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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Venturidüse zur Unterdruckerzeugung
für eine Vorrichtung zur Abscheidung von Öl aus
den Kurbelgehäusegasen einer Brennkraftmaschine, welche
ein Venturirohr mit einem sich zu einer Engstelle hin verjüngenden
Abschnitt und bevorzugt mit einem sich ausgehend von der Engstelle
erweiternden Abschnitt aufweist, sowie eine zugehörige
Vorrichtung, die eine Blow-By-Leitung zur Zuführung der
Kurbelgehäusegase zu mindestens einem Luftentölungselement
sowie eine Luft-Ansaugleitung zur Zuführung von Ansaugluft
zu der Brennkraftmaschine umfasst.
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Stand der Technik
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Um
die Kurbelgehäusegase einer Brennkraftmaschine z. B. in
einem Kraftfahrzeug möglichst gut zu reinigen ist es erforderlich, Ölabscheider
mit hohen Abscheidegraden zu verwenden. Das Durchleiten der Kurbelgehäusegase
durch Ölabscheider, insbesondere durch Faser-Filterelemente,
zur Erzeugung von hohen Abscheidegraden ist in der Regel jedoch
mit einem nicht unerheblichen Druckverlust verbunden. Es ist bekannt,
zur Druckbeaufschlagung der Kurbelgehäusegase als Druckbeaufschlagungseinheit
z. B. eine Pumpe oder einen Verdichter vor oder hinter dem Ölabscheider
anzuordnen, um den zur Erzeugung eines hohen Abscheidegrades notwendigen
Druck in der Blow-By-Leitung zu erzeugen. Pumpen bzw. Verdichter
sind jedoch schwingungsanfällig und betriebskostenintensiv.
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Aus
der
EP 1 942 287 A1 ist
eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, die
ein Venturirohr aufweist, in dem ein Unterdruck erzeugbar ist, der
einem Filterelement zugeführt werden kann. Der Fahrtwind
wird über eine Einströmöffnung in das
Venturirohr eingeleitet, das einen sich verjüngenden und
einen sich an diesen anschließenden, sich in radialer Richtung
erweiternden Abschnitt aufweist. An einer Engstelle in dem Venturirohr
mündet eine Verbindungsleitung, die vom Reinraum des Filterelements
abzweigt. Der an der Engstelle herrschende Unterdruck sorgt für
die Erzeugung eines Luftstroms durch das Filterelement. In einer
Ausführung ist in dem Venturirohr eine Schwenkklappe vorgesehen,
die eine Schalteinrichtung zur Einstellung des Volumenstromes durch
das Venturirohr und damit zur Einstellung des Unterdrucks bildet.
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Bei
der Verwendung einer Venturidüse als Druckbeaufschlagungseinheit
zur Erzeugung eines Unterdrucks bei der oben beschriebenen Vorrichtung zur
Abscheidung von Öl aus den Kurbelgehäusegasen
einer Brennkraftmaschine tritt jedoch das Problem auf, dass die
Venturidüse einen möglichst geringen Durchflusswiderstand
für den Ansaugluftvolumenstrom aufweisen sollte, was durch
einen ausreichend großen Querschnitt an der Engstelle erreicht werden
kann, andererseits aber ein genügend großer Unterdruck
erzeugt werden sollte, was einen kleinen Querschnitt an der Engstelle
zur Folge hat.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Venturidüse
der eingangs genannten Art für die Unterdruckerzeugung
in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Öl aus den Kurbelgehäusegasen
einer Brennkraftmaschine anzupassen, sowie bei einer solchen Vorrichtung
eine möglichst effektive Unterdruckerzeugung zu erzielen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Venturidüse der eingangs genannten Art, bei der in
dem Venturirohr ein weiteres Venturirohr angeordnet ist. Durch das
Vorsehen (mindestens) eines weiteren, inneren Venturirohrs im Innenraum
des (äußeren) Venturirohrs mit gegenüber
dem äußeren Venturirohr im Querschnitt deutlich
reduzierter Engstelle kann der von der Venturidüse erzeugte
Unterdruck stark erhöht werden. Da durch die innere Venturidüse
aber nur ein geringer Anteil (typischer Weise wenige Prozent) der
Ansaugluft fließen, bleibt der Durchflusswiderstand und
damit der Druckverlust der Ansauggase in der Venturidüse
insgesamt gering.
