DE102015112461A1

DE102015112461A1 - Ölabscheideeinrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015112461A1
Application number: DE102015112461.0A
Authority: DE
Inventors: Ulf Müller; Robert Reichelt; Tony Stein
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: DE102015112461B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheideeinrichtung (1) zur Abscheidung von Öl (10) aus einem Gasstrom (11) für die Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Düsenplatte (12) und mit wenigstens einem Vlieskörper (13), wobei in der Düsenplatte (12) wenigstens eine Düsenöffnung (14) eingebracht ist, durch die der mit Öl (10) beladene Gasstrom (11) aus dem Kurbelgehäuse hindurchführbar und auf den Vlieskörper (13) leitbar ist, und wobei der Vlieskörper (13) in einem Gehäuse (15) aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist im Gehäuse (15) eine Beruhigungskammer (16) ausgebildet ist, wobei die Beruhigungskammer (15) so angeordnet ist, dass – ein erster Vliesbereich (13a) mit dem Gasstrom (11) von der Düsenöffnung (14) bis in die Beruhigungskammer (16) in einer ersten Strömungsrichtung (I) durchströmbar ist, und dass – ein zweiter Vliesbereich (13b) mit dem Gasstrom (11) von der Beruhigungskammer (16) in eine Abströmöffnung (17) in einer der ersten Strömungsrichtung (I) abweichenden zweiten Strömungsrichtung (II) durchströmbar ist..

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom für die Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Düsenplatte und mit wenigstens einem Vlieskörper, wobei in der Düsenplatte wenigstens eine Düsenöffnung eingebracht ist, durch die der mit Öl beladene Gasstrom aus dem Kurbelgehäuse hindurchführbar und auf den Vlieskörper leitbar ist, und wobei der Vlieskörper in einem Gehäuse aufgenommen ist.
STAND DER TECHNIK
Bei Brennkraftmaschinen werden im Betrieb Leckageverluste beobachtet, die auf eine nicht vollständige Abdichtung beispielsweise des Kolben-Zylinderlaufes oder der Ventilführungen im Zylinderkopf zurückzuführen sind. Die Leckageverluste werden als Blow-by-Gas bezeichnet und enthalten einen erheblichen Anteil an Öl.
Bei Brennkraftmaschinen ist es deshalb üblich, das im Betrieb der Brennkraftmaschine anfallende Blow-by-Gas zurück in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu leiten. Um einerseits den Ölverlust durch das Blow-by-Gas zu minimieren und andererseits eine optimale Verbrennung und eine nur minimale Umweltbelastung zu gewährleisten, ist es bekannt, das Blow-by-Gas einer Ölabscheideeinrichtung zuzuführen und das abgeschiedene Öl zurück in den Ölkreislauf zu führen. Dabei besteht das Bestreben, entsprechende Abscheidesysteme möglichst einfach aber dennoch zuverlässig und effizient auszugestalten.
Wird ein Vlieskörper zur Abscheidung des Öls aus dem Gasstrom genutzt, ist es vorteilhaft, den Gasstrom mit einer erhöhten Geschwindigkeit beispielsweise durch eine Düsenöffnung in einer Düsenplatte auf den Vlieskörper auftreffen zu lassen. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten entsteht aber das Problem, dass Öltröpfchen auf der Rückseite des Vlieskörpers bei Austritt des Gasstroms aus dem Vlieskörper wieder mitgerissen werden, sodass die Abscheidewirkung geschwächt wird. Wird der Vlieskörper zu dick ausgeführt, entsteht ein sehr hoher Strömungswiderstand des Gasstroms durch die gesamte Ölabscheideeinrichtung, der ebenfalls zu vermeiden ist. Angestrebt wird daher eine Ölabscheideinrichtung mit einem hohen Abscheidegrad bei niedrigem Druckverlust.
Zur Abscheidung können verschiedene Wirkungsmechanismen der zum Einsatz kommen. Der Trägheitseffekt erfordert hohe Gasgeschwindigkeiten, und bei Umlenkung des Gasstroms innerhalb des Vlieses können träge Partikel abgeschieden werden, wenn diese aufgrund ihrer Masseeigenschaften nachaußen bewegt werden und der Umlenkung des Gasstroms nicht folgen. Der Sperreffekt wirkt in Abgrenzung zum Trägheitseffekt unabhängig von der Gasströmungsgeschwindigkeit und beruht auf einer Siebwirkung durch den Vlieskörper. Der Diffusionseffekt basiert auf Adhäsionskräften, beispielsweise von Ölpartikeln untereinander, und wirkt für kleine Partikelgrößen besonders vorteilhaft und benötigt kleine Gasgeschwindigkeiten für die Abscheidung der Partikel aus dem Gasstrom.
Da Ölabscheideeinrichtungen in der Regel als lebensdauerfestes Bauteil ausgelegt sind, muss die Entlüftung des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine auch bei vollkommen blockiertem Vlies noch funktionieren. Deshalb muss bei diesen Abscheidern zusätzlich eine freie Entlüftungsstrecke vorhanden sein, die bei einer Blockade des Vlieskörpers die Entlüftungsfunktion noch gewährleistet.
