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Die Erfindung betrifft einen Ölvorabscheider, einen Ölabscheider und ein Kurbelgehäuse mit einem solchen Ölvorabscheider. Das vorgestellte Kurbelgehäuse kommt insbesondere bei einem Verbrennungsmotor in stationärem und mobilem Betrieb zum Einsatz.
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Als Kurbelgehäuse wird die Lagerung der Kurbelwelle bezeichnet. Hierin ist als Kurbelgehäuse der gesamte Motorblock mit Verbund aus Zylindern, Kühlmantel und Triebwerksgehäuse zu verstehen. Üblicherweise wird das Kurbelgehäuse unten mit einer Ölwanne abgeschlossen, die zum Auffangen und zur Bevorratung des Schmierstoffes, des Öls, dient.
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Das Kurbelgehäuse dient dazu, die kraftübertragende Verbindung zwischen Zylinderkopf und Triebwerk herzustellen, die Lagerung des Triebwerks und die Zylinderlaufbahn aufzunehmen und einen öl- und wasserdichten Triebwerks- und Kühlmittelraum zur Verfügung zu stellen. Weiterhin dient das Kurbelgehäuse zur Befestigung von Anbauteilen.
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Üblicherweise wird bei Kraftfahrzeugmotoren ein gegossenes Kurbelgehäuse verwendet, in das die Gaskräfte über Zylinderkopfschrauben eingeleitet und in einem Kraftfluss über tragende Querwände in die Grundlager weitergeleitet werden. Bei Fersonenkraftmotoren werden aus Gewichtsgründen vermehrt Kurbelgehäuse aus Aluminium eingesetzt.
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Zu beachten ist, dass bei Verbrennungsmotoren im Kurbelgehäuse grundsätzlich sogenannte Blow-By-Gase auftreten. Als Blow-By-Gase werden die Gase bezeichnet, die vom Kompressionsdruck und Arbeitsdruck aus dem Brennraum am Kolben und dessen Ringen vorbei in das Kurbelgehäuse strömen.
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Da das Kurbelgehäuse mit den Anbauteilen, bspw. Zylinderkopf, Ölwanne usw., einen geschlossenen Raum bildet, würde ohne eine Entlüftung der Druck im Kurbelgehäuse stetig ansteigen. Dies hätte starke Ölleckagen über die Dichtungen zur Folge. Die Belastung auf die Bauteile im Kurbelgehäuse wäre erhöht und Schäden am Triebwerk würden auftreten. Um dies zu vermeiden, müssen die Blow-By-Gase, die Schadstoffe aus der Verbrennung und unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, aus dem Kurbelgehäuse abgeführt und das Öl separiert werden.
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Blow-By-Gase können unter ungünstigen Umständen, bspw. bei Lagerschäden, Verbrennungsaussetzern und Kolbenringbruch, entzündbar sein und zu einer Explosion im Kurbelgehäuse führen. Beim Entlüften werden zwangsläufig auch Öltröpfchen, die durch drehende Bauteile erzeugt werden, aus dem Kurbelgehäuse mitgerissen. Der Ölgehalt im Blow-By hängt stark vom Mitteldruck, der Paarung Zylinder-Kolbenring-Laufbuchse und von der Entnahmestelle, nämlich der Lage und dem Querschnitt, am Motor ab.
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Es sind sogenannte Ölabscheider für Kurbelgehäusegase bekannt. So ist bspw. aus der Druckschrift
DE 101 27 819 A1 ein Ölabscheider für Kurbelgehäusegase einer Brennkraftmaschine bekannt, der an einer Innenseite einer Zylinderkopfhaube angeordnet ist. Der beschriebene Ölabscheider weist eine Gehäuseschale auf, die an der Innenseite einer Zylinderkopfhaube befestigt ist. Diese nimmt die einzelnen Komponenten des Ölabscheiders auf. Weiterhin weist der Ölabscheider einen Ölvorabscheider, einen Zyklonvorabscheider und einen Ölfeinabscheider auf. Der umfasste Ölvorabscheider ist oberhalb einer Zuströmöffnung für Kurbelgehäusegase in der Zylinderkopfhaube angeordnet und umfasst Strömungsleitwandungen, die eine mehrfache Umlenkung der Kurbelgehäusegase bewirken.