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In
einer Ausführungsform erstreckt sich das weitere Venturirohr
in axialer Richtung zumindest entlang der gesamten axialen Erstreckung
der Engstelle des Venturirohrs. Das innere Venturirohr kann sich
insbesondere auch über die gesamte axiale Erstreckung der
Engstelle hinauserstrecken und z. B. im Bereich seiner Eintrittsöffnung
in axialer Richtung über die Engstelle des äußeren
Venturirohrs vorstehen. Die Engstelle des äußeren
Venturirohrs kann – wie auch die Engstelle des inneren
Venturirohrs – hierbei insbesondere als axialer Rohrabschnitt
mit konstantem (minimalem) Rohrquerschnitt ausgebildet sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform umfasst die Venturidüse
eine im Bereich der Engstelle vorgesehene, sich in radialer Richtung
erstreckende Verbindungswand zur Verbindung des Venturirohrs mit dem
weiteren Venturirohr. Die Verbindungswand erstreckt sich hierbei
in radialer Richtung zwischen den beiden Venturirohren und weist
in axialer Richtung eine ausreichende Erstreckung auf, um das innere Venturirohr
stabil mit dem äußeren Venturirohr zu verbinden.
Die Außenkontur der Verbindungswand ist hierbei insbesondere
spiegelsymmetrisch zu einer Längsmittelebene in axialer
Richtung, um Verwirbelungen des Luftstroms an der Verbindungswand
zu verhindern. Um die Störung des Luftstroms in dem Zwischenraum
zwischen dem äußeren und dem inneren Venturirohr
möglichst klein zu halten, kann die Verbindungswand an
ihren axialen Enden auch Anrundungen aufweisen. Das innere Venturirohr
kann insbesondere nur an einer Seite über die Verbindungswand
an dem äußeren Venturirohr befestigt sein. Es
versteht sich, dass gegebenenfalls eine weitere Verbindungswand
vorgesehen sein kann, welche die gegenüberliegende Seite
des inneren Venturirohrs mit dem äußeren Venturirohr
verbindet.
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Es
versteht sich, dass für die insbesondere einstückig
ausgeführte Venturidüse ein Material gewählt
werden sollte, das eine ausreichende Stabilität aufweist,
um zu gewährleisten, dass das innere Venturirohr nicht
in Schwingung versetzt wird. Als Material für die Venturidüse
eignen sich insbesondere Kunststoffe. Es versteht sich weiterhin,
dass das innere Venturirohr auch durch zwei oder mehr Verbindungswände
bzw. alternativ oder zusätzlich auf andere Weise, z. B. über
Verstrebungen, mit dem äußeren Venturirohr verbunden
werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform mündet ein Abnahmerohr
der Venturidüse im Bereich einer Engstelle des Weiteren
(inneren) Venturirohrs. Im Gegensatz zum inneren Venturirohr weist
das äußere Venturirohr kein Abnahmerohr auf, d.
h. die Stärke des erzeugten Unterdrucks wird im Wesentlichen durch
die Abmessung der Engstelle des inneren Venturirohrs festgelegt.
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In
einer Weiterbildung erstreckt sich das Abnahmerohr durch die Verbindungswand
zwischen dem Venturirohr und dem weiteren Venturirohr. Das Abnahmerohr
verläuft im Zwischenraum zwischen dem äußeren
und dem inneren Venturirohr somit innerhalb der Verbindungswand,
wodurch das Abnahmerohr in diesem Bereich stabilisiert wird und
bei Druckschwankungen der Gasströmung nicht in Schwingung
versetzt werden kann.
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In
einer weiteren Weiterbildung mündet das Abnahmerohr an
einem eintrittsseitigen Ende der Engstelle des äußeren
Venturirohrs. Die gegenüber der Engstelle des äußeren
Venturirohrs in ihrer axialen Erstreckung in der Regel deutlich
(ca. Faktor 5 oder mehr) kleinere Engstelle des inneren Venturirohrs
befindet sich in diesem Fall am eintrittsseitigen Ende der Engstelle
des äußeren Venturirohrs.
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Bei
einer Ausführungsform steht das (äußere)
Venturirohr einlassseitig über das weitere (innere) Venturirohr
vor. Insbesondere kann der Bereich, in dem das äußere
Venturirohr über das innere Venturirohr vorsteht, durch
einen Abschnitt des äußeren Venturirohrs mit konstantem
Querschnitt gebildet sein, der sich an den sich verjüngenden
Abschnitt des äußeren Venturirohrs anschließt.
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Typischer
Weise sind dem das Venturirohr und das weitere Venturirohr konzentrisch
angeordnet und bis auf das Abnahmerohr bzw. die Verbindungswand
rotationssymmetrisch zur einer gemeinsamen Längsachse ausgeführt.
