DE102013006954B4 - Ölnebelabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Abscheiden von Partikeln und entsprechendes Verfahren - Google Patents

Ölnebelabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Abscheiden von Partikeln und entsprechendes Verfahren Download PDF

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Abstract

Ölnebelabscheider (1) für eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Abscheiden von Partikeln (2) aus einem von einer ersten Fluidleitung (14) auf eine Prallkörpereinrichtung (20) geleiteten Fluid (3), mit einer Einrichtung (10) zum aktiven Beschleunigen des Fluids (3) in der ersten Fluidleitung (14), wobei die Einrichtung (10) zum aktiven Beschleunigen dazu ausgelegt ist, mit Hilfe von mindestens einem aus einer zweiten Fluidleitung (15) in die erste Fluidleitung (14) eingeleiteten Fluidstrahl (4) das Fluid (3) in der ersten Fluidleitung (14) zu beschleunigen, wobei die Einrichtung (10) mindestens eine Treibstrahldüse (11) am Ende der zweiten Fluidleitung (15) zum Einleiten des mindestens einen Fluidstrahls (4) in die erste Fluidleitung (14) aufweist, wobei die erste Fluidleitung (14) mindestens eine Düse (12) aufweist, in welche die Treibstrahldüse (11) mündet und/oder hineinreicht, wobei die mindestens eine Düse (12) der Einrichtung (10) eine Innenwand (13) aufweist, auf der die Partikel (2) abscheidbar sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid, wie beispielsweise ein Ölnebelabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Abscheiden von Partikeln, und ein entsprechendes Verfahren.
  • Stand der Technik
  • Die DE 20 2007 010 776 U1 beschreibt einen Ölnebelabscheider für Brennkraftmaschinen mit einem Zentrifugalabscheider mit einem Tellerseparator und einem einen Rotor axial umgebenden Gasleitring, bei welchem der Gasleitring relativ zu einem Rotor nicht mit drehend ausgebildet ist und der Gasleitring in axialer Richtung bewegbar ist und mit einer Federkraft beaufschlagt ist.
  • Die DE 299 05 302 U1 beschreibt eine Elektro-Abscheidevorrichtung, mit zwei oder mehr Sprühelektroden, die an eine gemeinsame elektrische Zuleitung anschließbar sind, und mit einem elektrisch isolierenden Elektrodenhalter.
  • Die DE 699 32 051 T2 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen von Gasen, die durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wurden, von festen und/oder flüssigen darin befindlichen Schwebeteilchen, wobei die zu reinigenden Gase durch einen Abtrennraum geleitet werden, wo die Gase durch ein Rotationselement in Rotation versetzt werden, sodass die Schwebeteilchen durch Zentrifugalkraft von den Gasen getrennt werden. Aus der DE 10 2011 016 501 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung eines Motorölnebel-beladenen Leckage-Gastroms bekannt. Das Motoröl wird in den zu reinigenden Gasstrom eingetragen und dabei zerstäubt.
  • Der DE 699 32 051 T2 und der DE 20 2007 010 776 U1 sind ein Verfahren und eine Anlage zum Reinigen von Gasen einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei die Gase durch ein Rotationselementen Rotation versetzt werden, so dass die Teilchen durch Zentrifugalkraft von den Gasen getrennt werden.
  • In der DE 299 05 302 U1 ist eine Elektro-Abscheidevorrichtung mit mehreren Sprühelektroden beschrieben und die DE 11 2014 001 711 T5 zeigt eine Kombination aus einer gasdruckbetriebenen Pumpenstrahldüse oder alternativ einer Coanda-Effekt-Düse mit einer oder mehreren Impaktordüsen in einem Luftölabscheider zum Abscheiden von Öl aus Blow-by-Gasen aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid und insbesondere einen Ölabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung bereitzustellen.
  • Demgemäß wird eine Einrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem von einer ersten Fluidleitung auf eine Prallkörpereinrichtung geleiteten Fluid bereitgestellt. Diese umfasst eine Einrichtung zum aktiven Beschleunigen des Fluids in der ersten Fluidleitung. Man kann auch von einer Abscheidevorrichtung sprechen.
