DE102005043198B4

DE102005043198B4 - Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider

Info

Publication number: DE102005043198B4
Application number: DE102005043198.4A
Authority: DE
Inventors: Gerard Malgorn; Jean-Luc Guichaoua; Peter K. Hermann; Brian W. Schwandt; Christopher E. Holm; Karl G. Evenstad; Eric J. Rego
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: US20090114088A1; US7473291B2; DE102005043198A1; DE102005063598C5; US20060062699A1; FR2877587A1; DE102005063598B3; US7655073B2

Abstract

Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider zum Entfernen von Flüssigkeitspartikeln aus einer Gas-Flüssigkeit-Strömung (32), mit einem Gehäuse (120), das einen Einlass (122) zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) und einen Auslass (124) zum Ableiten der Gas-Strömung (46) aufweist, einer Düsenstruktur in dem Gehäuse (120), die eine oder mehrere Düsen mit einer oder mehreren Öffnungen (106, 108; 164, 165) aufweist zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) von dem Einlass (122) und zum Beschleunigen der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) dadurch, wobei die eine oder mehreren Öffnungen (106, 108; 164, 165) der Düsen eine Gesamtströmung dadurch bereitstellen, einem Trägheitsprallkollektor (54) in dem Gehäuse (120) in dem Weg der beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Strömung (32), wobei der Trägheitsprallkollektor (54) die Abscheidung der Flüssigkeitspartikel aus der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) verursacht, einem Aktuator (100; 161) zur Strömungsänderung, durch den die Gesamtströmung durch die Öffnung oder Öffnungen (106, 108; 164, 165) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Parameter veränderbar ist, wobei die Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) in einer axialen Strömungsrichtung (58) axial durch die Öffnung oder Öffnungen (106, 108; 164, 165) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100; 161) um eine Drehachse (102), die parallel zu der axialen Strömungsrichtung (58) verläuft, drehbar ist, um die Gesamtströmung zu verändern.

Description

Die Erfindung betrifft Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der EP 1 068 890 A1 ist bereits ein Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider bekannt. Flüssige Partikel werden bei diesem Abscheider von einer Gas-Flüssigkeit-Strömung durch Beschleunigung der Strömung durch Düsen oder Öffnungen auf hohe Geschwindigkeiten und Leiten der Strömung gegen einen Prallkörper entfernt. Der Prallkörper verursacht dabei eine scharfe Richtungsänderung, die die Flüssigkeitsabscheidung bewirkt. Ein solcher Trägheitsabscheider hat verschiedene Anwendungsbereiche, einschließlich in Ölabscheidungsanwendungen für Leckgase (Blow-By-Gas) aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors. Bei diesem bekannten Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider ist eine Anpassung an verschiedene Strömungsverhältnisse aufgrund unterschiedlicher Strömungsraten, einer anderen Motorgröße, wechselnder Bedingungen wie Motorreibung, Geschwindigkeit, Abbremsung etc. nicht möglich.
Der bekannte Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider, von dem die Erfindung ausgeht ( DE 1 544 126 A1 ), hat ein Gehäuse mit einem Einlass zur Aufnahme einer Gas-Flüssigkeit-Strömung und einem Auslass, sowie im Gehäuse einen Trägheitsprallkollektor in Form einer Wand und eine Düsenstruktur, die mehrere Düsen mit jeweils einer Öffnung aufweist. Die Gas-Flüssigkeit-Strömung strömt in einer axialen Strömungsrichtung axial durch die Öffnungen. Jeder Öffnung ist ein federbelastetes Ventil zugeordnet, das die Funktion eines Aktuators für diese Öffnung hat. Die Summe der Ventile gemeinsam bildet einen Aktuator, durch den die Gesamtströmung durch die Öffnungen veränderbar ist. Parameter für diese Änderungen ist der Druck der anströmenden Gas-Flüssigkeit-Strömung.
Aus weiterem Stand der Technik ( DE 102 05 981 A1 ) ist es bekannt, einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider mit einer schaltbaren Vorrichtung zu versehen, die eine optimale Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse erlaubt. Hierzu dient im Fall dieses Standes der Technik ein linear bewegbarer Schieber zum Öffnen und Verschließen von Öffnungen in entsprechend gestalteten Zyklonen.
