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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeit
aus einem Gasstrom nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es
ist schon eine Vorrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeit
aus einem Gasstrom aus der
DE
299 08 116 U1 bekannt, die Zyklone als Abscheideelemente
aufweist, wobei die Zyklone jeweils einen Einlaufabschnitt und einen
Kegelabschnitt aufweisen, wobei ein tangential in den Einlaufabschnitt mündender
Eingangskanal, ein axial in den Einlaufabschnitt oder in den Kegelabschnitt
mündender Gasausgangskanal
und ein an einem verjüngten Ende
des Kegelabschnitts in den Kegelabschnitt mündender Flüssigkeitsablauf vorgesehen
ist. Die Zyklone sind mit ihrer Achse senkrecht bezüglich einer
Anschlußfläche zur
Anordnung der Vorrichtung an der Brennkraftmaschine angeordnet.
Derartige Vorrichtungen sind häufig
in der Zylinderkopfhaube integriert und dienen der Kurbelgehäuseentlüftung, wobei
durch die senkrechte Anordnung der Zyklone wenig Bauraum zwischen
einer Motorhaube des Fahrzeugs und der Zylinderkopfhaube vorhanden
ist. Dieser wird aber besonders für neuere Entwicklungen zur Verbesserung
des Aufprallschutzes für
Fußgänger oder
für mehr
Gestaltungsspielraum beim Design benötigt.
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Vorteile
der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß auf
einfache Art und Weise eine Verbesserung dahingehend erzielt wird,
daß die
Bauhöhe
der Vorrichtung in Richtung einer Motorhaube verringert wird, indem
die Symmetrieachse des zumindest einen Zyklons gegenüber der
Anschlußfläche unter
einem Winkel von ungleich 90 Grad verläuft.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Symmetrieachse des zumindest einen Zyklons
parallel zur Anschlußfläche verläuft, da
sich die Bauhöhe
der Vorrichtung auf diese Weise am stärksten verringert.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
verläuft
die Symmetrieachse des zumindest einen Zyklons in einem Winkelbereich
zwischen 0 Grad und 70 Grad bezüglich
der Anschlußfläche oder
zwischen 0 Grad und minus 70 Grad bezüglich der Anschlußfläche.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der zumindest eine Zyklon in einer Zylinderkopfhaube
angeordnet ist, da dies eine besonders kompakte Anordnung der Vorrichtung
ermöglicht.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn ein Teil des zumindest einen Zyklons an der
Zylinderkopfhaube und der übrige
Teil an einem mit der Zylinderkopfhaube zusammenwirkenden Deckel
angeformt ist, da auf diese Weise die Anzahl der Bauteile verringert
und dadurch die Herstellungskosten der Vorrichtung verringert werden
können.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dem zumindest
einen Zyklon einen Vorabscheider vorzuschalten und/oder ein Druckregelventil
nachzuschalten.
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Darüber hinaus
vorteilhaft ist, wenn mehrere Zyklone parallel geschaltet sind,
da auf diese Weise größere Gasmengen
gereinigt werden können.
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Vorteilhaft
ist, wenn die Anzahl der durchströmten Zyklone mittels eines
den Zyklonen vorgeschalteten Schaltelementes einstellbar ist, da
die Zyklone auf diese Weise näher
an ihrem optimalen Betriebspunkt arbeiten und dadurch eine bessere
Abscheidewirkung erzielen als beim Stand der Technik.
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Außerdem vorteilhaft
ist, wenn der zumindest eine Flüssigkeitsablauf
des zumindest einen Zyklons über
einen Ablaufkanal mit dem Kurbelgehäuse strömungsverbunden ist, wobei der
Ablaufkanal über
ein Rückschlagventil
oder einen Siphon in das Kurbelgehäuse mündet.
