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Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider, mit dessen Hilfe mitgerissenes Motoröl aus Blow-By-Gasen einer Brennkraftmaschine abgetrennt werden kann.
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DE 10 2006 041 213 A1 beschreibt einen Ölabscheider zum Abtrennen von Motoröl aus Blow-By-Gasen, bei dem in einem Kanalgehäuse mehrere hintereinander angeordnete zur Strömungsrichtung schräg verlaufende Platten angeordnet sind.
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Es besteht ein Bedürfnis Ölabscheider möglichst kompakt auszugestalten.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Ölabscheider zum Abtrennen vom Motoröl aus Blow-By-Gasen eines Kraftfahrzeugmotors zu schaffen, der kompakt aufgebaut werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Ölabscheider zum Abtrennen vom Motoröl aus Blow-By-Gasen eines Kraftfahrzeugmotors, umfassend ein Kanalgehäuse zum Leiten der Blow-By-Gase von einem Einlass zu einem Auslass, einen zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordneten Strömungsteiler zur Ausbildung eines ersten Teilkanals und eines zweiten Teilkanals für den über den Einlass eintretenden Gasstrom der Blow-By-Gase, wobei sich der Strömungsquerschnitt des ersten Teilkanals in Strömungsrichtung bis zu einem ersten Teilkanalausgang verringert und sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Teilkanals in Strömungsrichtung bis zu einem zweiten Teilkanalausgang verringert, eine in Strömungsrichtung dem ersten Teilkanalausgang gegenüberliegende erste Prallplatte und eine in Strömungsrichtung dem zweiten Teilkanalausgang gegenüberliegende zweite Prallplatte.
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Durch die Strömungsteilung bei gleichzeitiger Beschleunigung der Teilströme der Blow-By-Gase („Kurbelgehäusegase”), kann aufgrund der höheren Trägheit der Motoröl-Tropfen durch die Prallplatten bei geringem Bauraumbedarf eine hohe Trennleistung erreicht werden, so dass der Ölabscheider kompakter aufgebaut werden kann ohne eine geringere Trennleistung in kauf nehmen zu müssen. Nach Verlassen des jeweiligen Teilkanals über den jeweiligen Teilkanalausgang können die Motoröltropfen aufgrund der höheren Trägheit im Vergleich zu den gasförmigen Anteilen des Blow-By-Gases mit im Wesentlichen unveränderter Geschwindigkeit auf die Prallplatte treffen, während die gasförmigen Anteile des Blow-By-Gases von der Prallplatte abgelenkt und zum Auslass des Ölabscheiders strömen können. Insbesondere weist der Ölabscheider nur genau einen Strömungsteiler auf, so dass eine Mehrzahl von im Strömungsweg angeordneten Platten vermieden werden kann. Der Druckverlust des Ölabscheiders kann bei einem hohen Anteil abgetrennten Motoröls vergleichsweise gering sein, so dass der Innendruck innerhalb des Kurbelgehäuses ausreicht die Blow-By-Gase ohne zusätzliche Pumpen oder Verdichter in den Einlasskrümmer der Brennkraftmaschine zu entlüften. Des Weiteren können negative Kurbelgehäusedrücke durch den geringen Druckverlust einfacher sichergestellt werden. Der geringe Druckverlust stellt darüber hinaus sicher, dass aufgrund der Druckdifferenzen zwischen dem Kanalgehäuse des Ölabscheiders und dem Kurbelgehäuse kein Motoröl über Rücklaufleitungen angesaugt wird.
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Insbesondere ist der Strömungsteiler im Wesentlichen V-förmig ausgestaltet. Der Strömungsteiler kann dadurch für die Aufteilung der Blow-By-Gase in zwei oder mehr Teilströme einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand bieten, so dass ein nur geringer Druckverlust gegeben ist. Der Staudruck am Strömungsteiler kann gering gehalten werden. Insbesondere ergibt sich eine einfache Geometrie für den Strömungsteiler, so dass der Strömungsteiler einfach hergestellt werden kann.