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Aus der US-amerikanischen Patentschrift
US 5 022 376 A geht ein Ölabscheider für eine Brennkraftmaschine hervor, der einen Abscheiderbehälter mit einer Oberseite, einem Boden und peripheren Seitenwänden aufweist, wobei Abscheidebleche in dem Behälter angeordnet sind, wobei an der Oberseite ein Dunstauslass und an dem Boden eine langgestreckte Röhrenanordnung angeordnet ist, wobei die Röhrenanordnung einen Dunsteinlass und einen parallelen Ölrücklaufpfad definiert, wobei die Röhrenanordnung aufgrund der Geometrie ihres distalen Endes an einer Seite länger ist als an der gegenüberliegenden Seite, und wobei der Ölrücklaufpfad auf der längeren Seite angeordnet ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 51 028 A1 geht eine Entlüftungsvorrichtung mit einem Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine hervor, wobei der Ölabscheider aus einem Gehäuse besteht, das ein innenliegendes Strömungslabyrinth, eine Eintrittsöffnung, einen Ansaugstutzen und einen in Einbaulage am geodätischen Tiefpunkt des Gehäuses angeordneten Ölaustritt aufweist, wobei der Ölabscheider in Strömungsrichtung hintereinanderliegend einen Vorabscheider, einen Agglomerator und einen Feinabscheider aufweist.
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Aus dem US-Patent
US 7 246 612 B2 geht ein Ölabscheider für eine Brennkraftmaschine hervor, der ein Gehäuse und eine spiralförmige Wandung aufweist. Das Gehäuse weist einen Einlass und einen Auslass auf. Die spiralförmige Wandung definiert einen spiralförmigen Pfad, um Ventilationsgase zwischen dem Einlass und dem Auslass des Gehäuses zu führen. Der spiralförmige Pfad hat eine Breite, die sich mit einer vorbestimmten konstanten Rate zwischen dem Einlass und dem Auslass des Gehäuses verringert.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 010 308 A1 geht ein Ölvorabscheider für Kurbelgehäusegas einer Brennkraftmaschine hervor, der einen Schalenkörper aufweist, der im montierten Zustand an einer Innenseite einer Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei er einen Wandabschnitt der Zylinderkopfhaube abdeckt und mit dem abgedeckten Wandabschnitt einen Vorabscheideraum begrenzt, wobei der Schalenkörper zumindest einen Einlassabschnitt aufweist, der einen von einer Einlassöffnung für Kurbelgehäusegas zum Vorabscheideraum hin zunehmenden Strömungsquerschnitt aufweist, wobei der wenigstens eine Einlassabschnitt gleichzeitig einen Rücklauf für abgeschiedenes Öl bildet, derart, dass das abgeschiedene Öl durch die jeweilige Einlassöffnung in einen von der Zylinderkopfhaube abgedeckten Zylinderkopfraum abtropfen kann, wobei der jeweilige Einlassabschnitt so ausgestaltet ist, dass sich die jeweilige Einlassöffnung im montierten Zustand im Zylinderkopfraum in einem mittleren Längsbereich befindet, der sich zwischen zwei jeweils einer Nockenwelle zugeordneten äußeren Längsbereichen befindet.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Ölvorabscheider nach Anspruch 1, ein Ölabscheider gemäß Anspruch 8 sowie ein Kurbelgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Der vorgestellte Ölvorabscheider weist eine Anzahl an übereinander angeordneten Abscheideblechen auf, die jeweils mindestens eine Durchströmöffnung aufweisen, wobei die Abscheidebleche derart eingerichtet sind, dass die Durchströmöffnungen von mindestens zwei benachbarten Abscheideblechen versetzt zueinander angeordnet sind. In einer Ausführung weist der Ölvorabscheider sechs Abscheidebleche auf.
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Dass die Abscheidebleche eingerichtet sind bedeutet, dass diese angeordnet und/oder ausgebildet bzw. gefertigt sind, so dass zumindest eines der Abscheidebleche Durchströmöffnungen hat, die versetzt zu Durchströmöffnungen eines benachbarten Abscheideblechs sind bzw. liegen. Im montierten Zustand liegen die Abscheidebleche in einem Verbundpaket direkt neben- bzw. übereinander. Geht man von einem Übereinanderliegen aus, so erkennt man von oben betrachtet, dass die Durchströmöffnungen zumindest eines Abdeckblechs nicht in einer Flucht zu den Durchströmöffnungen mindestens eines benachbarten Abscheideblechs sind bzw. nicht deckungsgleich sind.
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In einer Ausführung sind die Abscheidebleche derart eingerichtet, dass die Durchströmöffnungen benachbarter Abscheidebleche jeweils versetzt zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Durchströmöffnungen jedes Abscheideblechs versetzt zu dem oder zu den benachbarten Abscheideblechen sind.
