des Luftansaugsystems 108 zu messen.
In einer Ausführungsform ist ein Ventil 120 zur Kurbelgehäuseentlüftung (PCV) im Gasströmungsdurchgang 208 in Gasströmungsverbindung zwischen dem Motorkurbelgehäuse 102 und dem Ansaugkrümmer 106 angeordnet. Das PCV-Ventil 120 ist dafür eingerichtet, eine Gasströmung vom Motorkurbelgehäuse 102 zum Ansaugkrümmer 106 zu regulieren.
Ein Abgaskrümmer 122 dient dazu, Rauchgase bzw. Gase nach einer Verbrennung aus der Verbrennungskammer 104 ausströmen zu lassen.
In einer Ausführungsform kann eine Strömungssteuervorrichtung 124 in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit der Unterdruckpumpe 110 und stromabwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Luftansaugsystem 108 angeordnet sein. Die Strömungssteuervorrichtung 124 ist dafür eingerichtet, einen Luftmengendurchsatz von der Unterdruckpumpe 110 in das Motorkurbelgehäuse 102 auf einen Schwellenwert zu begrenzen, der in einer Ausführungsform 15–30 Liter pro Minute beträgt. In einer Ausführungsform kann die Strömungssteuervorrichtung 124 eine geeignet bemessene Drosselklappe bzw. Öffnung, ein PCV-Ventil, eine PCV-Düse oder irgendeine andere, für einen hierin dargelegten Zweck geeignete Stromsteuereinrichtung sein, welche innerhalb des Gasströmungsdurchgangs 204 oder an irgendeiner anderen zweckmäßigen, für einen hierin offenbarten Zweck geeigneten Stelle angeordnet sein kann.
In einer Ausführungsform ist die Unterdruckpumpe 110 angeordnet und dafür eingerichtet, kontinuierlich zu laufen, wenn der VM 100 kontinuierlich läuft, das heißt, wenn die Kolben der Verbrennungskammer 104 kontinuierlich arbeiten. In einer Ausführungsform wird dieser kontinuierliche Betrieb über eine Nockenwelle 126 des VM 100 erreicht. In einer in der Technik bekannten Art und Weise betätigt die Nockenwelle 126 die Eintritts-/Austrittsventile der Verbrennungskammer 104 in funktionsmäßiger Synchronisierung mit einer Kurbelwelle des VM 100, die die Kolben der Verbrennungskammer 104 betätigt. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält jedoch die Nockenwelle 126 einen zusätzlichen Nockenbuckel 128, und die Unterdruckpumpe 110 ist in funktionaler Verbindung mit diesem zusätzlichen Nockenbuckel 128 so angeordnet, dass ein kontinuierlicher Betrieb der Nockenwelle 126 einen kontinuierlichen Betrieb der Unterdruckpumpe 110 ermöglicht. In einer alternativen Ausführungsform kann die Unterdruckpumpe 110 kontinuierlich oder selektiv über einen elektrisch betriebenen Motor 130 betätigt werden, der elektrische Leistung vom elektrischen System des Fahrzeugs, in welchem der VM 100 angeordnet ist, empfängt.
In einer Ausführungsform ist ein Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker (VABB) 150 in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit der Unterdruckpumpe 110 angeordnet. Die Unterdruckpumpe 110 ist dafür eingerichtet, Luft bei Bedarf vom VABB 150 abzuführen, wie zum Beispiel wenn ein Betrieb von Servobremsen 152 einen funktionalen Unterdruck darin vermindert. Ein Rückschlagventil 154 ist in der Unterdruckleitung 210 zwischen dem VABB 150 und der Unterdruckpumpe 110 angeordnet, um eine Rückströmung und einen Verlust von Unterdruck in dem VABB 150 zu verhindern. Ein solenoidgetriebenes Ventil 156 ist in Gasströmungsverbindung zwischen der Unterdruckpumpe 110 und dem Luftansaugsystem 108 und in Gasströmungsverbindung zwischen dem VABB 150 und dem Luftansaugsystem 108 angeordnet.
Ein Abfühlen von Druck im VABB 150 ermöglicht ein rechtzeitiges Öffnen des solenoidgetriebenen Ventils 156, um eine Luftströmung vom Luftansaugsystem 108 durch die Unterdruckpumpe 110 zum Motorkurbelgehäuse 102 zu liefern, wenn der VABB 150 einen funktionalen Unterdruck oberhalb eines ersten Schwellenwertes aufweist. Dieses Abfühlen kann auf verschiedene Weisen bewerkstelligt werden.