Weiterer Stand der Technik ( DE 103 09 278 A1 ) offenbart eine Vorrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gasstrom mit einem Aktuator, der von einem Diaphragma angetrieben wird. Das Diaphragma bewegt einen Kolben, der Öffnungen in einer zylindrischen Hülse freigibt oder versperrt. Dieser Stand der Technik offenbart auch die Verwendung eines Druckfühlers, um den für den Aktuator wesentlichen Parameter zu erfassen.
Von Interesse ist schließlich auch ein flachbauender Kurbelgehäuse-Lüftungsfilter für einen Dieselmotor ( US 2002/0066424 A1 ), der ebenfalls veränderliche Öffnungen aufweist.
Der Lehre der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, den oben als Ausgangspunkt der Erfindung angesprochenen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider mit einem entsprechenden Aktuator derart weiter auszugestalten, dass der Aktuator optimal auf die tatsächlichen Strömungsverhältnisse reagieren kann.
Die Erfindung löst das zuvor erläuterte Problem bei einem Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie im Stand der Technik, ist mittels des Aktuators die Gesamtströmung durch eine oder mehrere Öffnungen veränderbar und damit an die tatsächlichen Strömungsverhältnisse anpaßbar. Die Anpassung erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Parameter, insbesondere vom Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung.
Grundsätzlich kann die Veränderung der Gesamtströmung durch die Öffnungen auf verschiedene Weise erzielt werden. So ist es möglich, mittels des Aktuators die Gesamtströmungsfläche durch teilweises Öffnen bzw. Schließen von Öffnungen zu realisieren. Ähnliches leistet auch ein vollständiges Öffnen bzw. Schließen einzelner Öffnungen. Auch eine Kombination verschiedener Varianten ist möglich.
Die Lehre löst das zuvor angesprochene Problem hinsichtlich des Aktuators dadurch, dass der Aktuator um eine Drehachse drehbar ist, die parallel zu der axialen Strömungsrichtung verlauft. Durch diese Drehbewegung des Aktuators wird die Gesamtströmung durch die Öffnung oder Öffnungen verändert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt.
1 eine schematische Schnittansicht eines Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheiders, der nicht der Erfindung gemäß ausgestaltet ist,
2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1,
3 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts aus 1, die eine alternative Ausgestaltung zeigt, die nicht der Erfindung gemäß ausgestaltet ist,
4 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts aus 1, die eine alternative Ausgestaltung zeigt, die der Erfindung gemäß ausgestaltet ist,
5 eine perspektivische Ansicht eines Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheiders mit der Ausgestaltung gemäß 4,
6 eine perspektivische Ansicht der Konstruktion aus 5, teilweise geschnitten,
7 eine perspektivische Ansicht der Konstruktion aus 5, teilweise geschnitten,
8 eine Explosionsansicht eines Ausschnitts aus 5,
9 einen Schnitt der Konstruktion aus 5, in einer ersten Stellung des Aktuators,
10 eine Ansicht wie 9, mit einer anderen Stellung des Aktuators,
11 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts aus 1, die eine weitere Ausgestaltung zeigt, die der Erfindung gemäß ausgestaltet ist.
1 zeigt einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider 30 zum Verbinden und Entfernen von flüssigen Partikeln aus einer Gas-Flüssigkeitsströmung 32 zum Zwecke der grundsätzlichen Erläuterung einer solchen Vorrichtung.
Der Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider 30 ist beispielhaft gezeigt zur Abscheidung in einer Kurbelgehäuseentlüftung für einen Verbrennungsmotor 34. Bei einer solchen Anwendung ist es gewünscht, die Leckgase aus dem Kurbelgehäuse 36 des Motors 34 zu entlüften. Unbehandelt enthalten diese Gase Partikel und Schwebstoffe – im folgenden stets als Partikel bezeichnet in Form von Ölnebel und Ruß. Daher ist es wünschenswert, die Konzentration der Partikel zu kontrollieren, insbesondere dann, wenn die Leckgase zu dem Lufteinlaßsystem des Motors zurückgeführt werden sollen, z. B. zum Luftansaugrohr 38. Partikel aus Ölnebeltröpfchen weisen üblicherweise einen Durchmesser kleiner als 5 μm auf und sind infolge dessen unter Verwendung konventionellen fasrigen Filtermaterials schwierig zu entfernen, weil gleichzeitig ein geringer Strömungswiderstand beibehalten werden soll und das Material das Öl und die Partikel sammelt und durch diese gesättigt wird.
