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Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung zum Antreiben von Blow-by-Gas in einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, umfassend einen Seitenkanalverdichter mit einem Gehäuse, das einen Förderraum, einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist, mit einem Laufrad, das radial außen liegende Schaufeln aufweist, und das in dem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei die Schaufeln in dem Förderraum liegen, und mit einer Welle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und an der das Laufrad befestigt ist, wobei der Förderraum mindestens einen Seitenkanal aufweist, der im Bereich der Schaufeln verläuft und den Fluideinlass und den Fluidauslass miteinander verbindet. Ferner betrifft die Erfindung eine Ölabscheideeinrichtung mit einer solchen Pumpvorrichtung und eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer solchen Ölabscheideeinrichtung.
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Die meisten Kraftfahrzeuge sind mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet, die in der Regel für den Antrieb des Fahrzeugs sorgt. Eine derartige Brennkraftmaschine, vorzugsweise wenn sie als Kolbenmotor ausgestattet ist, weist ein Kurbelgehäuse auf. Im Kurbelgehäuse befindet sich eine Kurbelwelle, die über Pleuel mit Kolben der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verbunden ist. Leckagen zwischen den Kolben und den zugehörigen Zylinderwänden führen zu einem Blow-by-Gas-Strom, durch den Blow-by-Gas von den Brennräumen in das Kurbelgehäuse gelangt. Zur Vermeidung eines unzulässigen Überdrucks im Kurbelgehäuse sind moderne Brennkraftmaschinen mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattet, um die Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse abzuführen.
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Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen wird mit Hilfe der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung das Blow-by-Gas nicht einer Umgebung, sondern üblicherweise einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine zugeführt, welche die Brennräume der Brennkraftmaschine mit Frischluft versorgt.
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Im Kurbelgehäuse herrscht ein Ölnebel, so dass das Blow-by-Gas Öl mit sich führt. Dieses Öl kann als Öltröpfchen Elemente in dem Ansaugtrakt, wie beispielsweise einen Turbolader, beschädigen. Um diese Elemente zu schützen und zur Reduzierung des Ölverbrauchs, besitzt die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung üblicherweise eine Ölabscheideeinrichtung und vorzugsweise einen Ölrücklauf, der das abgeschiedene Öl zum Kurbelgehäuse zurückführt.
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Bei Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen lassen sich grundsätzlich passive Systeme von aktiven Systemen unterscheiden. Passive Systeme nutzen zum Antreiben des Blow-by-Gases die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Unterdruck der Frischluftanlage. Aktive Systeme erzeugen zusätzlich einen Unterdruck zur Absaugung des Blow-by-Gases aus dem Kurbelgehäuse. Dadurch kann eine höhere Druckdifferenz bei der Ölabscheidung eingesetzt werden, so dass die Abscheidung verbessert ist. Die auf diese Weise erzielbaren Druckdifferenzen sind dennoch begrenzt, da der maximal erzeugbare Unterdruck begrenzt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Effizienz hinsichtlich der Ölabscheidung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Seitenkanalverdichter zum Antreiben des Blow-by-Gases zu verwenden und diesen für den Einsatz zum Antreiben von Blow-by-Gasen zu optimieren. Seitenkanalverdichter können auch bei kompakter Bauweise hohe Druckdifferenzen erzeugen, so dass dadurch eine besonders kompakte Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung erzielt werden kann.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Pumpvorrichtung mindestens einen Ölablauf aufweist, durch den Öl aus dem Förderraum ablaufen kann. Auf diese Weise kann mit der Pumpvorrichtung Gas gepumpt werden, welches Ölnebel enthält, beispielsweise Blow-by-Gas. Somit kann die Pumpvorrichtung strömungstechnisch zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Ölabscheider verwendet werden. Dabei kann die Pumpvorrichtung auch insbesondere schon als Ölabscheider, beispielsweise als eine erste Stufe, fungieren bzw. eingesetzt werden.
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Eine besonders günstige Variante sieht vor, dass die Ölabläufe jeweils an den in Schwerkraftrichtung tiefsten Punkt des Förderraums angeordnet sind. Die Schwerkraftrichtung bezieht sich auf die spätere Einbaulage. Dadurch kann das Öl, welches sich ggf. in dem Förderraum und den Seitenkanälen ansammelt, durch die Ölabläufe ablaufen.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Ölablauf in dem Seitenkanalverdichter abgeschiedenes Öl in einen Ölrücklauf leitet, welcher das Öl einem Ölkreislauf rückführt. Dadurch kann der Ölverbrauch gesenkt werden, da das Öl weiter verwendet wird.