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Weiter
vorteilhaft ist, wenn der zumindest eine Gasausgangskanal des zumindest
einen Zyklons stromab mit einer Reingasleitung verbunden ist, die über das
Druckregelventil und eine Entlüftungsleitung
mit einem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden ist.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abscheidung
von Flüssigkeit
aus einem Gasstrom.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient vorzugsweise zum Abscheiden von Flüssigkeiten, insbesondere Öl, aus einem
Gasstrom, kann also allgemein zum Abscheiden von Tropfen von Flüssigkeiten aus
strömenden
Gasen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise
eingesetzt in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer
Brennkraftmaschine.
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Während eines
Betriebs einer Brennkraftmaschine strömt aufgrund einer kleinen Leckage
zwischen Kolben, Kolbenringen und Zylinderlaufflächen ein sogenanntes Blowby-Gas
oder Durchblasegas aus einem Verbrennungsraum in ein Kurbelgehäuse. Für dieses
Blowby-Gas wird im Folgenden nur noch allgemein der Begriff Gas
verwendet. Durch die kleine Leckage von Gas aus dem Verbrennungsraum der
Brennkraftmaschine kommt es zu einer unzulässigen Druckerhöhung in
dem Kurbelgehäuse,
so daß es
notwendig ist, einen Druckausgleich durch die sogenannte Kurbelgehäuseentlüftung zu
erreichen. Da das Gas eine hohe Kohlenwasserstoff-Konzentration aufweist,
wird das Gas durch die Kurbelgehäuseentlüftung nicht
in die Atmosphäre,
sondern in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine geleitet, damit es
dort einer Verbrennung zugeführt
wird.
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Das
dem Saugrohr zugeführte
Gas weist einen Ölnebel
mit vielen kleinen und großen Öltropfen auf,
der durch das mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
in das Kurbelgehäuse
einströmende
Gas und durch die bewegten Teile in dem Kurbelgehäuse entsteht.
Die Öltropfen
des Ölnebels
müssen
vor der Einleitung in das Saugrohr mit Hilfe der Vorrichtung zur
Abscheidung von Flüssigkeit
aus dem Gasstrom abgeschieden werden, um einen hohen Ölverlust
zu vermeiden und um die Verbrennung nicht negativ zu beeinflussen.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist zumindest ein Zyklon 1 vorgesehen, der in bekannter Weise
einen Einlaufabschnitt 2 und einen Kegelabschnitt 3 aufweist.
Der Kegelabschnitt 3 ist beispielsweise benachbart zu dem
Einlaufabschnitt 2, wobei der Einlaufabschnitt 2 und
der Kegelabschnitt 3 beispielsweise konzentrisch bezüglich einer
Symmetrieachse 4 des Zyklons 1 angeordnet sind.
Der Einlaufabschnitt 2 ist beispielsweise zylindrisch und
der Kegelabschnitt 3 konisch ausgebildet.
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Der
zumindest eine Zyklon 1 weist jeweils einen Eingangskanal 5,
einen Gasausgangskanal 8, der auch als Tauchrohr bezeichnet
wird, und einen Flüssigkeitsablauf 9 auf.
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Der
Eingangskanal 5 mündet
tangential in den Einlaufabschnitt 2 des Zyklons 1.
Der Gasausgangskanal 8 ist an der dem Einlaufabschnitt 2 zugewandten
Stirnseite des Zyklons 1, beispielsweise konzentrisch zu
der Symmetrieachse 4, angeordnet und mündet axial bezüglich der
Symmetrieachse 4 in den Einlaufabschnitt 2 oder
in den Kegelabschnitt 3. Der Flüssigkeitsablauf 9 steht
an einem verjüngten Ende
des Kegelabschnitts 3 mit dem Kegelabschnitt 3 in
Verbindung.
