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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ölabscheider wie er zur Abscheidung von Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus Gasen, insbesondere Blow-by-Gasen (Durchblasegasen) in Verbrennungsmotoren verwendet wird. Derartige Ölabscheider werden üblicherweise in Ventilhauben (Zylinderkopfhauben) vorgesehen, um dort bei der Rückleitung der Blow-by-Gase vom Kurbelgehäuse zum Ansaugtrakt des Motors Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus diesen Gasen abzuscheiden.
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Die Blow-by-Gase werden herkömmlicherweise durch eine Einleitstelle (Pick-up-Position) in die Ventilhaube eingeleitet.
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Die Einleitstelle ist dabei im wesentlichen auf eine begrenzte Stelle oder mehrere begrenzte Stellen konzentriert, von denen angenommen wird, dass sie sich zur Einleitung der Gase in die Ventilhaube bzw. den Ölabscheider eignen.
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Die beste Pick-up-Position wird dabei durch aufwendige Versuche ermittelt. An dieser Stelle wird dann eine Einleitöffnung mit Schwall- und Spritzölschutz angebracht. Da die Pick-up-Position, die sich als optimal herausgestellt hat, meist räumlich eng begrenzt ist, herrscht eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Gase. Diese reißen daher mit hoher Geschwindigkeit Öl mit, so dass in den Abscheider unnötig Öl eingetragen wird. Das im Abscheider befindliche Öl kann seinerseits nur schwer gegen den Luftstrom zurückfließen.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, kann die Einlassöffnung vergrößert werden. Dies führt jedoch dazu, dass möglicherweise mehr Öl in den Ölabscheider eingespritzt wird.
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Auch eventuell auftretender Ölschaum, der erst bei Kontakt mit einer Wand zusammenfällt, kann durch so eine Öffnung leicht in den Abscheideraum eindringen.
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Die
DE 101 25 404 A1 zeigt einen Flüssigkeitsabscheider. Dieser weist mehrere Reihen von Prallelementen auf, an denen Flüssigkeitstropfen abgeschieden werden. Die Prallelemente sind versetzt zueinander angeordnet, so dass das zu reinigende Gas zwischen den Prallelementen durchströmen kann.
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Die
AT 363 916 B zeigt einen Tropfenabscheider mit wabenförmig nebeneinander angeordneten Strömungskanälen.
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Die
GB 20 04 474 A zeigt einen Gas-Öl-Abscheider zum Abscheiden von Öl aus Gasen. Dieser weist Einlassöffnungen in einer Bodenplatte, aufeinanderfolgende Prallblechplatten mit versetzten Öffnungen sowie einen Gasauslass auf. Die Prallblechplatten, an denen Öltropfen abgeschieden werden, sind ausreichend beabstandet voneinander angebracht, damit das zu reinigende Gas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 2 m pro Sekunde durch die Prallblechöffnungen hindurchtritt.
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Die
EP 00 07 385 A1 zeigt einen Filter zur Ausfilterung von fettartigen Teilchen aus einem Gasstrom. Dieser weist eine Vielzahl quer zur Anströmrichtung und über die gesamte Breite des Filters angeordneter, untereinander im wesentlichen paralleler Stäbe auf. An diesen Stäben wird der zu reinigende Gasstrom verwirbelt, wobei die fettartigen Teilchen an den Staboberflächen anhaften und nach entsprechender Agglomerierung an den Stäben herablaufen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ölabscheider und eine Ventilhaube zur Verfügung zu stellen, bei denen die Einlassöffnung so ausgestaltet ist, dass sie bereits zu einem Brechen von Ölschaum und zugleich als Schwallschutz dienen kann. Diese Aufgabe wird durch den Ölabscheider nach Anspruch 1 sowie die Ventilhaube nach Anspruch 31 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ölabscheiders und der erfindungsgemäßen Ventilhaube werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Der erfindungsgemäße Ölabscheider weist wie jeder herkömmliche Ölabscheider einen Durchlass für die Gase auf, aus denen Öltröpfchen und/oder Ölnebel abgeschieden werden sollen. Innerhalb dieses Durchlasses befindet sich dann ein Ölabscheideelement, in dem bei Durchströmen Öltröpfchen und/oder Ölnebel abgeschieden werden. Als Ölabscheideelemente eignen sich dabei herkömmlicherweise Zyklone oder auch schneckenförmig durchströmte Röhrenabschnitte.
