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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystem mit einem Luft/Öl-Abscheider, der ausgelegt ist, um Öl aus Blowby-Gasen des Motors zu extrahieren.
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HINTERGRUND
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Während eines Motorbetriebs kann Verbrennungsgas zwischen dem Zylinder und den entsprechenden Kolbenringen und in das Motorkurbelgehäuse lecken. Das ausgetretene Verbrennungsgas wird als Blowby-Gas bezeichnet und umfasst typischerweise Ansaugluft, unverbrannten Kraftstoff, Abgas, Ölnebel und Wasserdampf. In dem Unterfangen, das Kurbelgehäuse zu entlüften und das Blowby-Gas zurück zu der Einlassseite des Motors zu leiten, kann ein Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystem (PVC) verwendet werden.
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Aus der
DE 11 2009 001 117 T5 sind eine Motorbaugruppe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 bekannt.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Motorbaugruppe und ein Verfahren zu schaffen, bei denen das Leistungsvemögen eines Luft/Öl-Abscheiders auch nach einem längeren Abschalten der Motorbaugruppe aufrechterhalten wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird durch eine Motorbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Eine Motorbaugruppe umfasst einen Motor und eine Einlassbaugruppe. Der Motor bildet einen Brennraum und ein Kurbelgehäuse aus, und die Einlassbaugruppe umfasst einen Ansaugkrümmer, der mit dem Brennraum in Fluidverbindung steht. Mit dem Motor kann ein Luft/Öl-Abscheider vorgesehen sein, der ein Abscheidervolumen, einen Einlass und einen Auslass ausbilden kann, wobei sowohl der Einlass als auch der Auslass mit dem Abscheidervolumen in Fluidverbindung stehen.
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Der Einlass des Luft/Öl-Abscheiders kann in Fluidverbindung mit dem Kurbelgehäuse vorgesehen werden, und der Auslass des Luft/Öl-Abscheiders kann in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer vorgesehen werden. Analog kann der Luft/Öl-Abscheider weiterhin einen Ablauf umfassen, der ausgelegt sein kann, um abgeschiedenes Öl zu dem Kurbelgehäuse zurückkehren zu lassen. In einer Konfiguration kann der Ablauf die Schwerkraft nutzen.
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Der Luft/Öl-Abscheider umfasst eine Innenfläche, die an dem Abscheidervolumen anliegt und dieses umgibt. Die Innenfläche bildet mehrere Vertiefungen aus, die jeweils ausgelegt sind, um ein jeweiliges Fluidvolumen zu halten. Jede der mehreren Vertiefungen kann ausgelegt sein, um ihr jeweiliges Fluidvolumen daran zu hindern, frei zu dem Ablauf zu strömen. Auf diese Weise wahren die mehreren Vertiefungen eine Mindestdurchschnittsflächenbenetzung über die Innenfläche des Luft/Öl-Abscheiders. Ferner weist jede der mehreren Vertiefungen einen durchschnittlichen Durchmesser zwischen 1 mm und 10 mm auf.
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Der Luft/Öl-Abscheider umfasst weiterhin ein oder mehrere Prallbleche, die sich von der Innenfläche in das Abscheidervolumen erstrecken. Jedes Prallblech bildet mehrere Löcher aus, die das Abscheiden der Aerosolölpartikeln aus der strömenden Luft unterstützen können.
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Der Motor kann weiterhin einen Motorblock, einen Zylinderkopf, eine Ölwanne und einen Zylinderkopfdeckel umfassen, und der Luft/Öl-Abscheider kann in einem Volumen angeordnet sein, das teilweise durch den Zylinderkopf und den Zylinderkopfdeckel ausgebildet ist.
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Die Einlassbaugruppe kann eine Drosselklappe umfassen, die mit dem Ansaugkrümmer in Verbindung steht. Die Drosselklappe kann ausgelegt sein, um eine Luftströmung in den Ansaugkrümmer selektiv zu steuern. Ferner kann die Einlassbaugruppe einen Luftreiniger umfassen, der mit der Drosselklappe in Fluidverbindung steht und sich stromaufwärts von dieser befindet.
