DE102005003113A1

DE102005003113A1 - Zyklon zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005003113A1
Application number: DE200510003113
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Janßen
Original assignee: Polytec Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2005-01-22
Publication date: 2005-08-11
Also published as: DE202004001086U1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklon zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Brennkraftmaschine.
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik soll ein Zyklon geschaffen werden, der sich durch einen deutlich verbesserten Abscheidegrad auszeichnet.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Zyklonkammer 5 als zylinderförmiges Gehäuse 2 mit Boden 8c ausgebildet ist, wobei im unteren Bereich der Zyklonkammer 5 ein separater Sammelraum 7a angeordnet ist, der in unmittelbarer Nähe zur Zylinderwandung 2 eine oder mehrere Öffnungen 12 besitzt, über die das an der Zylinderwandung 2 abgeschiedene Öl in den Sammelraum 7a gelangt. Der Sammelraum, in dem nahezu der gleiche Druck wie an der Zylinderwandung 2 der Zyklonkammer 5 herrscht, steht mit mindestens einer Ölablaufleitung 9b in Verbindung. Die Ringkammer 7a ist durch eine kreisringförmige Platte 10, die durch einen Abstandsring 11 mit dem Boden 8b verbunden ist, gebildet. Bei dieser Ausführung ist die spaltförmige Öffnung 12 zwischen der äußeren Begrenzung der Platte 10 und der Zylinderwandung 2 angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklon zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Brennkraftmaschine.
Zylinderkurbelgehäuse von Verbrennungsmotoren sind in an sich bekannter Weise mit einer Zylinderkurbelgehäuse-Entlüftung ausgerüstet, die einen Ölabscheider aufweist. Die im Zylinderkurbelgehäuse vorhandenen Gase resultieren aus sogenannten Blow-By-Gasen, die zwischen Zylinderlaufwand und Kolben hindurchtreten und mit Öltropfen belastet sind. Um den Ölverbrauch zu reduzieren und eine saubere Verbrennung zu gewährleisten, ist es entsprechend den geltenden Emissionsvorschriften erforderlich, die anfallenden Bow-By-Gase vom Öl zu befreien. Zur Ölabscheidung werden bevorzugt Zyklone eingesetzt.

Aus der DE 42 14 324 C2 ist ein Zyklon bekannt, der an seinem oberen Teilstück eine tangential in die Zyklonkammer einmündende Zuführungsleitung für das Gas besitzt, die mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. In den den oberen Abschluss der Zyklonkammer bildenden Deckel ist ein in die Zyklonkammer ragendes Tauchrohr eingesetzt, durch dass das gereinigte Gas in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine geführt wird. Die Zyklonkammer weist einen zylinderförmigen und einen sich an diesen nach unten fortsetzenden trichterförmigen Abschnitt auf, der in einen Anschlussstutzen für eine Ölablaufleitung mündet. Diese ist als Fallleitung ausgebildet, deren Mündung unterhalb des Ölspiegels des eigentlichen Ölsumpfes des Motors liegt. In an sich bekannter Bauweise liegt der Ölablauf in der vertikalen Mittelachse des Zyklons liegt. Im unteren zyklonseitigen Gehäuseteil ist ein Schwimmerventil untergebracht, das einen Rückschlag aus dem Ölsumpf verhindern soll.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades dieses Zyklons wurde in der DE 43 44 507 A1 vorgeschlagen, das Tauchrohr mit einer sich vom Einlassende zum Auslassende hin konischen Erweiterung auszubilden und um das Tauchrohr nahe seinem Einlassende einen hohlkegelstumpfförmigen Abweisring anzuordnen, derart, dass dessen größerer Durchmesser dem Einlassende zugewandt ist.

Ein wesentliches Kriterium für den Einsatz eines Zyklons ist die erzielbare Abscheidewirkung bei unterschiedlichen Durchsätzen.

Zur weiteren Verbesserung der Abscheidewirkung ist es bekannt ( DE 199 12 271 A1 ), anstelle eines einzelnen Zyklons mehrere parallel geschaltete kleinere Zyklone anzuordnen.