Der Abscheider 30 weist ein Gehäuse 40 auf mit einem Einlaß 42 zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 von dem Kurbelgehäuse 36 des Motors 34, einen Auslaß 44 zum Ableiten einer Gasströmung 46 zu dem Luftansaugrohr 38 und einen Abfluß 45, der abgeschiedenes Fluid bei 47 von dem Prallkörpersammler 54 ableitet und die gesammelten Öltröpfchen bei 47 zu dem Kurbelgehäuse 36 zurückführt. Eine Düsenstruktur 48 in dem Gehäuse 40 weist eine Mehrzahl von Düsen auf, die bereitgestellt werden durch Öffnungen 50, 52 (1, 2). Die Düsenstruktur 48 empfängt die Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 bei 58 von dem Einlaß 42 und beschleunigt die Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 durch die Öffnungen 50, 52 der Düsen. Die Mehrzahl der Öffnungen 50, 52 stellt eine Gesamtströmung parallel durch dieselben bereit. In dem Gehäuse 40 ist in dem Weg der beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 bei 58 ein Trägheitsprallkollektor 54 angeordnet. Dieser verursacht die Abscheidung der Flüssigkeitspartikel durch eine scharfe Richtungsänderung, wie bei 56 gezeigt ist. In der bevorzugten Ausgestaltung weist der Prallkörperkollektor 54 eine rauhe, poröse Sammel- oder Prallfläche 60 auf, die die Abscheidung der Flüssigkeitspartikel aus der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 bewirkt. Die Sammel- oder Prallfläche 60 ist insbesondere so ausgeführt wie die in der EP 1 068 890 A1 . Die Düsen 50, 52 können als Venturidüse oder mit kegelstumpfförmiger Form ausgeführt sein, wie in EP 1 068 890 A1 .
Ein Aktuator 62 zur Strömungsänderung ändert die Gesamtströmung mittels der Mehrzahl von Öffnungen 50, 52 in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Parameter. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Gesamtströmungsgeschwindigkeit verändert, obgleich auch andere Strömungscharakteristika geändert werden können. Die Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 strömt in einer axialen Strömungsrichtung 58 durch die Öffnungen 50, 52 der Düsen. Der Aktuator 62 ist entlang einer vorgegebenen Richtung relativ zu den Öffnungen 50, 52 bewegbar, um die Gesamtströmung zu verändern. Grundsätzlich können eine, mehrere oder alle Öffnungen betroffen sein.
In einer Ausgestaltung ist der Aktuator 62 entlang der vorgegebenen Richtung relativ zu den Öffnungen 50, 52 bewegbar, um die Gesamtfläche und infolge dessen die resultierende Strömungsgeschwindigkeit zu verändern. In dem in 1, 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Aktuator 62 als Scheibe oder Platte ausgeführt, die über eine oder mehrere der Öffnungen 50, 52 hinweg bewegbar ist, um die Querschnittsfläche dieser quer zu der axialen Strömungsrichtung 58 zu ändern. Die Scheibe 62 ist quer zu der axialen Strömungsrichtung 58 bewegbar, d. h. in 1, 2 nach links und rechts, wie durch Weil 64 gezeigt ist. In der in 1, 2 gezeigten Ausgestaltung weist die Scheibe 62 eine Mehrzahl Langschlitze oder Langlöcher 66, 68 auf, die mit den jeweiligen Öffnungen 50, 52 ausgerichtet sind. Die Scheibe 62 ist mit den Langlöchern 66, 68 quer zu den Öffnungen 50, 52 verschiebbar, um die Größe derselben, die für die axiale Strömung dadurch bereitsteht, zu verändern und infolge dessen auch die Gesamtströmungsfläche.
