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Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Verbrennung von Kraftstoff in den Zylindern einer Brennkraftmaschine wird durch den hohen Druck ein Teil der Verbrennungsgase zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand hindurch in das Kurbelgehäuse gedrückt. Führt man diese Entlüftungsgase nicht aus dem Kurbelgehäuse ab, steigt der Druck im Kurbelgehäuse an, wodurch u. a. die Kurbelwellendichtung Schaden nimmt und Schmieröl austreten kann. Aus Gründen des Umweltschutzes lässt man die Entlüftungsgase allerdings nicht ins Freie abblasen, sondern führt sie dem Motor über das Ansaugrohr wieder zur vollständigen Verbrennung zu. Gelangen die Entlüftungsgase jedoch ungefiltert in den Ansaugtrakt, führt dies zu einer Verunreinigung der Ansaugluft, Versottung des Ansaugtraktes und damit zur Verschlechterung der Laufkultur und des Emissionsverhaltens. Des weiteren verringert der in den Entlüftungsgasen enthaltene Ölnebel die Klopffestigkeit des Motors.
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Aus oben genannten Gründen wird ersichtlich, dass eine Abscheidung des Ölanteils aus den Entlüftungsgasen vor Einleiten in den Ansaugtrakt wichtig für das Betriebsverhalten des Motors ist. Deshalb ist es üblich, den Entlüftungsgasstrom vor Eintritt in den Ansaugtrakt mit Hilfe eines Ölabscheiders zu „entölen“. Bei vielen auf den Markt befindlichen Ölabscheidesystemen wird die kinetische Energie des Entlüftungsgasstroms zur Abscheidung des Ölnebels genutzt. Der Entlüftungsgasstrom wird hierbei vielfach umgelenkt, durch Zyklone geleitet oder gegen Prallplatten gerichtet. Durch die starke Umlenkung des Entlüftungsgasstroms und der daraus resultierenden Fliehkraft können die Ölpartikel der Gasströmung nicht folgen und scheiden sich an den Oberflächen der Abscheiderbauteile ab.
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Derartige Ölabscheidesysteme besitzen den Nachteil, dass die bereits an den Abscheiderbauteilen abgeschiedenen Öltröpfchen vom Entlüftungsgasstrom wieder mitgerissen werden können und dadurch – trotz bereits erfolgter Abscheidung – in den Ansaugtrakt gelangen können. Weiterhin erzeugen solche Systeme durch die in der Regel sehr starke Umlenkung des Entlüftungsgasstroms einen hohen Druckverlust, wodurch im Ansaugtrakt ein erhöhter Unterdruck zum Ansaugen der Entlüftungsgase benötigt wird. In bestimmten Betriebssituationen fällt der Unterdruck im Ansaugtrakt jedoch zu gering aus, was zu einer unzureichenden Entlüftung des Kurbelgehäuses führt.
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Weiterhin sind sogenannte Fließ-, Wickel- oder Gestrickabscheider bekannt, bei denen der ölhaltige Entlüftungsgasstrom durch ein grob- und/oder feinmaschiges Gewebe hindurch geleitet wird. Dabei lagern sich die Ölteilchen an den Gewebefasern an und schließen sich zu größeren Tropfen zusammen, welche durch ihr Eigengewicht aus dem Gewebe abtropfen und in einen darunter liegenden Ölrücklauf abgeführt werden können. Diese Art der Abscheidung birgt die Gefahr, dass das Gewebe bei sehr niedrigen Temperaturen durch anfallendes Kondenswasser einfriert. Dadurch erhöht sich der Strömungswiderstand und es entsteht ein Überdruck im Kurbelgehäuse, welcher Dichtungen zerstören und zu Undichtigkeit führen kann. Außerdem kann sich das Gewebe auf Dauer mit Ablagerungen zusetzen, wodurch sich ebenfalls der Strömungswiderstand vergrößert.