Die DE 199 23 093 A1 zeigt eine Ölabscheideeinrichtung mit einem austauschbaren, patronenartigen Vlieskörper, und der Vlieskörper wird mit langsamer Strömungsgeschwindigkeit durchströmt, da der Gasstrom vor dem Auftreffen auf den Vlieskörper nicht beschleunigt wird. Das Mitreißen von Öltröpfchen auf der Rückseite des Vlieskörpers bildet dabei einen Nachteil, ferner führt der Aufbau zu einer starken Vergrößerung des Durchströmwiderstandes bei zugesetztem Vlieskörper.
Die US 8,388,713 B2 offenbart eine Ölabscheideeinrichtung mit einem dünnen, flächig ausgeführten Vlieskörper, sodass die Gefahr des Mitreißens von Öltröpfchen auf der Rückseite des Vlieskörpers ebenfalls entsteht. Die Ölabscheideeinrichtung weist einen Bypasspfad auf, der mit einem elastischen Öffnungselement ausgeführt ist.
Die DE 10 2012 223 643 A1 beschreibt eine Ölabscheideeinrichtung nach dem Impaktorprinzip, bei der das Gas durch eine Düsenplatte beschleunigt wird und danach direkt in einen Vlieskörper eindringt. Der Nachteil der offenbarten Ausführung ist eine fehlende Sperrkante für das Öl, sodass abgeschiedenes Öl nicht wirkungsvoll aufgefangen wird. Die Ansammlung des abgeschiedenen Öls mit einer anschließenden Abführung zurück in den Kurbelraum der Brennkraftmaschine erfolgt auf der Abströmseite, sodass die Gefahr des Mitreißens von Öltröpfchen weiterhin besteht.
In der EP 2 594 757 A1 ist eine Ölabscheideeinrichtung gezeigt, die ebenfalls nach dem Impaktorprinzip arbeitet, und eine Prallfläche, an der die Ölpartikel mit hoher Geschwindigkeit auftreffen, ist ohne Vlies ausgeführt. Bei dieser Ausführung wirkt nur das Trägheitsprinzip der Öltröpfchen, sodass die Ölabscheideeinrichtung einen hohen Druckverlust über der Abscheidestrecke bewirkt.
Bei allen Ölabscheideeinrichtungen ergibt sich der Nachteil, dass die Abscheidewirkung entweder nur auf dem Trägheitseffekt basiert, wenn hohe Geschwindigkeiten des Gasstroms erzeugt werden, oder es wird der Diffusionseffekt genutzt, bei dem der Gasstrom den Vlieskörper mit geringer Geschwindigkeit durchströmt, wobei die Abscheideleistung relativ gering bleibt. Eine Ölabscheideeinrichtung mit einem hohen Abscheidegrad bei einem niedrigen Druckverlust zeigt dabei keine der vorgenannten Ölabscheideeinrichtungen. Daher ist es wünschenswert, eine Ölabscheideeinrichtung zu schaffen, die den Impaktoreffekt nutzt, wenn der Gassstrom auf den Vlieskörper aufgedüst wird, zugleich sollte die Ölabscheideeinrichtung so weitergebildet sein, dass auch der Trägheitseffekt und der Diffusionseffekt genutzt werden kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Ölabscheideeinrichtung mit einem hohen Abscheidegrad bei niedrigem Druckverlust. Insbesondere ist es die Aufgabe, eine Ölabscheideeinrichtung derart weiterzubilden, dass ein Trägheitseffekt und/oder ein Sperreffekt und/oder ein Diffusionseffekt kombiniert miteinander genutzt werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Ölabscheideeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass im Gehäuse eine Beruhigungskammer ausgebildet ist, wobei die Beruhigungskammer so angeordnet ist, dass ein erster Vliesbereich mit dem Gasstrom von der Düsenöffnung bis in die Beruhigungskammer in einer ersten Strömungsrichtung durchströmbar ist, und dass ein zweiter Vliesbereich mit dem Gasstrom von der Beruhigungskammer in eine Abströmöffnung in einer der ersten Strömungsrichtung abweichenden zweiten Strömungsrichtung durchströmbar ist.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Ölabscheideeinrichtung ermöglicht die Nutzung verschiedener Abscheideeffekte. Zunächst wird der Gasstrom durch die Düsenöffnung beschleunigt auf den Vlieskörper geleitet, und die hohe Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht die Ausnutzung des Impaktoreffektes, und ein Großteil des mitgeführten Öles wird bereits über den vorderen Abschnitt kurz nach Auftreffen des Gasstromes auf den ersten Vliesbereich abgeschieden. Der Vlieskörper ist mit einer gewissen Tiefe ausgeführt, sodass der erste Vliesbereich das Agglomerieren mehrerer kleinerer Öltröpfchen zu größeren Öltropfen ermöglicht, die unter Schwerkraft im unteren Bereich des ersten Vliesbereiches angesammelt werden können. Der Vlieskörper ist dabei jedoch nicht so dick ausgeführt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms bei Austritt aus dem ersten Vliesbereich bereits keinen großen Impuls mehr aufweist, und der Gasstrom gelangt mit einer Rest-Strömungsgeschwindigkeit in die Beruhigungskammer. Öltropfen, die bei Austritt des Gasstroms aus dem ersten Vliesbereich mitgerissen werden, können in der Beruhigungskammer gesammelt und ebenfalls abgeführt werden. In der Beruhigungskammer wird der Gasstrom nachfolgend umgelenkt, sodass der Trägheitseffekt zum Tragen kommt, da der zweite Vliesbereich mit dem Gasstrom in einer zweiten Strömungsrichtung durchströmt wird, die von der ersten Strömungsrichtung abweicht und beispielsweise entgegengesetzt ist. Folglich muss der Gasstrom eine Umlenkung von 180° erfahren, und die Öltröpfchen, die auch nach Austritt aus dem ersten Vliesbereich mit dem Gasstrom durch die Beruhigungskammer mitgeführt werden, können nach außen abgeführt werden, da diese die Umlenkung nicht mitverfolgen. Dabei sei angemerkt, dass die abweichende, beispielsweise entgegengesetzte zweite Strömungsrichtung nicht zwingend eine Umkehr des Gasstroms von 180° erfordert, und die abweichende, beispielsweise entgegengesetzte Richtung kann auch einen Winkel umfassen, der kleiner als 180° ist. Die abweichende, und nur beispielsweise entgegengesetzte Richtung bezieht sich dabei auch auf Ausführungsbeispiele, bei denen die zweite Strömungsrichtung annähernd senkrecht auf der ersten Strömungsrichtung verläuft. Weiterhin sei angemerkt, dass die Strömungsrichtung nur eine Hauptkomponente der eigentlichen Strömungsrichtung bildet, das das Gas und insbesondere die Öltröpfchen die Vliesbereiche unter Schwerkrafteinwirkung durchwandern, und die tatsächliche Strömungsrichtung folgt eher einer Parabel.