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In
einer weiteren Ausführungsform nimmt ein Öffnungswinkel
des sich verjüngenden Abschnitts des Venturirohrs und/oder
eines sich verjüngenden Abschnitts des weiteren Venturirohrs
mit zunehmendem Abstand zur Engstelle ab. Bei einem asymmetrischen
Venturirohr, bei dem die sich verjüngenden und sich erweiternden
Abschnitte nicht spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene sind, wird
unter dem sich verjüngenden Abschnitt ein eintrittsseitiger
Abschnitt des Venturirohrs verstanden, während der sich
erweiternde Abschnitt des Venturirohrs einen austrittsseitigen Abschnitt bezeichnet.
Die Variation des Öffnungswinkels des eintrittsseitigen
Abschnitts wirkt sich günstig auf die Strömungsverhältnisse
in der Venturidüse aus. Der sich von der Engstelle aus erweiternde,
austrittsseitige Abschnitt des bzw. der Venturirohre kann insbesondere
konisch mit in axialer Richtung konstantem Öffnungswinkel
gewählt werden.
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Der
sich ausgehend von der Engstelle erweiternde Abschnitt des Venturirohrs
und/oder des weiteren Venturirohrs ist bevorzugt in axialer Richtung mindestens
zweimal, insbesondere mindestens dreimal so lang wie der sich zur
Engstelle hin verjüngende Abschnitt des Venturirohrs und/oder
des weiteren Venturirohrs. Die Venturidüse weist somit
in axialer Richtung eine Asymmetrie auf, die sich günstig
auf die Strömungsverhältnisse auswirkt. Ebenfalls
günstig für die Strömungsverhältnisse
ist es, wenn die gesamte axiale Erstreckung des äußeren
Venturirohrs mindestens zweimal so groß gewählt
wird wie die axiale Erstreckung des inneren Venturirohrs.
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Wird
die axiale Erstreckung der Engstelle des äußeren
Venturirohrs groß genug gewählt, passt der sich
von der Engstelle des inneren Venturirohrs aus erweiternde Abschnitt
in den Bereich der axialen Erstreckung der Engstelle des äußeren
Venturirohrs. Insbesondere kann in diesem Fall die Austrittsöffnung
des inneren Venturirohrs mit dem austrittsseitigen Ende der Engstelle
fluchten.
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Bei
einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Engstelle
des Venturirohrs mindestens fünfmal, bevorzugt mindestens
achtmal so groß wie der Durchmesser der Engstelle des weiteren
Venturirohrs. Wie oben dargestellt ist es günstig, wenn
die Engstelle des äußeren Venturirohrs so dimensioniert ist,
dass diese einen möglichst geringen Durchflusswiderstand
für die Ansaugluft erzeugt. Gleichzeitig sollte der Durchmesser
der Engstelle des inneren Venturirohrs so bemessen werden, dass
ein ausreichend großer Unterdruck erzeugt werden kann,
was durch die oben beschriebenen Durchmesserverhältnisse
gewährleistet wird. Es versteht sich, dass die Rohr-Querschnitte
der Venturirohre an den Engstellen nicht zwingend kreisförmig
ausgebildet sein müssen. Typischer Weise sollte auch in
diesem Fall die Querschnittsfläche der Engstelle des äußeren
Venturirohrs mindestens 25-Mal, bevorzugt mindestens 64-Mal so groß sein
wie die Querschnittsfläche der Engstelle des inneren Venturirohrs.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der Durchmesser der
Eintrittsöffnung/Austrittsöffnung des inneren
Venturirohrs mindestens doppelt so groß, bevorzugt mindestens
dreimal so groß wie der Durchmesser der Eintrittsöffnung/Austrittsöffnung des äußeren
Venturirohrs. Die o. g. Durchmesserverhältnisse zwischen
dem inneren und äußeren Venturirohr haben sich
als besonders vorteilhaft für die Durchströmung
der Venturidüse und insbesondere für die Erzeugung
eines ausreichenden Unterdrucks für die Ansaugung der Kurbelgehäusegase
erwiesen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art, bei der eine Venturidüse – insbesondere
wie oben beschrieben – in der Luft-Ansaugleitung angeordnet und
deren Abnahmerohr mit der Blow-By-Leitung verbunden ist, um in der
Blow-By-Leitung einen Unterdruck zu erzeugen. Die Anordnung der
Venturidüse als Verbindungsstück zwischen Luft-Ansaugleitung
und Blow-By-Leitung ist besonders günstig, da in diesem
Fall die gereinigten bzw. entölten Kurbelgehäusegase
durch den Unterdruck angesaugt und gleichzeitig der Ansaugluft beigemischt
werden können, die dann der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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In
einer Ausführungsform ist die Venturidüse in der
Luft-Ansaugleitung zwischen der Brennkraftmaschine und einem Luftfilter
zur Filterung der Ansaugluft angeordnet. In diesem Fall wird die
Ansaugluft zunächst gefiltert, bevor sie der Venturidüse
zugeführt wird. Die Venturidüse wird somit vor
in der angesaugten Umgebungsluft vorhandenen Schmutzteilchen geschützt,
die sich ansonsten ggf. in der Venturidüse anlagern und
deren Funktion nachteilig beeinflussen könnten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der
Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen,
und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können
je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination
bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur
Kurbelwellengehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine,
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2a–c
zeigen schematisch eine Ansicht der Venturidüse für
die Vorrichtung von 1 im Querschnitt (2a)
sowie in jeweils einem Schnitt entlang der Linien B-B (2b)
bzw. A-A (2c) des Querschnitts von 2a.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Vorrichtung
zur Abscheidung von Öl aus den Kurbelgehäusegasen
einer Brennkraftmaschine 1 gezeigt. Die Kurbelwellengehäusegase
werden über eine Blow-By-Leitung 2 einem Ölabscheideelement 3 zugeführt.