In der DE 199 51 312 A1 ist eine Ölnebelabscheidevorrichtung beschrieben, die aus einem Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung für das ölbeladene Gas und einer Austrittsöffnung für das gereinigte Gas besteht, wobei in dem Gehäuse, im Strömungsweg, mindestens ein weiterer Zyklon angeordnet ist.

Aus der DE 102 05 981 A1 ist die Anordnung einer Mehrzahl von parallel geschalteten Zyklonen bekannt, wobei die Ein- bzw. Auslassöffnungen einzeln geöffnet oder verschlossen werden können. Durch diese schaltbare Zyklonanordnung soll eine optimale Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse erreicht werden.

Die Anordnung mehrerer Zyklone verursacht zusätzliche Kosten und erfordert einen entsprechend großen Einbauraum.

Während der Betriebsweise der Zyklone tritt durch die anliegende Zentrifugalkraft ein Druckverlust auf, der Druck nimmt von außen nach innen ab. Bei den bekannten Zyklonen befindet sich der Ölablauf in der vertikalen Mittelachse des Zyklons, also gerade an der Stelle, wo der Druckabfall am größten ist und ein hoher Unterdruck herrscht.

Weiterhin wirkt sich die Art und Weise der Ölrückführung auf den Abscheidegrad des Zyklons aus. In der Regel erfolgt diese über einen Siphon in den Nockenwellenraum, in dem ein deutlich höherer Druck herrscht. Die Funktion des Siphons ist nur gewährleistet, wenn der durch den Zyklon verursachte Druckverlust einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet. Die Einhaltung der Obergrenze des Druckverlustes hat wiederum zur Folge, dass sich der Abscheidegrad des Zyklons verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zyklon zu schaffen, der sich durch einen deutlich verbesserten Abscheidegrad auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.

Der vorgeschlagene Zyklon besitzt eine im wesentlichen zylinderförmige Zyklonkammer mit einem Boden. Im unteren Bereich der Zyklonkammer ist ein Sammelraum zur Aufnahme von abgeschiedenem Öl angeordnet, in dem nahezu der gleiche Druck wie an der Zylinderwandung der Zyklonkammer herrscht. Der Sammelraum steht mit mindestens einer Ölablaufleitung in Verbindung.

Wesentlich ist, dass der Sammelraum an der Stelle des Zyklons angeordnet ist, wo im Betriebszustand nur ein geringer Druckabfall eingetreten ist bzw. entsprechende Maßnahmen vorgesehen sind, die sicherstellen, dass das an der Innenwandung der Zyklonkammer abgeschiedene Öl nicht wieder in Richtung Zyklonmitte gelangen kann und in dem Sammelraum nahezu der gleiche Druck wie an der Zylinderwandung anliegt. Der vorgeschlagene Zyklon unterscheidet sich in seiner Bauweise von den an sich bekannten Zyklonen dadurch, dass dieser keinen trichterförmigen Abschnitt besitzt, sondern nur eine zylindrische Abscheidekammer mit einem Boden und den vorerwähnten Sammelraum zur Aufnahme von an der Zylinderwandung abgeschiedenem Öl.

Der Sammelraum kann als nach oben offene Ringnut oder Rinne ausgeführt sein, die unmittelbar an die Zylinderwandung der Zyklonkammer angrenzt. Die Ringnut kann auch in den Boden eingeformt sein, z.B. als umlaufende Sicke.

Anstelle einer Ringnut kann auch eine Ringkammer angeordnet sein, die sich innerhalb oder außerhalb der Zyklonkammer befindet und über eine spaltförmige Öffnung mit dieser in Verbindung steht.

Die Ringnut oder Ringkammer befindet sich im Bereich des Bodens, entweder unterhalb des Bodens oder in Bodenhöhe, wobei entweder die äußere Begrenzung des Bodens in die Ringkammer übergeht oder der Boden bis an die Zylinderwandung reicht, und in unmittelbarer Nähe zur Zylinderwandung oder an diese angrenzend geeignete Öffnungen oder Aussparungen zum Ablaufen des Öls in die Ringkammer angeordnet sind. Es ist auch möglich, die Ringkammer als seitliche Erweiterung auszubilden, die die Zylinderwandung des Zyklons überragt.