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In einer weiteren Ausführung sind zwischen den Abscheideblechen jeweils Abstandshalter vorgesehen. Mit diesen kann der Abstand der Abscheidebleche genau eingestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Abstand immer gleich ist. In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Abstand variiert. So kann der Abstand bspw. in Abhängigkeit des Grads der Versetzung benachbarter Durchströmöffnungen eingestellt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwei Arten von Abscheideblechen vorgesehen sind, wobei die beiden Arten immer abwechselnd übereinander angeordnet sind. In diesem Fall kann eine geradzahlige Anzahl von Abscheideblechen vorgesehen sein.
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Die versetzte Anordnung benachbarter Durchströmöffnungen kann durch versetzte Lage bzw. Position von Durchströmöffnungen jeweils in dem zugeordneten Abscheideblech und/oder durch versetztes Anordnen benachbarter Abscheidebleche erreicht sein.
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In Ausgestaltung verfügt der beschriebene Ölvorabscheider über ein Ölvorabscheidergehäuse und somit über ein eigenes Gehäuse. Alternativ kann der Ölvorabscheider in einem Ölabscheidergehäuse eines zusammenwirkenden Ölabscheiders angeordnet sein.
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Es wird weiterhin ein Ölabscheider mit einem Ölabscheidergehäuse vorgestellt, in dem zusätzlich ein Ölvorabscheider der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen ist. In diesem Fall wirken der Ölabscheider und der Ölvorabscheider zusammen. Hierzu sind diese bspw. in einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors angeordnet.
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Ein beschriebenes Kurbelgehäuse weist einen Ölvorabscheider, wie dieser hierin beschrieben ist, auf. In dem Kurbelgehäuse kann dann ebenfalls ein Ölabscheider vorgesehen sein. Der Ölvorabscheider kann in dem Ölabscheidergehäuse des Ölabscheiders oder in einem eigenen Gehäuse, dem Ölvorabscheidergehäuse, angeordnet sein.
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Bei dem vorgestellten Ölvorabscheider strömt das aus dem Kurbelgehäuse entweichende Blow-By-Gas somit in ein Verbundpaket, das in Ausgestaltung aus zwei verschiedenen Abscheideblechen und dazwischen liegenden Abstandselementen besteht und zusammen mit einem Gehäuse einen abgegrenzten Raum darstellt.
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Die Abscheidebleche haben dabei Durchströmöffnungen, durch die das Blow-By-Gas strömt, wobei die Durchströmöffnungen in Ausgestaltung eine große Schnittkantenlänge aufweisen. Desweiteren können die Abscheidebleche eine kongruente Kontur zum angrenzenden Gehäuse haben, die Durchströmungsöffnungen sind jedoch horizontal zueinander versetzt. Das Verbundpaket mit den einzelnen Abscheideblechen, also der Vorabscheider, ist in dieser Ausführung so anzuordnen, dass die Abscheidebleche abwechselnd Verwendung finden. Die Kontur der Abscheidebleche weist in Ausgestaltung zusammen mit dem Gehäuse einen Minimalspalt in horizontaler Richtung auf.
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Zu beachten ist, dass sich durch die horizontal versetzten Durchströmöffnungen, den Abstand zwischen den Abscheideelementen und den erzwungenen Minimalabstand der Elementaußenkontur zum Gehäuse eine derartige Strömungsführung ergibt, dass das Blow-By-Gas in horizontaler Richtung beschleunigt wird und die Ölpartikel bei der Umlenkung in vertikaler Strömungsrichtung durch die Trägheitskraft gegen die Gehäusewand geschleudert werden. Die sich an der Gehäusewand akkumulierenden Ölpartikel fließen an dieser durch die Schwerkraft nach unten hin ab. Durch die erzwungene Geometrie herrschen in dem Spalt in einer Ausführungsform Strömungsgeschwindigkeiten von weniger als 8 m/s, so dass der Ölfilm entlang der Gehäusewand nach unten hin abfließen kann, ohne von der permanenten Blow-By-Strömung mitgerissen zu werden.
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Der vorgestellte Ölvorabscheider kann zusätzlich zu einem Ölabscheider als eine Art Vorstufe vorgesehen sein und dazu dienen, kleine und große Öltröpfchen zu separieren. Durch die versetzte Anordnung der Durchströmöffnungen zueinander wird eine Strömungsbeschleunigung erreicht. Der Abstand zwischen den Abscheideblechen kann in Abhängigkeit der Gasmenge bestimmt werden. Hierzu können Programme für Datenverarbeitungsanlagen, die eine Strömung berechnen und simulieren herangezogen werden. Zu beachten ist, dass der Abscheidegrad des Ölvorabscheiders abhängig von der Anzahl der Bleche ist. Je mehr Bleche verwendet werden, desto höher ist der Abscheidegrad.
