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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Reinigung von Entlüftungs-(Durchblas-)Gas
von Verbrennungsmaschinenkurbelumhausungen sowie auf eine Verbrennungsmaschine,
die die Vorrichtung umfasst.
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Während des
Kompressions- und Arbeitshubs in einer Verbrennungsmaschine ist
der Unterschied im Gasdruck oberhalb und unterhalb eines Kolbens
ausreichend, um zu bewirken, dass Gas am Kolben vorbei in die Maschinenkurbelumhausung
entweichen (durchblasen) kann. Die resultierende Vergrößerung des
Drucks innerhalb der Kurbelumhausung kann Öl an den Maschinenöldichtungen
vorbei zwingen, und dieser Druck kann auch die Dichtungen beschädigen und
daher dazu führen,
dass mehr Öl
entweicht.
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Um
die schädigenden
Wirkungen des Durchblasens zu vermindern, ist es normal, den Kurbelumhausungsdruck
entweder durch Ablassen des Entlüftungsgases
an die Atmosphäre über eine
offene Entlüftung oder
durch das Verbinden der Kurbelumhausung mit dem Maschinenluftansaugsystem
zu entlasten, wodurch Entlüftungsgas
an die Maschinenverbrennungskammer über das Maschinenluftansaugsystem
und unter der Steuerung eines Druckregulierungsmittels übertragen
wird. Dieses letztere System stellt ein Entlüftungssystem mit geschlossenem
Kreislauf dar.
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Bei
Entlüftungssystemen
ist es wünschenswert,
Mittel zum Wiedergewinnen von in Entlüftungsgas enthaltenem Öl und sein
Rückführen zum
Maschinenschmierölsystem
zur Wiederverwendung einzuschließen. Ansonsten wird die Übertragung
des Öls
zu Verschmutzung und in einem System mit geschlossenem Schalkreis,
zur Schmutzansammlung an Turboladerverdichterschaufeln, Maschinenkegelventilen
und anderen Komponenten, die sich in Kontakt mit der Einlassluft
befinden, führen.
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Die Übertragung
von Öl
in Entlüftungsgas
führt sowohl
zu Kontaminations- und Emissionsproblemen als auch zur Reduzierung
des Volumens von Öl,
das für
die Schmier- und Kühlungsanforderungen
der Maschine vorhanden ist. Es ist wünschenswert, die Ölübertragung
zu minimieren, und deshalb umfassen die meisten Entlüftungssysteme
mit geschlossenem Kreislauf einen Öl-/Luftseparator.
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Ein
weiteres Problem bei der Ölübertragung
in dem Entlüftungssystem
mit geschlossenem Kreislauf einer Maschine, besonders der Art eines
Diesels, liegt darin, dass das Öl
die Maschine antreiben kann und es zu einem unbeabsichtigten und
möglicherweise
starken Vergrößern der
Maschinengeschwindigkeit kommen kann, das als „Durchgehen" bekannt ist.
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Das
Problem des Durchgehens kann verschlimmert werden, wenn die Maschine
bei hohen Gradienten (Neigungswinkeln) betrieben wird, insbesondere
wenn Missbrauchbedingungen vorherrschen und insbesondere wenn der
vorgesehene maximale Ölstand
in der Wanne überschritten
wurde, wenn der Ansaugluftfilter schmutzig ist und/oder wenn die
Durchblasniveaus auf Grund von Maschinenabnutzung hoch sind. Selbst wenn
ein herkömmlicher
Separator bereitgestellt ist, kann das Entlüftungssystem unter diesen Missbrauchbedingungen
mehr Öl
aufnehmen, als der Separator bewältigen
kann, und Öl
kann in das Maschinenluftansaugsystem und daher in die Verbrennungskammer
gesogen werden, wo es die Maschine antreiben und zum Durchgehen
führen
kann.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Trennen
von Öl
vom Entlüftungsgas in
einer Verbrennungsmaschine, insbesondere in einer Maschine, die
bei hohen Gradienten angetrieben wird, bereitzustellen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum
Trennen von Öl
vom Entlüftungsgas
in einer Verbrennungsmaschine, insbesondere in einer Maschine, die
bei hohen Gradienten angetrieben wird, bereitzustellen.
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Gemäß einem
ersten Anspruch der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Entlüftungssystem
einer Verbrennungsmaschine Folgendes:
- ein unteres Maschinenvolumen,
das durch eine Maschinenkurbelumhausung festgelegt ist, und ein
oberes Maschinenvolumen, das durch einen oberen Deckel festgelegt
ist;
- ein oberes vorderes Teil der Kurbelumhausung, das ein Gehäuse umfasst,
das ein Volumen festlegt, um eine Kraftstoffeinspritzpumpe aufzunehmen,
wobei das Volumen mit dem unteren Maschinenvolumen, das durch die
Maschinenumhausung festgelegt ist, in Verbindung steht;
- ein Entlüftungsgaseinlassmittel,
das zum Empfangen von Entlüftungsgas
von einer oder mehreren Stellen innerhalb des Volumens, das durch
das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse
festgelegt ist, angeordnet ist;
- ein Entlüftungsgasleitungsmittel,
das das Entlüftungsgaseinlassmittel
mit einem Separator, der Öl
von der Suspension innerhalb des Entlüftungsgases trennen kann, in
Fluidverbindung bringt;
- Entlüftungsausgleichsleitungsmittel,
um den Separator mit dem oberen Volumen, das durch den oberen Deckel
des Gehäuses
festgelegt ist, in Fluidverbindung zu bringen;
- ein Ölablassmittel
zum Entfernen des getrennten Öls
aus dem Separator;
- Gasauslassleitungsmittel, um das gereinigte gasförmige Produkt
aus dem Separator zu entfernen.