Besonders günstig ist es, wenn die Beruhigungskammer geschlossen ausgebildet und vom Gehäuse und von dem Vlieskörper begrenzt ist. Dabei ist jedoch eine Ölabführöffnung vorgesehen, über die aus der Beruhigungskammer abgeschiedenes Öl abgeführt wird. Die geschlossene Ausführung der Beruhigungskammer ermöglicht dabei die Bildung eines leichten Überdrucks, sodass der mit Restöl beladene Gasstrom auch noch den zweiten Vliesbereich durchströmt. Durch die 2-fache Durchströmung des Vlieskörpers in vorzugsweise entgegengesetzten Richtungen wird eine besonders hohe Abscheideleistung erreicht, und der Vlieskörper kann mit einer größeren Dicke ausgeführt werden als es gewöhnlich für Filtermaterialien mit einer flächigen Erstreckung der Fall ist. Dadurch wird der Trägheitseffekt durch die Umlenkung doppelt genutzt, ferner kann ein Diffusionseffekt genutzt werden, der auf Adhäsionskräften beispielsweise der Ölpartikel untereinander beruht, und der Diffusionseffekt benötigt kleinere Gasstromgeschwindigkeiten, die sich im hinteren Teil der Vliesbereiche bildet. Die sich bildende Agglomeration kleinerer Öltröpfchen zu größeren Öltropfen ermöglicht die vorteilhafte Abführung des Öls, da die größeren Öltropfen mit dem aus dem Vliesbereich austretenden Gasstrom nicht mehr so leicht mitgerissen und durch Schwerkraft abgeführt werden.
Beispielsweise ist der erste Vliesbereich vom zweiten Vliesbereich mittels einer Trennwand getrennt. Dabei ist es denkbar, dass der Vlieskörper einteilig ausgeführt ist und abschnittsweise den ersten Vliesbereich und den zweiten Vliesbereich bildet. Günstig ist es jedoch, wenn die Trennwand zwischen den Vliesbereichen für Gas und Öl undurchlässig ist. Nur dadurch wird sichergestellt, dass der Gasstrom den 2-fachen Weg durch die Dicke des Vlieskörpers nimmt. Außerdem können im vorderen Bereich abgeschiedene Öltropfen nicht vom ersten Vliesbereich direkt in den zweiten Vliesbereich gelangen, und der Gasstrom mit dem abzuscheidenden Öl muss zunächst in die Beruhigungskammer gelangen. Eine Variante zur Bildung des Vlieskörpers mit den beiden Vliesbereichen besteht darin, dass zwei einzelne Vlieskörper vorgesehen sind, und jeder der Vlieskörper bildet den jeweiligen Vliesbereich. Die beiden Vlieskörper können zu einem gemeinsamen Vlieskörper verbunden sein, beispielsweise über die Trennwand.
Eine besonders gute Abscheidewirkung wird erreicht, wenn mit Bezug auf eine Schwerkraftrichtung im oberen Bereich des Gehäuses der erste Vliesbereich und im unteren Bereich des Gehäuses der zweite Vliesbereich angeordnet ist. Weiterhin ist es besonders günstig, wenn mit Bezug auf die Schwerkraftrichtung die Trennwand im Wesentlichen horizontal verlaufend ausgebildet ist. Mit Bezug auf die Schwerkraftrichtung ist es weiterhin günstig, dass im unteren Bereich des Gehäuses, insbesondere im unteren Bereich des zweiten Vliesbereiches, ein Ölsammelvolumen durch wenigstens eine Sperrkante gebildet ist. In dem ersten Vliesbereich wird eine größere Menge an Öl abgeschieden, das über die Trennwand zunächst in die Beruhigungskammer geführt wird, und der zweite Vliesbereich wird mit einem vorgereinigten Gasstrom durchströmt, wodurch im zweiten Vliesbereich die absolute Menge an abgeschiedenem Öl geringer ist. Das Ölsammelvolumen grenzt an die Beruhigungskammer an und Öl, das sich in der Beruhigungskammer niederschlägt, kann in das Ölsammelvolumen gelangen. Die Sperrkante sorgt dafür, dass im Ölsammelvolumen angesammeltes Öl nicht in eine Abströmöffnung der Ölabscheideeinrichtung gelangt.
