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TECHNISCHES GEBIET
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Das offenbarte erfinderische Konzept betrifft Kraftmaschinenabgasreinigungssysteme und insbesondere Kurbelgehäuseentlüftungsanordnungen für Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft das offenbarte erfinderische Konzept ein System für eine Brennkraftmaschine, die einen Einlass und einen Zylinderkopfdeckel mit einer zugehörigen Kurbelgehäuseentlüftungsölabscheiderbaugruppe aufweist, die Ölstromgeschwindigkeit durch Stützen auf vom Einlass und durch im Zylinderkopfdeckel integrierte Einlassrohre verlaufende innere Ladeluftzufuhr erhöht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Während der Verbrennungsphase des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Brennkraftmaschine werden Abgase erzeugt, die während des Kraftmaschinenbetriebs über den Auslasskrümmer aus der Kraftmaschine austreten. Dabei treten jedoch nicht alle Gase aus der Kraftmaschine aus. Einige dieser Gase werden aufgrund des bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs entstehenden Drucks gezwungen, den Kolben zu umgehen und in das Kurbelgehäuse einzutreten.
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Eine Ableitung dieser gesammelten Gase ist erforderlich, um Schäden an Kraftmaschinendichtungen zu vermeiden, die durch den zusätzlichen Kurbelgehäusedruck verursacht werden. Derartige Schäden führten zu Ölleckagen. Eine frühe und direkte Lösung für die Ansammlung von Abgasen im Kurbelgehäuse bestand einfach darin, die gesammelten Gase zum Beispiel über ein Saugrohr direkt in die Atmosphäre abzulassen. Aufgrund der negativen Umweltauswirkungen dieser Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist dies jedoch eine unerwünschte Lösung für das Vorhandensein dieser Gase.
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Als Alternative können diese Gase wieder in die Kraftmaschine eingeleitet werden, indem sie aus dem Kurbelgehäuse entlüftet werden und dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zugesetzt werden, das über den Einlasskrümmer in die Kraftmaschine eintritt. Für diesen Zweck sind Ölabscheider bekannt.
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Eine typische Lösung zum Abscheiden von Öl aus Wasser umfasst die Verwendung eines Maschenfilters, in dem Öltropfen in den Maschen (die in der Regel aus einer Mikrofaser bestehen) aufgefangen werden und ein Durchströmen von Luft gestattet wird. Ein anderer einfacher Ansatz zum Abscheiden von Öl aus Luft besteht in der Bereitstellung eines Rohrs, durch das das zurückgeführte Gas passiert. Das Rohr weist in seiner Seite ausgebildete Löcher auf. Luft durchströmt die Löcher, und die schwereren Öltropfen fallen zum Boden eines Behälters. Eine Bewegungseinheit, wie zum Beispiel eine Zentrifuge, kann auch zum Abscheiden von Öl aus der Luft verwendet werden. Das abgeschiedene Öl wird in das Kurbelgehäuse zurückgeleitet.
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Eine sehr typische Lösung bestand darin, die Kurbelgehäusegase durch ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem "(PCV-"System – PCV – positive crankcase ventilation) aus dem Kurbelgehäuse in den Einlasskrümmer strömen zu lassen, wie durch ein entlang dem PCV-Pfad angeordnetes Ventil geregelt. Gemäß einem PCV-Beispiel beginnt der Pfad für die PCV am Ventildeckel und endet am Einlasskrümmer. Während des Kraftmaschinenbetriebs verstärkt das PCV-Ventil in Perioden mit höherem Einlasskrümmerunterdruck eine Drosselung zwischen dem Ansaugsystem und dem Kurbelgehäuse, wodurch in Perioden mit niedrigerem Einlasskrümmerunterdruck die Drosselung zwischen dem Einlasskrümmer und dem Kurbelgehäuse reduziert wird. Gemäß diesem System wird im Kraftmaschinenkurbelgehäuse ein leichter Unterdruck aufrechterhalten, wodurch Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftmaschinenkurbelgehäuse gesaugt und in das Kraftmaschinenansaugsystem geleitet werden.
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Einige bekannte Systeme stützen sich auf ein PCV-Ventil, das in der Regel am Ventildeckel angebracht ist. Ein externer PCV-Schlauch ist zwischen dem Luft-/Ölabscheider und dem Einlasskrümmer angeordnet. Schlauchverbindungen können auch eine Schlauchverbindung am Nockenwellendeckel und eine am Einlasskrümmer umfassen. Für jede Verbindung sind Verbindungsstellen erforderlich. Obwohl die Verwendung von Gummischläuchen ein umweltfreundliches Verfahren zur Ableitung der gesammelten Gase bereitstellt, bringt sie die Möglichkeit eines Systemausfalls aufgrund von Alterung der Schläuche oder durch versehentliches Trennen des Schlauchs vom Ventil verursachte Leckage mit sich.