Eine andere Alternative besteht darin, den Sammelraum zwischen dem Boden und einer zu dieser beabstandet angeordneten Platte als Zwischenboden anzuordnen. Zwischen der äußeren Begrenzung der Platte bzw. des Zwischenbodens und der angrenzenden Zylinderwandung befindet sich ein Ringspalt zum Abfließen des Öls in den Sammelraum. Die Platte kann sich auch bis zur Zylinderwandung erstrecken, wobei dann in der Platte, am äußeren Rand, radial umlaufend Öffnungen oder Schlitze zum Abfließen des Öls eingebracht sind. Die Platte kann auch über Stege am Boden befestigt sein. Durch die Platte bzw. den Zwischenboden wird gewährleistet, dass in dem Sammelraum kein Druckabfall entsteht und das an der Zylinderwandung abgeschiedene Öl direkt in den Sammelraum gelangt.

Die Zylinderwandung kann an ihrem unteren Ende auch einen leicht nach innen geneigten, konischen Abschnitt besitzen, der in die Sammelkammer übergeht.

Die Querschnittsform des Sammelraumes kann unterschiedlich ausgebildet sein. Die Größe des Sammelraumes ist abhängig von der im Betriebszustand anfallenden Ölmenge.

Die Form des Bodens ist von untergeordneter Bedeutung. Der Boden kann z.B. eben, gewölbt oder kegelförmig ausgebildet sein.

Die mit dem Sammelraum in Verbindung stehende Ölablaufleitung kann bei Anordnung eines durch eine Platte bzw. Zwischenbodens abgetrennten Sammelraumes auch zentrisch an der tiefsten Stelle des Bodens angeordnet sein. Bei Ausbildung des Zyklons mit einer umlaufenden Ringkammer kann die Ölablaufleitung senkrecht oder auch seitlich abführend angeordnet sein.

Da sich die Ölablaufleitung aufgrund der vorgeschlagenen Maßnahmen nicht mehr in einem Bereich befindet, wo ein hoher Unterdruck herrscht, sondern von einem Sammelraum abzweigt, in dem annähernd der gleiche Druck wie an der Zylinderwandung anliegt, kann die Ölrückführung in den Nockenwellenraum problemlos über einen Siphon erfolgen. Der erfindungsgemäße Zyklon kann so ausgelegt werden, dass entsprechend den in der Praxis auftretenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein optimales Ölabscheideergebnis erzielt wird. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird sichergestellt, dass kein abgeschiedenes Öl wieder in den Reingasstrom gelangen kann. Dies führt zu einer Verbesserung des Abscheidegrades des Zyklons.

Der vorgeschlagene Zyklon kann als Kunststoffbauteil im Spritzgießverfahren kostengünstig hergestellt werden.