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In ähnlicher Weise kann ein Verfahren zum Abscheiden von Öl aus Blowby-Gas des Motors umfassen: Ablassen des Blowby-Gases aus dem Kurbelgehäuse eines Motors in einen Luft/Öl-Abscheider; Strömenlassen des Blowby-Gases durch ein Abscheidervolumen, das durch den Luft/Öl-Abscheider ausgebildet ist, wobei der Luft/Öl-Abscheider eine Innenfläche aufweist, die an dem Abscheidervolumen anliegt und dieses umgibt; und Ablassen des Blowby-Gases aus dem Abscheidervolumen in einen Ansaugkrümmer des Motors. Wie vorstehend erwähnt kann die Innenfläche des Luft/Öl-Abscheiders mehrere Vertiefungen ausbilden, wobei jede so ausgelegt ist, dass sie ein jeweiliges Fluidvolumen hält.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Teilquerschnittdarstellung eines Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystems, das mit einer Motorbaugruppe arbeitet.
- 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines Luft/Öl-Abscheiders.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche oder identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten kenntlich zu machen, zeigt 1 schematisch eine Motorbaugruppe 10, die sowohl einen Motor 12 als auch eine Einlassbaugruppe 14 umfasst. Die Einlassbaugruppe 14 kann zum Beispiel eine Luftreinigerbaugruppe 16, eine Drosselklappe 18 und einen Ansaugkrümmer 20 umfassen, die in einer Reihenanordnung angeordnet sind. Die Drosselklappe 18 kann zwischen der Luftreinigerbaugruppe 16 und dem Ansaugkrümmer 20 angeordnet sein und kann ausgelegt sein, um die Strömung von Luft 22 in den Ansaugkrümmer 20 selektiv zu beschränken. Die Luftreinigerbaugruppe 16 kann Gehäuse, Öffnungen und/oder eine Leitung umfassen, die sich stromaufwärts der Drosselklappe 18 befinden können. In einer Auslegung kann die Luftreinigerbaugruppe 16 zum Beispiel einen Luftfilter 24 mit einer ausreichenden Porosität oder eine andere Konstruktion umfassen, um in der Luft schwebende Teilchen vor deren Eintritt in den Ansaugkrümmer 20 aus der Ansaugluft 22 zu filtern.
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Der Motor 12 kann einen Motorblock 30, einen Zylinderkopf 32, eine Ölwanne 34 und einen Motorzylinderkopfdeckel 36 umfassen. Der Motorblock 30 kann mehrere Zylinderbohrungen 38 (wovon eine gezeigt ist) ausbilden, wobei jede Zylinderbohrung 38 einen darin angeordneten Hubkolben 40 aufweist. Die mehreren Zylinderbohrungen 38 können in beliebiger geeigneter Weise angeordnet werden, wie etwa ohne Einschränkung als V-Motor-Anordnung, Reihenmotoranordnung und Boxermotoranordnung, sowie dabei sowohl obenliegende Nocken- als auch Nocken-im-Block-Auslegungen verwenden.
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Der Zylinderkopf 32, der Motorblock 30 und der Hubkolben 40 können zusammenwirken, um für jede jeweilige Zylinderbohrung 38 einen Brennraum 42 auszubilden. Ferner kann der Zylinderkopf 32 ein oder mehrere Ansaugdurchlässe 44 und Abgasdurchlässe 46 vorsehen, die mit dem Brennraum 42 in Fluidverbindung stehen. Der Ansaugdurchlass 44 kann genutzt werden, um dem Brennraum 42 von dem Ansaugkrümmer 20 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu liefern. Nach der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches (etwa bei Zündung durch einen Funken von einer Zündkerze 48) kann der Abgasdurchlass 46 Abgase aus dem Brennraum 42 heraus befördern.