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Bei
herkömmlichen
Entlüftungseinrichtungen
sind die Entlüftungseinlassmittel
im Allgemeinen positioniert, um Entlüftungsgas aus dem Volumen innerhalb
des Maschinengehäuses,
das durch den oberen Deckel festgelegt ist, aufzunehmen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird mindestens etwas des Entlüftungsgases aus der Umgebung
des Kraftstoffeinspritzpumpengehäuses
in dem vorderen Teil der Maschinenkurbelumhausung genommen. Es hat
sich herausgestellt, dass insbesondere, wenn Maschinen bei starken
Neigungen angetrieben werden, Gas, das aus diesem Teil des Maschinengehäuses genommen
wurde, wahrscheinlich einen niedrigeren Ölgehalt in Suspension innerhalb
des Entlüftungsgases
aufweist als Gas, das aus aktiveren Stellen in der Maschine genommen
wird, wie beispielsweise das obere Volumen, das durch den oberen
Deckel festgelegt ist.
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In
einem Entlüftungssystem
gemäß der Erfindung
ist es daher wahrscheinlich, dass das Entlüftungsgas, das den Separator
erreicht, einen niedrigeren Ölgehalt
aufweist, und die oben genau aufgeführten Probleme, die mit anstrengenderen
Betriebssituationen zusammenhängen,
werden wahrscheinlich gemildert und die Wahrscheinlichkeit, dass
der Ölgehalt
bis zu einem Punkt ansteigt, an dem ein bestimmter Separator ihn nicht
bewältigen
kann, wird vermindert.
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Die
Erfindung macht sich den niedrigeren Ölgehalt, der im Allgemeinen
im Entlüftungsgas
innerhalb des unteren Kurbelgehäusevolumens
der Maschinenumhausung zu finden ist, zu Nutzen. Es wird jedoch
häufig
während
des Betriebs der Maschine auf eine größere Oszillation von Gasdruck
innerhalb dieses Volumens gestoßen,
die einem freiem Ablass des Öls
durch das Ölablassmittel
entgegen wirken kann. Dieses Problem wird in der Vorrichtung der
Erfindung durch die Bereitstellung einer weiteren Leitung, die den
Separator und das Volumen in dem oberen Deckel in Fluidverbindung
bringt, gemildert. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass
der Gasdruck innerhalb des Volumens im oberen Deckel wahrscheinlich
während
des Kompressions- und Arbeitshubs niedriger ist als der innerhalb
des Kurbelumhausungsvolumens. Die Anordnung wertet dieses Druckdifferenzial
aus und stellt eine Dämpfung
der exzessiven Fluktuation des Drucks am Hauptentlüftungseinlass,
der sich innerhalb des Volumens der Einspritzpumpe befindet, bereit.
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Die
Ausgleichsleitung kann eine Fluidverbindung des oberen Deckels und
des Separators bewirken, indem sie eine Fluidverbindung zwischen
dem Volumen, das durch den oberen Deckel festgelegt ist, und das Entlüftungsgasleitungsmittel
beinhaltet. Als Alternative dazu kann das Ausgleichsleitungsmittel
eine Fluidverbindung zwischen dem Volumen, das durch den oberen
Deckel definiert ist, und dem Separator durch einen Einlass in den
Separator, der sich von einem Einlass für das Entlüftungsgasleitungsmittel darin
unterscheidet, bereitstellen.
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Das
Maschinenluftansaugmittel kann die Form eines Turboladereinlasses
oder die Form eines herkömmlichen
Lufteinlasskrümmers
sein.
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Kanäle können innerhalb
eines Maschinenzylinderkopfs bereitgestellt sein, um eine Fluidverbindung zwischen
dem oberen und unteren Volumen innerhalb des Maschinengehäuses bereitzustellen,
obwohl bei vorhandenen Beschränkungen
des verfügbaren
Raums diese wahrscheinlich in der Größe zu beschränkt sind, um
vollständige
Angleichung der Bedingungen innerhalb der zwei Volumen zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung wertet insbesondere den Unterschied von
Bedingungen innerhalb des Entlüftungsgases
der zwei Volumen, der in der Praxis auftritt, aus.