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Erfindungsgemäß besitzt nun das Gehäuse des Ölabscheiders, das zugleich auch Gehäuse einer Ventilhaube sein kann, eine Einlassöffnung, die in besonderer Weise ausgestaltet ist. Die Einlassöffnung ist vorzugsweise an der Unterseite der Ventilhaube oder des Ölabscheiders angeordnet, um Schwerkrafteffekte auszunutzen.
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Denn die Einlassöffnung ist erfindungsgemäß in mindestens drei flächige Bereiche unterteilt. Jeder dieser Bereiche ist mit einem Prallelement versehen. Die Prallelemente sind beabstandet zueinander in mindestens drei Ebenen angeordnet, so dass im Falle von drei Prallelementen in jeder der Ebenen ein Prallelement angeordnet ist. Die einzelnen Prallelemente der einzelnen Ebenen sind über Stützelemente als Halterung miteinander verbunden. So stützen sich die Prallelemente der zweiten Ebene über sich zwischen der ersten und zweiten Ebene erstreckenden Stützelemente aufeinander ab. Die Prallelemente der dritten Ebene stützen sich über entsprechende zwischen der dritten Ebene und der zweiten Ebene verlaufende Stützelemente auf den Prallelementen der zweiten Ebene ab.
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Bei geeigneter Ausformung der Stützelemente und der Prallelemente kann so eine spritzgusstechnisch einfach herzustellende Form erzeugt werden, da die Prallelemente senkrecht zur Einlassöffnung betrachtet keine Hinterschneidungen aufweisen. Dies ermöglicht eine integrale Herstellung eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders und/oder einer mit einem erfindungsgemäßen Ölabscheider versehenen Ventilhaube. Als Material eignet sich für die spritzgusstechnische Herstellung neben anderen Materialien insbesondere Polymere, insbesondere Polyamid. Auch die Herstellung der Prallelemente und/oder Stützelemente aus Geweben oder Netzen, wie beispielsweise Drahtgeflechten, ist möglich.
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Die drei Ebenen, in denen die Prallelemente angeordnet sind, liegen vorteilhafterweise parallel zur Ebene der Einlassöffnung, wobei mindestens zwei der Ebenen vorteilhafterweise unterschiedlich weit von der Ebene der Einlassöffnung beabstandet angeordnet sind. Die dritte Ebene kann in der Ebene bzw. Fläche der Einlassöffnung liegen. Vorteilhafterweise beträgt dabei der Abstand benachbarter Ebenen mindestens die Hälfte, vorzugsweise mindestens Dreiviertel des größten Durchmessers der Prallelemente. Als größter Durchmesser wird dabei der weiteste Abstand bezeichnet, den zwei beliebige Punkte auf der Oberfläche bzw. dem Umfang eines Prallelements aufweisen können.
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Auf diese Weise wird eine große Fläche des Gehäuses als Einlassöffnung vorgesehen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der in den Ölabscheider eintretenden Gase relativ gering gehalten werden kann. Dadurch wird lediglich in geringem Maße Öl von dem eintretenden Gas mitgerissen und in den Ölabscheider eingetragen.
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Durch diese Struktur der Einlassöffnung wird obendrein bewirkt, dass die eintretenden Gase mindestens einmal umgelenkt werden, da nach Durchtritt zwischen zwei Prallelementen einer Ebene sie dann auf ein Prallelement einer benachbarten Ebene treffen und diesem dann ausweichen müssen. Hierdurch wird u. a. Ölschaum gebrochen, so dass auf diese Weise das in den Ölabscheider eingetragene Öl weiter verringert wird. Die erfindungsgemäß ausgestaltete Einlassöffnung kann daher auch als Vorabscheider für Öl und Ölschaum betrachtet werden.