  • Beispielsweise ist die Einrichtung als Ölnebelabscheider für eine Kurbelgehäuseentlüftung ausgebildet. Der Ölnebelabscheider ist insbesondere für Verbrennungsmotoren vorgesehen und ermöglicht, das im Kurbelgehäuse entstehende ölhaltige Leckage-Gas, das sogenannte Blow-by, in den Verbrennungsprozess zurückzuführen.
  • Ein Vorteil der Abscheidevorrichtung liegt darin, dass ohne mit der Abscheidung einhergehende Druckverluste eine verbesserte Abscheideleistung erreicht wird.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus einem von einer ersten Fluidleitung auf eine Prallkörpereinrichtung geleiteten Fluid vorgeschlagen. Das Verfahren zum Abscheiden der Partikel umfasst: Aktives Beschleunigen des Fluids in der ersten Fluidleitung, und Abscheiden der Partikel aus dem aktiv beschleunigten Fluid mit Hilfe der Prallkörpereinrichtung.
  • In erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Abscheidevorrichtung oder des Abscheideverfahrens ist die Einrichtung zum aktiven Beschleunigen dazu ausgelegt, mit Hilfe von mindestens einem aus einer zweiten Fluidleitung in die erste Fluidleitung eingeleiteten Fluidstrahl das Fluid in der ersten Fluidleitung zu beschleunigen.
  • Erfindungsgemäß weist die Einrichtung mindestens eine Treibstrahldüse am Ende der zweiten Fluidleitung zum Einleiten des mindestens einen Fluidstrahls in die erste Fluidleitung auf.
  • Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Treibstrahldüse derart ausgebildet, dass der mindestens eine Fluidstrahl in der ersten Fluidleitung expandiert und mit dem expandierten mindestens einen Fluidstrahl das Fluid in der ersten Fluidleitung aktiv beschleunigt wird.
  • In weiteren Ausführungsformen ist die Abscheidevorrichtung derart ausgebildet, dass die zweite Fluidleitung an einen Fluidstrom eines Kompressors und/oder an einen Ladeluftstrom eines Turboladers gekoppelt ist.
  • Beispielsweise weist die erste Fluidleitung mindestens eine Düse auf, in welche die Treibstrahldüse mündet und/oder hineinreicht. Die Treibstrahldüse kann also vor der Düse angeordnet sein, wobei dann der entsprechende Treibstrahl in die Düse eintritt. Alternativ kann die Treibstrahldüse in die Düse hineinragen. Die erste Fluidleitung kann ausschließlich aus der Düse bestehen. Alternativ kann die erste Fluidleitung zusätzlich zu der einen Düse eine weitere Düse und/oder einen konstanten Leitungsquerschnitt aufweisen. Die weitere Düse kann stromabwärts in Bezug auf die Düse angeordnet sein. In der Düse wird das Fluid beschleunigt und gleichzeitig auf ein höheres Druckniveau gebracht. Dadurch kann ein sich ohne diese Maßnahmen einstellender Druckverlust in der ersten Fluidleitung ausgeglichen werden.
  • Ferner kann in Ausführungsformen die mindestens eine Düse einen sich zu einer Fluidverlaufsrichtung des Fluids verjüngenden Querschnitt aufweisen.
  • Die Abscheidevorrichtung ist derart ausgebildet, dass die mindestens eine Düse der Einrichtung dazu ausgelegt ist, die Partikel auf einer Innenwand der mindestens einen Düse abzuscheiden.
  • In Ausführungsformen umfasst die Abscheidevorrichtung ferner eine Gehäuseeinrichtung. Die Gehäuseeinrichtung umfasst beispielsweise einen Rohfluideinlass und einen Reinfluidauslass, und/oder einen Ablass für gesammelte Partikel und bildet ansonsten ein fluiddichtes Gehäuse,
  • Beispielsweise kann die als Ölnebelabscheider ausgebildete Abscheidevorrichtung dazu ausgelegt sein, dass als die Partikel aerosoles Öl aus einem ölbeladenden Gas als das Fluid abgeschieden wird. Die Partikel können zum Beispiel Öltröpfchen oder auch Feststoffe sein. Als partikelbeladenes Fluid kommen Gase oder Flüssigkeiten in Frage.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Figurenliste
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen dabei:
    • 1: eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Ölnebelabscheiders für eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid; und
    • 2: eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Partikel bezeichnet dabei jegliche disperse Materialien, die sich vom umgebenden, kontinuierlichen Medium durch eine Phasengrenzfläche unterscheiden, wie etwa die festen oder flüssigen Bestandteile von Aerosolen in einem Fluid, die festen Bestandteile von Suspensionen, die Teilchen von Pulvern, aber auch Flüssigkeitstropfen in Emulsionen.