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Vorzugsweise
legt der untere Abschnitt der Kurbelumhausung eine Schmierölwanne fest,
und das vordere Teil des Maschinengehäuses beinhaltet ein Steuergehäuse zum
Einschließen
der Antriebsmittel, wobei das Volumen, das durch das Steuergehäuse festgelegt
ist, mit dem Volumen, das durch das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse festgelegt
ist, in Fluidverbindung steht und zur Wanne an einem unteren Ende
im Wesentlichen offen ist. In dieser Anordnung steht das Volumen,
das durch das Steuergehäuse
festgelegt ist, über
geeignete Leitungen innerhalb eines Maschinenzylinderkopfs mit dem
oberen Volumen, das durch den oberen Deckel des Maschinengehäuses festgelegt
ist, in Fluidverbindung.
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Das Ölablassmittel
führt Öl zweckmäßigerweise
zurück
zur Wanne.
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Die
Erfindung ist insbesondere für
ein geschlossenes Entlüftungssystem
geeignet, in dem das Gasauslassleitungsmittel mit dem gereinigten
gasförmige
Produkt des Separators in Fluidverbindung steht und dieses zum Maschinenluftansaugsystem überträgt.
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Um
den freien Ablass des getrennten Öls bei hohen Betriebsneigungen
zu unterstützen,
kann sich der Separator in einer Position befindet, die so hoch
wie möglich
auf der Maschine liegt, und das Ölablassmittel kann
Rückschlagventilmittelumfassen,
um zu verhindern, dass das abfließende Öl durch Gasdruckschwankungen
das Ölablassmittel
hinauf zurück
gezwungen wird.
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Die
Erfindung oben wertet den relativ geringeren Ölgehalt in feiner Suspension
innerhalb des Entlüftungsgases
in dem Volumen des Einspritzpumpengehäuses aus. Unter rauen Bedingungen
des Betriebs kann jedoch ein weiteres Problem auftreten, wonach
es als Folge der niedrigeren Position des Entlüftungsgaseinlassmittels wahrscheinlicher
ist, dass das Schmieröl
während
des Betriebs in die Umgebung des Einlassmittels verspritzt wird,
so dass große Öltröpfchen in
das Einlassmittel eingesogen und zum Separator transferiert werden
können
und deshalb der Ölstand
innerhalb des Separators auf einen Stand über seine Kapazität hinaus steigen.
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Einige
Verbesserungen werden durch die Gewährleistung vorgezeigt, dass
die Entlüftungseinlassmittel
angeordnet sind, um sich relativ zu der Maschine aus der senkrechten
in einer nominell waagerechten Ausrichtung zu öffnen, zum Beispiel im Allgemeinen
waagerecht in das Volumen des Einspritzpumpengehäuses.
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Ein
Prallblech, das perforiert sein kann, kann zum Anbringen über das
Entlüftungsgaseinlassmittel
bereitgestellt sein, um das Eintreten der Öltröpfchen einzuschränken. Das
Prallblech beinhaltet vorzugsweise Folgendes:
Eine Prallblechplatte,
die an einem ersten Ende angeordnet ist, ein zweites Ende, das mit
einem Entlüftungsgaseinlassmittel
verbunden werden kann, und eine Gasleitung, die sich zwischen den
Enden erstreckt, an dem zweiten Ende offen und durch die Prallblechplatte
an dem ersten Ende geschlossen ist und eine Lochwand aufweist.
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Vorzugsweise
weist die Gasleitung auseinander gehende Wände auf, so dass sich der Querschnittsbereich
der Leitung vergrößert, wenn
sich die Leitung von dem zweiten Ende in Richtung des ersten Endes erstreckt.
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Die
Prallblechplatte kann im Allgemeinen eben sein und angeordnet, um
bei Gebrauch in einer Ausrichtung, die sich im Allgemeinen senkrecht
zum Entlüftungsgasstrom
in den Einlass befindet, zu liegen. Die Platte kann so bemessen
sein, dass sie sich nach außen, über den
Umfang der Leitung am zweiten Ende hinaus erstreckt.
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Das
Prallblech ist insbesondere beim Einschränken der Menge Ölspritzer,
die, wie oben beschrieben, in das Entlüftungsgaseinlassmittel eingesogen
weerden, wirksam.
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Obwohl
ein einfaches perforiertes Prallblech beim Reduzieren der Wahrscheinlichkeit,
dass Öltröpfchen in
den Entlüftungseinlass
eingesogen werden wirksam ist, insbesondere wenn sie sich in einer
geeigneten Ausrichtung befindet, sind die Konfiguration und Ausrichtung
des Prallblechs beim Optimieren der Wirksamkeit wichtig.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Prallblech eine Vielzahl von perforierten Prallblechelementen,
die sich zwischen dem ersten und zweiten Ende erstrecken, so dass
sie bei Gebrauch um einen Entlüftungsgasstrom in
den Einlass angeordnet sind.
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Vorzugsweise
beinhalten die Prallblechelemente eine Vielzahl von im Wesentlichen
ebenen perforierten Prallblechflächen,
die mittels perforierter oder nichtperforierter Zwischenabschnitte
zu einer Leitung gebildet sind. In einer bevorzugten Anordnung ist
das Prallblech mit drei derartigen Prallblechflächen versehen, um eine Prallblechleitung
zu schaffen, die einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweist.