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Eine für den Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters günstig Lösung sieht vor, dass in dem Seitenkanal wenigstens eine Rippe angeordnet ist, welche sich zumindest abschnittsweise schräg zu einer Umfangsrichtung erstreckt. Die in dem Seitenkanal angeordnete wenigstens eine Rippe stört die Strömung der zu pumpenden Gase in Umfangsrichtung innerhalb des Seitenkanals, so dass die Gase in dem Seitenkanal weitgehend ohne Druckverlust radial nach innen strömen können, wo sie wiederum durch das Laufrad angetrieben werden können, um erneut einen Druckgewinn zu erfahren.
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Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass die wenigstens eine Rippe in dem Seitenkanal mindestens zwei zu dem Laufrad offene Kammern voneinander trennt. Die Ausbildung der Kammern in dem Seitenkanal unterstützt die Zirkulation des Blow-by-Gases in dem Seitenkanal, so dass in bestimmten Betriebszuständen der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters verbessert wird.
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Eine weitere günstige Variante sieht vor, dass die Pumpvorrichtung in mindestens einem Seitenkanal für jede Kammer einen Ölablauf aufweist, durch welchen Öl aus der jeweiligen Kammer ablaufen kann. Somit kann sich in keiner Kammer Öl ansammeln, welches den Betrieb der Pumpvorrichtung behindern würde. Es sind lediglich bei einem im Einbauzustand unten angeordneten Seitenkanal die Ölabläufe notwendig, da aus den Kammern eines im Einbauzustand oben angeordneten Seitenkanals das Öl in Richtung des Laufrads aus den zum Laufrad offenen Kammern austreten kann.
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Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Gehäuse ein Einlegeteil aufweist, das in den Förderraum eingelegt ist und mindestens eine Rippe aufweist. Auf diese Weise können in sehr einfacher Art und Weise stabile und präzise Rippen bzw. Konturen für den Förderraum geformt werden.
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Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Einlegeteil wenigstens einen Teil des Seitenkanals bildet. Das Einlegeteil kann mit hoher Präzision gefertigt sein und beispielsweise auch aus einem Material mit hoher Festigkeit gefertigt sein, so dass der Seitenkanal sehr präzise und standfest ausgebildet sein kann.
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Eine weitere besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Gehäuse und das mindestens eine Einlegeteil unterschiedliche Materialien aufweisen. Dadurch können für das Gehäuse günstigere Materialien, welche sich insbesondere in der Massenproduktion günstiger verarbeiten lassen, verwendet werden. Während beim Einlegeteil Materialien verwendet werden können, welche die nötige Stabilität und Präzision, welche bei der Ausbildung des Seitenkanals notwendig ist, aufweisen.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Gehäuse zu über 50% aus Kunststoff oder Verbundkunststoff, beispielsweise faserverstärkter Kunststoff, besteht. Kunststoff oder Verbundkunststoff ist ein günstiger Werkstoff, der sich insbesondere für die Massenproduktion eignet. Dadurch kann die Herstellung des Seitenkanalverdichters besonders kostengünstig erfolgen.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass mindestens eine Rippe aus demselben Material gebildet ist wie das Gehäuse. Dadurch können die Rippen ebenfalls kostengünstig hergestellt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rippe an das Einlegeteil angespritzt ist.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Pumpvorrichtung zwei sich gegenüberliegende Seitenkanäle aufweist und wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass in jedem der beiden Seitenkanäle mindestens eine Rippe angeordnet ist, die zumindest abschnittsweise schräg zur Umfangsrichtung verläuft. Vorzugsweise trennen die Rippen jeweils zumindest zwei zu dem Laufrad offene Kammern voneinander. So kann die effizienzsteigernde Wirkung der Kammern bzw. der Rippen in beiden Seitenkanälen ausgenutzt werden. Somit wird die Effizienz des Seitenkanalverdichters weiter erhöht.
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Vorzugsweise ist die Einbaulage der Pumpvorrichtung derart, dass die Drehachse des Laufrades im Wesentlichen vertikal verläuft. Die Seitenkanäle liegen dann oberhalb und/oder unterhalb der Schaufeln des Flügelrades. Die Formulierung " im Wesentlichen vertikal" umfasst dabei Abweichungen zur Vertikalrichtung vom maximal 15° oder maximal 10° oder maximal 5°.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Pumpvorrichtung eine Antriebseinheit aufweist, die mit der Welle gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Bauweise der Pumpvorrichtung erzielt werden. Beispielsweise kann die Antriebseinheit durch einen Hydraulikmotor, einen Elektromotor, einen Pneumatikmotor oder durch eine Antriebskopplung mit der Brennkraftmaschine gebildet sein.