  • Der Ölnebelabscheider kann als eine Abscheideanordnung zum Abscheiden von Partikeln aus einem partikelbeladenen Fluid bezeichnet werden.
  • Die 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Ölnebelabscheiders 1 zum Abscheiden von dispersen Partikeln 2 aus einem partikelbeladenen Fluid 3.
  • Das partikelbeladene Fluid 3 kann ein Leckagegas oder ein mit Öl angereichtes Blow-By-Gas aus einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sein. Die dispersen Partikeln 2 sind beispielsweise Rückstände von zur Schmierung der jeweiligen Brennkraftmaschine verwendeten Betriebsmitteln, wie etwa Öl oder ein sonstiger Schmierstoff.
  • Der Ölnebelabscheider 1 weist beispielsweise eine Einrichtung 10 zum aktiven Beschleunigen des Fluids 3 und eine Prallkörpereinrichtung 20 auf. Durch einen Einlass 5 wird in den Ölnebelabscheider 1 das mit den Partikeln 2 beladene Fluid 3 eingeleitet. Nach dem Durchlaufen der Einrichtung 10 zum aktiven Beschleunigen und der Prallkörpereinrichtung 20 verlässt das Fluid 3 beispielsweise durch einen Auslass 6 wieder den Ölnebelabscheider 1. An einem Ablass 22 im Bereich einer Prallplatte 21 der Prallkörpereinrichtung 20 kann gesammeltes und abgeschiedenes Öl oder dergleichen abgeführt werden. Einlass 5, Auslass 6 und Ablass 22 sind als Öffnungen in einer Gehäusewand 31, 32, 33 vorgesehen.
  • Der Einlass 5, der Auslass 6 und der Ablass 22 des Ölnebelabscheiders 1 können auch jeweils als ein Stutzen oder als ein Ansatzrohrstück ausgebildet sein.
  • Die Einrichtung 10 zum aktiven Beschleunigen des Fluids 3 kann als Treibstrahl getriebener Impaktor ausgebildet sein. Als Treibstrahl der Einrichtung 10 zum aktiven Beschleunigen kann ein Fluidstrahl 4 verwendet werden, wobei mit Hilfe des von mindestens einem aus einer zweiten Fluidleitung 15 in die erste Fluidleitung 14 eingeleiteten Fluidstrahls 4 das Fluid 3 in der ersten Fluidleitung 14 beschleunigt werden kann. Beispielsweise ist der Fluidstrahl 4 ein Gasstrom eines Kompressors oder ein Ladeluftstrom eines Turboladers. Insofern ist die Abscheidevorrichtung 1 bzw. der Ölnebelabscheider an eine Turboladereinrichtung, einen Kompressor oder sonstige Druckluftversorgung gekoppelt.
  • Die Einrichtung 10 zum aktiven Beschleunigen kann ferner als eine Strahlpumpe ausgebildet sein, in der mittels Impulsaustausch durch den eingeleiteten Fluidstrahl 4 als ein Treibmedium der Strahlpumpe das Fluid 3 als ein Saugmedium der Strahlpumpe beschleunigt wird.
  • Die erste Fluidleitung 14 und die zweite Fluidleitung 15 können als Fluidleitungsrohre oder als sonstige Rohrleitungen ausgebildet sein, welche dem Transport von Fluiden, wie Gase oder Flüssigkeiten dienen.