In einer Ausführungsform ist ein Druckschalter 158 in funktionaler Verbindung mit dem VABB 150 und dem solenoidgetriebenen Ventil 156 angeordnet. Der Druckschalter 158 ist dafür eingerichtet, einzuschalten, um die funktionale Spannung an das solenoidgetriebene Ventil 156 zu liefern, wenn der VABB 150 einen betriebsbereiten Unterdruck oberhalb des ersten Schwellenwertes aufweist, und abzuschalten, um eine funktionale Spannung vom solenoidgetriebenen Ventil 156 zu trennen, wenn der VABB 150 einen Unterdruck unterhalb eines zweiten Schwellenwertes aufweist. Der erste und zweite Schwellenwert können der gleiche Wert oder können verschiedene Werte sein. Wenn das solenoidgetriebene Ventil 156 an ist und die Unterdruckpumpe 110 läuft, gelangt eine Luftströmung vom Luftansaugsystem 108 durch das solenoidgetriebene Ventil 156, durch die Unterdruckpumpe 110 und in das Motorkurbelgehäuse 102. Obgleich nicht konkret veranschaulicht, sieht man ein, dass die oben beschriebene Betriebsspannung von dem elektrischen System des Fahrzeugs, in welchem der VM 100 angeordnet ist, geliefert werden.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Drucksensor 160 in Signalverbindung mit dem VABB 150 und einem elektronischen Steuerungsmodul (ECM) 162 des Fahrzeugs, in welchem der VM 100 angeordnet, angeordnet. Das ECM 162 ist in funktionaler Verbindung mit dem solenoidgetriebenen Ventil 156 angeordnet. Das ECM ist über einen programmierten Mikroprozessor 164 dafür eingerichtet, das solenoidgetriebene Ventil 156 einzuschalten, wenn der Drucksensor 160 ein Signal liefert, das anzeigt, dass der VABB 150 einen funktionalen Unterdruck oberhalb des ersten Schwellenwertes aufweist, und das solenoidgetriebene Ventil 156 abzuschalten, wenn der Drucksensor 160 ein Signal liefert, das anzeigt, dass der VABB 150 einen Unterdruck unterhalb des zweiten Schwellenwertes aufweist. Wie oben diskutiert wurde, gelangt, wenn das solenoidgetriebene Ventil 156 an ist und die Unterdruckpumpe 110 läuft, eine Luftströmung von dem Luftansaugsystem 108, durch das solenoidgetriebene Ventil 156, durch die Unterdruckpumpe 110 und in das Motorkurbelgehäuse 102.
In noch einer anderen Ausführungsform können sowohl der Druckschalter 158 als auch der Drucksensor 160 verwendet werden, um dadurch ein robustes PCV-System mit einer Entwurfsredundanz zu schaffen.
Mit Blick auf das Vorhergehende und mit Verweis auf 2 wird man einsehen, dass der VM 100 mit einem Kupplungsgehäuse 102, das in der oben beschriebenen Weise entlüftet wird, auf einem Fahrgestell 302 eines Fahrzeugs 300 angeordnet sein kann, welches ein beliebiges Fahrzeug wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, ein Auto, ein Geländewagen, ein Lastwagen, ein Bus oder ein Nutzfahrzeug sein kann, das funktionsmäßig dafür angepasst ist, von einem entlüfteten VM 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angetrieben zu werden.
Obgleich die Erfindung mit Verweis auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, und Äquivalente für Elemente davon substituiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten besonderen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung schließt alle Ausführungsformen ein, die in den Umfang der Anmeldung fallen.

Claims

Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor (VM), wobei das System umfasst: ein Motorkurbelgehäuse; einen Ansaugkrümmer, der in stromabwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordnet ist; ein Luftansaugsystem, das in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit dem Motorkurbelgehäuse angeordnet ist; und eine Unterdruckpumpe, die in einer Gasströmungsverbindung zwischen dem Luftansaugsystem und dem Motorkurbelgehäuse angeordnet ist; wobei ein Betrieb der Unterdruckpumpe eine Luftströmung von dem Luftansaugsystem zum Motorkurbelgehäuse und vom Motorkurbelgehäuse zum Ansaugkrümmer erleichtert.
System nach Anspruch 1, wobei die Unterdruckpumpe angeordnet und dafür eingerichtet ist, kontinuierlich zu laufen, wenn der VM kontinuierlich läuft.
System nach Anspruch 1, wobei der VM eine Nockenwelle aufweist, und wobei ferner: die Unterdruckpumpe in funktionaler Verbindung mit der Nockenwelle so angeordnet ist, dass ein kontinuierlicher Betrieb der Nockenwelle einen kontinuierlichen Betrieb der Unterdruckpumpe ermöglicht.