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Während eines Motorbetriebs kann ein Ansaugtakt des Kolbens 40 Ansaugluft 22 durch die Luftreinigerbaugruppe 16, an der Drosselklappe 18 vorbei, durch den Ansaugkrümmer 20 und den Ansaugdurchlass 44 und in den Brennraum 42 saugen, wo mittels (nicht gezeigter) Kraftstoffinjektoren Kraftstoff eingeleitet werden kann. Während des Arbeitstakts des Kolbens 40 kann nach der Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum 42 ein Teil des Verbrennungsgases zwischen den Kolben 40 und den Motorblock 30 (d.h. Blowby-Gas 50) und in das Kurbelgehäusevolumen 52 (wobei das Kurbelgehäusevolumen 52 allgemein mittels der Ölwanne 34 und des Motorblocks 30 durch den Motor 12 ausgebildet ist) treten. Da das Blowby-Gas 50 eine unverbrannte Kraftstoffmenge und Verbrennungsprodukte (wie etwa Wasserdampf) umfasst, kann es wünschenswert sein, ein Sammeln dieser Gase in dem Kurbelgehäusevolumen 52 zu vermeiden. Demgemäß kann ein Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystem (PVC-System) verwendet werden, um das Blowby-Gas 50 aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 zu spülen.
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Das PCV-System kann Kanalleitungen, Durchlässe und/oder Volumina nutzen, die das Blowby-Gas 50 aktiv aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 in das Einlasssystem 14 ablassen, wo es schließlich mittels des Abgasdurchlasses 46 abgeführt werden kann. Im Einzelnen kann das PCV-System einen ersten Fluidurchgang/eine erste Fluidleitung 60 umfassen, der/die das Kurbelgehäusevolumen 52 mit einem Volumen 62, das durch den Zylinderkopfdeckel 36 ausgebildet ist (d.h. das „Nockenwellenvolumen 62“), fluidverbinden kann. Wie sich versteht, kann das Nockenwellenvolumen 62 eine oder mehrere sich drehende Nockenwellen 64 enthalten, die ausgelegt sind, um ein oder mehrere Ventile umzusetzen.
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Benachbart zu dem Nockenwellenvolumen 62 kann das PCV-System einen Luft/Öl-Abscheider 66 umfassen, der allgemein ein Abscheidervolumen 68 festlegt. In einer Auslegung kann das Abscheidervolumen 68 durch mehrere Öffnungen 70 mit dem Nockenwellenvolumen 62 fluidverbunden sein. Das Abscheidervolumen 68 kann durch eine zweite Fluidleitung 72 mit dem Ansaugkrümmer 20 fluidverbunden sein. Ferner kann das Kurbelgehäusevolumen 52 durch eine dritte Fluidleitung 74 mit der Luftreinigerbaugruppe 16 gekoppelt sein. Abhängig von der Auslegung des Motors 12 kann die erste Fluidleitung 60 zum Beispiel eine Bohrung oder ein Kanal in dem Motor 12 sein oder kann zum Beispiel ein Rohr sein, das sich zwischen dem Kurbelgehäusevolumen 52 und dem Abscheider 66 erstreckt.
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Während eines normalen Betriebs (ausschließlich Szenarien mit weit offener Drosselklappe) kann der Ansaugtakt des Motors 12 einen Unterdruck in dem Ansaugkrümmer 20 erzeugen, da die Drosselklappe 18 die Ansaugluftströmung 22 teilweise blockiert. Dieser Unterdruck kann das Blowby-Gas 50 aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 durch sowohl das Nockenwellenvolumen 62 als auch das Abscheidervolumen 68 und mittels der ersten und zweiten Fluidleitung 60, 72 in den Ansaugkrümmer 20 saugen. Ein Teil der zum Verdünnen des Blowby-Gases 50 verwendeten Luft kann mittels der dritten Fluidleitung 74 zugeführt werden, die stromaufwärts der Drosselklappe 18 mit der Luftreinigerbaugruppe 16 gekoppelt sein kann. Somit kann die Druckdifferenz über der Drosselklappe 18 eine Bewegungskraft erzeugen, die das Kurbelgehäusevolumen 52 aktiv entlüften kann. Zusammen mit der zweiten Fluidleitung 72 können eine oder mehrere Düsen, Durchflussbegrenzermündungen oder Ventile 80 positioniert sein, um unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen eine im Allgemeinen konstante Strömung vorzusehen. Analog kann ein Rückschlagventil 82 zusammen mit der dritten Fluidleitung 74 positioniert werden, um ein Rückströmen von dem Kurbelgehäusevolumen 52 zu der Luftreinigerbaugruppe 16 zu verhindern.
