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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Strömungssteuerung für einen Kurbelgehäuseablauf und eine Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors und insbesondere die Verwendung von Strömungsdioden in Durchgängen des Kurbelgehäuseablaufs und der Kurbelgehäuseentlüftung, um eine Strömung in die Richtung des beabsichtigten Ölrückflusses und/oder in die Richtung der beabsichtigten Entlüftungsströmung zu erzeugen.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt liefert auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation, die nicht notwendigerweise Stand der Technik darstellt.
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Unter bestimmten Betriebsbedingungen gelangen Gase aus den Zylindern eines Verbrennungsmotors hinter die Kolbenringe und treten in das Motorkurbelgehäuse aus. Diese Blowby-Gase umfassen typischerweise Einlassluft, unverbrannten Kraftstoff, Abgas, Öldampf und/oder Wasserdampf. Es ist wünschenswert, das Kurbelgehäuse zu entlüften und die Blowby-Gase zur Verbrennung zu der Einlassseite des Motors zurückzuführen, um die Leistung zu erhöhen und die Emissionen zu verbessern.
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Zu diesem Zweck weisen herkömmliche Motorblöcke eine Reihe von Entlüftungen, die eine Rückführung der Blowby-Gase aus dem Kurbelgehäuse zu der Einlassseite des Motors ermöglichen, und eine Reihe von Abläufen auf, die eine Ableitung des Öls von der Oberseite des Zylinderkopfs zum Kurbelgehäuse ermöglichen. Diese Durchgänge sind typischerweise glatte Rohre oder Durchgänge, die in beide Richtungen gleich verlaufen. Hubkolbenmotoren erzeugen jedoch oft eine pulsierende Druckdifferenz im Kurbelgehäuse, welche die gewünschte Strömungsrichtung im Kurbelgehäuse aufhebt und die Steuerung des Rückflusses und der Entlüftung erschwert. Im Allgemeinen verläuft die mittlere Strömung aufgrund der Anwesenheit der Blowby-Gase gegen die Ölströmungsrichtung. Zusätzlich erzeugt eine pulsierende Strömung aufgrund der Kolbenbewegung sowohl mit als auch entgegengesetzt zu der Ölablaufrichtung signifikant höhere Geschwindigkeiten, als Blowby-Gase alleine aufgrund der Strömungsgeschwindigkeiten erreichen können, und zwar innerhalb einer Motorumdrehung. Überschüssiges Öl kann in den Ventilabdeckungen zurückgehalten werden, und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass ein feiner Öldampf bzw. feine Öltröpfchen erzeugt werden.
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Zusätzlich dazu, dass der Rückfluss und die Entlüftung beeinträchtigt werden, können herkömmliche Systeme Druckwellen im Kurbelgehäuse erzeugen, die Eigenresonanzfrequenzen des Motors im Hohlraum des Kurbelgehäuses oder in einem PCV-System anregen. Diese Wechselwirkung zwischen den Druckwellen und den Motorkomponenten können dann, wenn bei diesen Resonanzfrequenzen gearbeitet wird, die Leistungsausgabe verringern und ein unerwünschtes Geräusch sowie unerwünschte Schwingungen des Motors erzeugen. Diese Wechselwirkungen behindern auch den Ölrückfluss und bewirken ein stärkeres Hinüberziehen des Öls in den Einlassbereich.
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Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit, ein Mittel zum Fördern einer gerichteten Strömung von Kurbelgehäusegasen für einen verbesserten Rückfluss und eine verbesserte Entlüftung zu fördern und eine gerichtete Strömung zu erzeugen, während gleichzeitig die pulsierende (d. h. oszillierende und instabile) Strömung und auch die Kurbelgehäuse-Druckresonanz verringert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt liefert eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und stellt keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder aller ihrer Merkmale dar.
