DE102006029403A1

DE102006029403A1 - Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat, insbesondere Zentrifugal-Ölabscheider einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006029403A1
Application number: DE102006029403A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Kerschbaum; Eberhard Dipl.-Ing. Schneider; Götz von Dr. Esebeck
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch angetriebenes Motoraggregat, insbesondere Zentrifugal-Ölabscheider für Blow-By-Gase einer Brennkraftmaschine, der ein rotierendes Bauelement aufweist, welches mit einem hydraulischen Antriebselement gekoppelt ist, das mit Fluid aus einer von einem Fluidkreis der Brennkraftmaschine abgezweigten Fluidleitung beaufschlagt ist, in der ein Steuerventil zur Beeinflussung der Drehzahl des hydraulischen Antriebselementes integriert ist, wobei erfindungsgemäß die Fluidleitung zumindest im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine vom Steuerventil aus gesperrt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch angetriebenes Motoraggregat, insbesondere einen Zentrifugal-Ölabscheider für Blow-By-Gase einer Brennkraftmaschine, der ein rotierendes Bauelement aufweist, welches mit einem hydraulischen Antriebselement gekoppelt ist, das mit Fluid aus einer von einem Fluidkreis der Brennkraftmaschine abgezweigten Fluidleitung beaufschlagt ist, in der ein Steuerventil zur Beeinflussung der Drehzahl des hydraulischen Antriebselementes integriert ist.
Aus der WO 2004/104381 ist ein hydraulisch angetriebenes Motoraggregat in der gattungsgemäßen Bauart eines Zentrifugal-Ölabscheiders für die Blow-By-Gase einer Brennkraftmaschine bekannt, dessen rotierendes Bauelement von einem Turbinenrad angetrieben wird, welches mit Fluid aus einem Fluidkreis der Brennkraftmaschine beaufschlagt ist. Die Steuerung der Drehzahl des rotierenden Bauelementes im Ölabscheider erfolgt über eine regelbare Kupplung.
Bei dieser Art der Drehzahlsteuerung wird der Fluidvolumenstrom kaum beeinflusst, so dass auch im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ein hoher Anteil von Fluid aus dem Fluidkreis für den Antrieb des rotierenden Bauelementes beansprucht wird.
Ferner ist aus der DE 103 50 562 A1 eine Vorrichtung zur Reinigung von Schmieröl bekannt, die einen Zentrifugal-Ölabscheider umfasst, der von einem Turbinenrad angetrieben wird, das über eine Hauptstromdüse mit Schmieröl aus dem Schmierölkreis der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird. Eine Beeinflussung des Betriebes der Vorrichtung im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Motoraggregat dahingehend weiter zu entwickeln, dass im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine einerseits eine bedarfsoptimale Versorgung der Brennkraftmaschine mit Fluid gewährleistet ist und andererseits ungünstige Belastungen im Motoraggregat vermieden werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch einen Verschluss der Fluidleitung im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine wird die vorrangige Versorgung der Brennkraftmaschine mit Fluid aus dem Fluidkreislauf und damit deren lange Lebensdauer sowie ein Betrieb mit geringst möglichem Verschleiß sichergestellt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird sichergestellt, dass im niederen Drehzahlbereich, wie z.B. bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine sowohl eine optimale Versorgung der Brennkraftmaschine mit Fluid aus dem Fluidkreislauf als auch ein verschleißminimierter Betrieb des Motoraggregates erreicht wird.
Insbesondere wird hierbei erzielt, dass die Rotorlager des hydraulischen Antriebselementes im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine keinen ungünstigen Belastungen ausgesetzt sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Enden der Fluidleitungen als Hauptsstrom- und Nebenstromdüse nach Anspruch 3 wird eine effektive Beaufschlagung des Antriebselementes erreicht.
Eine baulich einfache Ausführung für das Steuerventil ergibt sich bei einer baulichen Ausgestaltung gemäß Anspruch 4.
Schließlich soll gemäß Anspruch 5 als Fluid das Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Im Rahmen der Erfindung wäre es auch denkbar als Fluid den Kraftstoff aus dem Kraftstoffkreislauf heranzuziehen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 In einer teilweisen schematischen Darstellung ein Zentrifugal-Ölabscheider als Beispiel für ein hydraulisch angetriebenes Motoraggregat mit einem Steuerventil in Sperrstellung;
2 das Steuerventil aus 1 in Durchflussstellung;
3 den Zentrifugal-Ölabscheider aus 1 mit einer Haupt- und einer Nebenstromdüse zum Antrieb des Turbinenrades und mit einem Steuerventil in Sperrstellung der Hauptstromdüse;
4 das Steuerventil aus 3 in Sperrstellung der Nebenstromdüse.