Alternativ zu einer ruhend eingerichteten Ölabscheideeinrichtung kann auch eine rotierend ausgebildete Ölabscheideeinrichtung mit den gleichen Merkmalen der Erfindung ausgeführt werden. Dabei entspricht der innere Bereich der um eine Rotationsachse rotierenden Ölabscheideeinrichtung in Bezug auf die Schwerkraftrichtung dem oberen Bereich, und durch die mit der Rotationsbewegung einhergehende Zentrifugalkraft wird das Öl in der beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten, etwa zylinderförmigen Ölabscheideeinrichtung von innen nach außen bewegt. Auch dabei ist es denkbar, dass eine erste Strömungsrichtung parallel zur Rotationsachse weist und eine zweite Strömungsrichtung weist zur ersten Strömungsrichtung in einer abweichenden, beispielsweise entgegensetzten Richtung ebenfalls etwa parallel zur Rotationsachse. Die Beruhigungskammer befindet sich folglich seitlich zum Vlieskörper, der beispielsweise patronenartig, insbesondere hohlzylindrisch, ausgeführt sein kann.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass in der Beruhigungskammer Strömungsleitelemente angeordnet sind, mit denen eine Umlenkung des Gasstromes von der ersten Strömungsrichtung in die zweite Strömungsrichtung unterstützbar ist. Die Strömungsleitelemente können dabei so günstig geformt sein, dass der Gasstrom zur Umlenkung von der ersten Strömungsrichtung in die zweite Strömungsrichtung etwa einer Kurvenbahn folgen muss, ohne dass Totwassergebiete entstehen. Insbesondere dadurch wird die Abscheidewirkung durch den Trägheitseffekt begünstigt, da die Öltröpfchen in der Bahnbewegung des Gasstromes nach außen geschleudert und abgeführt werden können.
Um den Diffusionseffekt basierend auf Adhäsionskräften, also beispielsweise der Ölpartikel untereinander, besonders vorteilhaft auszunutzen, sollte der Vlieskörper gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung mit einer gewissen Tiefe ausgeführt sein. Die Tiefe betrifft dabei die Richtung, in der die Hauptachskomponente Strömungsrichtungen verlaufen. Die Tiefe des Vlieskörpers ist besonders vorteilhaft in Strömungsrichtung wenigstens drei-, vier-, sechs- oder wenigstens achtmal so groß wie eine Hauptabmessung des Querschnittes der Düsenöffnung, insbesondere wie der Durchmesser der wenigstens einen Düsenöffnung.
Das Gehäuse weist eine Abströmöffnung auf, wobei die Abströmöffnung mit Bezug auf die Schwerkraftrichtung mit besonderem Vorteil im unteren Bereich des Gehäuses angeordnet ist. Die wenigstens eine Düsenöffnung befindet sich folglich mit weiterem Vorteil im oberen Bereich des Gehäuses. Somit kann der erste Vliesbereich von einer oberen Düsenöffnung im oberen Teil des Gehäuses angeströmt werden, wobei sich die Beruhigungskammer im Wesentlichen im hinteren Bereich des Gehäuses über der gesamten Höhe vertikal erstreckt. Die Abströmung des Gasstromes aus dem Gehäuse erfolgt über die Abströmöffnung im unteren Bereich des Gehäuses, sodass der zweite Vliesbereich unterhalb des ersten Vliesbereiches im Gehäuse angeordnet ist.
Im Gehäuse ist mit weiterem Vorteil ein Bypasspfad zwischen der Düsenöffnung und der Abströmöffnung ausgebildet, wobei im Bypasspfad ein Ventil vorgesehen ist, das erst bei Erreichen einer Grenzdruckdifferenz zwischen der Seite der Düsenöffnung und der Seite der Abströmöffnung öffnet. Setzt sich einer der Vliesbereiche zu, so kann der Gasstrom den Vliesbereich nicht oder nicht mehr hinreichend durchströmen. Um eine unzulässige Druckerhöhung im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist das Ventil vorgesehen, das dann öffnet, wenn die Grenzdruckdifferenz einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dabei kann allerdings kein Öl mehr über den Bypasspfad abgeschieden werden, wofür in der gesamten Ölabscheideeinrichtung ein Signalgeber vorgesehen sein kann.
Mit weiterem Vorteil bildet die Düsenplatte einen Teil des Gehäuses. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Ölsammelvolumen durch einen Volumenanteil im Gehäuse gebildet ist, wobei die Abströmöffnung insbesondere ebenfalls an die Düsenplatte angrenzt, und wobei die Abströmöffnung mit Bezug auf die Strömungsrichtungen des Gasstromes durch die Vliesbereiche etwa senkrecht abragend verläuft, sodass das gereinigte Gas mit einem Durchlauf durch den zweiten Vliesbereich etwa um 90 ° umgelenkt und abgeführt wird.