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In
einer derartigen Anordnung beinhalten die Zwischenabschnitte Bereiche
von relativ hoher Krümmung
oder sogar scharfe Ecken. Das Prallblech ist besonders wirksam,
wenn die Entlüftungsanordnung
so ist, dass sich die Entlüftungsgaseinlassmittel
waagerecht in das Volumen öffnen,
das durch das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse festgelegt ist, wenn sich
die Maschine in nominell waagerechter Disposition befindet, und dass
das Prallblech angeordnet ist, um auf den Entlüftungsgaseinlassmitteln angebracht
zu sein, um so angeordnet zu sein, dass ein Zwischenabschnitt nominell
am niedrigsten ist, wenn sich die Maschine in einer derartigen waagerechten
Ausrichtung befindet. Am besten ist es, wenn ein Prallblech, das
drei Prallblechflächen beinhaltet
und im Wesentlichen einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wie
oben beschrieben, an das Einlassmittel angebracht ist und so angeordnet
ist, dass eine Prallblechfläche
bei Gebrauch nominell am höchsten liegt,
wenn sich die Maschine in einer nominell waagerechten Ausrichtung
befindet. In dieser Ausrichtung werden die Löcher in das Prallblech in einem
Winkel zu der vorherrschenden Richtung der Öltröpfchen, die auf das Prallblech
auftreffen, dargeboten.
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Die
Erfindung beinhaltet auch eine Verbrennungsmaschine, die jedes beliebige
oben erwähnte
Entlüftungssystem
einbezieht.
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Die
Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zur Reinigung von Entlüftungsgas
von Verbrennungsmaschinenkurbelumhausungen gemäß Anspruch 18.
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Vorzugsweise
stehen Gasauslassleitungsmittel in Fluidverbindung mit einem Maschinenluftansaugmittel,
um das gereinigte gasförmige
Produkt zurück
in die Maschine zu rezyklieren. Vorzugsweise sind Ölablassmittel
positioniert, um das getrennte Öl
in eine Schmierölwanne
zurück
abzulassen. Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
des Anbringens eines Prallblechs, wie oben beschrieben, an die Entlüftungsgaseinlassmittel.
Andere bevorzugte Aspekte des Verfahrens werden dem Fachmann aus
der obigen Beschreibung der Vorrichtung ersichtlich werden.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die beigelegten Zeichnungen mittels
Beispielen beschrieben werden, von denen:
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1A bis 1F schematische
Seitenansichten einer Verbrennungsmaschine sind, die Merkmale der
vorliegenden Erfindung darstellen;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht durch eine Ölablenkblechvorrichtung ist,
die an ein Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse einer Dieselmaschine montiert
ist;
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3 eine
isometrische Ansicht der Ölablenkblechvorrichtung
aus 2 in der Form einer Anordnung von zusammengesetzten
Formteilen ist.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1A eine
bekannte Maschine, die einen Zylinderblock 1 umfasst, von
dem ein unterer Kurbelumhausungsabschnitt 2 eine Kurbelwelle 3 trägt und ein
oberes vorderes Teil ein Gehäuse 4 umfasst,
das ein Volumen 5 festlegt, um eine Kraftstoffeinspritzpumpe
(nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Zylinderblock ist durch einen Zylinderkopf 6 abgedeckt,
der wiederum einen Maschinenlufteinlasskrümmer 7 einschließlich eines
Lufteinlasses 16 und einen oberen Deckel 8 stützt. Eine
Nockenwelle (nicht gezeigt) ist im Wesentlichen innerhalb einer
Längskammer
(nicht gezeigt) in einem oberen Teil des Zylinderblocks 1 enthalten.
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An
einem vorderen Ende des Zylinderblocks ist ein Steuergehäuse 9 fixiert,
das Antriebsmittel (nicht gezeigt) von der Kurbelwelle zur Nockenwelle
und zur Kraftstoffeinspritzpumpe einschließt, und an den Kurbelumhausungsabschnitt
des Zylinderblocks ist eine Schmierölwanne 10 angebracht.
Ein Volumen 11, das durch das Steuergehäuse 9 festgelegt ist,
steht mit dem Volumen 5, das durch das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse festgelegt
ist über
einen Kanal 12 in Fluidverbindung, und ist im Wesentlichen
an einem unteren Ende durch die Öffnung 13 zur
Wanne offen. Das durch das Steuergehäuse festgelegte Volumen steht
auch über einen
Kanal 14 mit einem durch den oberen Deckel 8 festgelegten
Volumen 15 in Fluidverbindung.