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Aus
DE 39 10 559 A1 ist ein Ölabscheider mit labyrinthartiger Strömungsführung und Prallwänden bekannt, wobei die nebeneinanderliegenden Durchtrittsöffnungen zumindest dreier aufeinanderfolgender Prallwände um aufeinanderfolgende Bogensegmente eines in dieser Projektion die einzelnen Durchtrittsöffnungen miteinander verbindenden Bogens versetzt sind. Hierdurch sollen die Blow-by-Gase spiralförmig durch den Ölabscheider geführt werden und erhalten somit eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente, welche die der Abscheidung förderliche Zentrifugalkraft weiter erhöht. Zwischen den Prallwänden kann ein gasdurchlässiges Gestrick vorgesehen sein.
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Aus
DE 26 04 180 A1 ist ein als Flüssigkeitsabscheider bezeichneter Ölabscheider mit einer drehbaren Kammer bekannt. Die drehbare Kammer weist einen Einlass für die Dispersion, einen Reingasauslass und in ihrem radial äußeren Bereich einen Auslass für die abgeschiedene Flüssigkeit auf, wobei der Reingasauslass in einem radial inneren Bereich der Kammer gelegen ist und in der Kammer eine Packung mit einer verhältnismäßig steifen, flüssigkeitsdurchlässigen Matrix angeordnet ist.
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Aus
DE 196 21 935 C2 ist ein Ölabscheider mit einer für Blow-by-Gase durchlässigen Ölabscheidewand, die eine Filtermatrix und ein Stützblech umfasst, bekannt. Durch ein Strömungsleitelement werden die Gase zu einem ölwannenseitigen Ende geleitet. Dort werden die Gase um 180° umgelenkt.
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Aus
DE 10 2004 016 742 B3 ist ein Ölabscheider bekannt, der ein Zungenventil im Bereich eines Einlasses in eine Abscheidekammer aufweist. Das Zungenventil wird vom Blow-by-Gas umströmt und dabei einmalig bogenförmig umgelenkt. In der Abscheidekammer ist eine, in Richtung des Ölablaufs geneigte Abscheidewand mit einem flüssigkeitsaufsaugenden Material beschichtet.
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Aus der
DE 40 37 983 A1 ist ein gattungsgemäßer Ölabscheider bekannt. Es handelt sich hierbei um einen Zyklonabscheider, dessen Innenwand mit einem offenporigen Schaumstoff ausgekleidet ist. Der Entlüftungsgasstrom wird durch einen Einlass tangential in den Zyklonabscheider eingeleitet und durchströmt den Abscheider schraubenlinienförmig in Richtung auf den Auslass. Durch die dabei auftretende Fliehkraft legen sich die schweren Öl- und Kondensattröpfchen an der Schaumstoffauskleidung an, werden von dieser aufgesogen und sickern aufgrund der Schwerkraft durch die Poren des Schaumstoffes hindurch nach unten in den Ablauf. Dadurch ist die Gefahr gering, dass diese vom bereits gereinigten Gasstrom wieder mitgerissen werden.
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Bei einer derartigen Ausführung des Ölabscheiders beruht der Abscheidungseffekt einzig und allein auf Fliehkräfte, die auf die Öltröpfchen im Entlüftungsgasstrom einwirken. Dadurch werden aufgrund ihrer Masse tendenziell eher die größeren Öltröpfchen abgeschieden, und die feineren Tröpfchen können mit dem Entlüftungsgasstrom über den Auslass in den Ansaugkanal gelangen. Außerdem dient der Schaumstoff lediglich der Sammlung und Abführung des Öls. Eine mögliche Filterwirkung der Poren des Schaumstoffes wird hier nicht zur Reinigung des Entlüftungsgasstromes genutzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ölabscheider zur Verfügung zu stellen, welcher die oben genannten Nachteile beseitigt und eine verbesserte Ölabscheidung aus Entlüftungsgasen ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Mittel zum Abscheiden der Flüssigkeit aus dem Entlüftungsgasstrom diesen umlenkende Schikanen aufweisen, an denen sich Flüssigkeit niederschlägt, welche mit Unterstützung des Entlüftungsgasstroms und der Schwerkraft zu den dem Ölrücklauf zugewandten Endbereichen der Schikanen bewegt wird, wobei zwischen diesen Endbereichen und dem Ölrücklauf offenporiges Material derart angeordnet ist, dass das offenporige Material einen Umkehrpunkt für den Entlüftungsgasstrom darstellt und zwischen den Endbereichen zumindest einiger Schikanen und dem offenporigen Material ein Strömungsweg für den Entlüftungsgasstrom entlang der Oberfläche des offenporigen Materials gebildet ist.