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Vorzugsweise weist der Strömungsteiler einen dem ersten Teilkanal zugeordneten ersten Schenkel und einen dem zweiten Teilkanal zugeordneten zweiten Schenkel auf, wobei der erste Schenkel mit dem zweiten Schenkel unter einem Winkel α verbunden ist, für den 5° ≤ α ≤ 60°, insbesondere 10° ≤ α ≤ 45°, vorzugsweise 15° ≤ α ≤ 30° und besonders bevorzugt α = 20° ± 3° gilt. Durch diese relative Anordnung der Schenkel des Strömungsteilers ergibt sich an dem Strömungsteiler ein vergleichsweise geringer Staudruck, so dass der Druckverlust über den Ölabscheider gering gehalten ist. Gleichzeitig wird eine im Wesentlichen kontinuierliche Verringerung des Strömungsquerschnitts für die jeweiligen Teilströme erreicht, die aber nicht so stark erfolgt, dass unnötige den Druckverlust erhöhende Turbulenzströmungen auftreten. Der Strömungsteiler ist insbesondere im Wesentlichen symmetrisch zur nominellen Strömungsrichtung einer gedachten Linie zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet, wobei der Einlass und der Auslass vorzugsweise im Wesentlichen koaxial zu einander angeordnet sind.
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Besonders bevorzugt gilt für ein Verhältnis des hydraulischen Durchmesser d des ersten Teilkanalausgangs und/oder des zweiten Teilkanalausgangs zu einem Abstand s der jeweiligen Prallplatte zum jeweiligen Teilkanalausgang 0,05 ≤ d/s ≤ 0,5, insbesondere 0,08 ≤ d/s ≤ 0,3, vorzugsweise 0,1 ≤ d/s ≤ 0,2 und besonders bevorzugt d/s = 0,15 ± 0,03. Der Abstand der jeweiligen Prallplatte zum zugeordneten Teilkanalausgang des jeweiligen Teilkanals ist dadurch nah genug gewählt, dass das Motoröl durch seine eigene Massenträgheit beim Passieren des Teilkanalausgangs die Prallplatte erreichen kann. Gleichzeitig ist die Prallplatte weit genug von dem Teilkanalausgang beabstandet, dass die gasförmigen Anteile der Blow-By-Gase die abgetrennten Motoröl-Tropfen von der Prallplatte nicht wieder mitreißen können.
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Insbesondere ist der erste Teilkanal und/oder der zweite Teilkanal durch den Strömungsteiler und das Kanalgehäuse begrenzt. Dadurch ist es bereits ausreichend, wenn der Strömungsteiler nur eine Wand des erste Teilkanals und/oder der zweite Teilkanals ausbildet und die übrigen Wände durch das Kanalgehäuse selbst ausgebildet werden. Die zwei oder mehr Teilkanäle können somit durch einen vergleichsweise geringen Materialeinsatz für den Strömungsteiler ausgebildet werden.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich an der ersten Prallplatte ein erstes Rückhalteelement zum Rückhalten abgetrennten Motoröls und/oder sich an der zweiten Prallplatte ein zweites Rückhalteelement zum Rückhalten abgetrennten Motoröls anschließt. Ein unbeabsichtigtes Mitreißen bereits abgetrennten Motoröls durch die gasförmigen Anteile des Blow-By-Gas kann dadurch vermieden werden.
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Insbesondere ist der Auslass zwischen dem ersten Rückhalteelement und dem zweiten Rückhalteelement angeordnet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die gasförmigen Anteile der Blow-By-Gase eine Strömung an den Rückhalteelementen vorbei ausführen müssen, um zum Auslass zu gelangen. Die Blow-By-Gase müssen zumindest einmal um das sich an der Prallplatte anschließende Rückhalteelement herumgeführt werden. Ein Mitreißen von bereits abgetrennten Motoröl wird dadurch vermieden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen der ersten Prallplatte und dem ersten Teilkanalausgang eine erste Rücklaufleitung vorgesehen ist und/oder zwischen der zweiten Prallplatte und dem zweiten Teilkanalausgang eine zweite Rücklaufleitung vorgesehen ist. Die Rücklaufleitung ist insbesondere an einer in Schwerkraftrichtung tiefsten Stelle vorgesehen, wenn ein den Ölabscheider aufweisendes Kraftfahrzeug auf einem horizontalen Untergrund steht. Die auf der Prallplatte auftreffenden Motoröl-Tropfen können an der Prallplatte in Schwerkraftrichtung herunter fließen und über die Rücklaufleitung in das Kurbelgehäuse oder über einen Kanal durch den Motorblock in die Ölwanne zurückgeführt werden. Da in der Nähe jeder Prallplatte eine Rücklaufleitung vorgesehen sein kann, ist es nicht erforderlich, dass die abgetrennten Motoröl-Tropfen einen längeren Fließweg nehmen. Dies reduziert das Risiko, dass bereits abgetrennte Motoröl-Tropfen von den gasförmigen Anteilen der Blow-By-Gase wieder mitgerissen werden können.