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In
dem zumindest einen Zyklon 1 erfolgt in bekannter Weise
die Abscheidung der Flüssigkeit aus
dem Gasstrom. Der Gasstrom der Kurbelgehäuseentlüftung gelangt über den
Eingangskanal 5 in den Einlaufabschnitt 2 des
Zyklons 1. Die Strömung in
dem Zyklon 1 wird durch die tangentiale Einströmung in
Rotation versetzt und strömt
als ein Außenwirbel
wendelförmig
an einer Zyklonwandung 10 des Einlaufabschnitts 2 und
des Kegelabschnitts 3 des Zyklons 1 entlang in
Richtung Flüssigkeitsablauf 9. Nahe
dem Flüssigkeitsablauf 9 ändert die
Strömung ihre
Richtung und strömt
als ein Innenwirbel im Zentrum des Außenwirbels in Richtung des
Gasausgangskanals 8 zurück
und verläßt den Zyklon 1 über den
Gasausgangskanal 8. Die Strömung wird bei der Rotation
in Richtung zum Flüssigkeitsablauf 9 zunehmend
beschleunigt, so daß in
dem Gas enthaltene Flüssigkeit
der Strömung
schließlich
nicht mehr folgen kann und aufgrund der Fliehkraft der Flüssigkeit auf
die Zyklonwandung 10 trifft. Die auf diese Weise abgeschiedene
Flüssigkeit
läuft als
Tropfen oder Flüssigkeitsfilm
an der Zyklonwandung 10 in Richtung des Flüssigkeitsablaufs 9 ab.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist beispielsweise mehrere parallel geschaltete Zyklone 1 auf,
die in einem Gehäuse 12 angeordnet
sind und von denen jedoch nur einer in der Zeichnung beispielhaft
dargestellt ist. Das Gehäuse 12 kann
beispielsweise eine Zylinderkopfhaube 13 sein. Das Gehäuse 12 weist
beispielsweise eine Anschlußfläche 11 zur
Anordnung der Vorrichtung an einer Brennkraftmaschine 6 auf.
Die Anschlußfläche 11 ist
als Haupterstreckungsebene mit einer Haupterstreckungsrichtung definiert,
so daß Stufen,
Absätze, Ausnehmungen
oder Wölbungen
nicht zur Anschlußfläche 11 zu
zählen
sind und somit eine eindeutige Bezugsebene gebildet ist. Das Gehäuse 12 ist
beispielsweise mit der Anschlußfläche 11 waagerecht an
einem Zylinderkopf 7 der Brennkraftmaschine 6 angeordnet,
wobei eine ringförmig umlaufende
Dichtung 16 an der Anschlußfläche 11 zwischen den
Zylinderkopfhaube 13 und dem Zylinderkopf 7 vorgesehen
ist und die Vorrichtung zur Umgebung abdichtet. Das Gehäuse 12 kann
aber auch mit der Anschlußfläche 11 schräg bezüglich der
Symmetrieachse 4 an dem Zylinderkopf 7 angeordnet
sein, beispielsweise in einem Winkelbereich von null bis plus/minus
dreißig
Grad.
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Der
zumindest eine Zyklon 1 ist beispielsweise als vollständiges Einzelteil
in die Zylinderkopfhaube 13 eingesetzt. Der oder die Zyklone 1 können aber auch
teilweise, beispielsweise zur Hälfte,
an der Zylinderkopfhaube 13 und der übrige Teil, beispielsweise
zur Hälfte,
an einem mit der Zylinderkopfhaube 13 zusammenwirkenden
Deckel angeformt sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Bauhöhe 14 in
Richtung einer Motorhaube 15 eines Fahrzeugs auf, die beispielsweise
der in Richtung der Motorhaube 15 gemessenen Höhe der Zylinderkopfhaube 13 entspricht.