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Der Einsatz von Mitteln zum Abscheiden, welche Schikanen aufweisen, die den Entlüftungsgasstrom abrupt umlenken, in Kombination mit offenporigem Material, an dessen Oberfläche der Entlüftungsgasstrom entlang streicht, bewirkt eine effektivere Ölabscheidungsrate als jedes Mittel (Schikane oder offenporiges Material) für sich alleine gesehen. Dies beruht auf der besonderen Art und Weise des Zusammenwirkens und gegenseitigen Verstärkens der beiden einzelnen Mittel, welche im folgenden näher beschrieben wird:
Ein erstes Zusammenwirken zwischen den Schikanen und dem offenporigen Material besteht darin, dass sich an der Oberfläche der Schikanen ein Teil der im Entlüftungsgasstrom mitgeführten Flüssigkeitströpfchen niederschlägt, welche vom offenporigen Material aufgesaugt werden. Das Abscheiden der Flüssigkeitströpfchen an den Schikanen kann sowohl durch eine abrupte Umlenkung des Entlüftungsgasstroms und die Trägheit der Flüssigkeitstropfen, als auch durch das bloße Entlangstreichen des Entlüftungsgasstroms an den Schikanen bedingt sein. Die niedergeschlagene Flüssigkeit läuft aufgrund der Schwerkraft an der Oberfläche der Schikanen entlang in Richtung Ölrücklauf. Dieses Abfließen der Flüssigkeit wird zumindest in Teilbereichen durch den Entlüftungsgasstrom unterstützt. Das zwischen dem Ölrücklauf und den Schikanen angeordnete, offenporige Material saugt die von den Endbereichen der Schikanen herabtropfende oder sich an den Endbereichen sammelnde Flüssigkeit „schwammartig“ auf. Dadurch wird die Flüssigkeit nicht mehr dem Entlüftungsgasstrom ausgesetzt und kann folglich von diesem nicht wieder mitgerissen werden. Die in dem offenporigen Material gefangene Flüssigkeit wandert wiederum aufgrund der Schwerkraft weiter und fließt über den Ölrücklauf zurück in die Ölwanne.
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Ein weiteres Zusammenwirken zwischen den Schikanen und dem offenporigen Material besteht darin, dass die Schikanen derart ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass zwischen den Enden zumindest einiger Schikanen und dem offenporigen Material ein geringer Abstand besteht, der einen Strömungsweg für den Entlüftungsgasstrom darstellt. Der Entlüftungsgasstrom wird somit beim Durchströmen des Ölabscheiders gezwungen, an einer oder mehreren (Eng-)Stellen an der Oberfläche des offenporigen Materials entlang zu strömen. Die offenporige Struktur des Materials hält hierbei einen Teil der im Entlüftungsgasstrom enthaltenen Flüssigkeitstropfen zurück, saugt diese auf und führt sie in Richtung Ölrücklauf. Dieser Effekt wird durch eine abrupte Änderung der Strömungsrichtung an der Oberfläche des offenporigen Materials verstärkt, da der Entlüftungsgasstrom dann regelrecht in die Poren des Materials gedrückt wird.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik besteht in der verminderten Gefahr eines Einfrierens des Systems, da das offenporige Material vom Entlüftungsgasstrom nicht durchströmt wird. Sollte das offenporige Material wider Erwarten dennoch einfrieren, so bleibt die Entlüftungsfunktion trotzdem uneingeschränkt vorhanden; die Gefahr eines Überdrucks im Kurbelgehäuse besteht also selbst in diesem Fall nicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können die Schikanen durch Stege gebildet sein, welche in Verbindung mit dem offenporigen Material ein Labyrinth darstellen. Das Labyrinth bewirkt eine mehrfache Umlenkung des Entlüftungsgasstroms und somit eine erhöhte Abscheidewirkung an den Stegen selbst. Das offenporige Material ist vorzugsweise ein Teil des Labyrinths und an solchen Stellen angebracht, an denen der Entlüftungsgasstrom umgelenkt wird. Dies führt zu einer weiter verbesserten Abscheiderate, da am Umkehrpunkt der Entlüftungsgasstrom in besonders intensiven Kontakt mit der Oberfläche des offenporigen Materials kommt. Außerdem zwingt die labyrinthartige Anordnung den Entlüftungsgasstrom zu mehreren Richtungsänderungen und somit auch zu häufigen Berührungen mit der Oberfläche des offenporigen Materials.