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Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Antriebseinheit ein Turbinenrad, insbesondere ein Pelton-Turbinenrad aufweist, welches drehfest zu und an der Welle gehalten ist. Eine solche Pelton-Turbine eignet sich besonders, wenn im jeweiligen Antriebsmedium hohe Drücke aber nur geringe Volumenströme zur Verfügung stehen.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Pumpvorrichtung eine Lagereinrichtung aufweist, die zwischen dem Laufrad und der Antriebseinheit angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Lagereinrichtung kann eine besonders kompakte Bauweise erzielt werden.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Welle durch die Lagereinrichtung axial und radial gelagert ist. Wenn sowohl das Turbinenrad als auch das Laufrad jeweils drehfest an der Welle gehalten sind, reicht diese eine Lagereinrichtung aus, um sowohl das Laufrad als auch die Antriebseinheit zu lagern, so dass eine besonders kompakte Bauweise erzielt werden kann.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass die Lagereinrichtung Nadellager, Gleitlager und/oder Kugellager aufweist.
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Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass die Lagereinrichtung genau ein Lager aufweist. Dadurch kann eine noch kompaktere Bauweise der Pumpvorrichtung erzielt werden.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass das Laufrad zwischen einer Wellenverbindung und den Schaufeln einen Ringabschnitt aufweist, der zwischen der Wellenverbindung und den Schaufeln verläuft und der insbesondere die Wellenverbindung mit den Schaufeln verbindet, wobei dem Ringabschnitt in axialer Richtung eine Wand gegenüberliegt, die insbesondere zwischen dem Laufrad und der Antriebseinheit verläuft, wobei ein Axialabstand zwischen dieser Wand und dem Ringabschnitt ausgehend von der Drehachse in der Radialrichtung variiert. Dadurch kann der Axialabstand zwischen der Wand und dem Ringabschnitt radial variieren und z.B. zur Wellenverbindung hin vergrößert werden, so dass die Reibung aufgrund von Scherströmungen zwischen der Wand und dem Ringabschnitt verringert wird.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass die Wand im Längsschnitt parallel zur Drehachse schräg zu dem Ringabschnitt und/oder gebogen und/oder stufig verläuft. Auf diese Weise kann der variierende Axialabstand einfach erreicht werden.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Wand eine Vertiefung aufweist, bezogen auf die Schwerkraftrichtung in Einbaulage. Durch die Vertiefung wird der Axialabstand zwischen der Wand und dem Ringabschnitt vergrößert.
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Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Axialabstand zwischen dem Ringabschnitt und der dem Ringabschnitt gegenüberliegenden Wand zumindest abschnittsweise größer als ein Axialabstand zwischen dem Ringabschnitt und der dem Ringabschnitt gegenüberliegenden Wand im Bereich einer Dichtungseinrichtung ist. Ein derartiger Abstand reduziert die Reibungsverluste aufgrund der Scherströmungen zwischen dem Ringabschnitt und der Wand in ausreichendem Maße.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer solchen Pumpvorrichtung und mit einem trägheitsbasierten Ölabscheider gelöst. Eine derartige Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung kann besonders von den Vorteilen der Pumpvorrichtung profitieren, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass der trägheitsbasierte Ölnebelabscheider stromab der Pumpvorrichtung angeordnet ist. Dadurch, dass der trägheitsbasierte Ölnebelabscheider stromab der Pumpvorrichtung angeordnet ist, fungiert die Pumpvorrichtung als erste Ölabscheidestufe, so dass eine zweistufige Ölabscheidung erzielt werden kann, die besonders effektiv Ölnebel aus der Gasströmung, beispielsweise der Blow-by-Gasströmung abscheiden kann. Zusätzlich kann an dem Ölnebelabscheider eine erhöhte Druckdifferenz anliegen, die eine effektivere Ölnebelabscheidung erlaubt.
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Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass der trägheitsbasierte Ölnebelabscheider ein Impaktor ist. Ein Impaktor ist ein trägheitsbasierte Ölabscheider, welcher bei einer erhöhten Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass eine verbesserte Abscheiderate erzielt. Somit können die Wirkungen der Pumpvorrichtung optimal ausgenutzt werden.