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Beispielen näher erläutert werden. In der T zugehörigen Zeichnung zeigen
1 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zyklons als Längsschnitt,
2 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 1,
3 eine zweite Ausführungsvariante eines Zyklons,
4 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in 3,
5 eine dritte Ausführungsvariante eines Zyklons,
6 einen Schnitt gemäß der Linie C-C in 5,
7 eine vierte Ausführungsvariante eines Zyklons,
8 einen Schnitt gemäß der Linie D-D in 7,
9 eine fünfte Ausführungsvariante eines Zyklons und
10 einen Schnitt gemäß der Linie E-E in 9.
Der in den einzelnen 1 bis 10 gezeigte Zyklon 1 besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse 2, das an seinem oberen Ende mit einem Deckel 3 verschlossen ist. In den Deckel 3 ist zentrisch ein Tauchrohr 4 zur Ableitung des gereinigten Gasstromes eingesetzt, das in die Zyklonkammer 5 ragt. Unterhalb des Deckels 3 befindet sich der Anschluss 6 für die tangentiale Einleitung des zu reinigenden Kurbelgehäuseentlüftungsgases der Brennkraftmaschine. Am unteren Ende der Zylinderwandung 2 befinden sich ein Sammelraum 7 und ein Boden 8. Der Sammelraum 7 steht mit mindestens einer Ölablaufleitung 9 in Verbindung.
Der in den Zyklon 1 tangential eintretende Gasstrom wird in der Zyklonkammer 5 in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei durch die wirkenden Zentrifugalkräfte die in der Gasströmung enthaltenen Öltröpfen nach außen getragen und an der Zylinderwandung 2 abgeschieden werden. Das abgeschiedene Öl wird aufgrund der vorhandenen Gasströmung entlang der Innenwandung, nach unten, in den Sammelraum 7 gedrückt und über die Ölablaufleitung 9 abgeführt. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführung ist der Sammelraum als nach oben offene Ringnut 7 ausgebildet, die nach außen durch die Zylinderwandung 2 begrenzt ist und an die sich nach innen der kegelförmige Boden 8 anschließt. In der Ringnut 7 sammelt sich das an der Zylinderwandung 2 abgeschiedene Öl und wird über die senkrecht angeordnete Ölablaufleitung 9 in den Ölsumpf des Motors zurückgeführt.
Der als Ringnut 7 ausgeführte Sammelraum bildet zugleich eine Beruhigungszone für das abgeschiedene Öl, das sich noch in einer Rotationsströmung befindet. Durch die im Zyklon herrschende Gasströmung wird das Öl in die Ringnut 7 gedrückt. Da das abgeschiedene Öl nicht wieder in Richtung zur Mittelachse des Zyklons strömen kann, besteht auch nicht mehr die Gefahr, dass Öl durch die im Zentrum des Zyklons herrschende Wirbelströmung mitgerissen wird und in den über das Tauchrohr 4 abzuführenden Reingasstrom zurückgelangt.
Im Vergleich zu den vorgenannten Figuren ist bei der in den 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungsvariante der Boden 8a des Zyklons 1 eben ausgebildet und die Ölablaufleitung 9a ist seitlich, radial angeordnet.
Die dritte Ausführungsvariante (5 und 6) besitzt ebenfalls einen ebenen Boden 8b. In einem geringen Abstand zu diesem ist eine kreisförmige ebene Platte 10 als Zwischenboden angeordnet, die über einen Abstandsring 11 mit dem Boden 8b verbunden ist. Die Platte 10 ist im Durchmesser geringfügig kleiner als der Boden 8b, so dass zwischen der Zylinderwandung 2 und der Platte 10 ein Ringspalt 12 vorhanden ist, über den das abgeschiedene Öl in die Ringkammer 7a gelangt. An die Ringkammer 7a ist seitlich eine senkrecht nach unten verlaufende Ölablaufleitung 9b angeschlossen.
Die vierte Ausführungsvariante gemäß den 7 und 8 besitzt ebenfalls einen Zwischenboden 10a. Der Zwischenboden bzw. die Platte 10a und der Boden 8c sind kegelförmig ausgebildet. Der Zwischenboden 10a ist über randseitig angebrachte Stege 11a mit dem Boden 8c verbunden. Durch den im Durchmesser kleineren Zwischenboden 10a wird zwischen diesem und der Zylinderwandung 2 ein Ringspalt 12a gebildet über den das Öl in den Sammelraum 7b gelangt, der sich zwischen der Platte 10a und dem Boden 8c befindet. Das Öl fließt über die geneigten Flächen des Kegelbodens 8c in die zentrisch angeordnete Ölablaufleitung 9c.
Durch die Anordnung der Zwischenböden 10 bzw. 10a in den beiden vorgenannten Ausführungsvarianten wird ein Sammelraum 7a bzw. 7b gebildet in dem nahezu der gleiche Druck wie an der Innenwandung 2 des Zyklons 1 herrscht. Eine Gefahr, dass abgeschiedenes Öl zurück in den Reingasstrom gelangen kann ist somit weitestgehend ausgeschlossen.
Eine weitere, fünfte Ausführungsvariante ist in den 9 und 10 gezeigt. Der Zyklon 1 ist mit einer Ringkammer 7c ausgestattet, die sich an die Zyklonwandung 2 anschließt und sich radial nach außen erstreckt. Die Ringkammer 7c überragt umfangsseitig die Zyklonwandung 2. Zwischen dem unteren Ende der Zyklonwandung 2 und dem äußeren Rand des Kegelbodens 8d befindet sich ein Ringspalt 12b, durch den das abgeschiedene Öl in die außenliegende Ringkammer 7c gelangt. In die Ringkammer ist 7c ist eine senkrecht nach unten verlaufende Ölablaufleitung 9d eingebunden. Die Ringkammer 7c muss sich nicht entlang des gesamten Außenumfanges der Zyklonwandung erstrecken und kann z.B. auch aus zwei außenliegenden ringförmigen Taschen bestehen, die sich jedoch mindestens über zwei Drittel des Außenumfanges des Zyklons erstrecken sollten. Bei einer Anordnung von zwei taschenförmigen Ringkammern ist jedoch jede Kammer mit einer Ölablaufleitung verbunden.

