DE10122994C2 - Zyklonabscheider mit Verwendung der Einlassöffnung als Ablauföffnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Zyklonabscheider werden beispielsweise im Bereich der Kurbel­ gehäuseentlüftung für Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt, um das aus dem Kurbelgehäuse abgesaugte Aerosol von dem in diesem ent­ haltenen Öl zu trennen. Der Ölkreislauf im Motor stellt ein ge­ schlossenes System dar, wobei die Ölwanne unterhalb des Motor­ blocks mit der darin befindlichen Kurbelwelle das aus dem Motor ablaufende Öl aufnimmt. Verbrennungsgase strömen aus dem Motor an den Kolbenringen vorbei und erzeugen im Kurbelwellengehäuse einen Überdruck. Der Gesetzgeber fordert die Aufrechterhaltung eines Unterdrucks im Kurbelgehäuse, um ein Austreten der Aero­ sole zu verhindern. Zum Absaugen des Überdrucks verbindet eine Unterdruckleitung das Kurbelgehäuse mit der Einlassöffnung des Zyklons, mit dem das Öl aus dem Aerosol abgeschieden wird.

Das Gehäuse des Zyklons ist üblicherweise als längserstrecken­ der Rotationskörper ausgebildet, der sich in Einbaulage nach unten konisch verjüngt. Das Aerosol wird tangential zum Gehäuse am - in Einbaulage - oberen Ende des Zyklons in das Gehäusein­ nere eingeleitet und strömt rotierend nach unten und scheidet den abzutrennenden Stoff an der Innenwand des Gehäuses ab. Im unteren Bereich des Gehäuses ist der Zyklon von der Geometrie so ausgelegt, dass der von dem Stoff getrennte, eine Rotations­ strömung ausführende Luftstrom in einen - in Einbaulage - ver­ tikal verlaufenden Kamin umgelenkt wird, der mit der Auslass­ öffnung verbunden ist. Der abgetrennte Stoff, vorzugsweise ein Öl-Kraftstoffgemisch, läuft aufgrund der Schwerkraft zur Ab­ lauföffnung, die am unteren Ende des Gehäuses angeordnet ist.

Ein Zyklonabscheider ist üblicherweise im Motorraum als ge­ trenntes Bauteil neben dem Motorblock angeordnet und über mit den entsprechenden Öffnungen des Zyklons verbundene Einlass-, Auslass- und Ablaufleitungen, die medien- und temperaturresis­ tent sind, mit den anderen Aggregaten des Motors verbunden. Ein bekannter Zyklon weist demnach drei Schnittstellen auf.

Das durch den Zyklon abgeschiedene Öl wird über die Ablauflei­ tung in das Kurbelgehäuse zurückgeführt. Zur Aufrechterhaltung der für den Betrieb des Zyklons erforderlichen Strömungsrich­ tung muss die Ölrückführung von dem Zyklon in das Kurbelgehäuse so erfolgen, dass keine Luft aus dem Kurbelgehäuse in den Zyk­ lon strömen kann, die eine Umkehrung der Strömungsrichtung in dem Zyklon hervorrufen und eine Funktionsstörung bewirken wür­ de. Dieses wird üblicherweise dadurch bewerkstelligt, dass die Ablaufleitung, die auch als Ölrücklauf bezeichnet wird, aus dem Zyklon unterhalb des Ölniveaus der Ölwanne in die Ölwanne ein­ tritt, so dass der Ölpegel innerhalb der Ablaufleitung das Ein­ strömen von Luft unterbindet.

Derartige Zyklonabscheider sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 43 44 507 A1 und DE 31 28 470 C2 bekannt.

Nachteilig an bekannten Zyklonabscheidern ist, dass diese bei kalten Temperaturen einfrieren. Teilweise wurden Lösungen angedacht, die Zyklonabscheider in der Nähe des Motors an­ zuordnen, um dessen Strahlungswärme zur Vermeidung des Ein­ frierens zu nutzen. Die zu und von dem Zyklon abführenden Lei­ tungen sind jedoch üblicherweise in dem beengten Bauraum des Motors schwer führbar.

Wünschenswert wäre die Anordnung eines Zyklonabscheiders un­ mittelbar im Ventildeckel des Verbrennungsmotors. Für Zyklon­ abscheider, die im Zylinderkopf eingebaut werden, können aus baulichen Gegebenheiten die Rückführungen in das Kurbelgehäuse schwer vorgesehen werden, da die Rückführung der externen Lei­ tungen aus dem Ventildeckel in das Ventilgehäuse teuer oder zum späteren Zeitpunkt der Entwicklung bautechnisch nicht mehr rea­ lisierbar ist. Beispielsweise würden die Durchgänge für die Rückführungsleitung im Ventildeckel das Strömungs- und Küh­ lungsverhalten des Ventildeckels negativ beeinflussen.