  • Ferner kann die Einrichtung 10 mindestens eine Treibstrahldüse 11 am Ende der zweiten Fluidleitung 15 zum Einleiten des mindestens einen Fluidstrahls 4 in die erste Fluidleitung 14 aufweisen. Darüber hinaus kann die erste Fluidleitung 14 mindestens eine Düse 12 aufweisen. Die Treibstrahldüse 11 ragt bevorzugt in die Düse 12 hinein. Der mindestens eine Fluidstrahl 4 expandiert in die Düse 12 hinein, wobei das Fluid 3 in der Düse 12 mitgerissen und dadurch aktiv beschleunigt wird. Gleichzeitig erfährt das Fluid 3 einen Drucksprung. Aufgrund der Expansion ist es denkbar, dass bereits in der Fluidleitung 14 Partikel radial bezogen auf die Durchströmrichtung, die als Pfeil angedeutet ist, abgelenkt und an der Innenwand 13 abgeschieden werden.
  • Die Düse 12 ist beispielsweise als röhrenförmiger oder konischer Einlass der ersten Fluidleitung 14 ausgebildet.
  • Die zweite Fluidleitung 15 kann an einen Fluidstrom eines Kompressors und/oder an einen Ladeluftstrom eines Turboladers gekoppelt sein.
  • Beispielsweise umfasst die Prallkörpereinrichtung 20 eine Prallplatte 21, auf welcher die Ölabscheidung aus dem Fluid 3 erfolgt. Die Prallplatte 21 kann mittels einer Einrichtung, beispielsweise einer Feder, dazu vorgesehen sein, in einem variablen Abstand zu der ersten Fluidleitung 14 angeordnet zu werden. Beispielsweise kann der variable Abstand an einen vorherrschenden Treibstrahlvolumenstrom des Fluidstrahls 4 und/oder einen vorherrschenden Treibstrahldruck des Fluidstrahls 4 angepasst werden.
  • Der Fluidstrahl 4 kann als der Treibstrahl der Einrichtung 10 beispielsweise einen Treibstrahlvolumenstrom von 0 l/min bis zu 5 l/min oder von 0 l/min bis zu 50 l/min oder von 0 l/min bis zu 100 l/min oder einen noch höheren Treibstrahlvolumenstrom aufweisen.
  • Ferner kann der Fluidstrahl 4 einen Treibstrahldruck von 0 mbar bis zu 50 mbar oder von 0 mbar bis zu 200 mbar oder von 0 mbar bis zu 400 mbar oder einen Treibstrahldruck von mehr als 400 mbar aufweisen.
  • Durch den Treibstrahldruck des Fluidstrahls 4 kann in der als Impaktorraum vorgesehenen Düse 12 und/oder in der ersten Fluidleitung 14 ein Druckanstieg des Fluids 3 erreicht werden.
  • Die Prallkörpereinrichtung 20 kann als ein passiver Trägheitsabscheider ausgebildet sein. Als Trägheitsabscheider kann dabei jede mechanische Vorrichtung zum Trennen von Substanzen unterschiedlicher Dichten verwendet werden, bei welcher durch ein Umleiten des Materiestroms des Fluids 3 die einzelnen Substanzen des Fluids 3 je nach ihrer Massenträgheit unterschiedlich stark abgelenkt werden.
  • Ferner kann die Prallkörpereinrichtung 20 als ein passiver Trägheitsabscheider mit einem dem Treibstrahldruck des Fluidstrahls 4 entsprechenden Druckverlust ausgebildet sein, wodurch vorteilhaft ein Einhalten eines geforderten Kurbelgehäuseunterdrucks erreicht werden kann.
  • Die Gehäuseeinrichtung 31, 32, 33 kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei einzelne Einheiten der Gehäuseeinrichtung 31, 32, 33 die Einrichtung 10 und/oder die Prallkörpereinrichtung 20 und/oder die erste Fluidleitung 14 und/oder die zweite Fluidleitung 15 umschließen können. Dabei können die einzelnen Einheiten der Gehäuseeinrichtung 31, 32, 33 beispielsweise über eine Schweißung oder Schraubverbindung miteinander gekoppelt werden. Die Gehäuseteile 31, 32, 33 sind dabei fluiddicht ausgeführt.