Schließlich ist es weiterhin vorteilhaft, dass der Düsenpfad zwischen der Düsenplatte und dem Vlieskörper ausgebildet ist. Der Bereich des Bypasspfades angrenzend an die Düsenplatte befindet sich gegenüberliegend zur Anordnung der Beruhigungskammer, und zwischen der Beruhigungskammer und dem Bereich des Bypasspfades erstreckt sich der Vlieskörper.
Alternativ ist das Gehäuse der Ölabscheideeinrichtung rohrförmig ausgebildet ist, und wobei die Düsenplatte mit der wenigstens einen Düsenöffnung derart ausgebildet ist, dass der Gasstrom innenseitig in die Düsenplatte einströmbar ist. Auch ist es denkbar, dass der Vlieskörper rohrförmig ausgebildet ist und dass die Beruhigungskammer durch einen Ringspalt zwischen der Außenseite des Vlieskörpers und der Innenseite des Gehäuses gebildet ist. Insbesondere ist eine Ablaufdrossel vorgesehen, die sich an den rohrförmigen Vlieskörper anschließend angeordnet ist und die als Vliesronde mit einem Innendurchgang ausgebildet ist, wobei die Ablaufdrossel die Beruhigungskammer von einem Reingasbereich trennt, der mit dem abströmseitigen Bereich der Abströmöffnung gebildet ist.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematisierte Ansicht einer Ölabscheideeinrichtung im Normalbetrieb mit den Merkmalen der Erfindung im Normalbetrieb, wobei ein Bypasspfad der Ölabscheideeinrichtung geschlossen ist,
2 die schematisierte Ansicht der Ölabscheideeinrichtung gemäß 1, wobei der Vlieskörper teilweise zugesetzt ist und der Bypasspfad ist teilgeöffnet,
3 die schematisierte Ansicht der Ölabscheideeinrichtung mit einem vollständig geöffneten Bypasspfad, wobei der Vlieskörper im Wesentlichen vollständig zugesetzt ist,
4 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem zweiten Vliesbereich, der senkrecht vom ersten Vliesbereich abragt und
5 ein detailliertes Ausführungsbeispiel einer Ölabscheideeinrichtung mit einem rohrförmigen Vlieskörper und mit einer den Vlieskörper außenseitig umschließenden Beruhigungskammer.
Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils schematisiert eine Querschnittsansicht einer Ölabscheideeinrichtung 1 mit den Merkmalen der Erfindung. Die Ölabscheideeinrichtung 1 dient zur Abscheidung von Öl 10 aus einem Gasstrom 11 und dient zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Die Ölabscheideeinrichtung 1 weist eine Zuströmöffnung in Form einer beispielhaft gezeigten einzelnen Düsenöffnung 14 auf, die in einer Düsenplatte 12 eingebracht ist. Selbstverständlich können in der Düsenplatte 12 auch mehrere Düsenöffnungen 14 vorgesehen sein, von denen lediglich eine beispielhaft gezeigt ist. Die Einströmseite der Düsenöffnung 14 ist mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden. Weiterhin weist die Ölabscheideeinrichtung 1 eine Abströmöffnung 17 auf, die mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist und an der ein Unterdruck anliegen kann, während vor der Düsenöffnung 14 ein Überdruck durch die Verbindung mit dem Kurbelgehäuse vorherrscht und der durch die Blow-by-Gase entsteht, die in das Kurbelgehäuse eintreten.
Die Ölabscheideeinrichtung 1 ist mit einem Gehäuse 15 gezeigt, das beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine Wandung des Gehäuses 15 durch die Düsenplatte 12 gebildet ist. Im Gehäuse 15 ist ein Vlieskörper 13 eingebracht, und der Vlieskörper 13 wird mit einer Trennwand 18 unterteilt und bildet einen ersten Vliesbereich 13a und einen zweiten Vliesbereich 13b. Die Düsenöffnung 14 ist so in der Düsenplatte 12 angeordnet, dass der Gasstrom 11 mit dem Öl 10 auf den vorderen Teil des ersten Vliesbereiches 13a mit hoher Geschwindigkeit auftrifft. Der Gasstrom 11 durchwandert den ersten Vliesbereich 13a in einer ersten Strömungsrichtung I und gelangt in eine Beruhigungskammer 16, die auf der der Düsenplatte 12 gegenüberliegenden Seite vom Vlieskörper 13 angeordnet ist. Die Beruhigungskammer 16 ist geschlossen ausgeführt und wird berandet durch das Gehäuse 15 und die Rückseite des Vlieskörpers 13. Der Gasstrom 11 wird mit teilweise noch nicht abgeschiedenem Öl 10 durch Strömungsleitelemente 20 innerhalb der Beruhigungskammer 16 umgelenkt und gelangt in einen zweiten Vliesbereich 13b des Vlieskörpers 13 und durchströmt diesen in einer zweiten Strömungsrichtung II, die der ersten Strömungsrichtung I beispielshaft entgegengesetzt ausgebildet ist.