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Es wird ein Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse-Rückflusssystem offenbart. Das System umfasst einen Satz von Ablaufleitungen, die durch Durchgänge definiert sind, die eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse eines Motorblocks herstellen, und einen Satz von Entlüftungsleitungen, die durch Durchgänge definiert sind, die sich zwischen einem oberen Bereich eines Zylinderblocks und dem Zylinderkopf erstrecken. Eine Strömungsdiode ist in den Ablaufleitungen angeordnet und ausgerichtet, um eine bevorzugte Strömung in einer Richtung von dem Zylinderkopf zu dem Kurbelgehäuse zu schaffen. Eine weitere Strömungsdiode ist in den Entlüftungsleitungen angeordnet und ausgerichtet, um eine Fluidströmung in eine Richtung von dem Zylinderblock zu dem Zylinderabschnitt zu leiten. Diese Strömungsdioden verwenden eine Fluidströmung, die durch die instabilen Druckschwankungen in den Kurbelgehäuseabschnitten erzeugt werden, um eine Strömung in eine bevorzugte Richtung zu pumpen. Mit anderen Worten wird eine gerichtete Strömung von Kurbelgehäusegasen und Öl in dem Ölablaufdurchgang in einer Richtung von der Oberseite des Motorblocks abwärts zurück zu dem Kurbelgehäuse erzeugt.
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Infolgedessen verbessert das Kurbelgehäuse-Rückflusssystem den Ölrückfluss und die gesamte Schmierung sowie Ventilation des Motors. Zusätzlich verringert das Kurbelgehäuse-Rückflusssystem Druckschwankungen in den inneren Volumina, welche durch die Kurbelgehäuseabschnitte und die Zylinderköpfe definiert sind, wodurch die Anregungen von Resonanzmoden des Motors verringert wird. Zusätzliche Vorteile umfassen ferner ein besseres Ablaufen des Schmiermittels zur Ölwanne, eine verringerte Ölbelüftung, ein verringertes Massenverhältnis von Öl zu Luft (Öldampf), ein verringertes Hinüberziehen von Öl durch das Kurbelgehäuse-Entlüftungsventil (PCV-Ventil), eine verringerte Ölwanderung unter Steuerungsmanövern mit hoher Beschleunigungskraft in den Ölablaufgängen nach oben und eine erhöhte Leistungsausgabe des Motors. Das Kurbelgehäuse-Rückflusssystem kann in einer existierenden Struktur und in existierenden Durchgängen eines Motorblocks und ohne die Verwendung von irgendwelchen sich bewegenden Teilen gebildet werden. Alternativ kann das Kurbelgehäuse-Rückflusssystem als eine separat gebildete Komponente ausgestaltet sein, die in einen existierenden Durchgang eingefügt oder an einen äußeren Durchgang oder an eine äußere Rohrleitung angepasst wird.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Zwecken der Darstellung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen, und sie sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Motorblockbaugruppe mit Strömungsdioden, die in den Ablauf- und Entlüftungsdurchgängen angeordnet sind;
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2 ist ein Querschnitt, der einen Abschnitt eines Durchgangs mit einer Reihe gestapelter Diodenelemente gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
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3 ist ein Querschnitt, der einen Abschnitt eines Durchgangs mit einer Reihe gestapelter Diodenelemente gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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4 ist ein Querschnitt, de einen Abschnitt eines Durchgangs mit einer Reihe gestapelter Diodenelemente gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
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5 ist ein Querschnitt, der einen Abschnitt eines Durchgangs mit einer Reihe gestapelter Diodenelemente gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
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6 ist ein Diagramm, das den Massendurchsatz als eine Funktion des Druckabfalls über eine beispielhafte Strömungsdiode zeigt;
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7 ist ein Diagramm, das den mittleren Massendurchsatz durch die Ablaufdurchgänge als eine Funktion der Motordrehzahl zeigt;
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8 ist ein Diagramm, das die maximale, die mittlere und die minimale Geschwindigkeit durch die Entlüftungsdurchgänge als eine Funktion der Motordrehzahl zeigt;
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9 ist ein Diagramm, das die maximale, mittlere und minimale Geschwindigkeit durch die Ablaufdurchgänge als eine Funktion der Motordrehzahl zeigt; und
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10A–10D sind Diagramme, welche die Druckamplitude als eine Funktion der Motordrehzahl mit Strömungsdioden bzw. ohne diese an Abschnitten 1–4 zeigen.