In einer weiteren Ausgestaltung können eine oder mehrere Öffnungen 50, 52 während der Bewegung der Scheibe 62 geschlossen oder geöffnet werden, um so die Anzahl der Öffnungen 50, 52, die für die axiale Strömung dadurch bereitstehen, zu verändern und so ebenfalls die Gesamtströmungsfläche zu verändern.
In einer weiteren Ausgestaltung verändert die Bewegung der Aktuatorscheibe 62 beides, die Größe und die Anzahl der geöffneten bzw. geschlossenen Öffnungen 50, 52. Z. B. kann die Bewegung der Aktuatorscheibe 62 entlang der Richtung 64 zurück und wieder vor die Öffnungen 50, 52 deren Querschnittsfläche quer zu der Strömungsrichtung 58 erweitern und begrenzen und so die Größe der Öffnungen 50, 52 verändern, und die Bewegung der Aktuatorscheibe 62 entlang der Richtung 64 zurück und wieder vor kann weitere der Öffnungen 50, 52 öffnen und schließen und so die Anzahl der geöffneten und geschlossenen Öffnungen 50, 52 verändern.
In einer Ausgestaltung ist der Parameter, auf den der Aktuator 62 zur Strömungssänderung reagiert, der Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32. Zur Reaktion auf den Parameter Druck ist ein Druckfühler 70 vorgesehen. Der Ausdruck ”Druckfühler” soll deutlich machen, daß es sich nicht zwangsläufig um einen Sensor handeln muß, der den tatsächlichen Druck mißt und eine druckabhängige Steuerung aufweist. Vielmehr reicht es aus, daß der Druckfühler 70 in Druckänderung feststellt und eine entsprechende Reaktion bzw. Betätigung des Aktuators 62 auslöst.
Das Gehäuse 40 weist den Druckfühler 70 hier und vorzugsweise in Gestalt eines Diaphragmas oder einer Membran auf, die durch ein Verbindungsglied 72 mit dem Aktuator 62 gekoppelt ist, um den letzteren zu bewegen, und zwar in 1, 2 nach links bzw. rechts. Mit steigendem Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 bewegt sich das Diaphragma 70 in 1 nach links, was in bevorzugter Ausgestaltung dazu führt, daß die Größe der Öffnungen 50, 52 etc. ansteigt (die Strömungsquerschnittsfläche wird vergrößert) und/oder daß die Anzahl der für die Strömung geöffneten Öffnungen 50, 52 etc. ansteigt. Der steigende Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung in der Gehäusekammer 74 übersteigt die Vorspannung einer Feder 76 und verursacht so die Bewegung des Diaphragmas 70 nach links. Wenn der Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 sinkt, bewegt die Vorspannung der Feder 76 die Aktuatorscheibe 62 in 1 nach rechts, vorzugsweise, um die Größe und/oder die Anzahl der geöffneten Öffnungen 50, 52 etc. zu verringern.
Auf diese Weise wird eine gewünschte Druckdifferenz ΔP beibehalten, wodurch das Erfordernis Kompromisse zu machen zwischen minimaler und maximaler Strömungsrate, Motorgröße, wechselnden Bedingungen wie Motorreibung, Geschwindigkeit, Abbremsung etc. vermieden wird.
Die zuvor gegebenen Erläuterungen hinsichtlich des Druckfühlers 70 gelten auch für alle nachfolgenden Ausgestaltungen.
Der Aktuator 62 zur Strömungsänderung maximiert die Effizienz durch Anpassung an unterschiedliche Motorgrößen, Strömungsraten und wechselnde Bedingungen während des Motorbetriebs.
In der Ausgestaltung der 1 wird die Gehäusekammer 78 an der der Kammer 74 gegenüberliegenden Seite des Diaphragmas 70 zur Atmosphäre hin mittels Belüftungsöffnungen 80, 82 als Referenzdruck ΔP belüftet; es können jedoch auch andere Referenzdrücke verwendet werden.