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Die
Maschine des Stands der Technik aus 1A ist
herkömmlich
mit einem Entlüftungssystem
ausgestattet, wobei das Entlüftungsgas
aus einer Verbindung in dem oberen Deckel über eine Leitung 17 zu
einem Gas-/Ölseparator 18 genommen
wird. Das wiedergewonnene Öl über ein Ölablassrohr 19 wird
zur Wanne 10 zurückgeführt, und
eine Leitung 23 überträgt gereinigtes
Gas vom Separator an den Lufteinlasskrümmer. Das von diesem Punkt
genommene Gas kann jedoch ein hohes Volumen von Öl befördern, das zur wirksamen Gas-/Öltrennung
schädlich
ist, selbst bei nominell waagerechtem Betrieb der Maschine. Deshalb
sieht die Erfindung alternative Anordnungen vor, die das Potential
bieten, den im Entlüftungsgas
vorhandenen Ölgehalt zu
reduzieren, wenn es den Separator erreicht.
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In 1B ist
ein verbessertes Mittel zum Trennen von Öl aus Entlüftungsgas und zum Zurückführen des
geborgenen Öls
in die Wanne dargestellt. Viele Elemente sind Anordnungen des Stands
der Technik aus 1A gleich, und wenn anwendbar,
werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche Komponenten verwendet.
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Ein
herkömmlicher
Gas-/Ölseparator 18 ist
in eine erste Position auf dem Zylinderblock 1 ungefähr 50 mm
unterhalb des Einlasskrümmers 7 montiert.
Ein erster Entlüftungsgaseinlass
in dem Separator 18 steht über eine Leitung 20 und
eine Verbindung 21 mit dem Volumen 5, das durch das
Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse 4 festgelegt
ist, in Fluidverbindung. Testergebnisse haben gezeigt, dass das
Entlüftungsgas,
das innerhalb dieses Volumens enthalten ist, schon von relativ niedrigem Ölgehalt
ist, wenn zum Beispiel mit dem Volumen, das durch den oberen Deckel
festgelegt ist und aus dem der Entlüftungsgaseinlass in der Anordnung des
Stands der Technik aus 1A saugt, verglichen. Diese
Konfiguration zeigt deshalb eine verbesserte Leistung für einen
vorgegebenen Separator vor und reduziert die Tendenz, dass die Separatorkapazität unter raueren
Betriebsbedingungen überschritten
wird.
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Ein Ölablassrohr 19 vom
Separator ist mit einer Verbindung 22 in einer niedrigen,
nominell zentralen Position in der Wanne 10 verbunden,
um das Auslassende des Rohrs in Öl
getaucht zu halten, um das Arbeiten des Separators unter extremen
Maschinenneigungen zu gewährleisten.
Eine Leitung 23 überträgt gereinigtes Gas
aus dem Separator zum Maschinenlufteinlasskrümmer 7 (oder gegebenenfalls
Turboladerlufteinlass) für die
Verbrennung durch die Maschine.
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Die
Maschinen wurden Tests der in 1B gezeigten
Anordnung unterzogen, gefolgt von Tests von nachfolgenden Anordnungen,
die hiernach beschrieben werden. Die Tests wurden entworfen, um
die maximale akzeptable Steigfähigkeit,
wie durch die Wirksamkeit der Entlüftungsvorrichtung und die Missbrauchbedingungen,
die die Maschine in der Praxis erleiden kann, festzusetzen.
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Bei
diesen Tests beinhalteten die Missbrauchbedingungen das Überfüllen der
Wanne um einen Liter Öl über das
vorgesehene Maximum von 8 l für
diese bekannte Maschine (was den Bedienerfehler darstellt), das
Vergrößern der
Durchblasniveaus von einem normalen 0,6 l/s auf einen hohen 1,5
l/s (was eine abgenutzte Maschine darstellt) und das Vergrößern eines
Luftansaugabfalls von einem normalen 5 kPa auf einen hohen 8 kPa
(was einen schmutzigen Luftfiler darstellt).
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Bei
dieser in 1B gezeigten Entlüftungsanordnung
war die unter Verwendung von Mann & Hummel Absolutfiltern gemessene Ölübertragung
ein akzeptables 2 g/Stunde, wobei die Maschine in einem nominell waagerechten
Modus angetrieben wurde. Bevor die Maschine ein Niveau Ölübertragung
erreichte, das zum Potential für
das Maschinendurchgehen führen
könnte,
wurden die maximalen Steigfähigkeiten
dann für
die Maschine in den Neigungen vorderes Ende nach unten (FED = Front
End Down), vorderes Ende nach oben (FEU = Front End Up), linke Seite
nach unten (LHD = Left Hand Down) und rechte Seite nach unten (RHD
= Right Hand Down) gemessen. Für
Testmaschinen, die mit der Vorrichtung aus 1B ausgestattet
waren, haben sich die erlaubten maximalen Steigfähigkeiten unter normalen Bedingungen
und Missbrauchbedingungen wie in Tabelle 1 gezeigt herausgestellt.