Die Ausdehnung des Vlieskörpers 13 in Strömungsrichtung I, II zeigt, dass der Vlieskörper 13 deutlich dicker ausgebildet ist als dies gewöhnlich bei Membranfiltern vorgesehen ist. Der Gasstrom 11 trifft unmittelbar hinter der Düsenöffnung 14 auf die Eintrittsseite des ersten Vliesbereiches 13a auf, wodurch eine Impaktorwirkung erzielt wird, und eine erste Abscheidung von Öl 10 aus dem Gasstrom 11 kann erfolgen, insbesondere basierend auf Diffusionseffekten, bei denen sich kleinere Öltröpfchen zu größeren Öltropfen agglomerieren. Die Öltropfen des Öls 10 sind mit verschiedenen Größen gezeigt, wobei bedingt durch die Schwerkraftin Schwerkraftrichtung g im unteren Bereich des ersten Vliesbereiches 13a größere Tropfen des Öls 10 angesammelt werden. Zwischen den beiden Vliesbereichen 13a und 13b ist eine Trennwand 18 eingebracht, wobei der Vlieskörper 13 trotz der Trennwand 18 einteilig ausgebildet werden kann. Die Trennwand 18 kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein, insbesondere dient die Trennwand 18 dazu, dass kein Öl 10 vom ersten Vliesbereich 13a unmittelbar in den zweiten Vliesbereich 13b übertreten kann.
Auf der der Düsenplatte 12 gegenüberliegenden Seite tritt der Gasstrom 11 aus dem ersten Vliesbereich 13a wieder aus und gelangt in die Beruhigungskammer 16, und wird unterstützt durch die schematisch gezeigten Strömungsleitelemente 20, die beispielsweise pyramidenförmig ausgeführt sein können, so umgelenkt, dass der zweite Vliesbereich 13b mit umgekehrter Strömungsrichtung II wieder durchströmt werden kann, bis schließlich der Gasstrom 11 aus der Abströmöffnung 17 abströmt. Die sich in der Beruhigungskammer 16 insbesondere auch durch den Trägheitseffekt ansammelnden Öltropfen werden schwerkraftbedingt nach unten bewegt und können sich in dem schematisch gezeigten Ölsammelvolumen 19 ansammeln. Das Ölsammelvolumen 19 ist gegen die Abströmöffnung 17 durch eine Sperrkante 24 abgegrenzt, sodass kein Öl 10 aus dem Ölsammelvolumen 19 in die Abströmöffnung 17 gelangen kann. Vielmehr ist eine nicht näher gezeigte Abführung des Öls 10 beispielsweise zurück in den Kurbelraum der Brennkraftmaschine vorgesehen.
1 zeigt einen Betriebszustand der Ölabscheideeinrichtung 1, bei der die Vliesbereiche 13a und 13b frei durchströmbar sind, sodass das sich im Bypasspfad 22 befindende Ventil 23 geschlossen ist. Der Gasstrom 11 gelangt zunächst vollständig in die Beruhigungskammer 16 und durchströmt dabei in der ersten Strömungsrichtung I den ersten Vliesbereich 13a. Anschließend durchströmt der gesamte Gasstrom 11 den zweiten Vliesbereich 13b mit der zweiten Strömungsrichtung II und gelangt schließlich in die Abströmöffnung 17.
2 zeigt einen teilweise zugesetzten ersten Vliesbereich 13a, beispielsweise durch eine übergroße Menge an Öl 10 oder durch sonstige Verunreinigungen. In diesem Betriebszustand öffnet das Ventil 23 teilweise, sodass der Gasstrom 11 mit einem Teilstrom den Bypasspfad 22 durchströmt und unmittelbar in die Abströmöffnung 17 gelangt. Ein weiterer Teilstrom des Gasstroms 11 durchströmt die beiden Vliesbereiche 13a und 13b.
3 zeigt schließlich einen vollständig zugesetzten ersten Vliesbereich 13a, dargestellt als Versottungszone 21. Dadurch kann der Gasstrom 11 nicht mehr durch den ersten Vliesbereich 13a hindurchtreten und in die Beruhigungskammer 16 gelangen, und das Ventil 23 öffnet aufgrund einer entstehenden Grenzdruckdifferenz zwischen der Einströmseite durch die Düsenöffnung 14 und der Abströmöffnung 17. Der Gasstrom 11 durchströmt dabei vollständig den Bypasspfad 22 bei geöffnetem Ventil 23.
Der Bypasspfad 22 ist zwischen der Düsenplatte 12 als vorderer Teil des Gehäuses 15 und dem Vlieskörper 13 angeordnet. Dabei kann als Abscheidewirkung trotz des versotteten Vlieskörpers 13 der Impaktoreffekt dazu führen, dass dennoch ein Großteil des Öls 10 aus dem Gasstrom 11 abgeschieden wird, und das durch den Impaktoreffekt abgeschiedene Öl 10 wandert durch die Vliesbereiche 13a, die Beruhigungskammer 16 und den zweiten Vliesbereich 13b in das Ölsammelvolumen 19. Insbesondere kann durch das Umlenken des Gasstromes 11 an der Vorderfläche des ersten Vliesbereiches 13a und des zweiten Vliesbereiches 13b ein Teil des Öls 10 von der Vorderseite des zweiten Vliesbereiches 13b in das Ölsammelvolumen 19 gelangen.