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Um
die Bauhöhe 14 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu verringern, ist der zumindest eine Zyklon 1 erfindungsgemäß derart
angeordnet, daß die Symmetrieachse 4 des
zumindest einen Zyklons 1 gegenüber der Anschlußfläche 11 unter
einem Winkel von ungleich 90 Grad verläuft. Der zumindest eine Zyklon 1 ist
nach der Montage der Vorrichtung an die Brennkraftmaschine 6 oder
an einer anderen Stelle in einem Motorraum nahe der Brennkraftmaschine 6 erfindungsgemäß derart
ausgerichtet, daß die
Symmetrieachse 4 des zumindest einen Zyklons 1 gegenüber der
Horizontalen unter einem Winkel von ungleich 90 Grad verläuft. Unter
der Horizontalen ist die Erdoberfläche oder die Fahrbahn des Fahrzeugs
zu verstehen. Auf diese Weise ist die Bauhöhe 14 der erfindungsgemäßen Vorrichtung
um fünfzehn
bis vierzig Millimeter geringer als beim Stand der Technik. Die
Verringerung der Bauhöhe 14 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
vergrößert den
Abstand zwischen der Zylinderkopfhaube 13 und der Motorhaube 15 und
verbessert dadurch den Aufprallschutz für Fußgänger. Außerdem wird mehr Gestaltungsfreiheit beim
Design des Fahrzeugs ermöglicht.
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Der
Abstand der Zylinderkopfhaube 13 zur Motorhaube 15 soll
für den
Aufprallschutz bis zu einhundert Millimeter betragen, um eine weiche
Motorhaube zu erhalten, die in Richtung eines Kurbelgehäuses 19 elastisch
einfedern kann.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der Zeichnung ist der zumindest eine Zyklon 1 derart angeordnet, daß die Symmetrieachse 4 des
Zyklons 1 parallel zu der Anschlußfläche 11 der Vorrichtung
und/oder parallel zu der Horizontalen positioniert ist. Die Bauhöhe 14 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist gemäß dieser
parallelen Ausführung
am geringsten. Der Gasausgangskanal 8 und der Flüssigkeitsablauf 9 liegen
dabei in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Anschlußfläche 11 angeordnet
ist. Wenn das Gehäuse 12 derart
schräg
am Zylinderkopf 7 angeordnet ist, daß der Flüssigkeitsablauf 9 unterhalb
des Gasausgangskanals 8 liegt, wird der Transport der abgeschiedenen
Flüssigkeit
entlang der Zyklonwandung 10 in Richtung des Flüssigkeitsablaufs 9 durch die
Schwerkraft unterstützt.
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Der
zumindest eine Zyklon 1 kann aber auch derart angeordnet
sein, daß die
Achse 4 in einem Winkelbereich zwischen null Grad und siebzig
Grad bezüglich
der Anschlußfläche 11 und/oder
der Horizontalen oder in einem Winkelbereich zwischen null Grad
und minus siebzig Grad bezüglich
der Anschlußfläche 11 und/oder
der Horizontalen angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist neben dem zumindest einen erfindungsgemäß angeordneten Zyklon 1 beispielsweise
einen dem Zyklon 1 vorgeschalteten Vorabscheider 17 und
ein dem Zyklon 1 nachgeschaltetes Druckregelventil 18 auf.
Der Vorabscheider 17 ist beispielsweise ein Beruhigungsraum,
in dem große
Tropfen, beispielsweise Tropfen größer als zwanzig Mikrometer,
abgeschieden werden.
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Das
Gas gelangt aus dem Kurbelgehäuse 19 über eine
Verbindungsleitung 31 in den Zylinderkopf 7. Vom
Zylinderkopf 7 ausgehend strömt das Gas über eine Eingangsöffnung 20 in
den Vorabscheider 17 und stromab in den zumindest einen
Zyklon 1. Bei einer Parallelschaltung von mehreren Zyklonen 1 wird
der Gasstrom über
einen nicht dargestellten Verteilerkanal auf die einzelnen Zyklone 1 verteilt,
wobei der jeweilige Teilstrom über
den jeweiligen Eingangskanal 5 in den jeweiligen Zyklon 1 geleitet
wird.
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In
den Zyklonen 1 werden die Öltropfen in bekannter Weise
aus dem Gas entfernt, wobei die abgetrennten Öltropfen jeweils über den
Flüssigkeitsablauf 9 in
das Kurbelgehäuse 19 zurückgeführt werden.