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Entsprechende Bezugszeichen geben überall in den verschiedenen Zeichnungsansichten entsprechende Teile an.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger beschrieben.
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Beispielhafte Ausführungsformen sind vorgesehen, sodass diese Offenbarung sorgfältig sein wird und Fachleuten den Umfang vollständig übermitteln wird. Es können spezielle Details dargelegt werden, 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 Strukturen und wohlbekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierein verwendete Terminologie dient lediglich zu dem Zweck, spezielle beispielhafte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, können die Einzahlformen ”ein”, ”eine” sowie ”der”, ”die” und ”das” ebenso die Mehrzahlformen umfassen, wenn der Zusammenhang nicht klar etwas anderes angibt. Die Ausdrücke ”umfassen”, ”umfassend”, ”aufweisen” und ”aufweisend” sind einschließend und spezifizieren daher das Vorhandensein der angegebenen Struktur bzw. Strukturen oder des angegebenen Schritts bzw. der angegebenen Schritte; beispielsweise die angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Gruppenelemente und/oder Komponenten, sie schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen einer zusätzlichen Struktur bzw. zusätzlicher Strukturen oder eines zusätzlichen Schritts bzw. zusätzlicher Schritte von diesen aus. Die Verfahren, Schritte, Prozesse und Vorgänge, die hierin beschrieben sind, sollen nicht derart interpretiert werden, dass sie notwendigerweise die Ausführung in der angegebenen oder einer beliebigen speziellen, diskutierten oder dargestellten Reihenfolge erfordern, wenn sie nicht speziell als Reihenfolge der Ausführung identifiziert sind. Es versteht sich ebenso, dass zusätzliche, alternative oder äquivalente Schritte verwendet werden können.
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Wenn eine Struktur als ”auf”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einer anderen Struktur bezeichnet wird, kann sich diese direkt oder indirekt (d. h. über eine dazwischen liegende Struktur) auf der anderen Struktur befinden, mit der anderen Struktur in Eingriff stehen, verbunden oder gekoppelt sein. Wenn eine Struktur im Gegensatz dazu als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einer anderen Struktur bezeichnet wird, darf keine dazwischen liegende Struktur 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”). Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” eine beliebige oder alle Kombinationen eines oder mehrerer der dazugehörigen aufgelisteten Gegenstände.
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Ordnungsausdrücke (z. B. erster, zweiter, dritter), die hierin verwendet werden, um verschiedene Strukturen oder Schritte zu beschreiben, sollen nicht einschränkend sein. Diese Ausdrücke werden verwendet, um eine Struktur oder einen Schritt von einer anderen Struktur oder anderen Schritten zu unterscheiden, und sie implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, wenn dies nicht klar durch den Zusammenhang ihrer Verwendung angegeben ist. Daher kann eine erste Struktur oder ein erster Schritt auf ähnliche Weise als eine zweite Struktur oder ein zweiter Schritt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen. Auf ähnliche Weise können Ausdrücke für räumliche Beziehungen (z. B. ”innerer”, ”äußerer”, ”unterhalb”, ”unter”, ”unterer”, ”oberhalb”, ”oberer”), die hierin verwendet werden, um die spezielle relative Beziehung einer Struktur oder eines Schrittes mit einer anderen Struktur oder einem anderen Schritt bzw. anderen Schritten zu beschreiben, Ausrichtungen der Einrichtung oder deren Betriebsweise umfassen, die von denjenigen abweichen, die in den Figuren dargestellt sind. Wenn beispielsweise eine Figur umgedreht wird, wäre eine Struktur, die als ”unter” oder ”unterhalb” einer anderen Struktur beschrieben wird, anschließend ”oberhalb” der anderen Struktur ausgerichtet, ohne dass deren räumliche Beziehung oder deren Betriebsweise materiell beeinflusst wird. Die Struktur kann auf andere Weise ausgerichtet sein (z. B. um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die Deskriptoren für die räumliche Beziehung, die hierin verwendet werden, sollen dementsprechend interpretiert werden.