In den Fig. ist als Beispiel für ein hydraulisch angetriebenes Motoraggregat einer Brennkraftmaschine ein Zentrifugal-Ölabscheider schematisch dargestellt, von dem nur dessen Turbinenrad 1 als hydraulisches Antriebselement für einen Tellerseparator als rotierendes Bauelement zu erkennen ist.
Das Turbinenrad 1 wird mit einem Fluid 2 aus einer Fluidleitung 3 beaufschlagt, die von einem nicht dargestellten Fluidkreislauf der Brennkraftmaschine abgezweigt ist und in eine Hauptstromdüse 4 mündet, welche auf die Schaufeln 5 des Turbinenrades 1 gerichtet ist und deren austretender Fluidstrahl das Turbinenrad 1 in Drehung versetzt. In der Fluidleitung 3 ist stromauf der Hauptstromdüse ein Steuerventil 6 integriert, über das das Turbinenrad 1 in Abhängigkeit vom Fluiddruck sowie der Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
Das Steuerventil 6 umfasst ein Ventilgehäuse 7 mit einer Steuerbohrung 8, in der ein Steuerkolben 9 verschiebbar angeordnet ist, dessen eine Stirnseite 10 vom Druck des Fluids aus der Fluidleitung 3 und dessen andere Stirnseite 11 von einer Druckfeder 12 beaufschlagt ist und der eine Steuerkammer 13 besitzt, über die eine Verbindung zur Fluidleitung 3 und der Hauptstromdüse 4 gesteuert wird.
Im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, z.B. im Leerlauf ist der Druck im Fluidkreislauf und damit auch in der Fluidleitung niedrig. Hierdurch überwiegt die von der Druckfeder 12 auf den Steuerkolben 9 ausgeübte Kraft gegenüber der Druckkraft des Fluids an der Stirnseite 10, so dass der Steuerkolben 9 in die in 1 gezeigte linke Endstellung verschoben wird, in der die Verbindung zwischen Fluidleitung 3 und Hauptstromdüse 4 gesperrt ist und damit der Antrieb des Turbinenrades 1 unterbrochen ist. Die Hauptstromdüse 4 ist damit von der Fluidleitung 3 abgeschaltet.
Hierdurch wird vorrangig der Druck im Fluidkreislauf der Brennkraftmaschine sichergestellt.
Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine oberhalb der Leerlaufdrehzahl steigt der Druck im Fluidkreislauf und damit in der Fluidleitung 3 an, so dass ab einer vorgegebenen Drehzahl die vom Fluid auf die Stirnseite 10 des Steuerkolbens 9 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Druckfeder 12 übersteigt und den Steuerkolben 9 in die in 2 dargestellte rechte Endstellung verschiebt, in welcher die Steuerkammer 13 die Fluidleitung 3 mit der Hauptstromdüse 4 verbindet, so dass die Schaufeln 5 mit Fluid beaufschlagt werden und das Turbinenrad 1 in Drehung versetzen, wodurch der Ölabscheider in Betrieb genommen wird. In diesem Betriebszustand ist die Hauptstromdüse 4 zur Fluidleitung 3 zugeschaltet.
Im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist zum Betrieb des Turbinenrades 1 zusätzlich zur Hauptstromdüse 4 eine Nebenstromdüse 14 vorgesehen, deren Ausströmöffnung auf eine der Schaufeln 5 gerichtet ist. Die Nebenstromstromdüse 14 ist Teil einer Nebenstromleitung 15, welche im Querschnitt kleiner ausgeführt ist als die Fluidleitung 3, so dass dementsprechend eine geringere Fluidmenge über die Nebenstromdüse 14 abgespritzt wird.
Wie im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 erfolgt die Steuerung der Haupt- und Nebenstromdüse 14 durch ein Steuerventil 16, dessen im Ventilgehäuse 17 in einer Steuerbohrung 18 verschiebbarer Steuerkolben 19 zusätzlich zur Steuerkammer 13 für die Hauptstromdüse 4 mit einer weiteren Steuerkammer 20 zur Steuerung der Nebenstromdüse 14 ausgestattet ist, deren Nebenstromleitung 15 stromauf des Steuerventils 16 von der Fluidleitung abgezweigt ist. Der Steuerkolben 19 wird an seiner Stirnseite 21 vom Druck aus der Fluidleitung 3 beaufschlagt, während an der gegenüberliegenden Stirnseite 22 eine Druckfeder 23 anliegt.