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Zum Vermeiden des Erfordernisses von Schlauchverbindungen ist es möglich, den Ölabscheider für ein durch Schwerkraft erzeugtes Entleeren mit dem Zylinderkopfdeckel zu verschrauben. Bei solch einer Anordnung wird Öl aufgrund eines hohen Deltadrucks zwischen dem Ablassauslass und dem Kurbelgehäusedruck auf der anderen Seite des Zylinderkopfdeckels jedoch nicht entleert. Demgemäß besteht, wie in so vielen Bereichen der Fahrzeugtechnologie, Raum für Verbesserungen, die die Verwendung und den Betrieb von mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden Ölabscheidungssystemen betreffen
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zum Vermeiden der mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme stellt das offenbarte erfinderische Konzept eine innere Ladeluftzufuhr zu einem unidirektionalen Ölabscheider mit einem Ölstrombeschleuniger (wie zum Beispiel einer Venturi-Pumpe oder einer Strahlpumpe) von in dem Zylinderkopfdeckel integrierten Einlassrohren ohne Verwendung jeglicher externen Armaturen oder Schläuche bereit. Der Ölstrombeschleuniger leitet eine Hochdruckladeluftzufuhr in den Ölstrombeschleuniger, der das Öl vom Ölabscheiderauslass zu dem Kraftmaschinenkurbelgehäuse drückt. Da der Zylinderkopfdeckel integrierte Einlassrohre hat, kann die erforderliche Ladeluftzufuhr auch im Zylinderkopfdeckel integriert werden, wodurch das Erfordernis externer Rohre vermieden wird.
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Insbesondere stellt das offenbarte erfinderische Konzept eine Hochdruckladeluftzufuhranordnung für eine Brennkraftmaschine bereit, die einen Zylinderkopfdeckel mit einem Hochdruckladestrompfad und einem mit dem Pfad fluidisch verbundenen Einlass zum Einleiten von Hochdruckluft in den Pfad enthält. Der Strompfad in dem Zylinderkopfdeckel ist ein Einlassrohr. Ferner wird ein Gas- und Ölabscheider mit einem Strombeschleuniger bereitgestellt. Der Pfad ist fluidisch am Beschleuniger befestigt.
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Der Strombeschleuniger weist eine Öleingangsseite und eine Ölausgangsseite auf. Der Hochdruckladestrompfad ist zwischen der Öleingangsseite und der Ölausgangsseite des Beschleunigers verbunden. Die Ausgangsseite des Strombeschleunigers ist eine Hochgeschwindigkeitsseite.
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Der Gas- und Ölabscheider enthält eine obere Kammer und eine untere Kammer. Die obere Kammer und die untere Kammer sind durch eine Wand getrennt. Ein Öl- und Gasdiffusor ist in der Wand vorgesehen. Die Öleingangsseite des Beschleunigers ist fluidisch mit der unteren Kammer verbunden, während die Ölausgangsseite fluidisch mit einer Kurbelgehäuseölrücklaufleitung verbunden ist.
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Der Strombeschleuniger kann eine beliebige Art von Fluidbeschleuniger sein, einschließlich einer Venturi-Pumpe und einer Strahlpumpe, aber nicht darauf beschränkt. Der Strombeschleuniger saugt das nach der Abscheidung aus den Gasen in der unteren Kammer gesammelte zusammengefasste Öl und leitet das Öl zum Kurbelgehäuse. Die abgeschiedene Luft wird aus dem Gas- und Ölabscheider zum Einlass für Verbrennung geleitet.
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Die obigen Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte auf die Ausführungsformen Bezug genommen werden, die in den beigefügten Zeichnungen in näherer Einzelheit dargestellt und unten mittels Beispielen der Erfindung beschrieben werden; darin zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfdeckels für eine Brennkraftmaschine zur Verwendung mit dem Ladeluftzufuhrsystem gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept;
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2 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Zylinderkopfdeckels gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept;
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3 eine perspektivische Ansicht des Systems, das eine Einlassbaugruppe und den Zylinderkopfdeckel nach den 1 und 2 mit einer zugehörigen Kurbelgehäuseentlüftungsölabscheiderbaugruppe aufweist, die eine innere Ladeluftzufuhr durch im Zylinderkopfdeckel integrierte Rohre gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept enthält; und
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4 eine Schnittansicht der Ölabscheiderbaugruppe und des Zylinderkopfdeckels, die den Ladeluftzufuhrpfad gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In den folgenden Figuren werden gleiche Bezugszeichen für den Bezug auf die gleichen Komponenten verwendet. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Betriebsparameter und Komponenten für verschiedene konstruierte Ausführungsformen beschrieben. Diese spezifischen Parameter und Komponenten sind als Beispiele enthalten und sollen nicht einschränkend sein.