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In einer weiteren Ausführung können die Schikanen durch Stege oder Kanäle gebildet sein, die den in den Ölabscheider eindringenden Entlüftungsgasstrom in mehrere kleinere Gasströme aufteilen, welche auf das offenporige Material gerichtet sind. Das offenporige Material ist zu den Enden der Stege bzw. Kanäle beabstandet angeordnet und erzeugt so einen Strömungsweg für die einzelnen Entlüftungsgasströme entlang des offenporigen Materials.
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Das offenporige Material besitzt vorzugsweise die Eigenschaft, bei den im Ölabscheider auftretenden Drücken im Wesentlichen lediglich flüssigkeitsleitend zu sein. Das offenporige Material soll durch die besondere Ausgestaltung seiner Oberfläche die Flüssigkeitströpfchen aus dem vorbeistreichenden Entlüftungsgasstrom sozusagen heraus „filtern“. Das offenporige Material soll die herausgefilterte Flüssigkeit ähnlich einem Schwamm aufsaugen und anschließend beispielsweise mit Hilfe der Schwerkraft wieder in Richtung Ölrücklauf abgeben. Der Entlüftungsgasstrom selbst soll jedoch nicht durch das offenporige Material ein- oder hindurchdringen können, da dieses für den Gasstrom eine Barriere und vorzugsweise einen Umkehrpunkt darstellen soll. Das offenporige Material kann dann genau wie die Schikanen zum Führen des Entlüftungsgasstroms beitragen.
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Das offenporige Material kann aus einem schaumstoffartigen, also aufgeschäumten, Material bestehen, welches sowohl metallisch als auch nichtmetallisch sein kann. Weiterhin ist es denkbar das offenporige Material aus Gewebe oder Geflecht herzustellen, dessen Fasern sowohl metallisch als auch nichtmetallisch sein können.
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Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1: eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölabscheiders mit zu einem Labyrinth angeordneten Schikanen,
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2: eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölabscheiders, bei welcher der Entlüftungsgasstrom in mehrere Einzelgasströme unterteilt wird,
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3: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölabscheiders.