In 3 ist das Steuerventil 16 in der für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Leerlauf bzw. einer niederen Drehzahl dargestellt. Der Fluiddruck in der Fluidleitung 3 ist gering, so dass der Steuerkolben 19 von der Druckfeder 23 beaufschlagt in der linken Endstellung eingestellt ist. In dieser Stellung ist die Verbindung zwischen Fluidleitung 3 und Hauptstromdüse 4 gesperrt während die Verbindung zwischen Fluidleitung 3 und Nebenstromdüse 14 über die Steuerkammer 20 hergestellt ist und damit das Turbinenrad 1 mit einer kleinen Fluidmenge aus der Nebenstromdüse 14 beaufschlagt wird. Infolge der kleinen Fluidmenge dreht das Turbinenrad mit geringer Drehzahl, wodurch ungünstige Belastungen in den Rotorlagern bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich vermieden werden.
In 4 ist der Steuerkolben 19 in der Stellung bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine oberhalb des Leerlauf- bzw. niederen Drehzahlbereiches dargestellt. Auf Grund des höheren Fluiddruckes in der Fluidleitung 3 wird der Steuerkolben 19 gegen die Kraft der Druckfeder 23 in die rechte Endstellung verschoben, in der die Nebenstromdüse 14 von der Fluidleitung 3 getrennt und die Hauptstromdüse 4 über die Steuerkammer 13 mit der Fluidleitung 3 verbunden ist. Das Turbinenrad 1 wird nun aus der Hauptstromdüse 4 mit einer großen Fluidmenge beaufschlagt, wodurch ein Betrieb des Turbinenrades 1 mit hohen Drehzahlen möglich ist.
Im Rahmen der Erfindung soll vorzugsweise als Fluid zum Betrieb des Turbinenrades 1 das Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verwendet werden. Denkbar wäre es jedoch auch den Kraftstoff aus dem Kraftstoffkreis der Brennkraftmaschine als Fluid einzusetzen.

Claims

Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat, insbesondere Zentrifugal-Ölabscheider für Blow-By-Gase einer Brennkraftmaschine, der ein rotierendes Bauelement aufweist, welches mit einem hydraulischen Antriebselement (Turbinenrad 1) gekoppelt ist, das mit Fluid (2) aus einer von einem Fluidkreis der Brennkraftmaschine abgezweigten Fluidleitung (3) beaufschlagt ist, in der ein Steuerventil (6, 16) zur Beeinflussung der Drehzahl des hydraulischen Antriebselementes (Turbinenrad 1) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (3) zumindest im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine vom Steuerventil (6, 16) aus gesperrt ist.
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Fluidleitung (3) eine Nebenstromleitung (15) abgezweigt ist, und dass das hydraulische Antriebselement (Turbinenrad 1) zumindest im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine vom Steuerventil (6, 16) aus gesteuert mit Fluid (2) aus der Nebenstromleitung (15) beaufschlagbar ist.
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (3) in eine Hauptstromdüse (4) und die Nebenstromleitung (15) in eine Nebenstromdüse (14) ausmündet.
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstromdüse (14) und/oder die Nebenstromleitung (15) mit einem kleineren Strömungsquerschnitt ausgeführt ist als die Fluidleitung (3) oder die Hauptstromdüse (4).
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6, 16) im Ventilgehäuse (7, 17) eine Steuerbohrung (8, 18) mit einem darin verschiebbaren Steuerkolben (9, 19) aufweist, dessen eine Stirnseite (10, 21) vom Fluiddruck aus der Fluidleitung (3) und dessen andere Stirnseite (11, 22) von einer Druckfeder (12, 23) belastet ist und der mit zwei Steuerkammern (13, 20) zur Steuerung des Fluidstromes zur Hauptstrom- (4) oder Nebenstromdüse (14) versehen ist.
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid (2) das Schmieröl aus dem Schmierölkreis der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstromdüse (4) vom Steuerventil (6, 16) aus in Abhängigkeit einer vorgegebenen Motordrehzahl zur Fluidleitung (3) zuschaltbar oder von dieser abschaltbar ausgeführt ist.
Hydraulisch angetriebenes Motoraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstromdüse (14) vom Steuerventil (16) aus in Abhängigkeit einer vorgegebenen Motordrehzahl zur Fluidleitung (3) zuschaltbar oder von dieser abschaltbar ausgeführt ist.