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Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Impaktor Düsen aufweist, die zumindest teilweise permanent geöffnet sind und durch welche die Gasströmung strömt, der Impaktor mindestens eine gegenüber den Düsen angeordnete Prallplatte aufweist, welche die Gasströmung umlenkt und an welcher sich Flüssigkeitstropfen niederschlagen, Vorzugsweise weist der Impaktor ein strömungstechnisch parallel zu den Düsen angeordnetes federbelastetes Tellerventil auf, das bei steigender Druckdifferenz zwischen Ventileingang und Ventilausgang öffnet und einen Strömungsspalt bildet, durch den ein Teil der Gasströmung strömt, und dem gegenüber eine Prallplatte angeordnet ist, welche die Gasströmung umlenkt und an welcher sich Flüssigkeitstropfen niederschlagen.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass der trägheitsbasierte Ölnebelabscheider einen Ölablauf aufweist, welcher in dem Ölnebelabscheider abgeschiedenes Öl zu einem Ölrücklauf leitet. Dadurch wird der Ölverbrauch reduziert, da das abgeschiedene Öl nicht verloren geht.
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Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Ölablauf das Öl in einen Antriebsgehäuseteil der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung leitet. Das Antriebsgehäuseteil fungiert dadurch als Ölsammelstelle, von welcher aus das Öl über den Ölrücklauf dem Ölkreislauf rückgeführt werden kann. Dadurch reduziert sich die benötigte Zahl an Ölleitungen, so dass eine kostengünstige und kompakte Bauweise ermöglicht ist.
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Eine besonders vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Ölrücklauf Öl aus dem Antriebsgehäuseteil in einen Ölkreislauf rückführt. Dadurch reduziert sich die benötigte Zahl an Ölleitungen, so dass eine kostengünstige und kompakte Bauweise ermöglicht ist.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Ölablauf des Seitenkanalverdichters Öl in den Antriebsgehäuseteil leitet. So kann auch das in dem Seitenkanalverdichter abgeschiedene Öl zentral über das Antriebsgehäuseteil dem Ölkreislauf rückgeführt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend 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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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Prinzipdarstellung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
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2 eine Schnittdarstellung durch die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
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3 eine Explosionsdarstellung der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
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4 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung der Funktion eines Seitenkanalverdichters,
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5 eine Schnittdarstellung durch einen Seitenkanalverdichter entlang der Schnittebene AA aus 4,
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6 eine Schnittdarstellung durch den Seitenkanalverdichter entlang der Schnittebene BB gemäß 4,
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7 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuseoberteils des Seitenkanalverdichters,
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8 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuseunterteils des Seitenkanalverdichters mit einem darin angeordneten Laufrad,
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9 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs C aus 6,
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10 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs D aus 6,
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11 eine Prinzipskizze einer Aufsicht auf ein Gehäuseteil des Seitenkanalverdichters,
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12 eine Darstellung eines Einlegeteils,
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13 eine prinzipielle Aufsicht auf ein weiteres Einlegeteil,
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14a–g eine Prinzipdarstellung des Verlaufs von Rippen in den Seitenkanälen,
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15 eine Schnittdarstellung durch einen Seitenkanalverdichter entlang der Schnittebene AA aus 4 zur Veranschaulichung der Rippen,
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16 eine Schnittdarstellung durch einen Seitenkanalverdichter gemäß einer weiteren Variante, entlang der Schnittebene AA aus 4, und
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17 eine Schnittdarstellung durch einen Seitenkanalverdichter gemäß einer weiteren Variante entlang der Schnittebene AA aus 4.
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Eine in 1 dargestellte Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 wird verwendet, um ein Kurbelgehäuse 12 einer Brennkraftmaschine 14 zu entlüften. Dabei wird Blow-by-Gas 32 aus dem Kurbelgehäuse 12 abgeführt und von einem Ölnebel befreit und einem Ansaugtrakt 16 der Brennkraftmaschine 14 zugeführt. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung weist eine Pumpvorrichtung 18, welche einen Seitenkanalverdichter 20 umfasst, der durch eine Antriebseinheit 22 angetrieben wird, und eine Ölnebelabscheideeinrichtung 24 auf, welche einen trägheitsbasierten Ölnebelabscheider 26, beispielsweise einen Impaktor 28 aufweist. Ferner weist die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 ein Druckregelventil 30 auf, das verhindert, dass der Druck im Kurbelgehäuse 12 zu sehr absinkt oder sogar Öl abgesaugt wird.