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Aufgrund von Motorvibrationen, einer Bewegung des Fahrzeugs, der Hubbewegung des Kolbens 40 und/oder der Drehbewegung der Kurbelwelle 90 kann in dem Kurbelgehäusevolumen 52 enthaltenes Öl 92 in dem gesamten Kurbelgehäusevolumen 52 verspritzt, aufgeschäumt, zerstäubt, zu Nebel umgewandelt und/oder versprüht werden. Das zerstäubte/partikelförmige Öl kann dann zusammen mit der Ansaugluft 22 und dem Blowby-Gas 50 mittels der ersten Fluidleitung 60 aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 heraus in das Nockenwellenvolumen 62 gesaugt werden. Während das zerstäubte Öl in dem Nockenwellenvolumen 62 zum Schmieren verschiedener sich bewegender Teile (einschließlich der sich drehenden Nockenwellen 64) vorteilhaft sein kann, ist es wünschenswert, möglichst viel Öl 92 aus dem Blowby-Gas 50 zu extrahieren, bevor das Gas 50 in das Einlasssystem 14 und den Brennraum 42 gelangt.
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2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Luft/Öl-Abscheiders 66, der bei der vorliegenden Motorbaugruppe 10 verwendet werden kann. Wie gezeigt kann eine Innenfläche 100 des Abscheiders 66 allgemein das Abscheidervolumen 68 ausbilden. Der Abscheider kann mehrere Einlassöffnungen 70 umfassen, die mit dem Kurbelgehäusevolumen 52 und/oder dem Nockenwellenvolumen 62 in Fluidverbindung stehen, und/oder kann ein oder mehrere Auslassöffnungen 102 umfassen, die mit dem Einlasssystem 14 in Verbindung stehen. Über dem gezeigten Abschnitt des Luft/Öl-Abscheiders 66 kann eine Abdeckung 110 angeordnet sein, um zwischen den Einlassöffnungen 70 und der Auslassöffnung 102 einen im Wesentlichen geschlossenen Kanal zu bilden. Ferner können ein oder mehrere schwerkraftbeschickte Abläufe 104 mit dem Abscheidervolumen 68 in Verbindung stehen und können abgeschiedenes Öl 92 aus dem Luft/Öl-Abscheider 66 heraus und zurück zu dem Kurbelgehäuse 52 strömen lassen.
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Um das Ablaufen von Öl 92 zu dem Ablauf 104 zu erleichtern, kann der Luft/ÖlAbscheider 66 bei Einbau mit dem Motor 12 (d.h. in einer Betriebsposition in dem Fahrzeug) unter einem Neigungswinkel 106 relativ zur Horizontalen 108 angeordnet werden (wobei „Horizontale“ als Ebene festgelegt ist, die orthogonal zu einem Schwerkraftvektor ist). Eine solche Anordnung kann ein Anordnen des Luft/ÖlAbscheiders 66 in einem Zylinderkopfdeckel einer V-Motoranordnung umfassen (d.h. wobei zwei Reihen von Motorzylindern relativ zueinander unter einem Winkel angeordnet sind).
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Um die erwünschte Ölextraktion zu verwirklichen, kann das Abscheidervolumen 68 eigens ausgelegt werden, um Öl 92 aus dem strömenden Blowby-Gas abzuscheiden und zu entfernen und das Öl 92 zurück in das Kurbelgehäusevolumen 52 strömen zu lassen. Der Abscheider 66 umfasst ein oder mehrere Prallbleche (z.B. das Prallblech 94), die sich in das Abscheidervolumen 68 erstrecken und das Abscheiden des Öls von der Luft unterstützen können. Diese Merkmale können zum Beispiel durch Strömungsumleitung oder durch Erzeugen eines sich ändernden Drucks entlang des Strömungspfads die Ölextraktion unterstützen.