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Nun auf 1 Bezug nehmend, ist eine Motorblockbaugruppe 10 schematisch dargestellt, und sie umfasst einen Zylinderblock 12, eine Ölwanne 14, die an der Unterseite des Zylinderblocks 12 angebracht ist, und einen Satz von Zylinderköpfen 16, die an der Oberseite des Zylinderblocks 12 oberhalb eines Satzes von Zylinderbohrungen 18, die darin gebildet sind, angebracht sind, was insgesamt als ein Motorblock bezeichnet wird. Eine Abdeckung 20 ist oberhalb eines jeweiligen Zylinderkopfs 16 angebracht und bildet ein abgeschlossenes Volumen 22, das nachstehend als ein Ventilgehäuse bezeichnet wird, welches einen Teil des Ventiltriebs einschließlich der Kipphebel (nicht gezeigt) aufnimmt. Der Zylinderblock 12 und die Ölwanne 14 bilden ein abgeschlossenes Volumen 24, das nachstehend als das Kurbelgehäuse bezeichnet wird und in dem die Kurbelwelle (nicht gezeigt) untergebracht ist. Ein Satz von Entlüftungsleitungen 26, die im Zylinderkopf 16 und im Zylinderblock 12 gebildet sind, koppelt das Ventilgehäuse 22 für dessen Ventilation fluidisch mit einem oberen Abschnitt des Kurbelgehäuses 24. Auf ähnliche Weise koppelt ein Satz von Ablaufleitungen 28, die in dem Zylinderkopf 16 und in dem Zylinderblock 12 gebildet sind, die Oberseite des Zylinderkopfs 16 und das Kurbelgehäuse 24 fluidisch für das Ablaufen von Öl aus dem Ventilgehäuse 22 in das Kurbelgehäuse 24. Die Entlüftungsleitungen 26 und die Ablaufleitungen 28, die in 1 dargestellt sind, sind schematisch als innere Durchgänge dargestellt, die in der Struktur des Motorblocks gebildet sind. Fachleute werden jedoch einsehen, dass Entlüftungsleitungen und Ablaufleitungen ebenso äußere Durchgänge sein können, welche an der Außenseite des Motorblocks angeordnet sind und welche die eingeschlossenen Volumina 22, 24, die dadurch definiert sind, fluidisch koppeln.
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Strömungsdioden 30, die in den Entlüftungsleitungen 26 angeordnet sind, sind derart ausgerichtet, dass sie eine Strömung in eine Richtung vom Kurbelgehäuse 24 zum Ventilgehäuse 22 fördern. Strömungsdioden 32, die in den Ablaufleitungen 28 angeordnet sind, sind derart ausgerichtet, dass sie eine Strömung vom Ventilgehäuse 22 zum Kurbelgehäuse 24 fördern. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ”Strömungsdiode” auf ein Element, das in einem Durchgang gebildet oder angeordnet ist und das eine stark ausgerichtete Strömungscharakteristik aufweist, die aus einem Druckverlust über das Element in einer Richtung resultiert, welcher viel größer ist als der Druckverlust über das Element in der entgegengesetzten Richtung, wie es in dem Diagramm 600, das in 6 gezeigt ist, dargestellt ist. Die Charakteristiken einer gegebenen Strömungsdiode können durch einen Q-Wert definiert werden. Der Q-Wert einer Strömungsdiode ist als das Verhältnis der Fluiddurchsatzrate in einer Richtung zu der Fluiddurchsatzrate in der entgegensetzten Richtung für einen gegebenen Druckabfall über die Strömungsdiode und eine gegebene Fluiddichte definiert. Zu Zwecken der numerischen Bereiche, die hierin angegeben sind, gelten die Q-Werte für einen gegebenen Druckabfall von 10 kPa und für Luft bei Umgebungsbedingungen.