Aus der DE 35 09 439 C2 ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäusegas bekannt, die in den Zylinderkopfdeckel integriert ist. Jedoch handelt es sich dort nicht um einen Zyklonabscheider, sondern um einen Abscheider mittels Ablenkplatten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsge­ mäßen Zyklon so auszubilden, dass dieser in den Motorblock, vorzugsweise in den Ventildeckel einer Verbrennungskraftma­ schine einbaubar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einlassöffnung als Ablauföffnung verwendet wird und dass die Einlass- und Ablaufleitung in einer Leitung kombiniert ist und dass die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung nach dem Gegen­ stromverfahren arbeitet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zyklo­ nen, die nach dem Top-Down-Prinzip arbeiten (Einlassöffnung in Einbaulage oben, Eintrittsöffnung des vertikalen Kamins in Ein­ baulage unten), arbeitet der erfindungsgemäße Zyklon nunmehr nach dem Down-Up-Prinzip (Einlassöffnung in Einbaulage unten und Eintrittsöffnung des vertikalen Kamins in Einbaulage oben). Auf diese Weise wird keine getrennte Ablauföffnung in dem Ge­ häuse des Zyklons benötigt und die Einlassöffnung ist gleich­ zeitig als Ablauf für das abgeschiedene Öl verwendbar.

Die Einlassöffnung muss erfindungsgemäß so dimensioniert sein, dass die abscheidende Funktion des Zyklons nicht beeinträchtigt wird, also kein Strömungsabriss innerhalb des Zyklons aufgrund des austretenden Mediums erfolgt, aber gleichzeitig die Ab­ flussfunktion des abgeschiedenen Mediums durch die Ein­ lassöffnung gewährleistet ist. Das Aerosol darf nicht so schnell einströmen, dass das Medium am Auslaufen aus dem Zyklon gehindert wird, da dies durch einen Anstieg der Flüssigkeit im Zyklon zu Funktionsstörungen führen würde.

Die Querschnittsform der kombinierten Einlass-/Ablauföffnung ist vorzugsweise hydraulisch ungünstig. Beispielsweise kann diese eckig sein, da in den Ecken praktisch keine Strömungs­ geschwindigkeit des einströmenden Aerosols vorliegt und deshalb ein geringes Risiko eines Fluidabrisses des ablaufenden Mediums besteht.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Querschnitte der Ein­ lassöffnung sind üblicherweise rund ausgebildet, da ein runder Querschnitt strömungstechnisch besonders günstig ist.

Besonders gute Öl-Rücklaufeigenschaften im Zyklon lassen sich erreichen, wenn die Einlassöffnung in Einbaulage am tiefsten Punkt des Gehäuses gelegen ist. Es ist möglich, die Längsachse des Zyklons in beliebigen Lagen anzuordnen, solange die Ein­ lassöffnung am tiefsten Punkt des Zyklongehäuses gelegen ist. Unter Umständen muss die Einlassöffnung, die gleichzeitig Ab­ lauföffnung ist, entsprechend am Gehäuse positioniert werden. Diese Ausbildung ermöglicht, den Zyklon auch in dem Ven­ tildeckel einer Verbrennungskraftmaschine anzuordnen. Im Ver­ gleich zum Stand der Technik wird der Zyklon "auf dem Kopf ste­ hend" in dem Ventildeckel vorgesehen. Da die Einlassöffnung gleichzeitig auch als Ablauföffnung für das abgetrennte Fluid dient, müssen keine weiten Durchgänge für die Leitungen in dem Motorgehäuse vorgesehen werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zyklons ist eine ge­ trennte Ablaufleitung nicht mehr erforderlich. Die nach dem Ge­ genstromverfahren arbeitende und in einer Leitung kombinierte Einlass- und Ablaufleitung reduziert so die Anzahl der für den Betrieb des Zyklons erforderlichen Leitungen von drei auf zwei Leitungen.

Der erfindungsgemäße Zyklon kann aus allen gängigen Materialien gefertigt sein, z. B. aus Aluminium, Blech oder Kunststoff. Fer­ tigungstechnisch besonders günstig ist die Ausbildung als Kunststoffspritzgussteil, da auf diese Weise komplizierte Geo­ metrien einfach realisierbar sind. Je nach Art der durch den Zyklon strömenden Medien müssen medienresistente Kunststoffe eingesetzt werden, z. B. Thermoplaste, vorzugsweise Polyamide oder höhertemperaturbeständige Kunststoffe.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht die Anordnung des Zyklons in einem Ventildeckel. Ein Ventildeckel besteht übli­ cherweise aus einer oberen Horizontalwand und einer im Abstand nach unten versetzten im Wesentlichen parallel zu dieser ver­ laufenden unteren Horizontalwand, so dass zwischen diesen Hori­ zontalwänden ein Hohlraum gebildet ist. In diesen Hohlraum strömen die Öl enthaltenden Kurbelgehäusegase, aus denen das Öl abgeschieden werden muss. In Abhängigkeit von der Strö­ mungsgeschwindigkeit kann die Ölabscheidung bereits in dem Hohlraum erfolgen. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ist jedoch eine zusätzliche Abscheidung durch einen Feinabscheider erforderlich, der vorzugsweise durch einen Zyklon vorgenommen wird. In dem Ventildeckel sind üblicherweise Beruhigungsräume vorgesehen. Dieses sind abgetrennte Hohlräume, die aus stati­ schen Gründen erforderlich sind, aber nicht für den Einbau von Bauteilen verwendet werden. Ein aus dem Stand der Technik be­ kannter Zyklonabscheider könnte in einen solchen Ruheraum nicht eingebaut werden, da bei normaler "Top-Down" Betriebsweise die an die Ablauföffnung angeschlossene Ablaufleitung durch den Mo­ torraum geführt werden müsste, was bauseitig häufig aus Platz- und Kostengründen nicht realisierbar ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Zyklons ermöglicht es hingegen, diesen "umge­ kehrt" in den Ventildeckel zu integrieren und die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung in Längsrichtung durch den Ventilde­ ckel zu führen. Durch diesen umgekehrten Einbau ragt der Zyklon nicht in den extrem eng bemessenen Bauraum zwischen den Nocken­ wellen und Nockenwellenlagern des Ventildeckels und kann in ei­ nen ohnehin vorhandenen Ruheraum des Ventildeckels eingesetzt werden.