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Der vorgestellte Ölvorabscheider hat, zumindest in einigen der Ausführungen, eine Reihe von Vorteilen. So wird eine bessere Ölabscheidung im Ganzen und hinsichtlich des relevanten Tröpfchenspektrums erreicht. Dadurch ergeben sich weniger Ölablagerung auf den Einlassventilen und damit keine Ventilbrüche, weniger Emmisionen, nämlich bis zu 2,8%, ein geringerer Ölverbrauch, und zwar 1 bis 2%, weniger Öl im Ladeluftkühler und keine Versottung der Schnellschlussklappe. Die ursprüngliche Leistungsfähigkeit des Ladeluftkühlers und damit des Motors bleibt erhalten, weil das bereits in der Vor- und Feinabscheiderstufe abgeschiedene Öl sich physisch nicht mehr im Ladeluftkühler befindet und sich festsetzen kann. Eine Versottung des Ladeluftkühlers wird durch die zweistufige Abscheidung des Ölnebels verhindert.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Ausführung eines Ölabscheiders in einer Seitenansicht in Explosionsdarstellung.
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2 zeigt den Ölabscheider aus 1 in einer perspektivischen Ansicht.
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3 zeigt den Ölabscheider aus 2 im Zustand vor dem Zusammenbau.
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4 zeigt den Ölabscheider im zusammengebauten Zustand.
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5 zeigt zwei Abscheidebleche.
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6 zeigt einen Abschnitt eines Abscheieblechs in einer geschnittenen Ansicht.
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1 zeigt eine Ausführung eines Ölabscheiders, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieser Ölabscheider 10 umfasst ein Ölabscheidergehäuse 12 und ein Entlüftungsgehäuse 14. Zwischen diesen ist ein Ölvorabscheider 16 in nicht zusammengebautem Zustand dargestellt. Dieser umfasst ein erstes Abscheideblech 20, ein zweites Abscheideblech 22, ein drittes Abscheideblech 24, ein viertes Abscheideblech 26, ein fünftes Abscheideblech 28 und ein sechstes Abscheideblech 30. Zwischen den Abscheideblechen 20 bis 30 sind jeweils Abstandshalter 40 vorgesehen. Blow-By-Gase strömen durch das Entlüftungsgehäuse 14 und gelangen zu dem Ölvorabscheider 16 und danach zu dem bzw. den Feinabscheidern.
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2 zeigt den Ölabscheider 10 in einer perspektivischen Ansicht. Wiederum zu erkennen ist der Ölvorabscheider 16, der die Abscheidebleche 20 bis 30 und die dazwischen angeordneten Abstandshalter 40 umfasst. Zu erkennen ist, dass die Abscheidebleche 20 bis 30 jeweils eine zentrale Öffnung 50 bis 60 und Durchströmöffnungen 70 bis 80 aufweisen. Die zentralen Öffnungen 50 bis 60 liegen genau übereinander. Diese dienen der Montage des Verbundpakets aus den Abscheideblechen 20 bis 30.
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Die Darstellung zeigt weiterhin, dass die Durchströmöffnungen 70 bis 80 versetzt zueinander angeordnet sind. So liegen die Durchströmöffnungen 70 des ersten Abscheideblechs 20, die Durchströmöffnungen 74 des dritten Abscheideblechs 24 und die Durchströmöffnungen 78 des fünften Abscheideblechs 78 übereinander. Versetzt zu diesen liegen die Durchströmöffnungen 72 des zweiten Abscheideblechs 22, die Durchströmöffnungen 76 des vierten Abscheideblechs 26 und die Durchströmöffnungen 80 des sechsten Abscheideblechs 80 übereinander.
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Somit sind das erste Abscheideblech 20, das dritte Abscheideblech 24 und das fünfte Abscheideblech 28 deckungsgleich aufgebaut. Unterschiedlich zu diesen sind auch das zweite Abscheideblech 22, das vierte Abscheideblech 26 und das sechste Abscheideblech 30 deckungsgleich aufgebaut. Es gibt somit zwei Typen bzw. Arten von Abscheideblechen, die jeweils abwechselnd übereinander bzw. nebeneinander angeordnet sind.