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Jede Strömungsdiode 30, 32 weist einen Q-Wert größer als 1,1 und vorzugsweise in dem Bereich von 1,5 bis 5,0 auf, wie es durch den gesamten Druckabfall vorgegeben ist, der den Durchsatzrateneffekt maximiert und den Druckabfall in der Vorwärtsrichtung oder bevorzugten Richtung minimiert, insbesondere im Hochdruckbereich. Wie es momentan bevorzugt ist, ist die Strömungsdiode 28 eine Reihe von Strömungsdiodenelementen 30.1–30.6, und die Strömungsdiode 32 ist eine Reihe von Strömungsdiodenelementen 32.1–32.5. Diese Strömungsdiodenelemente sind in den jeweiligen Durchgängen in einer gestapelten Beziehung angeordnet, um einen bevorzugten Q-Wert zu erreichen. Diese Strömungsdiodenelemente können in eine Motorblockbaugruppe eingefügt werden, die herkömmliche Entlüftungs- und Ablaufleitungen aufweist, oder sie können einstückig mit den Durchgängen gebildet werden. 2–5 stellen verschiedene Konfigurationen für Strömungsdioden schematisch dar, welche zur Verwendung in der Motorblockbaugruppe 10 geeignet sind.
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Nun auf 2 Bezug nehmend, ist eine Strömungsdiode 100 derart dargestellt, dass sie mehrere kegelstumpfförmige Elemente 102 aufweist, um schräg verlaufende Wandsegmente im Durchgang 104 zu definieren. Der Pfeil A2 stellt die bevorzugte Strömungsrichtung dar. Jedes kegelstumpfförmige Element 102 weist einen Einlass 106 und einen Auslass 108 sowie eine Länge 110 auf. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Einlasses 106 zur Querschnittsfläche des Auslasses 108 ist größer als 1:1, und es ist vorzugsweise größer als oder gleich 1,5:1. Wie es momentan bevorzugt ist, ist die Länge 110 des Strömungsdiodenelements größer als der effektive Durchmesser des Einlasses 106, wobei der effektive Durchmesser wie folgt berechnet wird: deff = 4·A / P wobei
- deff
- = der effektive Durchmesser;
- A
- = die Querschnittsfläche am Einlass; und
- P
- = der Umfang am Einlass.
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Eine beispielhafte Strömungsdiode, die diese Kriterien erfüllt, umfasst 7 Strömungsdiodeelemente, von denen jedes einen Einlassdurchmesser von 24 mm, einen Auslassdurchmesser von 16 mm und eine Länge von 27,5 mm aufweist. Eine weitere beispielhafte Strömungsdiode, die diese Kriterien erfüllt, umfasst 7 Strömungsdiodenelemente, von denen jedes einen Einlassdurchmesser von 20 mm und einen Auslassdurchmesser von 13 mm sowie eine Länge von zumindest 20 mm aufweist. Obgleich der Einlass und der Auslass für einfache Strömungsdiodengeometrien leicht ermittelt werden können, wie beispielsweise für diejenige, die in 2 dargestellt ist, kann dies für komplexere Geometrien schwieriger sein. Daher wird der Begriff ”Einlass” verwendet, um den Bereich der Strömungsdiode mit einer maximalen Querschnittsfläche zu bezeichnen, und der Begriff ”Auslass” wird im Allgemeinen verwendet, um einen Bereich der Strömungsdiode mit einer minimalen Querschnittsfläche zu bezeichnen. Der Begriff ”Querschnittsfläche” bezieht sich auf eine Fläche des Durchgangs, die rechtwinklig zur Längsachse des Durchgangs oder mit anderen Worten rechtwinklig zur Strömungsrichtung verläuft.
