DE10340082A1

DE10340082A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks

Info

Publication number: DE10340082A1
Application number: DE10340082A
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr. Boll; Christian Dipl.-Ing. Hohensee; Petr Dipl.-Ing. Krenovsky
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-08-30
Filing date: 2003-08-30
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Eine Vorrichtung (9) zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer zu einer Brennkraftmaschine (1) führenden Ansaugleitung (2) weist ein in der Ansaugleitung (2) angeordnetes Stellorgan (10) auf, welches in der Lage ist, in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen einem in dem Kurbelgehäuse (6) herrschenden Druck und dem außerhalb des Kurbelgehäuses (6) herrschenden Druck den Querschnitt der Ansaugleitung (2) zu verringern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer zu einer Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine.

Zur Entlüftung des Kurbelgehäuses von Brennkraftmaschinen ist es beispielsweise aus der DE 36 04 090 A1 bekannt, eine mit einer Strömungsdrossel versehene Zusatzluftleitung, welche in eine Entlüftungsleitung mündet, und eine stromab dieser Mündungsstelle angeordnete, die Kurbelgehäuseentlüftungsgase in die Ladeluftleitung fördernde Pumpe vorzusehen. Diese bekannte Kurbelgehäuseentlüftung ist allerdings sehr aufwändig und erfordert eine Vielzahl zusätzlicher Aggregate, sodass sie für die Serienfertigung nur bedingt geeignet ist.

Gerade bei modernen direkteinspritzenden und aufgeladenen Brennkraftmaschinen steht in vielen Betriebsbereichen in der Ansauglage kein Unterdruck mehr zur Verfügung, der jedoch insbesondere zur Entlüftung des Kurbelgehäuses erforderlich ist, da aus Umweltschutzgründen keine Betriebsstoffe oder Blowby-Gase aus dem Kurbelgehäuse austreten dürfen. Allerdings ist auch für verschiedene andere Aggregate eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Bremsanlage, einer Türschließanlage oder ähnlichem, ein Unterdruck erforderlich, der, wenn er nicht in der Ansaugleitung zur Verfügung gestellt wird, mit zusätzlichen Einrichtungen in aufwändiger Art und Weise erzeugt werden muss.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer zu einer Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln arbeitet und in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen ausreichenden Unterdruck zur Verfügung stellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Stellorgan, welches in der Lage ist, den Querschnitt der Ansaugleitung zu verringern, wird bei einer solchen Verringerung des Querschnitts aufgrund der einer Venturi-Düse ähnlichen Wirkung ein Unterdruck in der Ansaugleitung erzeugt, der in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden kann. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, fehleranfällige Bauteile, wie z.B. Druckregelventile, die bei bekannten Lösungen zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer Ansaugleitung eingesetzt werden, einzusparen und auf diese Weise mit zuverlässigen Mitteln und einer entsprechend hohen Betriebssicherheit den erforderlichen Unterdruck bereitzustellen. Insbesondere erzeugt aber das wie eine verstellbare Venturi-Düse wirkende Stellorgan erfindungsgemäß nur minimale Strömungsverluste, sodass der Brennkraftmaschine weder Leistung verloren geht, noch ein gegebenenfalls vorgesehener Abgasturbolader stärker arbeiten muss. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind die Einsparung von Bauraum und somit auch von Gewicht und Rohstoffen sowie die Kraftstoffeinsparung aufgrund der unmittelbaren Bereitstellung von Unterdruck, welche nicht auf zusätzliche Hilfsmittel angewiesen ist. Außerdem kann durch die Querschnittsregelung stets ein gemäß Betriebspunkt und Alter der Brennkraftmaschine bedarfsgerechter Unterdruck erzeugt werden.

Wenn mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine entlüftet werden soll, so kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Ansaugleitung im Bereich des Stellorgans eine von dem Kurbelgehäuse ausgehende Entlüftungsleitung in die Ansaugleitung mündet. Diese Entlüftungsleitung sollte möglichst im engsten Querschnitt des Stellorgans angeordnet sein, wobei die Mündung möglichst schräg erfolgen sollte, um den Saugeffekt zu unterstützen.

Andere Aggregate eines Kraftfahrzeugs lassen sich durch den erfindungsgemäß bereitgestellten Unterdruck versorgen, wenn eine zu einem Unterdruckspeicher führende Unterdruckleitung in die Entlüftungsleitung mündet.

Eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Anspruch 11 zu entnehmen.