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Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 ist derart angeordnet, dass Blow-by-Gas 32 aus dem Kurbelgehäuse 12 zunächst zu dem Druckregelventil 30 geleitet wird und dann durchströmt es die Pumpvorrichtung 18 und wird durch die Pumpvorrichtung 18 angetrieben, daraufhin wird das verdichtete Blow-by-Gas 32 durch den Ölnebelabscheider 26 geleitet, in welchem das Blow-by-Gas 32 von Ölnebel befreit wird. Von dem Ölnebelabscheider 26 aus wird das gereinigte Blow-by-Gas 32 dem Ansaugtrakt 16 der Brennkraftmaschine 14 zugeführt.
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Insbesondere wird das gereinigte Blow-by-Gas 32 stromab einer Filtereinrichtung 15 des Ansaugtraktes 16 dem Ansaugtrakt 16 zugeführt. Dadurch, dass der Ölnebel aus dem Blow-by-Gas 32 weitgehend entfernt ist, sind die stromab der Filtereinrichtung 15 angeordneten Elemente, beispielsweise ein Verdichter 17 einer Ladeeinrichtung 19, geschützt. Beispielsweise ist in 1 eine Brennkraftmaschine 14 mit einer Ladeeinrichtung 19 mit einem Verdichter 17 und einer von einem Abgasstrom angetriebenen Turbine 21, also mit einem Abgasturbolader, dargestellt. Allerdings kann die erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 auch bei anders aufgeladenen oder nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen 14 verwendet werden.
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Wie beispielsweise in den 2 und 3 gezeigt, weist die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 ein Gehäuse 34 auf, welches mehrteilig, beispielsweise vierteilig, ausgebildet ist. Das Gehäuse 34 weist einen Deckel 36 auf, in welchen der Ölnebelabscheider 26 angeordnet ist. Des Weiteren weist das Gehäuse 34 ein Oberteil 38 des Seitenkanalverdichters 20, ein Unterteil 40 des Seitenkanalverdichters 20 und ein Antriebsgehäuseteil 42 auf, in welchem die Antriebseinheit 22 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Gehäuseteile in dieser Reihenfolge in Schwerkraftrichtung von oben nach unten aneinander angeordnet. Zwischen den einzelnen Gehäuseteilen sind Dichtungen 25 vorgesehen, die einen Innenraum des Gehäuses 34 gegen die Umgebung abdichten.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Deckel einteilig mit dem Oberteil 38 des Seitenkanalverdichters 20 ausgebildet ist, dadurch könnten notwendige Dichtungen und Schraubverbindungen eingespart werden.
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Wie beispielsweise in den 3 bis 6 gezeigt, weist der Seitenkanalverdichter 20 ein Gehäuse 44 auf, welches durch das Oberteil 38 und das Unterteil 40 gebildet ist. Das Gehäuse 44 umschließt einen Förderraum 46 und weist einen Fluideinlass 48 und einen Fluidauslass 50 auf, welche jeweils eine fluidische Verbindung zu dem Förderraum 46 aufweisen. Ferner ist in dem Gehäuse 44 des Seitenkanalverdichters 20 ein Laufrad 52 angeordnet, welches eine Wellenverbindung 54 und radial außenliegende Schaufeln 56 aufweist. Ein Ringabschnitt 96 des Laufrades 52 verbindet die Wellenverbindung 54 mit den Schaufeln 56. Das Laufrad 52 ist dabei derart angeordnet, dass die Schaufeln 56 in dem Förderraum 46 liegen. Ferner ist das Laufrad drehfest an einer Welle 58 gehalten, welche wiederum um eine Drehachse 60 drehbar gelagert ist. Folglich ist auch das Laufrad 52 um die Drehachse 60 drehbar.
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Der Förderraum 46 weist mindestens einen Seitenkanal 62, beispielsweise einen oberen Seitenkanal 64 und einen unteren Seitenkanal 66 auf. Die Seitenkanäle 62 erstrecken im Bereich der Schaufeln 56 des Laufrads 52. Insbesondere ertrecken sich die Seitenkanäle 62 neben den Schaufeln 52. In Umfangsrichtung gesehen erstrecken sich die Seitenkanäle 62 zwischen dem Fluideinlass 48 und dem Fluidauslass 50.