Die Ausbildung des Zyklonabscheiders aus Kunststoff bietet die Möglichkeit, den Zyklonabscheider bei der Fertigung mit dem Ventildeckel zu verschweißen oder einstückig an den Ventildec­ kel anzuspritzen, so dass der Zyklon in dem Motorgehäuse ge­ kapselt ist. Diese Kapselung reduziert die Gefahr des Ein­ frierens des Zyklons bei kaltem Wetter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel veranschaulicht und im Folgenden detailliert beschrieben.

Die Figur zeigt einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Ventildeckel einer Verbrennungskraftmaschine, in dem ein er­ findungsgemäßer Zyklon angeordnet ist.

Gemäß der Figur besteht der in seiner Gesamtheit mit 1 gekenn­ zeichnete Ventildeckel aus einer in Einbaulage unteren Hori­ zontalwand 2 und einer in Einbaulage oberen Horizontalwand 3, zwischen denen mehrere Hohlräume ausgebildet sind. In der Figur sind ein erster Ruheraum 4 und ein zweiter Ruheraum 5 darge­ stellt, die über eine vertikal verlaufende Trennwand 6 vonein­ ander abgetrennt sind.

In dem Ruheraum 5 ist ein erfindungsgemäßer Zyklon zur Öl­ abscheidung des Öls der Kurbelgehäusegase angeordnet. Das Aero­ sol strömt durch die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung 7 tangential in den Zyklon ein und wird aufgrund der Gehäusegeo­ metrie des Zyklons 8, die sich innenseitig in Einbaulage nach oben verjüngt, in bekannter Weise in Rotation versetzt.

Kolinear verlaufend zu der Mittelachse des Zyklons 8 weist die­ ser einen zylindrischen Kamin 9 auf, welcher den von dem Öl ge­ trennten Abluftstrom am in Einbaulage oberen Ende des Zyklons 8 nach unten zur mit der Auslassöffnung verbundenen Auslassleitung führt (nicht dargestellt). Der Strömungsweg des Aerosols bzw. der Abluft ist durch den Pfeil dargestellt.

Durch die Rotation des Aerosols in dem Zyklon 8 wird das in dem Aerosol enthaltene Öl aus der Luft abgeschieden. Die Mas­ senträgheit der Öltropfen verhindert das Eintreten in den Kamin 9 des Zyklons, so dass das abgeschiedene Öl innenseitig an dem Zyklongehäuse herabläuft und durch die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung 7 aus dem Zyklon abläuft.

Der Zyklon 8 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und an dem Ventildeckel 1 angeschweißt.

Bezugszeichenliste

1

Ventildeckel

2

Horizontalwand

3

Horizontalwand

4

Ruheraum

5

Ruheraum

6

Trennwand

7

kombinierte Einlass- und Ablaufleitung

8

Zyklon

9

Kamin

Claims (4)

1. Zyklonabscheider, insbesondere für den Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine zur Abscheidung eines Öls aus einem Aerosol, mit einem längserstreckenden, vorzugsweise zylindrischen Gehäuse, das eine Einlassöffnung, durch die ein Aerosol einströmt, eine Auslassöffnung, durch die ein von den in dem Aerosol enthaltenen Stoffen getrennter Luftstrom austritt, und eine Ablauföffnung aufweist, aus welcher der abgetrennte Stoff austritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung als Ab­ lauföffnung verwendet wird, dass die Einlass- und Ab­ laufleitung in einer Leitung kombiniert ist und dass die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung nach dem Ge­ genstromverfahren arbeitet.

2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass sich die Einlassöffnung in Einbaulage am tiefsten Punkt des Gehäuses befindet.

3. Zyklonabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.

4. Zyklonabscheider nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Gehäuse einstückig an einem aus Kunststoff gefertigten Ventildeckel für eine Verbrennungskraftmaschine angeformt ist.