4 stellt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung 1 dar, bei dem die zweite Strömungsrichtung II etwa senkrecht zur ersten Strömungsrichtung I verläuft. Hierzu ist der Vlieskörper 13 in einen ersten Vliesbereich 13a und einen räumlich getrennt ausgebildeten zweiten Vliesbereich 13b aufgeteilt, sodass die Vliesbereiche 13a und 13b voneinander getrennt im Gehäuse 15 angeordnet sind. Der erste Vliesbereich 13a befindet sich gehäuseinnenseitig hinter der Düsenplatte 12 in einem mit Bezug auf eine Schwerkraftrichtung g oberen Gehäusebereich und der zweite Vliesbereich 13b befindet sind unterhalb bzw. seitlich einer Trennwand 18, die damit nicht mehr nur eine Trennebene zwischen den beiden Vliesbereichen 13a, 13b bildet. Zwischen den beiden Vliesbereichen 13a, 13b ist die Beruhigungskammer 16 ausgebildet, die die beiden Vliesbereiche 13a, 13b voneinander trennt und in der zur Erfüllung der in Zusammenhang mit den 1 bis 3 bereits beschriebenen Funktion ein Strömungsleitelement 20 eingebracht ist. Die Abströmöffnung 17 befindet sind seitlich unterhalb des zweiten Vliesbereiches 13b.
Wir die Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem mit Öl 10 beladenen Gasstrom 11 angeströmt, so gelangt der Gasstrom 11 durch die Düsenöffnung 14 beschleunigt gegen den ersten Vliesbereich 13a und durchwandert diesen, bis der Gasstrom 11 nach einer ersten Teilreinigung in die Beruhigungskammer 16 gelangt. Von dieser ausgehend durchströmt der Gasstrom 11 zwangsweise auch den zweiten Vliesbereich 13b und verlässt schließlich vom Öl 10 im Wesentlichen befreit die Ölabscheideeinrichtung 1.
Die Trennwand 18 liegt an beiden Vliesbereichen 13a, 13b an und ist abgewinkelt ausgebildet. In Strömungsrichtung vor dem ersten Vliesbereich 13a bildet die Innenseite der Düsenplatte 12 mit dem Vlieskörper 13 bzw. mit der Trennwand 18 einen Bypasspfad 22, in dem ein Ventil 23 einsitzt. Ist der Vlieskörper 13 durch Verunreinigungen zugesetzt, so öffnet das Ventil 23 und der Gasstrom 11 gelangt durch den Bypasspfad 22 zur Abströmöffnung 17.
5 stellt ein detailliertes Ausführungsbeispiel einer Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem rohrförmigen Vlieskörper 13 und mit einer den Vlieskörper 13 außenseitig umschließenden Beruhigungskammer 16 dar. Der stromaufwärts liegende Bereich des Vlieskörpers 13 bildet einen ersten Vliesbereich 13a und der in Strömungsrichtung hinten liegende Bereich bildet einen zweiten Vliesbereich 13b. Die Beruhigungskammer 16 ist in einem umlaufenden Ringspalt zwischen dem Vlieskörper 13 und der Innenseite eines rohrförmigen Gehäuses 15 ausgebildet. Stromabwärts hinter dem Vlieskörper 13 ist zusätzlich eine Ablaufdrossel 25 eingebracht, die sich an den rohrförmigen Vlieskörper 13 anschließt und die als Vliesronde mit einem Innendurchgang ausgebildet ist. Dabei trennt die Ablaufdrossel 25 die Beruhigungskammer 16 vom Reingasbereich, der mit dem abströmseitigen Bereich der Abströmöffnung 17 gebildet ist.
Der mit Öl 10 beladene Gasstrom 11 strömt die einen runden Seitenquerschnitt aufweisenden Düsenplatte 12 an und gelangt in diesen hinein. In der etwa rohrförmigen Düsenplatte 12 sind mehrere Düsenöffnungen 14 eingebracht, durch die der Gasstrom 11 von der Innenseite zur Außenseite der eine Rohrwandung bildenden Düsenplatte 12 strömt und beschleunigt wird. Der beschleunigte Gasstrom 11 trifft auf die Innenseite des ersten Vliesbereiches 13a des Vlieskörpers 13 auf und kann diesen nach außen hin durchströmen, bis der Gasstrom 11 wenigstens teilweise oder vollständig in die Beruhigungskammer 16 eintritt. Von dort kann der Gasstrom 11 bedingt durch eine Drosselwirkung der Ablaufdrossel 25 einen hinteren zweiten Vliesbereich 13b wieder von außen nach innen durchströmen, sodass wesentliche Teile des Gasstromes 11 die Beruhigungskammer 16 verlassen und nach dem Durchströmen des zweiten Vliesbereiches 13b über die Abströmöffnung 17 abströmen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene vorteilhafte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Das Ausführungsbeispiel zeigt insbesondere eine Ölabscheideeinrichtung mit einem ruhenden Gehäuse, wobei eine Schwerkraftrichtung g angezeigt ist. Das Gehäuse 15 kann jedoch auch rotierend ausgeführt sein, beispielsweise wenn die Ölabscheideeinrichtung 1 innerhalb eines rotierenden Rohres, insbesondere innerhalb einer Nockenwelle eingerichtet ist. Dabei besteht vorteilhaft die Möglichkeit, die Zentrifugalkraft analog zur Schwerkraft zu nutzen, sodass sich das Ölsammelvolumen 11 folglich außenumfänglich zum insbesondere patronenartig ausgeführten Vlieskörper 13 befindet. Die Anströmung des Vlieskörpers 13 erfolgt dabei beispielsweise innenseitig aus der Richtung der Rotationsachse und die Abströmung erfolgt außenseitig.