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Der Fluideinlass 48 und der Fluidauslass 50 sind dabei derart angeordnet, dass in einem Winkel von weniger als 90°, besonders bevorzugt weniger als 60°, voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Winkelangaben beziehen sich auf die Drehachse 60. Folglich gibt es zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass 50 eine kurze Verbindungsmöglichkeit in Umfangsrichtung und eine lange Verbindungsmöglichkeit.
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Die Seitenkanäle 62 verbinden den Fluideinlass 48 und den Fluidauslass 50 über den langen Weg. In einem Zwischenbereich 68, der auf dem kurzen Weg zwischen dem Fluideinlass 48 und dem Fluidauslass 50 liegt, erstreckt sich keiner der Seitenkanäle 62. Insbesondere ist in dem Zwischenbereich 68 der Abstand der Schaufeln in axialer Richtung zu der nächsten Wand sehr gering, so dass in diesem Bereich keine oder nur geringe Fluidströmungen auftreten.
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Im Betrieb wird das Laufrad 52 um die Drehachse 60 gedreht, so dass die Schaufeln das zu pumpende Medium, beispielsweise Blow-by-Gas 32, von dem Fluideinlass 48 aus über den langen Weg zu dem Fluidauslass 50 transportieren. Durch die Drehung des Laufrads 52 wird das Blow-by-Gas 32 aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen komprimiert. Da die Schaufeln des Laufrads 52 nach außen hin offen sind, kann das Blow-by-Gas 32 dort aus Zwischenräumen zwischen den Schaufeln 56 in die Seitenkanäle 62 strömen. In den Seitenkanälen 62 wird das Blow-by-Gas 32 in Umfangsrichtung abgebremst und kann somit radial nach innen strömen ohne Druck zu verlieren. Radial innen strömt das Blow-by-Gas 32 wieder in Bereiche zwischen den Schaufeln 56 des Laufrads 52 und wird wieder in Umfangsrichtung mitgenommen, so dass es erneut komprimiert werden kann. Durch diesen Zyklus kann sich eine Druckdifferenz zwischen dem Fluidauslass 50 und dem Fluideinlass 48 aufbauen.
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Die Kompression des Blow-by-Gases 32 in dem Seitenkanalverdichter 20 erfolgt dabei ohne, dass Dichtflächen aufeinander gleiten müssen, folglich ist die Reibung eines Seitenkanalverdichters 20 äußerst gering, so dass sowohl die Effizienz besonders hoch als auch die Lebensdauer besonders hoch und eine Partikelbelastung des Blow-by-Gases 32 durch den Seitenkanalverdichter 20 besonders gering ist. Damit eignet sich ein Seitenkanalverdichter 20 besonders gut, um das Blow-by-Gas in der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung anzutreiben.
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Für die Massenproduktion ist es wünschenswert, einen Großteil der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10, insbesondere das Gehäuse 34, aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff zu fertigen. Allerdings können mit Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff die benötigten Toleranzen, insbesondere im Zwischenbereich 68, in welchem der Abstand zwischen dem Laufrad 52 und der Wand des Gehäuses 44 gering ist, nicht ausreichend eingehalten werden. Darüber hinaus kann die erforderliche Stabilität mit Hilfe von Kunststoffen oder faserverstärkten Kunststoffen nicht eingehalten werden.
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Aus diesem Grund ist mindestens ein Einlegeteil 70 vorgesehen, wie es beispielsweise in den 7 bis 10 gezeigt ist. Das Einlegeteil 70 kann aus einem anderen Material als das Gehäuse 44 des Seitenkanalverdichters 20 und als das Gehäuse 34 der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 gefertigt werden. Folglich kann ein hochwertigeres Material gewählt werden, das eine höhere Stabilität aufweist und kleinere Fertigungstoleranzen erlaubt. Gleichzeitig reduziert sich dadurch die benötigte Menge des hochwertigen Materials, da nicht das gesamte Gehäuse 44 des Seitenkanalverdichters 20 aus dem hochwertigen Material gefertigt werden muss.
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Beispielsweise ist das Einlegeteil 70 aus Metall gefertigt, so dass sich für die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 eine Hybridbauweise aus Kunststoff und Metall ergibt. Das Einlegeteil 70 kann beispielsweise durch Stanz- und/oder Biege- und/oder Tiefzieh- und/oder Drehverfahren hergestellt sein.