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Es
zeigt sich, dass die Entlüftungsanordnung
aus 1B eine etwas verbesserte Leistung bei der Reduzierung
der Übertragung
bot, wenn mit den Systemen des Stands der Technik verglichen, wie
in 1A gezeigt, da der Ölgehalt im Entlüftungsgas,
das den Separator erreichte, reduziert wurde. Obwohl die Anordnung eine
erhöhte
Wirksamkeit bot, zeigte sie immer noch eine begrenzte Fähigkeit
beim Bewältigen
des Öls,
das das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse während starker FED-Neigungen
verließt,
vor. Die Ölübertragung
während
der FED-Neigung ist tendenziell besonders stark, weil in diese Stellung
das Öl,
das während
des allgemeinen waagerechten Maschinenbetriebs innerhalb der Wanne
befördert
werden würde,
in das Steuergehäuse
eindringen und durch die Kurbelwellen angetriebenen drehenden Maschinenkomponenten
(nicht gezeigt), die sich innerhalb des Steuergehäuses befinden,
nach oben geworfen werden kann.
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Der
Vorteil einer größeren Ablassrohrbohrung,
den Ölaustritt
aus dem Separator zur Wanne während FED-Neigungen
zu bewältigen,
wurde aufgezeigt. In der Ausführungsform
aus 1B, wie oben getestet, führten herkömmliche Berechnungen zum Gebrauch
einer 3 mm Bohrung. Wenn Ablassrohre mit einer größeren Bohrung
ausprobiert wurden, hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt,
dass eine Bohrung von 10 mm die akzeptable FED-Neigung auf 15° vergößerte.
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Ein
weiterer beisteuernder Faktor zur unzureichenden Ölablassung
unter rauen Gradientbedingungen ist der oszillierende Gasdruck innerhalb
der Kurbelumhausung. Obwohl das untere Ende des Ölablassrohrs in der Wanne in Öl eingetaucht
blieb, hat sich in den vorhergehenden Test herausgestellt, dass
ein sehr hoher oszillierender Kurbelumhausungsdruck aufgetreten
ist, der dem freien Ablass des Öls
entgegen wirkte.
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Während des
gesamten Testens wurde ein hoher oszillierender Druck von 100 bis
400 mm H2O aufgezeichnet, wobei dies tendenziell
das Öl
insbesondere während
den FED-Neigungen aus dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse trieb.
Das Vergrößern der
Bohrung der Verbindung in dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse über 10 mm
scheint keine weitere Reduzierung des Kurbelumhausungsdrucks zu bewirken.
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Eine
weitere Einschränkung
kann darin aufgezeigt werden, dass bei starken FED-Neigungen der
Maschine, bei denen eine Oberfläche 41 des
Volumens an Öl 40 innerhalb
der Maschinenwanne und der Kurbelumhausung in die Nähe der Entlüftungsgasverbindung 21 in
dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse 4 kamen, wie
in 1C gezeigt. Da dieses Volumen an Öl unter
derartigen Bedingungen durch zum Beispiel die halb eingetauchte
und sich drehende Kurbelwelle gleichzeitig veranlasst werden kann,
turbulent zu werden, kann Öl
in das Entlüftungsrohr 20 verspritzt
und in dieses „aufgesogen" werden und daher
zum Entlüftungsseparator 18,
der möglicherweise
das resultierende Überwiegen
des Öls
nicht bewältigen
kann, transportiert werden.
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Das
Anbringen eines Prallblechs kann das Problem etwas mildern. Für ein perforiertes
Prallblech 50, das an die experimentelle Maschine aus 1B (siehe 1D)
angebracht ist, hat sich besonders herausgestellt, dass es die FED-Steigfähigkeit
auf 27,5° vergrößerte, aber
der Kurbelumhausungsdruck zeigte immer noch einen Grad unerwünschter
Oszillation zwischen 60 und 300 mm H2O.
Es scheint, dass die Druckvergrößerung proportional
zum Winkel der Maschinenneigung ist. Je größer die Neigung, desto höher ist
der Kurbelumhausungsdruck und daher ist die Hinderung der Ölablassung
vom Separator zur Wanne höher.
Das kann zum Teil daran liegen, dass die Ölablasslöcher von den oberen Bereichen
der Maschine im Querschnitt unzureichend groß sind, um freies Durchgehen
von sowohl Durchblasgas als auch Schmieröl während der Neigung zu ermöglichen.
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1E und 1F stellen
Modifikationen der Vorrichtung aus 1B gemäß der Erfindung
dar, um die Maschinensteigfähigkeit
zu vergrößern.
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In 1E steht
ein Entlüftungsauslass 60 im
oberen Deckel 8 über
ein oberes Entlüftungsrohr 61 über das
Separatorrohr 20 mit dem Volumen 5, das durch
das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse 4 festgelegt
ist, in Fluidverbindung. Dies stellt ein Mittel zum Reduzieren des
Kurbelumhausungsdrucks in der Nähe
der Entlüftungsauslassverbindung
in dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse bereit, um die Ölübertragung
in das Entlüftungssystem
zu reduzieren.