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Erfindungsgemäß ist es zusätzlich zu der oben beschriebenen Struktur auch möglich, die einzelnen Ebenen, in denen die Prallelemente angeordnet sind, mehrere Ebenen oder auch sämtliche Ebenen gegen die Fläche der Einlassöffnung zu neigen. Vorteilhafterweise beträgt die Neigung zwischen 0° und 45°, vorteilhafterweise zwischen 0° und 20°, vorteilhafterweise zwischen 0° und 10°, jeweils einschließlich oder auch ausschließlich der jeweiligen Bereichsgrenzen. Es können auch einzelne Ebenen geneigt gegenüber benachbarten Ebenen verlaufen, so dass sich ihr Abstand im Verlauf der Ebene ändert. Der im Folgenden genannte vorbestimmte Abstand der Ebenen bezeichnet dann den mittleren Abstand der jeweiligen Ebene von der benachbarten Ebene bzw. von der Fläche der Einlassöffnung.
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Die Neigung der Ebene und der in ihr liegenden Prallelemente gemeinsam kann auch aktuatorisch verstellt werden, beispielsweise mittels Aktuatoren, wie sie im Folgenden auch für die Verstellung der Neigung und des Abstands der Prallelemente beschrieben werden.
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Weiterhin ist es möglich, dass einzelne Prallelemente in benachbarten Ebenen angeordnet sind, die nur einen geringen Abstand aufweisen, so dass diese Prallelemente, die in einer benachbarten Ebene angeordnet sind, wie aus der ursprünglichen Ebene herausgerückte Prallelemente wirken. Diese geringfügige Variation des Abstands der Prallelemente von der Fläche der Eintrittsöffnung kann vorteilhafterweise dadurch bewirkt werden, dass die jeweiligen Halterungen für die Elemente unterschiedlich ausgeführt werden.
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Die Prallelemente können Ihrerseits auch einzeln je nach Bedarf und Position im Ölnebelstrom bezüglich der Ebene, in der sie angeordnet sind, geneigt angeordnet werden. Vorteilhafterweise beträgt die Neigung zwischen 0° und 45°, vorteilhafterweise zwischen 0° und 20°, vorteilhafterweise zwischen 0° und 10°, jeweils einschließlich oder auch ausschließlich der jeweiligen Bereichsgrenzen.
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Auch die Neigung der einzeln Prallelemente kann variabel gestaltet werden, beispielsweise mittels Aktuatorelementen, die die Neigung der Prallelemente und gegebenenfalls auch den Abstand der Prallelemente von der Fläche der Einlassöffnung, verändern können.
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Vorteilhafterweise decken sämtliche Prallelemente in senkrechter Projektion auf die Fläche der Einlassöffnung die Fläche der Einlassöffnung vollständig ab. Dadurch wird gewährleistet, dass die eintretenden Gase zumindest einmal umgelenkt werden.
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Ausführungsformen, bei denen eine Abdeckung von lediglich 80%, vorzugsweise mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95% erzielt wird, sind jedoch ebenfalls als erfindungsgemäße Ölabscheider geeignet.
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Wenn die Ebenen und/oder die Prallelemente einen verstellbaren Abstand zur Fläche der Einlassöffnung oder eine verstellbare Neigung aufweisen sollen, kann dies beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Stützelemente – beispielsweise mittels Aktuatoren – verlängert oder verkürzt werden, beispielsweise in Form eines Teleskops ihre Länge ändern können. Auch geeignete Führungen zur unterschiedlichen Positionierung der Prallelemente bzw. Neigung der Prallelemente und Ebenen können eingesetzt werden. Um die Neigung eines Prallelementes zu verändern, ist es beispielsweise möglich, die Stützelemente, die ein Prallelement stützen, einzeln anzusteuern und in ihrer Länge oder in ihrer Neigung zu ändern.