  • Die Einrichtung 10, die Treibstrahldüse 11, die Düse 12, die Prallkörpereinrichtung 20, die Prallplatte 21 oder die Gehäuseeinrichtung 30 können einen Kunststoff, ein Metall, wie etwa Aluminium, Magnesium oder Eisen oder Stahl oder sonstige Eisen- und Nichteisenmetalle und Legierungen aus den genannten Metallen und Metallverbindungen aufweisen. Insbesondere können diese Komponenten sämtlich aus Kunststoff hergestellt sein.
  • Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid.
  • Als ein erster Verfahrensschritt erfolgt ein aktives Beschleunigen S1 des Fluids 3 in der ersten Fluidleitung 14.
  • Als ein zweiter Verfahrensschritt erfolgt ein Abscheiden S2 der Partikel 2 aus dem aktiv beschleunigten Fluid 3.
  • Die Verfahrensschritte können dabei zum Betrieb des Ölnebelabscheiders 1 zum Abscheiden von dispersen Partikeln aus einem partikelbeladenen Fluid durchgeführt werden.
  • Das aktive Beschleunigen S1 des Fluids 3 kann beispielsweise mit Hilfe von mindestens einem aus einer zweiten Fluidleitung 15 in die erste Fluidleitung 14 eingeleiteten Fluidstrahl 4 erfolgen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Es können andere als die dargestellten Geometrien für die Düseneinrichtung und die Prallkörpereinrichtung und für die Abscheideranordnung gewählt werden.

Claims (7)

  1. Ölnebelabscheider (1) für eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Abscheiden von Partikeln (2) aus einem von einer ersten Fluidleitung (14) auf eine Prallkörpereinrichtung (20) geleiteten Fluid (3), mit einer Einrichtung (10) zum aktiven Beschleunigen des Fluids (3) in der ersten Fluidleitung (14), wobei die Einrichtung (10) zum aktiven Beschleunigen dazu ausgelegt ist, mit Hilfe von mindestens einem aus einer zweiten Fluidleitung (15) in die erste Fluidleitung (14) eingeleiteten Fluidstrahl (4) das Fluid (3) in der ersten Fluidleitung (14) zu beschleunigen, wobei die Einrichtung (10) mindestens eine Treibstrahldüse (11) am Ende der zweiten Fluidleitung (15) zum Einleiten des mindestens einen Fluidstrahls (4) in die erste Fluidleitung (14) aufweist, wobei die erste Fluidleitung (14) mindestens eine Düse (12) aufweist, in welche die Treibstrahldüse (11) mündet und/oder hineinreicht, wobei die mindestens eine Düse (12) der Einrichtung (10) eine Innenwand (13) aufweist, auf der die Partikel (2) abscheidbar sind.
  2. Ölnebelabscheider (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Treibstrahldüse (11) derart ausgebildet ist, dass der mindestens eine Fluidstrahl (4) in der ersten Fluidleitung (14) expandiert und mit dem expandierten mindestens einen Fluidstrahl (4) das Fluid (3) in der ersten Fluidleitung (14) beschleunigt wird.
  3. Ölnebelabscheider (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zweite Fluidleitung (15) an einen Fluidstrom eines Kompressors und/oder an einen Ladeluftstrom eines Turboladers gekoppelt ist.
  4. Ölnebelabscheider (1) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Düse (12) einen sich zu einer Fluidverlaufsrichtung des Fluids (3) verjüngenden Querschnitt aufweist.
  5. Ölnebelabscheider (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ölnebelabscheider (1) ferner eine Gehäuseeinrichtung (31, 32, 33) umfasst.
  6. Ölnebelabscheider (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ölnebelabscheider (1) dazu ausgelegt ist, als die Partikel (2) aerosoles Öl aus einem ölbeladenden Gas als das Fluid (3) abzuscheiden.
  7. Verfahren zum Abscheiden von Partikeln (2) aus einem von einer ersten Fluidleitung (14) auf eine Prallkörpereinrichtung (20) geleiteten Fluid (3), umfassend: aktives Beschleunigen (S1) des Fluids (3) in der ersten Fluidleitung (14), und Abscheiden (S2) der Partikel (2) aus dem aktiv beschleunigten Fluid (3) mit Hilfe der Prallkörpereinrichtung (20), wobei das Verfahren zum Betreiben eines Ölnebelabscheiders (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchgeführt wird.
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