System nach Anspruch 1, ferner mit: einer Strömungssteuervorrichtung, die stromaufwärts der Unterdruckpumpe angeordnet und dafür eingerichtet ist, einen Luftmengendurchsatz in das Motorkurbelgehäuse auf einen Schwellenwert zu begrenzen.
System nach Anspruch 1, ferner mit: einem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker, der in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit der Unterdruckpumpe angeordnet ist, wobei die Unterdruckpumpe dafür eingerichtet ist, Luft aus dem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker bei Bedarf abzuführen; einem solenoidgetriebenen Ventil, das in Gasströmungsverbindung zwischen die Unterdruckpumpe und das Luftansaugsystem und in Gasströmungsverbindung zwischen dem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker und das Luftansaugsystem angeordnet ist; einem Druckschalter, der in funktionaler Verbindung mit dem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker angeordnet ist, wobei der Druckschalter dafür eingerichtet ist, einzuschalten, um eine funktionale Spannung an das solenoidgetriebene Ventil zu liefern, wenn der Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker einen funktionalen Unterdruck oberhalb eines ersten Schwellenwertes aufweist, und abzuschalten, um eine funktionale Spannung vom solenoidgetriebenen Ventil zu trennen, wenn der Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker einen Unterdruck unterhalb eines zweiten Schwellenwertes aufweist; wobei eine Luftströmung vom Luftansaugsystem durch das solenoidgetriebene Ventil, durch die Unterdruckpumpe und in das Motorkurbelgehäuse gelangt, wenn das solenoidgetriebene Ventil an ist und die Unterdruckpumpe läuft.
System nach Anspruch 5, ferner mit: einer Strömungssteuervorrichtung, die zwischen der Unterdruckpumpe und dem Luftansaugsystem angeordnet ist, wobei die Strömungssteuervorrichtung dafür eingerichtet ist, einen Luftmengendurchsatz in das Motorkurbelgehäuse auf einen Schwellenwert zu begrenzen.
System nach Anspruch 1, ferner mit: einem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker, der in stromaufwärtiger Gasströmungsverbindung mit der Unterdruckpumpe angeordnet ist, wobei die Unterdruckpumpe dafür eingerichtet ist, Luft aus dem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker bei Bedarf abzuführen; einem solenoidgetriebenen Ventil, das in Gasströmungsverbindung zwischen der Unterdruckpumpe und dem Luftansaugsystem und in Gasströmungsverbindung zwischen dem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker und dem Luftansaugsystem angeordnet ist; einem Drucksensor, der in Signalverbindung mit dem Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker angeordnet ist; und einem elektronischen Steuerungsmodul (ECM), das in funktionaler Verbindung mit dem Drucksensor und dem solenoidgetriebenen Ventil angeordnet ist, wobei das ECM dafür eingerichtet ist, das solenoidgetriebene Ventil einzuschalten, wenn der Drucksensor ein Signal liefert, das anzeigt, dass der Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker einen funktionalen Unterdruck oberhalb eines ersten Schwellenwertes aufweist, und das solenoidgetriebene Ventil abzuschalten, wenn der Drucksensor ein Signal liefert, das anzeigt, dass der Unterdruck-Hilfsbremskraftverstärker einen Unterdruck unterhalb eines zweiten Schwellenwertes aufweist; wobei eine Luftströmung vom Luftansaugsystem durch das solenoidgetriebene Ventil, durch die Unterdruckpumpe und in das Motorkurbelgehäuse gelangt, wenn das solenoidgetriebene Ventil an ist und die Unterdruckpumpe läuft.
System nach Anspruch 7, ferner mit: einer Strömungssteuervorrichtung, die zwischen der Unterdruckpumpe und dem Luftansaugsystem angeordnet ist, wobei die Strömungssteuervorrichtung dafür eingerichtet ist, einen Luftmassendurchsatz in das Motorkurbelgehäuse auf einen Schwellenwert zu begrenzen.
System nach Anspruch 1, ferner mit: einem Ventil zur Kurbelgehäuseentlüftung (PCV), das in Gasströmungsverbindung zwischen dem Motorkurbelgehäuse und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist; wobei das PCV-Ventil eine regulierte Gasströmung vom Motorkurbelgehäuse zum Ansaugkrümmer gestattet, wenn das Motorkurbelgehäuse einen höheren Messdruck in Bezug auf den Ansaugkrümmer aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei die Unterdruckpumpe angeordnet und dafür eingerichtet ist, kontinuierlich oder selektiv über einen elektrisch betriebenen Motor betätigt zu werden.