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Die
Erfindung betrifft eine Mediumleitung zum Durchleiten eines Mediums.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung,
in welcher beispielsweise in einem Ölnebelabscheider gereinigte
Blow-by-Gase einer Frischluftleitung eines Verbrennungsmotors zugeführt
werden.
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Bei
Verbrennungsmotoren, beispielsweise Hubkolbenmotoren entweichen
Verbrennungsgase entlang der Kolben bzw. der Kolbenringe in das
Kurbelgehäuse. Die Verbrennungsgase können einen Teil
des dort vorhandenen Öls verdampfen oder fein verteilt Ölpartikel
aufnehmen. Damit es beispielsweise in dem Kurbelgehäuse
nicht zu einem Überdruck kommt, was einen Austritt der
Gase in die Umwelt bewirken würde, werden diese mit den
fein verteilten Ölpartikeln oder mit Öldampf belasteten
Gase gezielt in den Ansaugtrakt bzw. in die Frischluftleitung des
Verbrennungsmotors zurückgeführt. Zusätzlich
muß bei bestimmten Motoren eine Belüftung des
Motors mit Frischluft gesichert sein. Diese Frischluft vermischt sich
im Kurbelgehäuse mit Ölpartikeln. Um unerwünschten Ölverlust,
Ansaugluftverschmutzung und/oder eine Ansaugsystem-/Ventilverschmutzung und
eine Kontaminierung des Katalysatorsubstrates mit Ölrückständen
(Wegen zunehmend strenger werdender Abgasgesetze werden zunehmend
empfindliche Abgasreinigungsanlagen eingesetzt, welche durch Kontaminierung
z. B. durch Schmierölrückstände zu früh „altern”)
zu vermeiden, soll das zurückgeführte Gas zu einem
hohen Anteil von den Ölbeimischungen befreit werden, wozu
Zentrifugal- bzw. Ölabscheider bzw. Ölnebelabscheider
verwendet werden. Herkömmlicher Weise geschieht die Abscheidung
des Öls mittels Prallplatten, Labyrinthen oder Zyklonen.
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Die
Zentrifugalabscheider sind üblicherweise außerhalb
des Ölraums bzw. des Kurbelgehäuses angeordnet.
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Die
Kurbelgehäuseentlüftungsleitung leitet die gereinigten
Gase z. B. in die Frischluftleitung des Verbrennungsmotors.
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In
kalten Mediumleitungen, welche Medien, beispielsweise Kurbelgehäuseentlüftungsgase
transportieren, kann es vorkommen, das diese von außen nach
innen vereisen, also von der Innenwand der Mediumleitung in Richtung
zur Mittelachse, bzw. das zunächst dampfförmige
Wasser an den kalten Wänden kondensiert und dann vereist.
Bei Kurbelgehäuseentlüftungsleitungen z. B. wurde
beobachtet, dass diese Vereisung an der Einleitstelle der Kurbelgehäusenetlüftungsleitung
in die Frischluftleitung bzw. in das Ansaugsystem beginnen kann.
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Um
dem entgegen zu wirken wurde z. B. in der
WO 2006/002791 vorgeschlagen,
Mittel zum Aufwärmen der Einleitstelle vorzusehen. Das
Aufwärmmittel ist als eine an den Kühlmittel-
oder Schmierölkreislauf angeschlossene und innerhalb der
Kurbelgehäuseentlüftungsleitung bis zur Einleistelle
verlaufende Zirkulationsleitung.
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Bekannt
ist aber auch eine elektrische Erwärmung der Einleitstelle.
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Zur
Lösung desselben Problems wird in der
US 6,772,744 B2 vorgeschlagen,
die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung über
ein Wärmeleitelement mit dem Verbrennungsmotor zu verbinden.
Hierbei wird das Wärmeleitelement zum einen an dem Verbrennungsmotor
und zum anderen an der Außenseite der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
wärme leitend befestigt, so dass die Wärme aus
dem Verbrennungsmotor von außen in die Wandung der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
eingeleitet wird. Dies ist nachteilig dahingehend, als das Wärmeleitelement
mittels besonderer Befestigung an dem Verbrennungsmotor befestigt
werden muß. Um diese Befestigung herstellen zu können
ist zum einen beispielsweise ein zusätzlicher Bolzen und
zum anderen eine geeignete Verbindung zur Kurbelgehäuseentlüftungsleitung notwendig.