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Gemäß der Erfindung
wurde gezeigt, dass Anordnungen, wie beispielsweise 1A,
die Entlüftungsgase
zur Reinigung nur aus dem Volumen, das durch den oberen Deckel festgelegt
ist, nehmen, unerwünscht sind,
auf Grund der hohen Gas-/Ölaktivität in dem
Bereich und die verbesserte Leistung, die durch das Entnehmen von
Entlüftungsgasen
aus dem Volumen 5 erhalten wird. Der Gasdruck innerhalb
des Volumens 15, das durch den oberen Deckel festgelegt
ist, ist jedoch wahrscheinlich niedriger als der innerhalb der Kurbelumhausung,
da die begrenzte Größe, die
für die
Kanäle,
die die Kurbelumhausung und den oberen Deckel über das Steuergehäuse und
den Zylinderkopf in Verbindung bringen, verfügbar ist, nur eine teilweise
Druckausgleich bereitstellen kann. Die Anordnungen aus 1E und 1F verwendet
diese Druckdifferenz.
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Ein
optimaler Bohrdurchmesser von 12 mm wurde für das obere Entlüftungsrohr 61 aus 1E in
der Beispielmaschine aufgezeigt, wobei eine beträchtliche Vergrößerung der
FED-Steigfähigkeit
auf 35° vorgenommen
wurde. Wichtig ist, dass während
der Neigung der Maschine der Kurbelumhausungsdruck auf einem niedrigen
oszillierenden Niveau von 40 bis 60 mm H2O
blieb, bei dem die Entlüftungsgase
das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse
und den oberen Deckel bei einer niedrigeren Geschwindigkeit als
vorher verlassen konnten, wodurch sie weniger Öl beförderten. Ferner weist der untere Kurbelumhausungsdruck
eine entsprechend reduzierte schädliche
Wirkung auf die Maschinenöldichtungen
auf, und es gibt daher ein reduziertes Risiko einer Ölentweichung
aus der Maschine. Es sollte beachtet werden, dass das Entfernen
des Prallblechs die FED-Steigfähigkeit
auf 22,5° reduzierte.
Daher kann zu sehen sein, dass das obere Rohr und das Prallblech 50 jeweils
getrennt voneinander die Steigfähigkeit
verbesserten, aber die Kombination von beiden Vorrichtungen synergetische
Vorteile produzierte.
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Mit
der Einfügung
der offenbarten oberen Rohrvorrichtung und der Prallblechvorrichtung,
wie in 1E dargestellt, betrug die Öltrennung
in der Testmaschine weniger als 1 g/Stunde bis zu 75 % Maschinenbelastung
und überschritt
2 g/Stunde nur unter vollen Belastungs-/hohen Geschwindigkeitsbedingungen.
Die gemessene erlaubte Steigfähigkeit
des getesteten Maschinentyps, d. h. vor der Gefahr des Durchgehens
und in den festgelegten Missbrauchbedingungen, ist in Tabelle 2
zusammengefasst.
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1F stellt
eine alternative Zwei-Rohr-Anordnung dar. Um die Störung des
Entlüftungsgases,
das vom Volumen 5, das durch das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse festgelegt
ist, durch das Rohr 20 zum Separator 18 strömt, zu vermindern
und zur Einfachheit beim Produktionsmaschinenzusammenbau, wird ein
oberes Entlüftungsrohr 63 angebracht,
um in einen zweiten Einlassschlitz in den Separator einzudringen,
anstatt mit dem Rohr zwischen dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse und
dem Separator eine Verbindung herzustellen. Ferner wird die Entlüftungsgasverbindung 21 in
dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse
von einer oberen Position zu einer nominel waagerechten Position
bewegt und ein modifiziertes Prallblech 66 wird bereitgestellt,
wie unten genauer beschrieben werden wird. In dem Experiment blieb
die Maschinen-FED-Steigfähigkeit nach
diesen Veränderungen
bei 35°.
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Sowohl
aus 1E als auch aus 1F ist
ersichtlich, dass der Separator 18 in einer Position auf dem
höchst
möglichen
Niveau angeordnet ist, das sich in diesem Beispiel eng neben dem
Maschinenlufteinlasskrümmer 7 und
knapp unter diesem befindet. Diese alternative Position des Separators
verbessert besonders die FED-Steigfähigkeit,
um einen nennenswerten Betrag, indem die Wahrscheinlichkeit reduziert
wird, dass der Separator während
des Betriebs der Maschine bei starken Neigungen überschwemmt wird. Rückschlagventile
(nicht gezeigt) können,
als Mittel zum Verhindern, dass Kurbelumhausungsdruckoszillationen
die Ölablassung
aus dem Separator behindern, an das Ölablassrohr 19 angebracht
werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Modifikation
eine gewisse Verbesserung der Leistung bereitstellt, wenn die Maschine
in der waagerechten Position ist, aber von begrenztem Wert sein
kann, wenn die Maschine in einigen Stellungen stark geneigt ist,
da Öl aus
der Wanne 10 dann die Ablassrohre bis zur Höhe des Rückschlagventils füllen kann
und verhindern kann, dass sie sich öffnen.
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Das
Prallblech 66, das innerhalb des Kraftstoffeinspritzpumpengehäuses angebracht
ist, wie in 1F gezeigt, ist ein zusammengesetzter
mehrteiliger Zusammenbau, wie in 2 und 3 gezeigt.