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Nun auf 3 Bezug nehmend, ist eine Strömungsdiode 200 derart dargestellt, dass sie mehrere freitragende Elemente oder Rippen 202 aufweist, um schräg verlaufende Wandsegmente zu definieren, die sich in den Durchgang 204 hinein erstrecken. Der Pfeil A3 stellt die bevorzugte Strömungsrichtung dar. Ein Einlass 206 ist am Fußpunkt 208 des freitragenden Elements 202 definiert, ein Auslass 210 ist an der Spitze 212 des freitragenden Elements 202 definiert und eine Länge 214 ist durch die Distanz vom Fußpunkt 208 bis zur Spitze 212 definiert. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Einlasses 206 zur Querschnittsfläche des Auslasses 210 ist größer als 1:1, und es ist bevorzugt größer als oder gleich 1,5:1.
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Wie es momentan bevorzugt ist, ist die Länge 214 des freitragenden Elements 102 größer als der effektive Durchmesser des Einlasses 206.
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Nun auf 4 Bezug nehmend, ist eine Strömungsdiode 300 derart dargestellt, dass sie mehrere herzförmige Elemente 302 aufweist, um schräg verlaufende Wandsegmente im Durchgang 304 zu definieren. Der Pfeil A4 stellt die bevorzugte Strömungsrichtung dar. Jedes herzförmige Element 302 umfasst einen zentralen Kanal 306, der mit gestrichelten Linien dargestellt ist, und ein Paar von Wirbelkanälen 308, die quer zum zentralen Kanal 306 angeordnet sind. Jeder Wirbelkanal 308 weist einen ringförmigen Bereich 310 am Einlass 312 und einen Trichterbereich 314 auf, der sich von dem ringförmigen Bereich 310 bis zum Auslass 316 erstreckt. Jedes herzförmige Element 302 wirkt derart, dass Wirbel und eine Rückströmung im Durchgang 304 erzeugt werden, wenn die Strömung entgegengesetzt zur bevorzugten Strömungsrichtung verläuft.
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Nun auf
5 Bezug nehmend, ist eine Strömungsdiode
400 (die auch als eine klappenförmige Tesla-Leitung bekannt ist, siehe das
US-Patent Nr. 1,329,559 , dessen Offenbarung hierin ausdrücklich durch Bezugnahme eingebunden ist) derart dargestellt, dass sie mehrere Diodensegmente
402 aufweist, die auf abwechselnden Seiten des Durchgangs
404 angeordnet sind. Der Pfeil A5 stellt die bevorzugte Strömungsrichtung dar. Jedes Diodensegment
402 weist einen Kanal
406 mit einem Teilstück
408 auf, das im Kanal
406 gebildet ist und in der bevorzugten Strömungsrichtung nach innen abgewinkelt ist. Jedes Diodensegment
402 wirkt derart, dass eine Strömung durch den Durchgang
404 gestört wird, wenn sie entgegengesetzt zur bevorzugten Strömungsrichtung verläuft.
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7–10D stellen verschiedene Motorparameter als Funktion der Motordrehzahl dar, um das Leistungsverhalten des verbesserten Rückflusssystems unter Verwendung einer computerbasierten Simulation eines V8-Motors mit einem herkömmlichen System zu vergleichen. 7 zeigt ein Diagramm 700 der mittleren Massendurchsatzrate (in g/s) als Funktion der Motordrehzahl (in rpm), wobei eine positive Massendurchsatzrate die bevorzugte Strömungsrichtung zum Kurbelgehäuse hin angibt. Die durchgezogenen Linien 702.1–702.4 stellen die Massenströmungsrate durch die Ablaufleitungen 28 in Kurbelgehäuseabschnitten #1–#4 für ein herkömmliches System dar (mit Entlüftungsleitungen und Ablaufleitungen mit einem Q-Wert von 1,0). Die gestrichelten Linien 704.1–704.4 repräsentieren die Massendurchsatzrate durch die Ablaufleitungen 28 in den Kurbelgehäuseabschnitten #1–#4 für eine erste Ausführungsform des verbesserten Systems (mit Entlüftungsleitungen und Ablaufleitungen, die Strömungsdioden mit einem Element umfassen, das einen Einlassdurchmesser von 24 mm, einen Auslassdurchmesser von 16 mm und einen Q-Wert von 1,7 aufweist).