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Besonders bevorzugt endet die erste Rücklaufleitung und/oder die zweite Rücklaufleitung in Strömungsrichtung in einer insbesondere düsenförmigen verjüngenden Auslassspitze. Durch die sich verjüngende Auslassspitze der Rücklaufleitung kann vermieden werden, dass Blow-By-Gase über die Auslassspitze aus dem Kurbelgehäuse entweichen, ohne dass eine ausreichende Abtrennung von Motoröl erfolgen kann. Durch die Querschnittsverjüngung der Auslassspitze kann das in das Kurbelgehäuse über die Rücklaufleitung rückgeführte Motoröl eine Sperrschicht für Druckpulsationen innerhalb des Kurbelgehäuses ausbilden. Zusätzlich oder alternativ kann die Rücklaufleitung bis unter den Ölstand innerhalb der Brennkraftmaschine geführt werden, so dass über das in der Ölwanne befindlich Motoröl eine Bypass-Strömung von Blow-By-Gasen an dem Ölabscheider vorbei über die Rücklaufleitung vermieden werden kann.
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Weiter bevorzugt ist ein Auslassquerschnitt der Auslassspitze derart dimensioniert, dass erst bei einer definierten Mindestfüllstandshöhe von Motoröl innerhalb der Auslassspitze die in dem Auslassquerschnitt vorherrschende Oberflächenspannung des Motoröls überwindbar ist. Der Auslassquerschnitt der Auslassspitze ist unter Berücksichtung der Oberflächenspannung eines Motoröl-Tropfens derart gewählt, dass der innerhalb der Auslassspitze aufbaubare hydrostatische Druck ausreicht Blow-By-Gase zurückzuhalten und nicht durch die Rücklaufleitung durchzulassen. Wenn bei Erreichung der definierten Mindestfüllstandshöhe weitere Motoröl-Tropfen in die Rücklaufleitung eintreten, ist der hydrostatische Druck innerhalb des Auslassspitze groß genug die Oberflächenspannung zu überwinden, so dass ein Tropfen Motoröl von der Auslassspitze abtropfen kann und der Füllstand wieder im Wesentlichen der vorherigen Füllstandshöhe entspricht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs umfassend einen Blow-By-Kanal zur Rückführung von Blow-By-Gasen aus einem Kurbelgehäuse zu einem Einlasskrümmer, wobei der Blow-By-Kanal einen Ölabscheider aufweist, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die Strömungsteilung bei gleichzeitiger Beschleunigung der Teilströme der Blow-By-Gase, kann aufgrund der höheren Trägheit der Motoröl-Tropfen durch die Prallplatten bei geringem Bauraumbedarf eine hohe Trennleistung erreicht werden, so dass der Zylinderkopf kompakter aufgebaut werden kann ohne eine geringere Trennleistung in kauf nehmen zu müssen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Motorabdeckung zur Befestigung mit einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine umfassend einen Blow-By-Kanal zur Rückführung von Blow-By-Gasen aus einem Kurbelgehäuse zu einem Einlasskrümmer, wobei der Blow-By-Kanal einen Ölabscheider aufweist, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die Strömungsteilung bei gleichzeitiger Beschleunigung der Teilströme der Blow-By-Gase, kann aufgrund der höheren Trägheit der Motoröl-Tropfen durch die Prallplatten bei geringem Bauraumbedarf eine hohe Trennleistung erreicht werden, so dass die Motorabdeckung kompakter aufgebaut werden kann ohne eine geringere Trennleistung in kauf nehmen zu müssen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug umfassend ein Kurbelgehäuse zur Anordnung einer Kurbelwelle und einen Einlasskrümmer, wobei das Kurbelgehäuse über einen Blow-By-Kanal zur Rückführung von Blow-By-Gasen aus dem Kurbelgehäuse zu dem Einlasskrümmer mit dem Einlasskrümmer verbunden ist, wobei der Blow-By-Kanal einen Ölabscheider aufweist, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf und/oder eine Motorabdeckung auf, die jeweils wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein können. Durch die Strömungsteilung bei gleichzeitiger Beschleunigung der Teilströme der Blow-By-Gase, kann aufgrund der höheren Trägheit der Motoröl-Tropfen durch die Prallplatten bei geringem Bauraumbedarf eine hohe Trennleistung erreicht werden, so dass die Brennkraftmaschine kompakter aufgebaut werden kann ohne eine geringere Trennleistung in kauf nehmen zu müssen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung exemplarisch erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine,
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2: eine schematische Draufsicht eines Ölabscheider und
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3: eine schematische Schnittansicht des Ölabscheiders aus 2 entlang der Linie C-C.