Die Leistung des Prallblechdesigns aus 1D und 1E und
aus 1F, 2 und 3 hat sich
als ähnlich herausgestellt,
wobei das modifizierte Prallblech kleiner ist, aber die Feinheiten
des Designs wichtiger sind.
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Ein
entscheidendes Merkmal des Prallblechs 66 aus 2 und 3 ist
ein sich verjüngender
Körper 67 mit
dreieckigem Querschnitt, der an einem ersten (großen) Ende
an einer „D"-förmigen Endplatte 68 angebracht
ist. Es ist wichtig, dass das Prallblech in dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse mit
einer flachen Seite des dreieckigen Körpers nominell am höchsten positioniert
ist, wenn die Maschine nominell waagerecht ist, obwohl das Prallblech
einwärts
nach unten angebracht sein kann, um zum Beispiel 30° aus der
Waagerechten geneigt sein kann, wenn dies für die Leistung oder die Installation
vorteilhaft ist. Die „D"-förmige Endplatte 68 dient
dazu, das Prallblech 66 in der erforderlichen Drehposition
positiv zu positionieren, und dient ferner dazu, jegliche Ölmassen,
die aus dem Steuergehäuse über den
Kanal in das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse eindringen, abzulenken.
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Der
Körper
des Prallblechs ist mit Löchern 69 perforiert,
die in dem vorliegenden Beispiel einen Durchmesser von 3 mm aufweisen
und deren Anzahl durch Experimente oder Berechnungen für den Maschinentyp, an
den er angebracht werden soll, festgelegt ist. Ein zweites Ende 70 des
Körpers
trägt ein äußeres Schraubengewinde
und ist in die Entlüftungsgasverbindung 71 auf
dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse
von einer Maschinenseite positioniert, wobei die flache Seite der „D"-förmigen
Endplatte in Eingriff mit einer Seite des Gehäuses positioniert ist.
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Eine äußere Verbindung 72 weist
ein erstes Ende 73 auf, das ein inneres Schraubengewinde
trägt, und
dieses erste Ende ist in die Entlüftungsgasverbindung 71 positioniert,
um in das zweite Ende des Körpers mittels
Gewinde einzugreifen. Die äußere Verbindung
ist an das Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse mit einem Dichtring 74 abgedichtet.
Ein Rohr (20 in 1F), vom
Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse
zum Separator, steht in Fluidverbindung mit der äußeren Verbindung.
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Die
dreieckige Querschnittsform des Körpers des Prallblechs und ihre
entscheidende Drehposition in dem Kraftstoffeinspritzpumpengehäuse, wie
oben beschrieben, sind bei der Gewährleistung der wirksamsten Leistung
wichtig, um Öltröpfchen davon
abzuhalten, dass sie in das Entlüftungssystem übertragen
werden. Bei Gebrauch ist eine Fläche
des Körpers
nominell am höchsten,
wenn die Maschine nominell waagerecht ist, um die Löcher in
das Prallblech in einem Winkel zu der Richtung, in der die Öltröpfchen auf
das Prallblech bei steilen Neigungen der Maschine auftreffen, zu
präsentieren.
Es hat sich auch herausgestellt, dass sich auf dem Körper ansammelndes Öl dazu neigt,
herunterzulaufen und sich unter der spezifischen Drehposition des
Prallblechs abzusetzen.
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Wenn
die Maschine bei Neigungen von bis zu 35° angetrieben wird, hat sich
herausgestellt, dass die Öl
abweisende Leistung des Körpers
des Prallblechs wirksam bleibt, wenn er so angebracht wird, wie
oben beschrieben. Wenn der Körper
anders drehend positioniert ist als beschrieben, ist die Leistung
in nominell waagerechter Maschinenposition befriedigend, aber die
Leistung klingt ab, wenn die Maschine geneigt ist, besonders in
der FED-Neigung.
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Wenn
der Körper
als zusammengesetzte (Kunststoff-)Komponente bereitgestellt ist,
können
weitere Vorteile auftreten. Erstens kann ein dreieckiger Teilabschnittskörper unter
Verwendung einer dreiteiligen Druckgießform leicht geformt werden,
so dass sich die Stifte auf der Druckgießform zum Bilden der Perforationen
in einer einzelnen Ebene befinden können, wohingegen für einen
Körper
mit runden Teilabschnitten die Stifte an abgestuften Winkeln eingestellt
werden müssen.
Ferner sind drei Seiten die Mindestanzahl, die für einen hohlen Körper möglich ist,
deshalb können
Einsparungen beim Formen durchgeführt werden. Ferner wird die
sich verjüngende
Form des Körpers
das Entfernen jeglicher Dorne, die innerhalb des Körpers für den Formungsprozess
positioniert sind, erleichtern.
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An
den Stellen, an denen der Körper
als zusammengesetztes (Kunststoff-)Pressteil bereitgestellt ist, können die
Ecken zwischen den ebenen Flächen
für die
Einfachheit der Herstellung nichtperforiert gelassen werden.