3 zeigt eine Ausgestaltung mit einer Aktuatorplatte oder Scheibe 84, die translatorisch nach links und rechts, wie durch Pfeil 86 gezeigt ist, entlang eines Gehäuses 88 verschiebbar ist, um die Größe der Öffnungen 90, 92 zu verändern, wenn Langschlitze oder Langlöcher 94, 96 der Scheibe 84 dort entlang bewegt werden. Die Schlitze oder Löcher 94, 96 können eine kegelstumpfförmige Verjüngung 98 aufweisen, um den Venturibeschleunigungseffekt zu verstärken. Wenn sich die Scheibe 84 in 3 nach links bewegt, steigt die Größe der Venturiöffnungen 90, 92 an, d. h. eine Linksbewegung der Aktuatorscheibe 84 vergrößert die Größe der Öffnungen 90, 92 entlang der Querschnittsfläche quer zu der axialen Strömungsrichtung 58, um die Größe der Öffnungen 90, 92 zu verändern. Eine Bewegung der Aktuatorscheibe nach recht verkleinert die Öffnungen 90, 92 entlang der Querschnittsfläche quer zu der axialen Strömungsrichtung 58. Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Bewegung der Aktuatorscheibe 84 nach links zusätzliche Öffnungen 90, 92 öffnen und die Bewegung der Aktuatorscheibe 84 nach rechts kann einige Öffnungen 90, 92 schließen, um die Anzahl der Öffnungen 90, 92, durch die die Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 strömt, zu verändern.
4 zeigt nun eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einer Aktuatorscheibe 100, die um eine Drehachse 102 parallel zu der axialen Strömungsrichtung 58 drehbar ist. Die Aktuatorscheibe 100 ist im Uhrzeigersinn drehbar, wie durch Pfeil 104 um die Achse 102 gezeigt ist, um eine oder mehrere Düsenöffnungen 106, 108 etc. einer Gehäusewand 110 zu begrenzen und/oder zu schließen, wenn Schlitze 112, 114 der Aktuatorscheibe 100 quer darüber gleiten.
Die 5 bis 10 zeigen eine bevorzugte Implementierung der Ausgestaltung der 4. Ein Gehäuse 120 weist einen Einlaß 122, vergleichbar dem Einlaß 42 (1), zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32, z. B. von dem Kurbelgehäuse 36, auf. Das Gehäuse 120 weist einen Auslaß 124, vergleichbar dem Auslaß 44 (1), zum Ableiten der Gasströmung 46, beispielsweise von dem Luftansaugrohr 38, auf. Das Gehäuse 120 weist einen Abfluß 126, vergleichbar dem Abfluß 45 (1), auf, der abgeschiedenes Fluid 47 von dem Prallkörperkollektor 54 ableitet, der beispielsweise gesammelte Öltröpfchen bei 47 zu dem Kurbelgehäuse 36 zurückleitet. Die Aktuatorscheibe 100 ist um die Achse 102 drehbar an einer Gehäusespindel 128 befestigt. Die Scheibe 100 ist mittels eines Verbindungsglieds 130 mit einer Diaphragmaplatte 132 verbunden. Die Diaphragmaplatte 132 weist Abschnitte 134 auf, die sich durch in Diaphragma 136 erstrecken und an der gegenüberliegenden Seite an einer Federplatte 138 befestigt sind, so daß das Diaphragma 136 zwischen den beiden Platten 132, 138 eingeschlossen ist. Eine vorgespannte Feder 140 erstreckt sich zwischen der Federplatte 138 und einer Verschlußkappe 142. Die Verschlußkappe 142 ist an dem Gehäuse 120 befestigt und dagegen entlang eines Umfangs 144 abgedichtet. Die Verschlußkappe 142 stellt eine erste Kammer 146 auf der einen Seite des Diaphragmas 136 bereit und eine zweite Kammer 148 auf der anderen Seite des Diaphragmas 136.
9 zeigt einen Zustand bei niedrigem Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32, wobei die Aktuatorscheibe 100 im Uhrzeigersinn nach rechts in eine erste Stellung gedreht ist, wie durch Pfeil 150 gezeigt ist, die die Gesamtströmung durch die Vielzahl von Düsenöffnungen 106, 108 etc. minimiert, beispielsweise durch Begrenzung der Größe einer oder mehrerer solcher Öffnungen 106, 108 etc. und/oder durch Schließen einer oder mehrerer solcher Öffnungen 106, 108 etc..