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Die in 1 stark schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 10 weist eine Ölwanne 12 auf, in der Motoröl 14 aufgenommen ist. An die Ölwanne 12 schließt sich ein Motorblock 16, der gemeinsam mit der Ölwanne 12 ein Kurbelgehäuse 18 zur Aufnahme einer Kurbelwelle 20 ausbildet. Die Kurbelwelle 20 ist über jeweils ein Pleuel 22 mit einem Kolben 24 verbunden, der in einem Zylinder 26 eines mit dem Motorblock 16 verbundenen Zylinderkopfs 28 geführt ist. Über einen Einlasskrümmer 30 kann Frischluft in den Zylinder 26 angesaugt werden, um in dem Zylinder 26 Kraftstoff zu verbrennen. Ein geringer Teil der Verbrennungsgase kann jedoch an dem Kolben 24 vorbei in das Kurbelgehäuse 18 gelangen. Diese Gase werden als Blow-By-Gase bezeichnet und werden über einen Blow-By-Kanal 32 aus dem Kurbelgehäuse 18 entlüftet. Der Blow-By-Kanal 32 beginnt im Motorblock 16 und verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Zylinderkopf 28 hindurch bis zu einer mit dem Zylinderkopf 28 verbundenen Motorabdeckung 34, von wo aus die Blow-By-Gase in den Einlasskrümmer 30 rückgeführt werden, um im Zylinder 26 erneut verbrannt zu werden.
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Der Blow-By-Kanal 32 weist einen Ölabscheider 36 auf, um von den Blow-By-Gasen mitgerissenes Motoröl 14 abzuscheiden und über eine Rücklaufleitung 38, 40 in die Ölwanne 12 rückzuführen. Der Blow-By-Kanal 32 weist in Strömungsrichtung hinter dem Ölabscheider 36 ein Druckregelventil 42 auf, damit nicht unbeabsichtigt der volle Unterdruck des Einlasskrümmers 30 in das Kurbelgehäuse 18 geleitet wird.
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Der in 2 dargestellte Ölabscheider 36 weist ein Kanalgehäuse 44 auf, das insbesondere durch den Zylinderkopf 28 und/oder die Motorabdeckung 34 ausgebildet sein kann. Das Kanalgehäuse 44 weist einen Einlass 46 auf, von dem aus eintretende Blow-By-Gase zu einem Auslass 48 geführt werden. Zwischen dem Einlass 46 und dem Auslass 48 ist in dem Strömungsweg der Blow-By-Gase ein im Wesentlichen V-förmiger Strömungsteiler 50 angeordnet, so dass die Blow-By-Gase in einen ersten Teilkanal 52 und einen zweiten Teilkanal 54 aufgeteilt werden. Der erste Teilkanal 52 verjüngt sich bis zu einem ersten Teilkanalausgang 56. Entsprechend verjüngt sich der zweite Teilkanal 54 bis zu einem zweiten Teilkanalausgang 58. Durch die sich verjüngenden Teilkanäle 52, 54 kann die Strömungsgeschwindigkeit der Blow-By-Gase in den Teilkanälen 52, 54 erhöht werden. Diese Formgebung der Teilkanäle 52, 54 kann dadurch erreicht werden, dass der Strömungsteiler einen ersten Schenkel 60 und einen unter einem Winkel α mit dem ersten Schenkel 60 verbundenen zweiten Schenkel 62 aufweist, die jeweils einen Teil der Begrenzung des jeweiligen Teilkanals 52, 54 ausbilden und aufgrund der winkeligen Anordnung zu dem im Wesentlich gerade verlaufenden Kanalgehäuse 44 auf einfache Weise die Verjüngung der Teilkanäle 52, 54 herbeiführen können.