Das Ölabscheideelement 3 ist hier als Boxenvariante
aus einem Mikrofasermaterial, vorzugsweise einem Glasfaser-Material, gebildet.
Es versteht sich, dass auch andere Typen von Luftentölungselementen,
insbesondere auch in Kombination mit Vor- oder Nachabscheidern,
z. B. Zyklonen, etc. in der Blow-By-Leitung 2 angeordnet werden
können.
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Das Ölabscheideelement 3 ist
auf der Saugseite eines Unterdruckerzeugungsorgans in Form einer
Venturidüse 4 angeordnet, deren Abnahmerohr 5 die
entölte Luft aus der Blow-By-Leitung 2 ansaugt. Der
Venturidüse 4 wird weiterhin die Ansaugluft aus einer
Luftansaugleitung 6 für die Brennkraftmaschine 1 zugeführt,
die zuvor über einen Luftfilter 7 auf der Ansaugseite
gefiltert worden ist. In an sich bekannter Weise wird dann die Ansaugluft über
einen Turbolader 8 und einen Ladeluftkühler 9 der
Brennkraftmaschine 1 zugeführt.
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Die
Venturidüse 4 von 1 kann eine
herkömmliche Bauart aufweisen, für die vorliegende
Anwendung ist es aber besonders günstig, wenn die Venturidüse
wie in 2a–c dargestellt ausgeführt ist.
Die dort gezeigte Venturidüse 4 weist ein erstes, äußeres
Venturirohr 10 auf, in dem ein weiteres, inneres Venturirohr 11 angeordnet
ist.
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Das äußere
Venturirohr 10 weist ausgehend von seiner Eintrittsöffnung 12 mit
einem Durchmesser D1 von ca. 90 mm einen ersten Wandungsabschnitt 10a mit
konstantem Durchmesser bzw. konstantem Querschnitt auf (Länge
ca. 20 mm), der stetig in einen zweiten Wandungs-Abschnitt 10b übergeht,
der sich mit zunehmendem Öffnungswinkel zu einer Engstelle 10c hin
verjüngt. Von der Engstelle 10c, die einen konstanten,
minimalen Querschnitt des äußeren Venturirohrs 10 mit
einem Durchmesser D2 von ca. 60 mm bildet, geht ein sich erweiternder, konischer
Abschnitt 10d des Venturirohrs 10 aus, der an
einer Austrittsöffnung 13 des äußeren
Venturirohrs 10 in einen weiteren Abschnitt 10e mit
konstantem Durchmesser D3 von ca. 90 mm (Länge ca. 20 mm) übergeht,
der dem Durchmesser der Austrittsöffnung 13 entspricht.
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Das
innere Venturirohr 11 weist einen von einer Eintrittsöffnung 14 ausgehenden,
ersten Abschnitt 11a mit konstantem Durchmesser d1 von
ca. 30 mm auf, an den sich ein sich zu einer Engstelle 11c verjüngender
Wandungsabschnitt 11b anschließt, wobei der Öffnungswinkel
des sich verjüngenden Wandungsabschnitts 11b mit
zunehmendem Abstand zur Engstelle 11c abnimmt. An die Engstelle 11c,
die einen konstanten Durchmesser aufweist, schließt sich
ein sich erweiternder Abschnitt 11d an, der in einer Austrittsöffnung 15 des
inneren Venturirohrs 11 mündet, deren Durchmesser
d2 bei ca. 25 mm liegt. Die Austrittsöffnung 15 fluchtet
hierbei mit dem austrittsseitigen Ende der Engstelle 10c des äußeren
Venturirohrs 10.