Bezugszeichenliste

1: Ölabscheideeinrichtung
10: Öl
11: Gasstrom
12: Düsenplatte
13: Vlieskörper
13a: erster Vliesbereich
13b: zweiter Vliesbereich
14: Düsenöffnung
15: Gehäuse
16: Beruhigungskammer
17: Abströmöffnung
18: Trennwand
19: Ölsammelvolumen
20: Strömungsleitelement
21: Versottungszone
22: Bypasspfad
23: Ventil
24: Sperrkante
25: Ablaufdrossel
I: erste Strömungsrichtung
II: zweite Strömungsrichtung
g: Schwerkraftrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19923093 A1 [0007]
US 8388713 B2 [0008]
DE 102012223643 A1 [0009]
EP 2594757 A1 [0010]

Claims

Ölabscheideeinrichtung (1) zur Abscheidung von Öl (10) aus einem Gasstrom (11) für die Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Düsenplatte (12) und mit wenigstens einem Vlieskörper (13), wobei in der Düsenplatte (12) wenigstens eine Düsenöffnung (14) eingebracht ist, durch die der mit Öl (10) beladene Gasstrom (11) aus dem Kurbelgehäuse hindurchführbar und auf den Vlieskörper (13) leitbar ist, und wobei der Vlieskörper (13) in einem Gehäuse (15) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (15) eine Beruhigungskammer (16) ausgebildet ist, wobei die Beruhigungskammer (15) so angeordnet ist, dass – ein erster Vliesbereich (13a) mit dem Gasstrom (11) von der Düsenöffnung (14) bis in die Beruhigungskammer (16) in einer ersten Strömungsrichtung (I) durchströmbar ist, und dass – ein zweiter Vliesbereich (13b) mit dem Gasstrom (11) von der Beruhigungskammer (16) in eine Abströmöffnung (17) in einer der ersten Strömungsrichtung (I) abweichenden zweiten Strömungsrichtung (II) durchströmbar ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungskammer (16) geschlossen ausgebildet und vom Gehäuse (15) und von dem Vlieskörper (13) begrenzt ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vliesbereich (13a) vom zweiten Vliesbereich (13b) mittels einer Trennwand (18) getrennt ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Bezug auf eine Schwerkraftrichtung (g) im oberen Bereich des Gehäuses (15) der erste Vliesberiech (13a) und im unteren Bereich der zweite Vliesbereich (13b) anogeordnet ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Bezug auf die Schwerkraftrichtung (g) die Trennwand (18) im Wesentlichen horizontal ausgebildet ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Gehäuses (15), insbesondere im unteren Bereich des zweiten Vliesbereiches (13b), ein Ölsammelvolumen (19) durch wenigstens eine Sperrkante (24) gebildet ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beruhigungskammer (16) Strömungsleitelemente (20) angeordnet sind, mittels der eine Umlenkung des Gasstromes (11) von der ersten Strömungsrichtung (I) in die zweite Strömungsrichtung (II) unterstützt ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Vlieskörpers (13) in Strömungsrichtung (I, II) wenigstens 3, 4, 6 oder wenigstens 8 mal so groß ist wie eine Hauptabmessung des Querschnittes der Düsenöffnung (14), insbesondere wie der Durchmesser der wenigstens einen Düsenöffnung (14).
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) eine Abströmöffnung (17) aufweist und/oder wobei die Abströmöffnung (17) mit Bezug auf die Schwerkraftrichtung (g) im unteren Bereich des Gehäuses (15) angeordnet ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (15) ein Bypasspfad (22) zwischen der Düsenöffnung (14) und der Abströmöffnung (17) ausgebildet ist, wobei im Bypasspfad (22) ein Ventil (23) vorgesehen ist, das erst bei Erreichen einer Grenzdruckdifferenz zwischen der Seite der Düsenöffnung (14) und der Seite der Abströmöffnung (17) öffnet.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (12) einen Teil des Gehäuses (15) bildet.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasspfad (22) zwischen der Düsenplatte (12) und dem Vlieskörper (13) ausgebildet ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) rohrförmig ausgebildet ist, und wobei die Düsenplatte (12) mit der wenigstens einen Düsenöffnung (14) derart ausgebildet ist, dass der Gasstrom (11) innenseitig in die Düsenplatte (12) einströmbar ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vlieskörper (13) rohrförmig ausgebildet ist und dass die Beruhigungskammer (16) durch einen Ringspalt zwischen der Außenseite des Vlieskörpers (13) und der Innenseite des Gehäuses (15) gebildet ist.
Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablaufdrossel (25) vorgesehen ist, die sich an den rohrförmigen Vlieskörper (13) anschließend angeordnet ist und die als Vliesronde mit einem Innendurchgang ausgebildet ist, wobei die Ablaufdrossel (25) die Beruhigungskammer (16) von einem Reingasbereich trennt, der mit dem abströmseitigen Bereich der Abströmöffnung (17) gebildet ist.