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Allgemein betrifft die offenbarte Erfindung das Leiten von Kurbelgehäusegasen aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine und in den Einlasskrümmer zur Verbrennung unter Verwendung von innerer Ladeluftzufuhr, die vom Einlass und durch im Zylinderkopfdeckel integrierte Einlassrohre verläuft. Die innere Ladeluft tritt in den im Ölabscheider positionierten Ölstrombeschleuniger ein und erzeugt einen Hochgeschwindigkeitsölstrom auf seiner Einlassseite. Abgeschiedenes Öl wird zum Kurbelgehäuse zurückgeführt, während abgeschiedene Luft zum Einlasskrümmer für Verbrennung zurückgeführt wird.
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Die 1 und 2 stellen einen Zylinderkopfdeckel 10 für eine Brennkraftmaschine zur Verwendung mit dem Ladeluftzufuhrsystem gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept dar; 1 stellt eine perspektivische Ansicht des Zylinderkopfdeckels 10 dar, während 2 eine Draufsicht des Zylinderkopfdeckels darstellt. Der in den 1 und 2 dargestellte Zylinderkopfdeckel 10 ist nur angedeutet und ist nicht als einschränkend zu verstehen, da andere Konfigurationen des Zylinderkopfdeckels 10 möglich sind, ohne vom Wesen und Schutzumfang des offenbarten erfinderischen Konzepts abzuweichen.
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Der Zylinderkopfdeckel 10 enthält einen Einlasskanal 12. Der Einlasskanal 12 ist fluidisch an einer Einlassbaugruppe befestigt, wie unten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird. Der Zylinderkopfdeckel 10 enthält mehrere Zylinderkopfeinlassrohre 14, 14', 14'', 14'''. Es kann eine höhere oder geringere Anzahl von Einlassrohren als die hierin dargestellte Anzahl vorgesehen sein.
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Der Zylinderkopfdeckel 10 wird zur Verwendung mit einer Einlassbaugruppe und einer Kurbelgehäuseentlüftungsölabscheiderbaugruppe bereitgestellt. Diese Anordnung ist in 3 dargestellt, in der eine perspektivische Ansicht des Systems des offenbarten erfinderischen Konzepts, das einen Einlass und einen Zylinderkopfdeckel mit einer zugehörigen Kurbelgehäuseentlüftungslölabscheiderbaugruppe aufweist, die eine innere Ladeluftzufuhr durch im Zylinderkopfdeckel integrierte Rohre gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept enthält, dargestellt wird.
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Insbesondere werden ein oberer Einlass 18 und ein unterer Einlass 20 dargestellt. Es versteht sich, dass der Bezug auf "obere(r)" und "untere(r)" bei der Beschreibung des oberen Einlasses 18 und des unteren Einlasses 20 nur der Einfachheit halber gemacht wurde und nicht als einschränkend zu verstehen ist. Obgleich herkömmliche Einlasskrümmer in heutigen Fahrzeugen im Allgemeinen horizontal über der Kraftmaschine positioniert sind, kommt insbesondere in Betracht, dass sich der Einlasskrümmer gemäß dem offenbarten erfinderischen Konzept als Alternative vertikal seitlich der Kraftmaschine befinden kann.
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Zwischen dem oberen Schalenteil 12 und dem unteren Schalenteil 14 ist ein Hohlraum 16 gebildet. Der Einlasskrümmer 10 enthält auch einen Drosselklappengehäusebefestigungsflansch 18. Mehrere Einlassrohre 20 sind als Teil des oberen Schalenteils 12 ausgebildet. Es versteht sich, dass die Gesamtkonfiguration des Einlasskrümmers, wie in 1 dargelegt, nur angedeutet ist und nicht als einschränkend zu verstehen ist, da andere Konfigurationen möglich sein können, ohne vom Wesen und Schutzumfang des offenbarten erfinderischen Konzepts abzuweichen.
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Der obere Einlass 18 ist am Einlasskanal 12 des Zylinderkopfdeckels 12 befestigt. Des Weiteren ist eine Kurbelgehäuseentlüftungsölabscheiderbaugruppe 22 am Zylinderkopfdeckel 12 befestigt. Die Ölabscheiderbaugruppe 22 ist durch ein Luftrücklaufrohr 23 am unteren Einlass 20 befestigt. Bei der Ölabscheiderbaugruppe 22 handelt es sich um ein unidirektionales System, das Öl aus Dämpfen herausfiltert, die das Kurbelgehäuse verlassen, bevor sie über das Luftrücklaufrohr 23 wieder in den unteren Einlass 20 eintreten. Eine Turboladerbaugruppe 24 ist am unteren Einlass 20 befestigt.