Eine verfahrensgemäße Lösung der oben genannten Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 12.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks.
Zu einer schematisch dargestellten, vorzugsweise aufgeladenen, direkteinspritzenden und nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschine 1 führt eine Ansaugleitung 2, welche in einen Luftsammler 3 mündet, von dem einzelne Einlasskanäle 4 ausgehen, die an der Brennkraftmaschine 1 angeflanscht sind. Das bei der Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 entstehende Abgas verlässt dieselbe durch eine Abgasanlage 5.
Um eine Entlüftung eines Kurbelgehäuses 6 der Brennkraftmaschine 1 während eines Teillastbetriebs derselben zu erreichen, führt von dem Kurbelgehäuse 6 eine Teillastentlüftungsleitung 7 zu dem Luftsammler 3. In der Teillastentlüftungsleitung 7 ist ein herkömmliches Entlüftungsventil 8 angeordnet, welches beispielsweise aus einem nicht dargestellten Rückschlagventil und einem ebenfalls nicht dargestellten Druckbegrenzungsventil bestehen kann. Da die Teillastentlüftung des Kurbelgehäuses 6 über die Teillastentlüftungsleitung 7 an sich bekannt ist, wird diese im folgenden nicht näher beschrieben. Prinzipiell wäre die Teillastentlüftung entbehrlich; sie macht eher Sinn, wenn statt der später noch beschriebenen Venturi-Regelung nur eine Drosselregelung verwendet wird, um Saugverluste zu verringern.
Des weiteren ist in der Ansaugleitung 2 eine Vorrichtung 9 zur Erzeugung eines Unterdrucks in der zu der Brennkraftmaschine 1 führenden Ansaugleitung 2 angeordnet. Die Vorrichtung 9 umfasst ein Stellorgan 10, welches, wie nachfolgend beschrieben, in der Lage ist, in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb des Kurbelgehäuses 6 und dem Druck außerhalb des Kurbelgehäuses 6 den Querschnitt der Ansaugleitung 2 zu verringern. Hierzu ist das Stellorgan 10 im vorliegenden Fall als Klappe ausgebildet und wird von einer Unterdruckdose 11 verstellt. Die Unterdruckdose 11 wird von einer Druckleitung 12 mit dem innerhalb des Kurbelgehäuses 6 herrschenden Druck bzw. mit der Druckdifferenz zwischen dem in dem Kurbelgehäuse 6 herrschenden Druck und dem außerhalb des Kurbelgehäuses 6 herrschenden Druck beaufschlagt. Hierzu zweigt die Druckleitung 12 von einer mit dem Kurbelgehäuse 6 verbundenen Entlüftungsleitung 13 ab.
Bei einer ausreichenden Druckdifferenz, deren Höhe gegebenenfalls einstellbar sein kann und welche auch in der Druckleitung 12 vorhanden ist, wird eine Membran 14 innerhalb der Unterdruckdose 11 ausgelenkt und bewegt einen Stößel 15, welcher mit dem Stellorgan 10 zur Verstellung desselben verbun den ist. Das Stellorgan 10 wird derart verstellt, dass es sich in die Ansaugleitung 2 hineinbewegt und somit den Querschnitt derselben verringert. Hierdurch entsteht gemäß den Bernoullischen Strömungsregeln im engsten Querschnitt des Stellorgans 10 ein Unterdruck, der dafür sorgt, dass über die an dieser Stelle in die Ansaugleitung 2 mündende Entlüftungsleitung 13 aus dem Kurbelgehäuse 6 Blowby-Gase abgesaugt werden. Abhängig von der Höhe der Druckdifferenz sorgt das Stellorgan 10 für eine stärkere oder weniger starke Verringerung des Querschnitts der Ansaugleitung 2.
Das Stellorgan 10 ist im vorliegenden Fall in Strömungsrichtung innerhalb der Ansaugleitung 2 vor einem Luftverdichter 16 angeordnet, da insbesondere bei Vorhandensein des Luftverdichters 16, also bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 1 häufig kein ausreichender Unterdruck in der Ansaugleitung 2 herrscht.
Bei dem Luftverdichter 16 kann es sich um den Verdichter eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Abgasturboladers oder auch um einen mechanischen Verdichter handeln.
In dem Bereich, in dem die Entlüftungsleitung 13 in die Ansaugleitung 2 mündet, mündet in die Entlüftungsleitung 13 auch eine Unterdruckleitung 17, welche zu einem Unterdruckspeicher 18 führt. Der Unterdruckspeicher 18 kann im Teillastbereich sinnvoller über eine Leitung 19, jeweils über Rückschlagventile 17a bzw. 19a, entleert werden, da dort der Unterdruckbedarf für die Motorentlüftung gering ist. Der Unterdruckspeicher 18, von dem gegebenenfalls auch mehrere vorgesehen sein könnten, dient beispielsweise zur Versorgung eines Bremskraftverstärkers, einer Türschließanlage oder sonstiger Aggregate bzw. Geräte eines Kraftfahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine 1 eingebaut sein kann.
Die Entlüftungsleitung 13 und die Unterdruckleitung 17 könnten bei einer reinen Drosselregelung des Stellorgans 10 auch hinter dem Stellorgan in die Ansaugleitung 2 münden.