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Wie in 2 allgemein gezeigt ist, bildet ein Prallblech 94 mehrere Löcher 112 aus, durch die das Blowby-Gas 50 treten muss. Die Druckdifferenz über dem Prallblech/den Löchern 94, 112 kann bei Verlassen des Prallblechs ein Zerstäuben/Umwandeln in Nebel von schwebendem Öl 92 hervorrufen, was die endgültige Abscheidung fördern kann. Analog kann die Trägheit des partikelförmigen Öls 92 das Öl mit einem der Prallbleche 94 oder einer der Innenflächen 100 des Abscheiders 66 kollidieren lassen. Sobald es mit der Wand in Kontakt kommt, kann die Oberflächenspannung des Öls 92 es an der Fläche 100 haften lassen, wo es schließlich (mittels Schwerkraft) hin zu dem Ablauf 104 ablaufen kann.
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Es wurde festgestellt, dass der Wirkungsgrad des Luft/Öl-Abscheiders 66 erhöht ist, wenn die Innenfläche 100 mit Öl 92 benetzt ist. Es wird erwogen, dass das Benetzen eine größere Kohäsion zwischen dem Ölaerosol und der Wand fördert als im Fall einer nicht benetzten Fläche. Experimentelle Tests haben diese Verbesserung durch Bestätigen einer Zunahme des Abscheiderwirkungsgrads über Zeit und durch Vergleichen eines anfangs benetzten Abscheiders mit einem anfangs trockenen Abscheider bewiesen. Die Schwierigkeit besteht aber darin, dass, sobald der Motor 12 über einen längeren Zeitraum abgeschaltet ist, ein benetzendes Öl aus dem Abscheider 66 abzulaufen pflegt.
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Wie in 2 weiter gezeigt ist, kann die Innenfläche 100 daher mehrere Vertiefungen 120 umfassen, die jeweils ausgelegt sind, um während Normalbetrieb ein Ölvolumen zu halten (d.h. jede jeweilige Vertiefung 120 ist ausgelegt, um das jeweilige Öl daran zu hindern, frei zu dem Ablauf 104 zu strömen). Durch Zurückhalten von Öl in jeder der jeweiligen Vertiefungen 120 kann die Innenfläche 100 auf diese Weise eine Mindestflächenbenetzung beibehalten, die gleich der Gesamtfläche aller der mehreren Vertiefungen 120 ist.
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In einer Konfiguration kann jede Vertiefung 120 unter Verwenden eines Prägestempels gleichzeitig mit Bilden des Rests des Luft/Öl-Abscheiders 66 (unter Annahme einer Metallkonstruktion) gebildet werden. Alternativ kann jede Vertiefung 120 während eines Spritzgussprozesses eingeformt werden, um den Rest des Luft/Öl-Abscheiders 66 (unter Annahme einer polymeren Konstruktion) zu bilden. Für einfache Fertigung kann jede Vertiefung ein im Allgemeinen kugelförmiges oder im Allgemeinen ellipsenartiges Flächenprofil aufweisen. In jedem Fall kann der durchschnittliche Durchmesser zwischen etwa 1 mm und etwa 10 mm liegen. In anderen Konfigurationen können verschiedene Vertiefungsprofile verwendet werden, zum Beispiel und ohne Einschränkung kubische Vertiefungsprofile und/oder konische Vertiefungsprofile. Wie sich versteht, müssen die mehreren Vertiefungen 120 an einer Fläche angeordnet werden, die nach der Endinstallation in dem Fahrzeug im Wesentlichen nach unten weisen soll. Analog kann der Neigungswinkel 106 kleiner als etwa 60 Grad sein, so dass jede der jeweiligen Vertiefungen ihr jeweiliges Ölvolumen halten kann, während sie auch Öl daran hindert, frei zu dem Ablauf zu strömen.