10 zeigt einen Zustand mit höherem Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32, wobei die Aktuatorscheibe 100 entgegen dem Uhrzeigersinn in eine zweite Stellung gedreht ist, wie durch Pfeil 152 gezeigt ist, die die Gesamtströmung durch die Mehrzahl von Düsenöffnungen 106, 108 etc. maximiert, beispielsweise durch Vergrößern einer oder mehrerer der Öffnungen 106, 108 etc. und/oder durch Öffnen einer oder mehrerer solcher Öffnungen 106, 108 etc. Der Aktuator 100 weist eine Mehrzahl von Stellungen zwischen seiner Stellung mit minimaler Gesamtströmung und seiner Stellung mit maximaler Gesamtströmung in Abhängigkeit von dem Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32, um den Druck konstant beizubehalten, d. h. eine konstante Druckdifferenz ΔP relativ zu der vorgegebenen Referenzgröße beizubehalten. Die vorgegebene Referenzgröße kann atmosphärischer Druck sein, z. B. bereitgestellt durch eine oder mehrere Belüftungsöffnungen 154, 156 in der Verschlußkappe 142, die mit der Kammer 148 verbunden sind.
In der in den 5 bis 10 gezeigten Ausgestaltung wird der Drucksensor bereitgestellt durch das Diaphragma 136. Das Diaphragma 136 weist eine erste Seite 158 und eine zweite dieser gegenüberliegende Seite 160 auf. Die erste Seite 158 ist durch die Platte 132 und das Verbindungsglied 130 mit der Aktuatorscheibe 100 gekoppelt. Das Diaphragma 136 ist vergleichbar mit dem Diaphragma 70 (1), das eine erste Seite 69 und eine zweite dieser gegenüberliegende Seite 71 aufweist, wobei die erste Seite 69 durch das Verbindungsglied 72 mit der Aktuatorscheibe 62 gekoppelt ist. Eine der Seiten des Diaphragmas 136 ist dem Druck in der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 ausgesetzt, um die Bewegung des Aktuators 100 zu steuern. In den Ausgestaltungen der 1 und 9 ist jeweils die erste Seite 69, 158 des jeweiligen Diaphragmas 70, 136 dem Druck in der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 ausgesetzt, um die Bewegung des Aktuators 62, 100 zu steuern. In weiteren Ausgestaltungen, die im folgenden beschrieben werden, ist die zweite Seite des Diaphragmas dem Druck in der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 ausgesetzt, um die Bewegung des Aktuators zu steuern. In den 1 bis 2 und 5 bis 10 wird die Vorspannung der Feder 76, 140 überwunden durch einen vorgegebenen Druck in der Gas-Flüssigkeit-Strömung 32 in der jeweiligen Kammer 74, 146 an der jeweiligen ersten Seite 69, 158 des jeweiligen Diaphragmas 70, 136.
11 zeigt eine weitere Ausgestaltung mit einer Aktuatorscheibe 161, die um eine Drehachse 102 parallel zu der axialen Strömungsrichtung 58 drehbar ist. Die Aktuatorscheibe 161 ist drehbar an einer Gehäuseplatte 162 an einer Spindel 163 befestigt. Die Aktuatorscheibe 161 ist drehbar, um eine oder mehrere Düsenöffnungen 164, 165 etc. zu öffnen oder zu schließen. Auf eine Drehung der Scheibe 161 hin, gezeigt durch Pfeil 166, öffnen oder schließen eine oder mehrere radiale Ausleger 167, 168 der Scheibe 161 entsprechende Düsenöffnungen 164, 165, um so die Gesamtströmung durch die Düsenstruktur durch Änderung der Anzahl der Düsenöffnungen 164, 165, die für eine Durchströmung bereitstehen, zu verändern. Die radialen Ausleger 167, 168 der Scheibe 161 können dabei unterschiedliche Bogenlängen aufweisen.