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Es können auch mehr unterschiedliche Arten von Abscheideblechen verwendet werden. Vorzugsweise sind diese so angeordnet, dass nie zwei deckungsgleiche Abscheidebleche benachbart zueinander angeordnet sind. Durch die versetzte Anordnung der Durchströmöffnungen benachbarter Abscheidebleche ergibt sich die gewünschte Strömung und die angestrebte Strömungsgeschwindigkeit.
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Es gibt somit bei dieser Ausführung einen ersten Typ eines Abscheideblechs und einen zweiten Typ eines Abscheideblechs. Die Anordnung ist derart, dass in den Ölvorabscheider 16 die beiden Typen immer abwechselnd nebeneinander bzw. übereinander angeordnet sind. Benachbarte Abscheidebleche unterscheiden sich somit immer voneinander.
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Es könnten auch gleiche Typen von Abscheideblechen verwendet werden. Dann kann durch versetzte Anordnung der Abscheidebleche zueinander die versetzte Anordnung benachbarter Durchströmöffnungen zueinander erreicht werden.
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3 zeigt den Ölabscheider 10, bei dem die Abscheidebleche des Ölvorabscheider 16 nunmehr zusammengefügt sind und ein Verbundpaket bilden. Zu erkennen ist in dieser Darstellung vornehmlich das erste Abscheideblech 20 mit den Durchströmöffnungen 70.
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4 zeigt den Ölabscheider 10 im zusammengebauten Zustand. Der Ölabscheider 10 besteht somit aus einer Vorabscheiderstufe und Ölabscheidern bzw. einer Feinstufe und wird bei dieser Ausführung angrenzend an das Kurbelgehäuse oberhalb dessen angeordnet. Es sind alternativ auch andere Plazierungen möglich, solange sich die Entnahmestelle oberhalb der Kurbelwelle befindet.
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Bei dieser Ausführung ist der Ölvorabscheider 16 im Ölabscheidergehäuse 12 des Ölabscheiders 10 angeordnet. Grundsätzlich ist es möglich, den Ölvorabscheider 16 in einem eigenen Gehäuse getrennt von dem Ölabscheider 10 anzuordnen.
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5 zeigt ein erstes Abscheideblech 100 und ein zweites Abscheideblech 102, die in geringem Abstand voneinander, bspw. 1,0 bis 1,2 mm, angeordnet sind. Dies kann auch derart bezeichnet werden, dass die beiden Abscheidebleche 100 und 102 übereinander liegen. Deren Außenkontur ist dabei deckungsgleich und diese liegen genau übereinander.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine zentrale Öffnung 104 in dem ersten Abscheideblech 100 und dem zweiten Abscheideblech 102. Weiterhin sind Durchströmöffnungen 106, die eine große Schnittkantenlänge aufweisen, vorgesehen. In dem zweiten Abscheideblech 102 sind ebenfalls Durchströmöffnungen vorgesehen. Diese sind hier jedoch nicht zu erkennen, da diese versetzt zu den Durchströmöffnungen 106 im ersten Abscheideblech 100 angeordnet sind.
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Als Material für die Abscheidebleche 100, 102 kommt bspw. Stahl in Betracht Es kann auch Aluminium oder ein Kunststoff verwendet werden. Als Kunststoff kommt ein Polyamid jeder Art mit Ölbeständigkeit und einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 120°C in Betracht.
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6 zeigt in einer Schnittansicht ein Abscheideblech 120, das an einem Gehäuse 122 anliegt. Zu erkennen ist eine erste Durchströmöffnung 124 und eine zweite Durchströmöffnung 126, Durch die Gase, wie mit gebogenen Pfeilen 128, 130, 132 und 134 verdeutlicht, strömen. Die Strömung ist somit nicht geradlinig, sondern folgt einem gebogenen Verlauf. Dies wird durch die versetzte Anordnung zueinander benachbarter Durchströmöffnungen erreicht.
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Die ölhaltige Strömung (Blow-By) wird zwischen den Blechen beschleunigt. An der Durchströmöffnung folgt die Strömung diesem vertikalen Verlauf und wird umgelenkt. Die Öltröpfchen, insbesondere Tröpfchen mit einem Durchmesser von 10–5 m bis 10–6 m, werden hierbei verwirbelt und abgeschleudert bzw. prallen durch die Fliehkraft gegen das angrenzende Gehäuse. Die abgeschleuderten Ölpartikel bilden nunmehr einen Wandfilm und strömen nach unten hin ab bzw. durch eine Öldrainageleitung in einen separaten Ölraum.