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Ein Strom von Hochdruckladeluft wird durch die Turboladerbaugruppe 24 erzeugt. Der Strom von Hochdruckladeluft verlässt den oberen Einlass 18 entlang der Strömungsrichtung 26 und wird in die Einlassrohre 14, 14', 14'' und 14''' des Zylinderkopfdeckels gedrückt. Ein Teil der Hochdruckladeluft wird zu der Kurbelgehäuseentlüftungsölabscheiderbaugruppe 22 geleitet, wie in 4 dargestellt, bei der es sich um eine Schnittansicht der Ölabscheiderbaugruppe 22 und des Zylinderkopfdeckels 10 handelt.
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Unter Bezugnahme auf 4 enthält die Kurbelgehäuseentlüftungsölabscheiderbaugruppe 22 einen unteren Ölabscheiderteil 28 und einen oberen Ölabscheiderteil 30. Es versteht sich, dass der Bezug auf "obere(r)" und "untere(r)" bei der Beschreibung des unteren Ölabscheiderteils 28 und des oberen Ölabscheiderteils 30 nur der Einfachheit halber gemacht wird und nicht als einschränkend zu verstehen ist. Zwischen dem unteren Teil 28 und dem oberen Teil 30 ist eine Wand 32 ausgebildet. Die Wand 32 definiert eine untere Ölabscheiderkammer 34 und eine obere Ölabscheiderkammer 36.
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Ein Öl- und Gasmischeinlass 38 ist in fluidischer Verbindung mit dem oberen Teil 30 der Ölabscheiderbaugruppe 22 gebildet. Der Öl- und Gasmischeinlass 38 ist fluidisch mit dem (nicht gezeigten) Kurbelgehäuse verbunden. Ein Luftauslass 40 ist in fluidischer Verbindung mit dem unteren Teil 28 der Ölabscheiderbaugruppe 22 gebildet. Der Luftauslass 40 ist durch das in 3 dargestellte Luftrücklaufrohr 23 am unteren Einlass 20 befestigt.
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In der Wand 32 ist ein Diffusor 42 gebildet, der das Gemisch aus Öl und Gasen empfängt, das in die obere Ölabscheiderkammer 36 eintritt. Der Diffusor 42 trennt die Gase von dem Öl durch bekannte Verfahren. Die Gase werden durch das Luftrücklaufrohr 23 aus der unteren Ölabscheiderkammer 34 in den unteren Einlass 20 geleitet.
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Der schnelle Strom des abgeschiedenen Öls aus der Ölabscheiderbaugruppe 22 oder seine hohe Geschwindigkeit wird durch einen Ölstrombeschleuniger 44 erzeugt. Der Ölstrombeschleuniger 44 kann durch verschiedenste Konfigurationen gebildet werden, wie zum Beispiel eine Venturi-Pumpe oder eine Strahlpumpe, aber nicht darauf beschränkt. Die Geschwindigkeit der Bewegung des Öls hängt von der Einleitung von Hochdruckluft vom Einlassrohr ab. Insbesondere ist ein Hochdruckpfad 46 an seinem Eingangsende mit einem Einlassrohr, wie zum Beispiel dem Einlassrohr 14'', fluidisch verbunden. Der Hochdruckpfad 46 ist an seinem Ausgangsende fluidisch mit einem Venturi-Einlass 48 verbunden. Der durch die zuströmende Hochdruckluft, die aus dem Hochdruckpfad 46 in den Ölstrombeschleuniger 44 eingeleitet wird, erzeugte Ölstrom durch den Ölstrombeschleuniger 44 wird erheblich vergrößert, wodurch zusammengefasstes Öl mittels eines Ölrücklaufauslasses 50 aus der unteren Ölabscheiderkammer 34 und aus der Ölabscheiderbaugruppe 22 gesaugt wird. Der Ölrücklaufauslasses 50 ist an dem (nicht gezeigten) Kurbelgehäuse befestigt.
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Durch Einleiten von Hochdruckladeluftzufuhr in den Ölabscheider wird Öl aus dem Ölabscheiderauslass zum Kraftmaschinenkurbelgehäuse zurück gedrückt. Die oben beschriebene und in den beigefügten Figuren gezeigte Anordnung gestattet das direkte Anbringen des Ölabscheiders am Zylinderkopfdeckel ohne Erfordernis externer Armaturen, wie zum Beispiel eines Schlauchs, zur Verbindung dieser Komponenten. Solch eine Anordnung gestattet die Verwendung eines direkt befestigten Hochleistungsölabscheiders zum Ablassen abgeschiedenen Öls zurück zum Kurbelgehäuse, während die Kraftmaschine im Betrieb ist.
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Das offenbarte erfinderische Konzept, wie oben angeführt, bewältigt die durch bekannte Anordnungen zum Trennen von Gasen von Öl erfahrenen Herausforderungen. Demgemäß wird der Fachmann aus einer solchen Besprechung und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen leicht erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne vom wahren Gedanken und angemessenen Schutzumfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, abzuweichen.