Der Flüssigkeitstransport
in Richtung Flüssigkeitsablauf 9 erfolgt
nicht wie beim Stand der Technik vorwiegend durch die Schwerkraft
der Flüssigkeit,
sondern durch die Strömung
im Zyklon 1, den sogenannten Potentialwirbel. Der Flüssigkeitsablauf 9 der
einzelnen Zyklone 1 ist beispielsweise mit einem gemeinsamen
Ablaufkanal 23 strömungsverbunden,
der die abgeschiedene Flüssigkeit
der Zyklone 1 sammelt und beispielsweise über ein
Rückschlagventil 24 oder
einen Siphon in das Kurbelgehäuse 19 zurückführt.
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Die
Gasausgangskanäle 8 der
einzelnen Zyklone 1 sind stromab des Zyklons 1 mit
einer gemeinsamen Reingasleitung 25 strömungsverbunden, in der das
gereinigte Gas aus den Zyklonen 1 gesammelt und weitergeleitet
wird. Das aus den einzelnen Zyklonen 1 über die Gasausgangskanäle 8 austretende,
von Öltropfen
gereinigte Gas gelangt über
die Reingasleitung 25, das Druckregelventil 18 und
eine Entlüftungsleitung 28 in
ein Saugrohr 29 der Brennkraftmaschine, beispielsweise
in das Saugrohr 29 stromab einer Drosselklappe 30.
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Durch
den Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse 19 und dem Saugrohr 29 stellt
sich unter Berücksichtigung
des zwischen dem Saugrohr 29 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entstehenden Druckverlustes ein Gas-Volumenstrom aus dem Kurbelgehäuse 19 in
Richtung Saugrohr 29 ein. Da der Druck im Saugrohr 29 abhängig vom
Betriebszustand der Brennkraftsmaschine schwankt – bei Dieselmotoren
werden Unterdrücke
von 70 bis 150 mbar erreicht, bei Benzinmotoren Unterdrücke bis
zu 800 mbar – ist
das Druckregelventil 18 vorgesehen, das einen vorbestimmten
Druck im Kurbelgehäuse 19 relativ
zur Atmosphäre
einstellt und gewährleistet,
daß der
Druck im Kurbelgehäuse 19 nahezu
konstant bleibt und nicht unter minus 35 Millibar sinkt. Das Druckregelventil 18 ist
beispielsweise ein bekanntes Membranventil. Je höher der Unterdruck im Saugrohr 29 ist,
desto mehr schließt
das Druckregelventil 18. Übersteigt der Unterdruck in
dem Saugrohr 29 einen vorbestimmten Wert, schließt das Druckregelventil 18 ganz.
Dadurch steigt der Druck im Kurbelgehäuse 19 wieder an,
so daß das
Druckregelventil 18 entsprechend einem Kräftegleichgewicht an
einem Ventilschließkörper 33 des
Druckregelventils 18 schließlich wieder öffnet.
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Bei
einer Parallelschaltung von mehreren Zyklonen 1 in der
Vorrichtung ist die Anzahl der vom Gas durchströmten Zyklone 1 beispielsweise
mittels eines den Zyklonen 1 vorgeschalteten Schaltelementes
einstellbar, wobei das Schaltelement den Gas-Volumenstrom abhängig von
der Menge des Gas-Volumenstroms zu einem oder mehreren Zyklonen 1 leitet.
Das Schaltelement schaltet auf diese Weise abhängig von der Menge des Gas-Volumenstroms
einzelne Zyklone 1 zu oder ab. Dadurch werden die Zyklone 1 näher am optimalen
Betriebspunkt betrieben als beim Stand der Technik. Dabei kann das
Schaltelement durch einen Aktor in Abhängigkeit vom Druck im Kurbelgehäuse 19 oder
aufgrund der am Schaltelement wirkenden Strömungskräfte verstellbar sein.