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Wenn die Blow-By-Gase den ersten Teilkanal 52 über den Teilkanalausgang 56 verlassen, erfahren sie eine plötzliche Erweiterung des Strömungsquerschnitts, der zu einer Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit führt. Aufgrund der höheren Massenträgheit von mitgerissenen Motoröl-Tropfen, werden die Motoröltropfen jedoch bis zu einer dem ersten Teilkanalausgang 56 gegenüberliegenden Prallplatte 64 weiter bewegt, wo sie abgeschieden werden können ohne von den verlangsamten gasförmigen Anteilen der Blow-By-Gase wieder mitgerissen zu werden. Entsprechend ist gegenüberliegend zu dem zweiten Teilkanalausgang 58 des zweiten Teilkanals 54 eine zweite Prallplatte 66 vorgesehen.
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An der ersten Prallplatte 64 schließt sich ein erstes Rückhalteelement 68 an, durch das die abgetrennten Motoröl-Tropfen zurückgehalten werden können und nicht von den gasförmigen Anteilen der Blow-By-Gase mitgerissen werden. Entsprechend schließt sich an der zweiten Prallplatte 66 ein zweites Rückhalteelement 72 an, damit die abgetrennten Motoröl-Tropfen zurückgehalten werden können und nicht von den gasförmigen Anteilen der Blow-By-Gase mitgerissen werden. Die gasförmigen Blow-By-Gase können von der jeweiligen Prallplatte 64, 66 zwischen einer Rückwand 70 des Strömungsteilers 50 und dem jeweiligen Rückhalteelement 68, 72 bis zum Auslass 48 strömen.
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Benachbart zur ersten Prallplatte 64 ist eine erste Rücklaufleitung 38 zur Rückführung der abgetrennten Motoröl-Tropfen in das Kurbelgehäuse 18 vorgesehen, wobei benachbart zur zweiten Prallplatte 66 eine entsprechende zweite Rücklaufleitung 40 vorgesehen ist. Wie in 3 dargestellt, weisen die erste Rücklaufleitung 38 und die zweite Rücklaufleitung jeweils eine düsenförmige Auslassspitze 74 aus, deren Auslassquerschnitt 76 derart gewählt ist, dass Blow-By-Gase nicht durch Druckpulsationen im Kurbelgehäuse über die Rücklausleitungen 38, 40 an dem Strömungsteiler 50 vorbei zum Einlasskrümmer 30 gelangen.
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Während zumindest ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel in der vorstehenden Beschreibung näher erläutert wurde, sollte anerkannt werden, dass eine Vielzahl von Variationen möglich sind. Die Ausführungsbeispiele in der Beschreibung geben dem Fachmann eine nützliche Erläuterung an die Hand, um zumindest ein Ausführungsbeispiel zu verwirklichen, wobei Änderungen in Funktion und Anordnung der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennkraftmaschine
- 12
- Ölwanne
- 14
- Motoröl
- 16
- Motorblock
- 18
- Kurbelgehäuse
- 20
- Kurbelwelle
- 22
- Pleuel
- 24
- Kolben
- 26
- Zylinder
- 28
- Zylinderkopf
- 30
- Einlasskrümmer
- 32
- Blow-By-Kanal
- 34
- Motorabdeckung
- 36
- Ölabscheider
- 38
- erste Rücklaufleitung
- 40
- zweite Rücklaufleitung
- 42
- Druckregelventil
- 44
- Kanalgehäuse
- 46
- Einlass
- 48
- Auslass
- 50
- Strömungsteiler
- 52
- erster Teilkanal
- 54
- zweiter Teilkanal
- 56
- erster Teilkanalausgang
- 58
- zweiter Teilkanalausgang
- 60
- erster Schenkel
- 62
- zweiter Schenkel
- 64
- erste Prallplatte
- 66
- zweite Prallplatte
- 68
- erstes Rückhalteelement
- 70
- Rückwand
- 72
- zweites Rückhalteelement
- 74
- Auslassspitze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041213 A1 [0002]