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Die Prallelemente und/oder die Bereiche der Einlassöffnung können vorteilhafterweise beliebige Außenformen aufweisen, insbesondere dreieckig, viereckig, fünfeckig oder auch sechseckig ausgestaltet sein. Es sind auch beliebige Vielecke oder auch beliebige Freiformflächen möglich. Bei einer Unterteilung der Fläche der Einlassöffnung in ein Wabenmuster aus sechseckigen Flächen, kann eine regelmäßige Anordnung der Prallelemente in den jeweiligen Ebenen erreicht werden.
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Es ist auch eine Mischung aus verschieden geformten Bereichen und/oder Prallelementen möglich. So kann beispielsweise auch eine Kombination aus Vierecken und Achtecken verwendet werden, um die Fläche der Einlassöffnung in die einzelnen Bereiche aufzuteilen.
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Vorteilhafterweise werden die Prallelemente und/oder deren Rand so ausgestaltet, dass sie auf ihrer Unterseite, d. h. der dem Gasstrom entgegengerichteten Seite, Abtropfelemente aufweisen, beispielsweise Abtropfvorsprünge oder Abtropfkanten. An diesen Abtropfelementen sammelt sich dann das an dem Prallelement abgeschiedene Öl bzw. der dort gebrochene Ölschaum, um von dort aus auf das darunterliegende Prallelement abzutropfen. Da im mittleren Bereich der Prallelemente die Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Gase am geringsten ist, kann sich das Öl dort sammeln und abtropfen, ohne von den einströmenden Gasen gleich wieder mitgerissen zu werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ölabscheider ist nun die Positionierung der Einlassöffnung an beliebiger Stelle möglich, ohne unnötige Ölmengen dem Abscheidesystem zuzuführen. Insbesondere ist es möglich, eingedrungenes Öl gegen den einströmenden Luftstrom, z. B. unter Ausnutzung der Schwerkraft, zurücklaufen zu lassen.
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Im Folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Einlassöffnung für einen Ölabscheider gegeben.
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Es zeigen
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1 die 3D-Schrägansicht eines Ausschnittes aus einer Einlassöffnung;
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2 eine 3D-Schrägansicht eines weiteren Ausschnitts dieser Einlassöffnung;
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3 einen Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung der Gase;
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4 einen Querschnitt in der Ebene der Fläche der Einlassöffnung;
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5 eine Aufsicht auf die Einlassöffnung; und
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6 Querschnitte durch drei weitere erfindungsgemäße Einlassöffnungen.
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Im Folgenden werden bei sämtlichen Figuren gleiche oder ähnliche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet, so dass ihre Beschreibung ggf. nicht wiederholt wird. Weiterhin ist zu beachten, dass bei der folgenden Beschreibung auch eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders auch einzelne beschriebene Elemente unabhängig von dem Gesamtzusammenhang des beschriebenen Ölabscheiders vorteilhafte erfindungswesentliche Elemente darstellen.
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1 zeigt eine Schrägansicht eines Ölabscheiders 1, wobei hier jedoch lediglich derjenige Teil des Gehäuses 2 mit der Gehäusewand 3 dargestellt ist, der die Einlassöffnung 4 umgibt.