Claims

Zyklon zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Brennkraftmaschine, der an seinem oberen Teilstück eine tangential in die Zyklonkammer einmündende Zuführungsleitung für das Gas besitzt und durch einen Deckel abgeschlossen ist, in den ein in die Zyklonkammer ragendes Tauchrohr zur Ableitung des gereinigten Gases eingesetzt ist, und der in seinem unteren Teilstück eine Ölablaufleitung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklonkammer (5) als zylinderförmiges Gehäuse (2) mit Boden (8, 8a, 8b, 8c, 8d) ausgebildet ist, wobei im unteren Bereich der Zyklonkammer (5), ein separater Sammelraum (7, 7a, 7b, 7c) angeordnet ist, der in unmittelbarer Nähe zur Zylinderwandung (2) eine oder mehrere Öffnungen (12, 12a, 12b) besitzt, über die das an der Zylinderwandung (2) abgeschiedene Öl in den Sammelraum (7, 7a, 7b, 7c) gelangt, und mit mindestens einer Ölablaufleitung (9, 9a, 9b, 9c, 9d) in Verbindung steht, wobei in dem Sammelraum (7, 7a, 7b, 7c) nahezu der gleiche Druck wie an der Zylinderwandung (2) der Zyklonkammer (5) herrscht.
Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum als nach oben offene Ringnut (7) oder als Rinne ausgebildet ist, die unmittelbar an die Zylinderwandung (2) der Zyklonkammer (5) angrenzt.
Zyklon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (7) als umlaufende Sicke in den Boden (8, 8a) eingeformt ist.
Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum als Ringkammer (7a, 7c) ausgebildet ist, die über eine umlaufende spaltförmige Öffnung (12, 12b) mit der Zyklonkammer (5) in Verbindung steht.
Zyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (7c) am unteren Ende der Zylinderwandung (2) angeordnet ist, die Zylinderwandung (2) seitlich überragt und mit dem Boden (8d) verbunden ist.
Zyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (7a) durch eine kreisringförmige Platte (10), die durch einen Abstandsring (11) mit dem Boden (8b) verbunden ist, gebildet ist, wobei die spaltförmige Öffnung (12) zwischen der äußeren Begrenzung der Platte (10) und der Zylinderwandung (2) angeordnet ist.
Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (7b) zwischen dem Boden (8c) und einer zu diesem beabstandet angeordneten Platte (10a) als Zwischenboden angeordnet ist, wobei die Ölablaufleitung (9c) zentrisch im Boden (8c) angeordnet ist.
Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10a) mit der Zylinderwandung (2) verbunden ist und in der Platte (10a) in unmittelbarer Nähe zur Zylinderwandung (2) eine oder mehrere Öffnungen zum Abfließen des Öls in den Sammelraum (7b) angeordnet ist/sind.
Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10a) in einem geringen Abstand (12a) zur Zylinderwandung (2) angeordnet ist und über vertikale Stege (11a) mit dem Boden (8c) verbunden.
Zyklon nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (8c) und die Platte (10a) als zur Mittelachse geneigte Kegelflächen ausgebildet und parallel zueinander beabstandet sind.
Zyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderwandung (2) an ihrem unteren Ende einen konisch nach innen geneigten Abschnitt besitzt, an den sich der Sammelraum (7, 7a, 7b, 7c) anschließt.