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Als
ein Hauptnachteil des Standes der Technik ist aber auch anzusehen,
dass der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung jeweils
extern Wärmeenergie zugeführt wird. Hierbei wird
zum einen in Medienkreisläufe des Verbrennungsmotors und
zum anderen in dessen elektrisches Bordnetz belastend eingegriffen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mediumleitung der
Eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln vor einem Vereisen
zu schützen, wobei belastende Eingriffe in Medienkreisläufe
des Verbrennungsmotors, in ein Stromnetz, an welches der Verbrennungsmotor
angeschlossen ist, oder den Verbrennungsmotor selbst vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein im Inneren der Mediumleitung angeordnetes
Aufwärmmittel gelöst, welches Wärme direkt
aus dem Mediumstrom aufnimmt und zu Randbereichen des Aufwärmmittels
transportiert.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Kurbelgehäuseentlüftungsleitungen,
welche Kurbelgehäuseentlüftungsgase über
eine Einleitstelle in eine Frischluftleitung eines Verbrennungsmotors bzw.
des Ansaugsystem einleitet, um mit Hilfe des Aufwärmmittels
die Einleitstelle bzw. die Austrittsstelle der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
ohne Zuführung externer Energie vor dem Vereisen bzw. Einfrieren
zu schützen.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Temperaturverteilung
des Mediumstromes bzw. des Kurbelgehäuseentlüftungsgasstromes
innerhalb der Mediumleitung glockenartig ist bzw. parabolisch verläuft.
Dies bedeutet, dass an dem Innenumfang der Mediumleitung ein geringerer
Temperaturbetrag vorliegt als im Bereich der Mittelachse. Insofern
ist es günstig der Erfindung, wenn das Aufwärmmittel
so ausgeführt ist, dass dieses die Wärme aus dem
Zentrum des Mediumstromes aufnimmt und zu Randbereichen des Aufwärmmittels
transportiert.
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In
bevorzugter Ausgestaltung weist das Aufwärmmittel ein Wärmesammelelement,
Wärmetransportelemente und Wärmeelemente auf.
Die Wärmeelemente sind bevorzugt am Randbereich des Aufwärmmittels
angeordnet. Über die Transportrippen ist das Wärmelement
mit dem Wärmesammelelement verbunden..
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Um
Sicherzustellen, dass das Aufwärmmittel die Wärme
aus dem Zentrum des Mediumstromes aufnimmt, ist vorteilhaft vorgesehen,
dass das Wärmesammelelement mit seiner Mittelachse deckungsgleich
zur Mittelachse der Mediumleitung angeordnet ist. In bevorzugter
Ausgestaltung ist das Wärmesammelelement stabartig ausgeführt,
so dass sein zum Mediumsstrom orientiertes, vorderes Ende von der Einleitstelle
der Mediumleitung wegorientiert in die Mediumleitung hineinragt.
Selbstverständlich kann das Wärmesammelelement
mit seinem zum vorderen Ende gegenüberliegenden hinteren
Ende aus der eigentlichen Mediumleitung heraus in die damit verbundene,
beispielhafte Frischluftleitung hineinragen. Insofern nimmt das
Wärmesammelelement über seine gesamte axiale Länge
Wärme aus dem Zentrum des Mediumstromes auf, und leitet
diese aufgenommene Wärme zu dem Randbereich bzw. zu den
Wärmelementen.
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Die
Wärmetransportelemente sind in bevorzugter Ausgestaltung
rippenartig ausgeführt, so dass diese auch als Wärmetransportrippen
bezeichnet werden können. Die Wärmetransportelemente
sind so ausgeführt, dass diese einen möglichst
geringen Strömungswiderstand aufweisen, und um beispielswise
Verwirbelungen des Mediumstromes zu vermeiden. In bevorzugter Ausgestaltung
weisen die Wärmetransportelemente im Querschnitt gesehen
eine trapezartige Ausgestaltung mit einer Basisfläche und einer
dazu gegenüberliegenden Tragfläche auf. Die Basisfläche
ist im Querschnitt gesehen bevorzugt breiter als die Tragfläche.
Mit der Tragfläche ist das Wärmesammelelement
verbunden, wobei die Basisfläche mit dem Wärmelement
verbunden ist.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist das Aufwärmmittel mit seinen
Komponenten (Wärmelemente, Wärmetransportelement,
Wärmesammelelement) einstückig aus einem geeigneten
Material gebildet. Natürlich können die Komponenten
aber auch voneinander separiert sein und zum Aufwärmmittel
zusammengefügt werden, was den Vorteil der jeweils geeigneten
Materialauswahl für die jeweilige Komponente hat.