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Das mindestens eine Einlegeteil 70 bildet dabei eine Wand 72 des Förderraums 46, insbesondere im Zwischenbereich 68. Entsprechend ist das Einlegeteil 70 ringförmig ausgebildet, wobei die Rotationssymmetrie durch den Zwischenbereich 68 gebrochen ist.
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Vorzugsweise weist der Seitenkanalverdichter 20 zwei Einlegeteile 70 auf, nämlich ein erstes Einlegeteil 73 und ein zweites Einlegeteil 74. Das erste Einlegeteil 73 beispielsweise in das Oberteil 38 des Gehäuses 44 des Seitenkanalverdichters 20 eingelegt. Es bildet insbesondere eine obere Wand des Förderraums 46 im Zwischenbereich 68.
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Das zweite Einlegeteil 74 ist beispielsweise in das Unterteil 40 des Gehäuses 44 des Seitenkanalverdichters 20 eingelegt. Im radial äußeren Bereich bildet es den unteren Seitenkanal 66 und den Zwischenbereich 68. In einem radial innen liegenden Bereich bildet das zweite Einlegeteil 74 eine radiale Lagerfläche 76, an welcher eine Lagereinrichtung 78 angeordnet ist.
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Die Lagereinrichtung 78 lagert vorzugsweise die Welle 58 des Laufrads 52. Dadurch ist auch die Ausrichtung des Laufrads 52 durch die hohe Präzision des zweiten Einlegeteils 74 genau, so dass die Toleranz bei der Positionierung des Laufrads 52 zu der Wand im Zwischenbereich 68 weiter verringert werden kann.
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Um den Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters 20 weiter zu verbessern, ist wenigstens eine Rippe 80, vorzugsweise mindestens zwei Rippen 80, vorgesehen, welche in den Seitenkanälen 62 angeordnet sind und sich zumindest abschnittsweise schräg zur Umfangsrichtung erstrecken. Dadurch bremsen die Rippen 80 die Bewegung des zu pumpenden Blow-by-Gases 32 in Umfangsrichtung ab, so dass die Rotation des Blow-by-Gases 32 in den Seitenkanälen 62 zusätzlich unterstützt wird und dadurch die Druckerhöhung durch den Seitenkanal 62 verbessert wird. Die Rippen 80 verbessern die Effizienz bei bestimmten Lastbereichen.
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Verschiedene Verläufe und Anordnungen der Rippen 80 sind denkbar. Bei einer in 14a beispielhaft dargestellten Variante weisen die Seitenkanäle acht Rippen 80 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu den Rippen 80 verlaufen. Alternativ können die Rippen auch dazu gekippt, wie beispielsweise in 14b dargestellt verlaufen.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Rippen 80 nicht gerade sondern gebogen verlaufen. Beispielsweise können die Rippe S-förmig verlaufen, wie es beispielsweise in 14c dargestellt ist. Des Weiteren können die Rippen 80 einen Knick aufweisen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Rippen 80 Unterbrechungen aufweisen, wie es beispielsweise in den 14e und 14f dargestellt ist.
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Durch die verschieden geformten Rippen 80 kann die Abhängigkeit des Wirkungsgrades vom Arbeitspunkt verbessert werden. Das heißt, dass der Wirkungsgrad weniger stark vom jeweiligen Arbeitspunkt abhängt und somit über einen weiteren Bereich ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass im oberen Seitenkanal 64 mehr oder weniger Rippen 81 angeordnet sind als im unteren Seitenkanal 66 Rippen 83 angeordnet sind.
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Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass Rippen 81 im oberen Seitenkanal 64 und Rippen 83 im unteren Seitenkanal 66 in Umfangsrichtung um einen Winkel versetzt angeordnet sind. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die Rippen 81 im oberen Seitenkanal 64 anders geformt oder größer oder kleiner sind als die Rippen 83 im unteren Seitenkanal 66, wie es beispielhaft in 15 dargestellt ist.
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Durch die Rippen 80 sind Kammern 82 in den Seitenkanälen 62 gebildet, welche zu dem Laufrad 52 hin offen sind. In den Kammern 82 können sich die Strömungswirbel des Blow-by-Gases 32 besonders effektiv ausbilden.
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Die Rippen 80 können beispielsweise durch das mindestens eine Einlegeteil 70 gebildet sein. Das Einlegeteil 70 kann entsprechend gestanzt sein, so dass eine Lasche in dem Einlegeteil nach oben gebogen werden kann, so dass sich eine Rippe 80 bildet. Ferner können die Rippen 80 auch durch Teile des Gehäuses 44, insbesondere durch das Oberteil 38 oder Unterteil 40 gebildet sein. Beispielsweise kann die Spritzform entsprechend angepasst werden.