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Das äußere
Venturirohr 10 steht mit dem inneren Venturirohr 11 über
eine Verbindungswand 16 in Verbindung, die in 2b im
Querschnitt dargestellt ist. Wie in 2b ebenfalls
zu erkennen ist, ist die Außenkontur der Verbindungswand 16 angerundet,
um ein möglichst ungehindertes Vorbeiströmen der
Ansaugluft an der Verbindungswand zu ermöglichen. Die Verbindungswand 16 erstreckt
sich im Rohrquerschnitt über einen kleinen Winkelbereich von
weniger als ca. 5° und weist in radialer Richtung eine
im Wesentlichen konstante Wandstärke auf.
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Das
Abnahmerohr 5 erstreckt sich in radialer Richtung durch
die Verbindungswand 16 und mündet an der Engstelle 11d des
inneren Venturirohrs 11. Die axiale Erstreckung der Engstelle 11c des
inneren Venturirohrs 11 ist hierbei wesentlich (mindestens Faktor
5) kleiner als die axialer Erstreckung der Engstelle 10c des äußeren
Venturirohrs 10 und beschränkt sich im Wesentlichen
auf den Mündungsbereich des Abnahmerohrs 5.
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Das äußere
Venturirohr 10 steht mit seinem ersten Rohrabschnitt 10a über
das innere Venturirohr 11 vor, so dass die Eintrittsöffnung 14 des
inneren Venturirohrs 11 bündig mit dem eintrittsseitigen
Ende des sich verjüngenden Abschnitts 10b des äußeren Venturirohrs 10 abschließt.
Das innere und das äußere Venturirohr 10, 11 sind
konzentrisch angeordnet und bis auf die Verbindungswand 16 mit
Abnahmerohr 5 rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 17 ausgebildet.
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Sowohl
der sich von der Engstelle 10c erweiternde Abschnitt 10d des äußeren
Venturirohrs 10 als auch der sich von der Engstelle 11c erweiternde
Abschnitt 11d des inneren Venturirohrs 11 weisen
eine axiale Erstreckung auf, die mindestens zweimal, bevorzugt mindestens
dreimal so groß ist wie der sich zur jeweiligen Engstelle 10c, 11c hin
verjüngende Abschnitt 10d, 11d des äußeren
Venturirohrs 10 bzw. des inneren Venturirohrs 11.
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Die
axiale Erstreckung L1 des inneren Venturirohrs 11 liegt
bei ca. 130 mm, d. h. bei weniger als der Hälfte der axialen
Erstreckung 12 des äußeren Venturirohrs 10 von
ca. 320 mm. Der Durchmesser an der Engstelle 11c des inneren
Venturirohrs 11 liegt bei ca. 7 mm, wodurch eine ausreichende
Saugwirkung erreicht werden kann, um den Druckverlust am Ölabscheideelement 3 kompensieren
zu können. Der Durchmesser an der Engstelle 10c des äußeren
Venturirohrs 10 liegt hingegen bei ca. 60 mm, so dass der Hauptteil
des Volumenstroms der Ansaugluft (mehr als ca. 90%) mit geringem
Durchflusswiderstand durch das äußere Venturirohr 11fließen
kann, so dass die Venturidüse 4 insgesamt nur
einen geringen Druckverlust erzeugt.
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Die
Venturidüse 4 mit der in 2a–c
dargestellten Geometrie ermöglicht somit die Erzeugung eines
ausreichenden Unterdrucks zum Ansaugen der Kurbelgehäusegase
durch die Blow-By-Leitung 2 von 1 bei gleichzeitig
geringem Druckverlust der Ansaugluft, welche durch die Eintrittsöffnungen 12, 14 in die
Venturirohre 10, 11 eintritt.
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Obwohl
die in 2a–c gezeigte Geometrie der
Venturidüse 4 für die vorliegende Anwendung
besonders günstige Strömungsverhältnisse
aufweist, kann diese Geometrie selbstverständlich geeignet abgewandelt
werden, um die Venturidüse an unterschiedliche Gegebenheiten
im Ansaugtrakt geeignet anzupassen. Wesentlich ist bei allen Abwandlungen, dass
zwei oder mehr Venturirohre ineinander geschachtelt werden. Es versteht
sich auch, dass der Einsatzbereich der oben beschriebenen Venturidüse nicht
auf Vorrichtungen zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäusegasen
beschränkt ist, sondern dass die Venturidüse auch
in anderen Vorrichtungen vorteilhaft eingesetzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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