In den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen paßt das System die Anzahl oder Größe der Öffnungen automatisch an die Strömung an, um die Strömungsbegrenzung so konstant wie möglich beizubehalten. Dies ist insbesondere wünschenswert bei Anwendungen für Verbrennungsmotoren eines LKW im Bremsbetrieb. In anderen Anwendungen wird ein Wechsel des Lochs oder der Öffnungsfläche Schritt für Schritt durchgeführt in ausgedehnten Intervallen, z. B. manuell in Wartungsintervallen für dieses Fahrzeug, insbesondere wenn der Kurbelgehäusedruck ein vorbestimmtes Niveau erreicht.
In obiger Ausführung kann die Scheibe (3; 4) bei einer Wartung an einer Stelle fixiert werden und dort fixiert bleiben bis zur nächsten Wartung, bei der sie neu angepaßt und bewegt werden kann durch den Servicetechniker und so angepaßt bleiben kann bis zu einer nachfolgenden Wartung usw.
In einer weiteren Ausgestaltung können mehrere Scheiben vorgesehen sein, die zueinander gewinkelt, gedreht oder relativ zueinander verschoben werden können und in der Stellung arretiert werden können, mit einer Reihe von Rasten oder Klinken, mit Einteilungen, die dem Servicetechniker eine festgelegte Einstellung anzeigen, die zu einem vorgegebenen Kurbelgehäusedruck korrespondiert. Die Mechanik wird dann eine Scheibe oder einen anderen variablen Aktuator manuell in eine vorgegebene Stellung verschieben oder drehen, um die Reibung seit dem letzten Wartungsintervall anzupassen und mit dem tatsächlichen Kurbelgehäusedruck mit steigendem Motoralter zu korrespondieren.
Die Erfindung ist insbesondere nützlich bei geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungen (CCV – closed crankcase ventilation) und offenen Kurbelgehäuseentlüftungen (OCV – open crankcase ventilation). Dennoch kann die Erfindung auch verwendet werden in verschiedenen anderen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheidern zur Entfernung flüssiger Partikel aus einer Gas-Flüssigkeit-Strömung.

Claims

Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider zum Entfernen von Flüssigkeitspartikeln aus einer Gas-Flüssigkeit-Strömung (32), mit einem Gehäuse (120), das einen Einlass (122) zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) und einen Auslass (124) zum Ableiten der Gas-Strömung (46) aufweist, einer Düsenstruktur in dem Gehäuse (120), die eine oder mehrere Düsen mit einer oder mehreren Öffnungen (106, 108; 164, 165) aufweist zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) von dem Einlass (122) und zum Beschleunigen der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) dadurch, wobei die eine oder mehreren Öffnungen (106, 108; 164, 165) der Düsen eine Gesamtströmung dadurch bereitstellen, einem Trägheitsprallkollektor (54) in dem Gehäuse (120) in dem Weg der beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Strömung (32), wobei der Trägheitsprallkollektor (54) die Abscheidung der Flüssigkeitspartikel aus der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) verursacht, einem Aktuator (100; 161) zur Strömungsänderung, durch den die Gesamtströmung durch die Öffnung oder Öffnungen (106, 108; 164, 165) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Parameter veränderbar ist, wobei die Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) in einer axialen Strömungsrichtung (58) axial durch die Öffnung oder Öffnungen (106, 108; 164, 165) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100; 161) um eine Drehachse (102), die parallel zu der axialen Strömungsrichtung (58) verläuft, drehbar ist, um die Gesamtströmung zu verändern.
Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drehung des Aktuators (100; 161) die Querschnittsfläche besagter Öffnung oder Öffnungen quer zu der axialen Strömungsrichtung (58) veränderbar ist.
Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenstruktur eine Mehrzahl von Düsen mit einer Mehrzahl von Öffnungen (106, 108; 164, 165) aufweist, die die Gesamtströmung als parallele Strömung dadurch bereitstellen.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Aktuators (100; 161) zur Strömungsänderung die Strömungsgeschwindigkeit der Gesamtströmung durch eine, mehrere oder alle Öffnungen (106, 108; 164, 165) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Parameter veränderbar ist.
Abscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Aktuators (100; 161) zur Strömungsänderung die Strömungsgeschwindigkeit der Gesamtströmung durch Änderung der Gesamtströmungsfläche einer, mehrerer oder aller Öffnungen (106, 108; 164, 165) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Parameter veränderbar ist.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung des Aktuators (100; 161) die Größe und/oder die Anzahl der geöffneten Öffnungen (106, 108; 164, 165) veränderbar ist.
Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung des Aktuators (100; 161) die Öffnungen (106, 108; 164, 165) in ihrer Querschnittsfläche quer zu der axialen Strömungsrichtung vergrößerbar und verkleinerbar sind, um die Größe der Öffnungen zu verändern.
Abscheider nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung des Aktuators (100; 161) mindestens eine der Öffnungen (106, 108; 164, 165) öffenbar und schließbar ist, um die Anzahl der geöffneten Öffnungen, durch die die Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) strömen kann, zu verändern.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Parameter der Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) ist.
Abscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (120) einen Druckfühler (70) aufweist, der mit dem Aktuator (100; 161) gekoppelt ist, um den Aktuator (100; 161) zu betätigen.
Abscheider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100; 161) eine erste Stellung aufweist, die die Gesamtströmung durch eine, mehrere oder alle Öffnungen (106, 108; 164, 165) minimiert, und eine zweite Stellung, die die Gesamtströmung durch eine, mehrere oder alle Öffnungen (106, 108; 164, 165) maximiert, dass mittels des Druckfühlers (70) der Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) feststellbar ist, und dass der Aktuator (100; 161) entsprechend dem Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) durch den Druckfühler (70) bewegbar ist zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung und in eine Mehrzahl von Stellungen dazwischen, um den Druck der Gas-Flüssigkeit-Strömung im wesentlichen konstant zu halten.
Abscheider nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfühler (70) ein Diaphragma (136) mit einer ersten Seite (158) und einer zweiten gegenüberliegenden Seite (160) aufweist und dass die erste Seite (158) mit dem Aktuator (100) gekoppelt ist.
Abscheider nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Seiten des Diaphragmas (136) dem Druck in der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) ausgesetzt ist, um die Bewegung des Aktuators (100) zu steuern.
Abscheider nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (120) ein Vorspannelement (140) aufweist, das das Diaphragma (136) und den Aktuator (100) in die erste Stellung des Aktuators (100) vorspannt, und dass die Vorspannung des Vorspannelements (140) bei einem vorgegebenen Druck in der Gras-Flüssigkeit-Strömung (32) überwunden wird, und eine Bewegung des Diaphragmas (136) und des Aktuators (100) in die zweite Stellung des Aktuators (100) ermöglicht.
Abscheider Dach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Seite des Diaphragmas (136) die erste Seite ist.
Abscheider nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Seite des Diaphragmas (136) die zweite Seite (160) ist.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) zu der Gasströmung (46) wird und von stromaufwärts nach stromabwärts durch das Gehäuse (120) vom Einlass (122) durch die Öffnungen (106, 108; 164, 165) und dann zu dem Trägheitsprallkollektor (54) und dem Auslass (124) strömt.
Abscheider nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100; 161) stromaufwärts des Trägheitsprallkollektors angeordnet ist.
Abscheider nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator stromabwärts des Trägheitsprallkollektors (54) angeordnet ist.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zwischen einer ersten geschlossenen Stellung, die eine Gasströmung (46) dahinter zu dem Auslass blockiert, und einer zweiten offenen Stellung, die eine Gasströmung (46) dahinter zu dem Auslass ermöglicht, bewegbar ist.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100; 161) zur Strömungsbegrenzung als Folge von steigen dem Druck weitere Öffnungen (106, 108; 164, 165) öffnet und als Folge von sinkendem Druck weitere Öffnungen (106, 108; 164, 165) schließt, so dass ein im wesentlichen konstanter Druckabfall über den Abscheider zwischen dem Einlass (122) und dem Auslass (124) beibehalten wird, ungeachtet wechselnder Strömungsbedingungen der Gas-Flüssigkeit-Strömung (32) dadurch.
Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Düsen und dem Trägheitsprallkollektor (54) konstant und unverändert ist, auch bei einer Bewegung des Aktuators (100; 161) zur Strömungsänderung.