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Es wird angemerkt, dass die mittlere Massendurchsatzrate über den größten Teil des Betriebsbereichs (< 8000 rpm) des herkömmlichen Systems (Kurven 702.1–702.4) negativ ist oder mit anderen Worten entgegengesetzt zur Ölablaufrichtung verläuft. Im Gegensatz dazu ist die mittlere Massendurchsatzrate über denselben Betriebsbereich für die Ausführungsform des verbesserten Systems (Kurven 704.1–704.4) positiv oder verläuft in der Ölablaufrichtung.
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8 zeigt ein Diagramm der Strömungsgeschwindigkeit (in m/s) durch die Entlüftungsleitung 26 als Funktion der Motordrehzahl, wobei eine positive Geschwindigkeit die bevorzugte Strömungsrichtung vom Kurbelgehäuse zum Ventilgehäuse angibt. Die Kurven 802 H, 802 L und 802 M (durchgezogen) repräsentieren die maximale, die minimale und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine herkömmliche Entlüftungsleitung. Die Kurven 804 H, 802 L, 804 M (lang gestrichelt) repräsentieren die maximale, die minimale und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine Entlüftungsleitung 26, die Strömungsdioden mit einem Q-Wert von 1,7 aufweist. Die Kurven 806 H, 806 L, 806 M (kurz gestrichelt) repräsentieren die maximale, die minimale und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine Entlüftungsleitung 26, die Strömungsdioden mit einem Q-Wert von 2,3 aufweist.
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9 zeigt ein Diagramm 900 der Strömungsgeschwindigkeit (in m/s) durch die Ablaufleitung 28 als Funktion der Motordrehzahl (in rpm), wobei eine positive Geschwindigkeit die bevorzugte Strömungsrichtung vom Ventilgehäuse zum Kurbelgehäuse angibt. Die Kurven 902 H, 902 L und 902 M (durchgezogen) repräsentieren die maximale, die minimale und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine herkömmliche Ablaufleitung. Die Kurven 904 H, 902 L, 904 M (lang gestrichelt) repräsentieren die maximale, die minimale und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine Ablaufleitung 28, die Strömungsdioden mit einem Q-Wert von 1,7 aufweist. Die Kurven 906 H, 906 L, 906 M (kurz gestrichelt) repräsentieren die maximale, die minimale und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine Ablaufleitung 28, die Strömungsdioden mit einem Q-Wert von 2,3 aufweist.
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Es wird angemerkt, dass die Kurven 802 M, 902 M der mittleren Geschwindigkeit für das herkömmliche System kleiner als oder gleich Null sind, was eine mittlere Strömung entgegengesetzt zur Ölablaufrichtung angibt. Darüber hinaus zeigen die Kurven 802 H, 802 L, 902 H, 902 L für die maximale und die minimale Geschwindigkeit in der Ablaufleitung und der Entlüftungsleitung des herkömmlichen Systems Geschwindigkeiten bis zu ±55 m/s bei ungefähr 6000 rpm, was ein Rückwärts-Vorwärts-Strömungsmuster angibt, das einen korrekten Ölablauf und eine korrekte Kurbelgehäuseentlüftung behindert. Im Vergleich dazu sind die Kurven 804 M, 806 M, 904 M, 906 M de mittleren Geschwindigkeit für das System mit den Strömungsdioden positiv, was eine mittlere Strömung in der Ölablaufrichtung angibt. Zusätzlich zeigen die Kurven 804 H, 804 L, 806 H, 806 L, 904 H, 904 L, 906 H, 906 L für die maximale und minimale Geschwindigkeit in der Ablaufleitung und der Entlüftungsleitung des Systems mit Strömungsdioden eine Verringerung von bis zu ungefähr 66% bezüglich der Geschwindigkeiten was ein stabileres Strömungsmuster angibt.