In hier dargestellter Weise kann die Ansaugleitung 2 im Bereich des Stellorgans 10 in der Form einer Venturi-Düse ausgebildet sein, um einen Druckrückgewinn hinter dieser Düse zu erzeugen. Da die Gestaltung einer solchen Venturi-Düse an sich bekannt ist, wird hierin nicht näher darauf eingegangen. Das Stellorgan 10 ist auch in diesem Fall in der Lage, den Querschnitt der Ansaugleitung 2 im Bereich der Venturi-Düse zu verringern, sodass im Prinzip eine variable Venturi-Düse vorliegt. Das Stellorgan 10 wäre dabei also nicht als Klappe, sondern vielmehr als bewegliche Wandung ausgebildet, die hier symbolisch gekrümmt dargestellt ist.
Statt der Druckbeaufschlagung der Unterdruckdose 11 über die Druckleitung 12 aus dem Kurbelgehäuse 6 könnte auch ein nicht dargestellter Drucksensor vorgesehen sein, der den Druck in dem Kurbelgehäuse 6 misst und abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb und außerhalb des Kurbelgehäuses 6 für eine Verstellung des Stellorgans 10 sorgen. In einer solchen Ausführung wäre auch die Unterdruckdose 11 nicht unbedingt notwendig, da das Stellorgan 10 dann auch mittels eines von dem Drucksensor gesteuerten Stellmotors oder ähnlichem verstellt werden könnte.
Zusätzlich zu dem Stellorgan 10 könnten auch noch weitere Stelleinrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise bei einem plötzlichen Öffnen einer in der Ansaugleitung 2 gegebenenfalls angeordneten Drosselklappe 20 den Unterdruck unmittelbar nach dem Stellorgan 10 mit einer D-Regelcharakteristik erhöhen würden, damit aufgrund einer eventuellen Trägheit des Regelsystems kein zwischenzeitlicher Überdruck in dem Kurbelgehäuse 6 entstehen kann.
Die oben beschriebene Vorrichtung 9 ist selbstverständlich auch für den Einsatz bei einer nicht aufgeladenen und/oder nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschine 1 einsetzbar.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer zu einer Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung, gekennzeichnet durch ein in der Ansaugleitung (2) angeordnetes Stellorgan (10), welches in der Lage ist, in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen einem in dem Kurbelgehäuse (6) herrschenden Druck und dem außerhalb des Kurbelgehäuses (6) herrschenden Druck den Querschnitt der Ansaugleitung (2) zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ansaugleitung (2) im Bereich des Stellorgans (10) eine von dem Kurbelgehäuse (6) ausgehende Entlüftungsleitung (13) in die Ansaugleitung (2) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu einem Unterdruckspeicher (18) führende Unterdruckleitung (17) in die Entlüftungsleitung (13) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (10) mittels einer Unterdruckdose (11) verstellbar ist, welche über eine Druckleitung (12) von dem Druck innerhalb des Kurbelgehäuses (6) beaufschlagt ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zu der Unterdruckdose (11) führende Druckleitung (12) von der Entlüftungsleitung (12) abzweigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kurbelgehäuse (6) ein Drucksensor angeordnet ist, wobei die Verstellung des Stellorgans (10) in Abhängigkeit der von dem Drucksensor gemessenen Druckdifferenz zwischen einem in dem Kurbelgehäuse (6) herrschenden Druck und dem außerhalb des Kurbelgehäuses (6) herrschenden Druck erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (2) im Bereich des Stellorgans (10) in der Form einer Venturi-Düse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (10) als in die Ansaugleitung (2) schwenkbare Klappe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ansaugleitung (2) ein Luftverdichter (16) angeordnet ist, wobei das Stellorgan (10) in Strömungsrichtung innerhalb der Ansaugleitung (2) vor dem Luftverdichter (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Querschnitts der Ansaugleitung (2) in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen einem in dem Kurbelgehäuse (6) herrschenden Druck und dem außerhalb des Kurbelgehäuses (6) herrschenden Druck eine bloße Drosselregelung vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) mit einer Ansaugleitung (2) und mit einer in der Ansaugleitung (2) angeordneten Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer zu einer Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ansaugleitung (2) bei einer Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb des Kurbelgehäuses (6) und dem Druck außerhalb des Kurbelgehäuses (6) verringert wird.