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Die Einlassöffnung 4 ist unterteilt in einzelne Bereiche, die in drei verschiedenen Ebenen 5, 6 und 7 voneinander angeordnet sind. Die Ebene 5 befindet sich dabei zu unterst im Bereich der Einlassöffnung, während die Ebene 6 parallel zu der Ebene 5 jedoch beabstandet zu ihr und die Ebene 7 ebenfalls parallel zur Ebene 5, jedoch noch weiter beabstandet zur Ebene 5 angeordnet sind. In der Ebene 5 sind nun sechseckige Prallelemente 8a, 8b, 8c etc. angeordnet. In der Ebene 6 sind ebenfalls Prallelemente 9a, 9b, 9c, 9d etc. angeordnet, wobei die Prallelemente 9a etc. seitlich versetzt zu den Prallelementen 8a etc. angeordnet sind. Sie überdecken also andere Bereiche der Einlassöffnung. In der Ebene 7 sind wiederum sechseckige Prallelemente 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f etc. angeordnet, die versetzt zu den Prallelementen 8a etc. und 9a etc. angeordnet sind. Insgesamt ist die Anordnung der Prallelemente 8a, ..., 9a, ... und 10a, ... dergestalt, dass sie in senkrechter Projektion die gesamte Fläche des Einlasselementes überdecken.
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Die Prallelemente der zweiten Ebene 6 sind über Stützelemente 13a, 13b, 13c, 13d etc. auf den Prallelementen 8a etc. der ersten Ebene 5 gestützt. Die Stützelemente 13a etc. umgeben jedoch die Prallelemente 9a etc. nicht vollständig, so dass zwischen den Prallelementen 8a etc. und 9a etc. Durchgangsöffnungen 11a, 11b etc. verbleiben, durch die das einströmende Gas nach Umlenkung durch die Prallelemente 9a etc. strömen kann. In anderen Bereichen sind Prallelemente 10a etc. in der dritten Ebene 7 angeordnet und überdecken ebenfalls Bereiche, die noch nicht von den Prallelementen 8a etc. und 9a etc. überdeckt sind. Die Prallelemente 10a etc. sind über Stützelemente 12a, 12b, ..., 12m auf den Prallelementen 9a etc. der zweiten Ebene 6 abgestützt. Da die Einlassöffnung, die in 1 dargestellt ist, keinerlei Hinterschneidungen aufweist, ist es spritzgusstechnisch auf einfache Weise möglich, ein Ölabscheidegehäuse, das zugleich ein Ventilhaubengehäuse darstellen kann, mit einem erfindungsgemäßen Öleinlass herzustellen.
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2 zeigt nun eine weitere Schrägansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Einlassöffnung 4. Hier zeigt sich in besonders guter Weise, dass die jeweils oberhalb angeordneten Prallelemente sich über Stützelemente, die schräg ausgebildet sind, auf den jeweils in der Ebene unterhalb angeordneten Prallelementen abstützen.
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3 zeigt nun einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Einlassöffnung, wobei hier insbesondere die wechselseitige Stützung der Prallelemente 9a, 9b auf den Prallelementen 8a etc. und die Stützung der Prallelemente 10a und 10b auf den Prallelementen 9a etc. zu erkennen ist.
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4 zeigt nun eine Aufsicht im Schnitt B-B (siehe 3) in der ersten Ebene 5. Hier ist zu erkennen, wie die sechseckigen wabenförmigen Prallelemente 8a bis 8f und die Elemente 8g, 8h und 8i in der ersten Ebene angeordnet sind unter Belassung von Zwischenräumen 11 als Durchgangsöffnungen für die einströmenden Gase.
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5 zeigt eine Aufsicht auf einen weiteren Schnitt in einer Schnittebene direkt unterhalb der dritten Ebene 7 längs der Linie A-A, wie sie in 3 dargestellt ist. Hier sind nun in Aufsicht die Prallelemente 8a bis 8i der ersten Ebene und die Prallelemente 9a bis 9i der zweiten Ebene dargestellt, unter Freilassung von Durchgangsöffnungen 11. Weiterhin sind einige der Stützelemente, die die Prallelemente 9a bis 9i der zweiten Ebene auf den Prallelementen 8a bis 8i der ersten Ebene abstützen mit dem Bezugszeichen 13 sowie einige der Stützelemente, die die Prallelemente der dritten Ebene auf den Prallelementen 9a bis 9i der zweiten Ebene abstützen mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
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6 zeigt in den Teilfiguren 6A, 6B und 6C Querschnitte durch drei verschiedene Ausgestaltungen der Einlassöffnung.