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10A–10D zeigen Diagramme 1000, 1010, 1020, 1030 der Druckamplitude (in kPa) im Kurbelgehäuse als Funktion der Motordrehzahl (in rpm). Die durchgezogenen Linien 1002, 1012, 1022, 1032 repräsentieren die Druckamplitude in jeweiligen Kurbelgehäuseabschnitten #1–#4 in einem herkömmlichen System. Die kurz gestrichelten Linien 1004, 1014, 1024, 1034 repräsentieren die Druckamplitude in den jeweiligen Kurbelgehäuseabschnitten #1–#4 in einem Rückflusssystem mit Strömungsdioden 30, 32, die Strömungsdioden mit einem Q-Wert von 2,3 in der Entlüftungsleitung und der Ablaufleitung 26, 28 umfassen. Für diese Diagramme ist zu beachten, dass die Druckresonanzamplituden, die im Spitzenleistungsbereich (zwischen 5000–7000 rpm) im herkömmlichen System beobachtet werden, drastisch reduziert werden, indem eine bevorzugte Strömungsrichtung mit den Strömungsdioden 30, 32 erzeugt wird. Das Abschwächen der Kurbelgehäuseresonanzen verringert die Leistungsverlustresonanz im Spitzenleistungsbereich. Eine zusätzliche Leistungsverlustverringerung wird mit einer Verringerung des Massenverhältnisses von Öl zu Luft erwartet, die mit einem Abfall in der Bildung von Öldampf verbunden ist. Die Erhöhung des Q-Werts der Strömungsdioden führt zu einer größeren Abnahme in der Druckamplitude bei der Resonanz. Es ist auch wichtig anzumerken, dass das Vorhandensein der Strömungsdioden eine minimale Auswirkung auf die Druckamplituden im Kraftstoffsparbereich (kleiner als 3000 rpm) und im mittleren Leistungsbereich (3000–5000 rpm) aufweist.
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Obgleich spezielle Strömungsdioden hierin dargstellt und beschrieben sind, sollte ein Fachmann einsehen, dass andere Strömungsdioden in einem Kurbelgehäuse-Rückflusssystem verwendet werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung und des Anspruchssatzes abzuweichen, die hier dargelegt sind. Das Kurbelgehäuse-Rückflusssystem kann nämlich angepasst werden, indem die Q-Werte für Strömungsdioden in der Entlüftungs- und in der Ablaufleitung, die den verschiedenen Kurbelgehäuseabschnitten zugeordnet sind, in Abhängigkeit vom Massendurchsatz und von Geschwindigkeitsprofilen modifiziert werden, die dem Ort der Ablauf- und der Entlüftungsleitungen zugeordnet sind. Alternativ können Strömungsdioden in weniger als allen Entlüftungs- und Ablaufleitungen verwendet werden. Auf ähnliche Weise sind die Strömungsdioden, die hierin dargestellt und beschrieben sind, mehrere identische Strömungsdiodenelemente in einem Durchgang. Die vorliegende Offenbarung sollte derart verstanden werden, dass sie andere Strömungsdioden-Konfigurationen umfasst, bei denen die Strömungsdiodenelemente, die in einem Durchgang angeordnet sind, bezüglich ihrer Geometrie und/oder ihrer Q-Werte nicht identisch sind. Zusammengefasst, verwendet das verbesserte System eine Strömungsdiode, um eine Luftströmung unter Verwendung der Druckschwankungen im Kurbelgehäuse in eine bevorzugte Richtung zu leiten, um eine Pumpwirkung ohne sich bewegende Teile zu erzeugen. Das verbesserte System weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass Druckamplitudenresonanzen im Kurbelgehäuse verringert werden, was zu einer gewissen Steigerung der Spitzenleistung führt.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zu Zwecken der Veranschaulichung und Darstellung vorgesehen. Sie soll nicht abschließend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer speziellen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern sie sind, wo dies anwendbar ist, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, sogar dann, wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Selbige können auch auf viele Weisen variiert werden. Solche Veränderungen sollen nicht als ein Abweichen von der Offenbarung angesehen werden, und alle solche Modifikationen sollen innerhalb des Umfangs der Offenbarung umfasst sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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