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Günstig
im Sinne der Erfindung ist, wenn das Aufwärmmittel als
separates Bauteil von der Einleitstelle bzw. der Auslaßstelle
orientiert mit seinem Einsteckabschnitt in die Mediumleitung so
eingeschoben wird, dass das Aufwärmmittel mit seinem Wärmelement
zumindest bereichsweise bzw. mit seinem Führungsabschnitt
aus der Mediumleitung herausragt. Die Wärmelemente sind
bevorzugt so ausgeführt, dass diese die eigentliche Einleitstelle
bzw. die eigentliche Austrittstelle der Mediumleitung in die beispielhafte
Frischluftleitung bilden. Dies bedeutet, dass die bzw. das Wärmeelement
mit seinem Außenumfang an den Innenumfang der Mediumleitung angepaßt
ist, und vollumfänglich hinreichend dicht anliegt. Natürlich
kann das Wärmeelement in Radialrichtung gesehen auch unterbrochen
sein, so dass Wärmeelementsegmente gebildet sind, deren
Außenumfang entsprechend ausgeführt ist. Die beispielhafte
Frischluftleitung wird über die Mediumleitung geschoben,
so dass die Frischleitung die Mediumleitung hinreichend übergreift,
wobei ein Innenumfang der beispielhaften Frischluftleitung an den
Außenumfang der Mediumleitung angepaßt ist. Mit
dem Führungsabschnitt ragt das Aufwärmmittel so
in die beispielhafte Frischluftleitung hinein.
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Das
Aufwärmmittel befindet sich mit seinem Wärmesammelelement
im Zentrum des Mediumstromes. Das Wärmesammelelement nimmt
Wärme aus dem Zentrum des Mediumstromes auf, und leitet
diese durch die Wärmetransportrippen in das Wärmelement.
Dieses bildet an der Einleitstelle bzw. an der Austrittsstelle quasi
die innere Wandung der Mediumleitung und gibt die aufgenommene Wärme
an die kritischen Außenrandzonen des Mediums bzw. des beispielhaften
Kurbelgehäuseentlüftungsgas ab. Damit wird vorteilhaft
die Ausbildung von Eiskristallen insbesondere an dem Innenumfang
der jeweiligen Leitung vermieden.
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Um
zu vermeiden, dass das Wärmelement die aufgenommene Wärme
an die Umgebung, also z. B. an die Wandung der Mediumleitung oder
an die Frischluft abgibt, ist in bevorzugter Ausgestaltung eine
Isolationsschicht vorgesehen, welche an dem Außenumfang
des Wärmelementes angeordnet ist. Die Isolationsschicht
kann aus einem geeigneten Isolationsmaterial oder z. B. aus einem
Luftspalt gebildet sein.
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Weitre
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
sowie in der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
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1 einen
Querschnitt durch eine Mediumleitung mit einem darin angeordneten
Aufwärmmittel.
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1 zeigt
eine Mediumleitung 1 zum Durchleiten eines Mediums. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Mediumleitung 1 als
Kurbelgehäuseentlüftungsleitung ausgeführt.
Die Mediumleitung 1 führt als darin strömendes
Medium beispielhaft in einem Ölnebelabscheider gereinigte Kurbelgehäuseentlüftungsgase
(Blow-By-Gase) einer Frischluftleitung 2 eines Verbrennungsmotors
zu. Im Inneren der Mediumleitung 1 ist ein Aufwärmmittel 3 angeordnet,
welches Wärme aus dem Mediumstrom aufnimmt und zu Randbereichen 4 des
Aufwärmmittels 3 transportiert.
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Das
Aufwärmmittel 3 weist ein Wärmesammelelement 6,
Wärmetransportelemente 7 und Wärmeelemente 8 auf.
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In
bevorzugter Ausführung ist das Aufwärmmittel 3 einstückig
aus den genannten Komponenten hergestellt, kann aber natürlich
aus separierten Komponenten zusammengefügt werden.
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Die
Mediumleitung 1 weist eine Einleitstelle 9 auf,
mit der diese in die beispielhafte Frischluftleitung 2 mündet.
Die Einleitstelle 9 kann auch als Austrittstelle 9 bezeichnet
werden. Die Frischluftleitung 2 ist hinreichend dicht über
die Mediumleitung 1 geschoben, wobei die Mediumleitung 1 auch
als Bestandteil der Frischluftleitung 2 ausgeführt
sein kann.
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Das
Medium bzw. das Kurbelgehäuseentlüftungsgas strömt
innerhalb der Mediumleitung 1 in Richtung zur Einleitstelle 9,
was mittels des Strömungspfeiles 11 dargestellt
ist. Beispielhaft ist die prinzipielle Temperaturverteilung bzw.
Wärmeverteilung des Mediums innerhalb der Mediumleitung 1 dargestellt.
Die prinzipielle Temperaturverteilung ist mittels des gestrichelt
dargestellten Bereiches 12 wieder gegeben, welcher von
einer prinzipiell dargestellten Einhüllenden 13 begrenzt
ist, welche quasi parabolisch verläuft. Dies bedeutet,
dass ein Temperaturbetrag des Mediums an einem Innenumfang der Mediumleitung 1 geringer
ist als im Bereich ihrer Mittelachse X.