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1 zeigt einen Ölabscheider 1 einer Brennkraftmaschine in schematischer Form. Der kleine Flüssigkeitströpfchen enthaltende Entlüftungsgasstrom 2 gelangt aus einem hier nicht dargestellten Kurbelgehäuse oder einem anderen geeigneten Entnahmeraum eines Motors (z.B. Zylinderkopf) über den Einlass 3 in das Innere des Ölabscheiders 1. Bei Eintritt in das Abscheidergehäuse fallen schwere Flüssigkeitströpfchen direkt in das im unteren Bereich befestigte offenporige Material 4 und sickern zum Ölrücklauf 5 durch. Der Entlüftungsgasstrom 2 wird durch Schikanen 6, welche hier labyrinthartig angeordnet sind, geleitet und mehrfach um 180° umgeleitet. Hierbei wird in den oben liegenden Umkehrpunkten, durch die starke Umlenkung des Entlüftungsgasstroms 2, ein Teil der im Entlüftungsgasstrom 2 mitgeführten Flüssigkeitströpfchen an der Oberfläche der Schikanen 6 bzw. der Wandung des Abscheidergehäuses abgeschieden. Die abgeschiedenen Tropfen laufen nach unten ab und tropfen auf das offenporige Material 4. Das offenporige Material 4 bildet zwischen seiner Oberfläche und dem unteren Endbereich 10 jeder zweiten Schikane 6 einen Abstand aus, den das Entlüftungsgas als Strömungsweg 9 nutzt. Durch den Strömungswiderstand des offenporigen Materials 4 bildet dieser Strömungsweg 9 gleichzeitig den unteren Umkehrpunkt des von den Schikanen 6 gebildeten Labyrinths. Gleichzeitig nimmt das offenporige Material 4 durch seine poröse und/oder gewebeartige Beschaffenheit die im Entlüftungsgasstrom 2 enthaltenen Flüssigkeitströpfchen teilweise direkt auf und lässt sie nach unten Richtung Ölrücklauf 5 durchsickern. Somit kann der Entlüftungsgasstrom 2 an den unteren Umkehrpunkten keine Flüssigkeitströpfchen wieder mitreißen, sondern drückt diese sogar noch in das offenporige Material 4 hinein. Durch die Vielzahl von hintereinander geschalteten Umlenkungen wird der Entlüftungsgasstrom 2 immer weiter gereinigt, bis es in den Beruhigungsraum 7 gelangt. Eventuell noch im Entlüftungsgasstrom 2 vorhandene Flüssigkeitströpfchen, welche im Beruhigungsraum 7 ausfallen, tropfen in das offenporige Material 4 ab bzw. laufen an den Wänden des Abscheidergehäuses oder Schikanen 6 in dieses herab. Vom Beruhigungsraum 7 gelangt der Entlüftungsgasstrom 2 durch den Auslass 8 in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine.
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Die 2 und 3 zeigen weitere Ölabscheider 1 einer Brennkraftmaschine in schematischer Form. Bei diesen Ölabscheidern 1 durchströmt der Entlüftungsgasstrom 2 die Schikanen 6 nicht labyrinthartig, sondern er wird durch die Schikanen 6 in mehrere Einzelgasströme aufgeteilt und direkt auf das offenporige Material 4 gerichtet. Zwischen der Oberfläche des offenporigen Materials 4 und den Schikanen 6 ist ein Abstand gebildet, den das Entlüftungsgas als Strömungsweg 9 nutzt. Das offenporige Material dient hier – wie in 1 – aufgrund seines Strömungswiderstandes als Umkehrpunkt, in welchem die Strömungsrichtung der Einzelgasströme stark umgelenkt wird. Das offenporige Material 4 nimmt durch seine poröse und/oder gewebeartige Beschaffenheit die im Entlüftungsgasstrom 2 enthaltenen Flüssigkeitströpfchen teilweise direkt auf und lässt sie nach unten Richtung Ölrücklauf 5 durchsickern. In 2 umschließt das offenporige Material 4 die Anordnung der Schikanen 6 teilweise, wodurch der Entlüftungsgasstrom 2 auch nach Passieren des Umkehrpunktes am offenporigen Material 4 entlang strömt und Flüssigkeitströpfchen von diesem herausgefiltert werden können. Der gereinigte Entlüftungsgasstrom sammelt sich nach Durchlaufen der Schikanen 6 im Gehäuse des Ölabscheiders 1, welcher als Beruhigungsraum 7 dient, in dem wiederum Flüssigkeitströpfchen ausfallen und auf das offenporige Material 4 tropfen bzw. von den Wänden in dieses herab laufen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ölabscheider
- 2
- Entlüftungsgasstrom
- 3
- Einlass
- 4
- Offenporiges Material
- 5
- Ölrücklauf
- 6
- Schikanen
- 7
- Beruhigungsraum
- 8
- Auslass
- 9
- Strömungsweg
- 10
- Endbereich