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6A zeigt einen Querschnitt durch eine Einlassöffnung, bei der verschiedene Prallelemente in insgesamt drei Ebenen 5, 6 und 7 angeordnet sind. Die Ebenen 5, 6 und 7 sind parallel zueinander und zueinander gleich beabstandet. In der Ebene 5 ist ein Prallelement 8a sowie ein weiteres Prallelement 8b angeordnet. Das Prallelement 8a ist etwas aus der Ebene 5 nach unten versetzt. Es kann so als leicht versetztes Prallelement der Ebene 5 betrachtet werden. Alternativ kann es auch als Prallelement einer vierten Ebene betrachtet werden, die unterhalb der Ebene 5 verläuft. Beide Betrachtungsweise sind hier äquivalent.
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In der Ebene 6 sind drei Prallelemente 9a, 9b und 9c angeordnet.
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In der Ebene 7 sind zwei Prallelemente 10a und 10b angeordnet, wobei das Prallelement 10a wiederum etwas aus der Ebene 7 nach oben ausgerückt angeordnet ist. Alternativ könnte das Prallelement 10a auch als Prallelement einer fünften Ebene betrachtet werden.
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Die Prallelemente in 6A sind sämtliche parallel zu der jeweiligen Ebene, in der sie angeordnet sind, ausgerichtet. Ihre senkrechte Projektion auf die Einlassöffnung, also beispielsweise auf die Ebene 5, überdeckt die Einlassöffnung vollständig. Ein Gasstrom, der in 6 senkrecht von unten nach oben zwischen den Prallelementen durchtreten möchte, wird durch die Prallelemente daher mindestens einmal umgelenkt.
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In 6B ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Einlassöffnung dargestellt. Auch in diesem Falle ist die Einlassöffnung in drei Ebenen 5, 6 und 7 unterteilt. Die Ebenen 6 und 7 sind nun sowohl gegenüber der Ebene der Einlassöffnung als auch gegenüber der Ebene 5 geneigt angeordnet. Die Neigung beträgt ca. 3,5°. Die einzelnen Prallelemente 9a, 9b und 9c bzw. 10a und 10b sind mit ihrer flächigen Ausdehnung in ihrer jeweiligen Ebene 6 bzw. 7 angeordnet und daher um den gleichen Winkel gegenüber der Ebene 5 geneigt.
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In einem weiteren Beispiel, das in 6C im Querschnitt dargestellt ist, ist die Einlassöffnung so ausgestaltet, dass sie drei parallel zueinander verlaufende Ebenen 5, 6 und 7 aufweist. In der Ebene 5 sind zwei Prallelemente 8a und 8b angeordnet, wobei das Prallelement 8a mit seiner flächigen Ausdehnung gegenüber der Ebene 5 geneigt ist. Das Prallelement 8b ist gegenüber der Ebene 5 nicht geneigt, sondern mit seiner flächigen Ausdehnung in dieser Ebene angeordnet. Auch die in der Ebene 6 angeordneten Prallelemente 9a, 9b und 9c sind unter unterschiedlichen positiven oder negativen Winkeln gegenüber der Ebene 6 geneigt. Von den beiden Prallelementen 10a und 10b, die in der Ebene 7 angeordnet sind, ist lediglich das Prallelement 10a gegenüber der Ebene 7 mit seiner flächigen Ausdehnung geneigt angeordnet, während das Prallelement 10b mit seiner flächigen Ausdehnung in der Ebene 7 ausgerichtet ist.
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Die Neigungswinkel der Prallelemente gegenüber ihrer jeweiligen Ebene, in der sie angeordnet sind, betragen zwischen 0 und 10°. Es hat sich herausgestellt, dass durch geeignet Wahl der Neigung der einzelnen Prallelemente eine besonders vorteilhafte Vorabscheidung von Öl (Öltropfen, Ölnebel etc.) bewirkt wird.