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Das
Wärmesammelelement 6 ist bevorzugt stabartig ausgeführt,
so dass sein zum Mediumstrom (Pfeil 11) orientiertes, vorderes
Ende 12 von der Einleitstelle 9 der Mediumleitung 1 wegorientiert
in die Mediumleitung 1 hineinragt. Das Wärmesammelelement 6 kann
z. B. auch rohrförmig ausgeführt sein. Mit seiner
Mittelachse X1 ist das Wärmesammelelement 6 deckungsgleich
zur Mittelachse X der Mediumleitung 1 und somit im Bereich
des höchsten Wärmebetrages des Mediums innerhalb
der Mediumleitung 1 angeordnet.
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Die
Wärmetransportelemente 7 sind rippenartig ausgeführt,
so dass diese auch als Wärmetransportrippen bezeichnet
werden können. Über die Wärmetransportelemente 7 ist
das Wärmesammelelement 6 mit dem Wärmeelement 8 verbunden.
Die Wärmetransportelemente 7 weisen eine Basisfläche 14 und
eine dazu gegenüberliegende Tragfläche 16 auf.
Mit der Basisfläche 14 ist das Wärmetransportelement 7 an
das Wärmeelement 8 angebunden. Mit der Tragfläche 16 ist
das Wärmetransportelement 7 an das Wärmesammelelement 6 angebunden.
Die Basisfläche 14 ist im Querschnitt gesehen
beispielhaft breiter als die Tragfläche 16 ausgeführt.
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Das
Wärmeelement 8 weist einen Einsteckabschnitt 17 und
einen sich daran anschließenden Führungsabschnitt 18 auf.
Beide Abschnitte haben bevorzugt den gleichen Außen- und
Innendurchmesser. Der Einsteckabschnitt 17 weist beispielhaft in
etwa die hälfte der im Querschnitt gesehenen gesamten axialen
Länge des Wärmeelementes 8 auf, ohne
dass diese beispielhafte Längenangabe beschränkend
sein soll. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
das Wärmeelement 8 mit seinem Einsteckabschnitt 17 in
die Mediumleitung eingeschoben. Mit dem Führungsabschnitt
ragt das Wärmelement 8 aus der Mediumleitung 1 heraus
in die Frischluftleitung 2 hinein. Zwischen dem Außenumfang
des Wärmelementes 8 und dem Innenumfang der Mediumleitung 1 ist
ein Isolationselement 19 angeordnet, welche den Außenumfang
des Wärmeelementes 8 in seiner gesamten axialen
Länge vorzugsweise vollumfänglich umfaßt.
Mit seinem Außendurchmesser liegt das Isolationselement 19 an
dem Innenumfang der Mediumleitung 1 an.
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Das
Aufwärmmittel 3 bildet so quasi die Einleitstelle 9 bzw.
die Austrittstelle 9 in die Frischluftleitung 2.
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Das
Wärmesammelelement 6 ist wie bereits zuvor beschrieben
bevorzugt stabartig ausgeführt, kann aber auch rohrförmig
ausgeführt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich dieses mit seinem zum vorderen Ende 12 gegenüberliegenden
hinteren Ende 21 bis kurz vor ein freies Ende 22 des
Führungsabschnittes 18 des Wärmeelementes 8.
Das Wärmeelement 8 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Hülse mit einer in Umfangsrichtung durchgehenden Wandung
ausgeführt, in deren Innerem die Wärmetransportelemente 7 und
das Wärmesammelelement 6 angeordnet ist.
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Das
Aufwärmmittel 3 nimmt die in dem Zentrum des Mediumsstromes
bezogen auf den Randbereich relativ hohe Wärme über
das Wärmesammelelement 6 auf, und leitet diese über
die Wärmetransportelemente 7 in die bzw. in das
Wärmeelement 8 ein. Das Wärmesammelelement 8 gibt
die zugeleitete Wärme an die Randbereiche des Mediumstromes ab.
Damit ist eine Vereisung insbesondere der Einleitstelle 9 bzw.
der Austrittstelle 9 der Mediumleitung 1 von dem
Innenumfang in Richtung zur Mittelachse X vermieden. Aufgrund des
Isolationselementes 19 ist eine Wärmeabgabe an
die Wandung der Mediumleitung bzw. an die Frischluft vermindert.
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Das
Aufwärmmittel 3 kann beispielsweise bei der Herstellung
eines Kraftfahrzeuges entsprechend in neue Medienleitungen eingesetzt
werden. Denkbar ist aber auch ältere Medienleitungen mit dem
erfindungsgemäßen Aufwärmmittel (3)
nachzurüsten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/002791 [0006]
- - US 6772744 B2 [0008]