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Des Weiteren können Kunststoffflächen an die Einlegeteile 70, 73, 74 angespritzt sein, an welchen die Rippen 80 aus Kunststoff gebildet sind.
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Ein Seitenkanalverdichter 20 fungiert aufgrund seiner Wirkungsweise als Ölnebelabscheider nach dem Trägheitsprinzip. Aus diesem Grund sammelt sich Öl aus dem Blow-by-Gas 32 in dem Förderraum 46 des Seitenkanalverdichters 20 an. Aus diesem Grund ist mindestens ein Ölablauf 84 vorgesehen, durch welchen Öl aus dem Förderraum 46 aus dem Seitenkanalverdichter 20 ablaufen kann und insbesondere in einen Ölrücklauf 85 zugeführt wird, welcher das abgeschiedene Öl einem Ölkreislauf rückführt. Beispielsweise leitet der Ölablauf 84 das Öl in das Antriebsgehäuseteil 42, von welchem aus der Ölrücklauf 85 das Öl dem Ölkreislauf rückführt.
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Vorzugsweise weist der untere Seitenkanal 66 den Ölablauf 84 auf, da aufgrund der Schwerkraft das in dem Seitenkanalverdichter 20 abgeschiedene Öl in den unteren Seitenkanal 66 laufen wird. Besonders bevorzugt weist der untere Seitenkanal 66 für jede Kammer 82 einen eigenen Ölablauf 84 auf, so dass das abgeschiedene Öl aus jeder der Kammern 82 ablaufen kann. Insbesondere sind die Ölabläufe 84 an in Schwerkraftrichtung tiefst gelegenen Stellen der jeweiligen Kammer angeordnet, so dass kein oder zumindest nur sehr wenig Öl in dem Seitenkanalverdichter 20 zurückbleiben kann.
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Durch diese Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters 20 kann der Seitenkanalverdichter 20 als erste Stufe bei der Ölnebelabscheidung eingesetzt werden, so dass die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 eine zweistufige Ölnebelabscheidung bietet. Insbesondere wird durch den mindestens einen Ölablauf 84 erst möglich, dass die Pumpvorrichtung 18 und damit der Seitenkanalverdichter 20 zwischen dem Kurbelgehäuse 12 und dem Ölnebelabscheider 26 angeordnet ist. Somit kann auf diese Weise durch die Pumpvorrichtung 18 ein gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhter Druck erzeugt werden, welcher in dem trägheitsbasierten Ölnebelabscheider 26 ausgenutzt werden kann, um Öl aus dem Blow-by-Gas 32 abzuscheiden. Gegenüber der Erzeugung von Unterdruck ist die Erzeugung von Überdruck vorteilhaft, da auf diese Weise höhere Druckdifferenzen an dem Ölnebelabscheider 26 zur Verfügung gestellt werden können.
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Ferner ist die Lagereinrichtung 78, wie beispielsweise in den 5 oder 10 dargestellt, zwischen dem Laufrad 52 und der Antriebseinheit 22 angeordnet, so dass sich eine besonders kompakte Bauweise der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 ergibt. Die Lagereinrichtung 78 weist eine Ölzuführung 86 auf, die insbesondere beispielsweise aus einem Ölablauf 84 oder dem Ölrücklauf des Ölnebelabscheiders 26 gespeist wird. Des Weiteren weist die Lagereinrichtung 78 einen Ölablauf 88 auf, so dass eine Ölzirkulation in der Lagereinrichtung 78 erzielt werden kann.
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Die Lagereinrichtung 78 ist insbesondere als Axial- und Radiallager ausgelegt, so dass eine einzelne Lagereinrichtung 78 ausreichend ist. Alternativ, wie beispielsweise in 6 dargestellt, kann die Lagereinrichtung auch ein Axiallager und ein separates Radiallager aufweise, die allerding beide zwischen dem Laufrad 52 und der Antriebseinheit 22 angeordnet sind.
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Die Lagereinrichtung 78 lagert die Welle 58, an der das Laufrad 52 und beispielsweise die Antriebseinheit 22 drehfest gehalten ist, so dass die Ölnebelabscheideeinrichtung 24 mit einer einzigen Lagereinrichtung 78 auskommt.
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Insbesondere kann die Lagereinrichtung 78 ein Kugellager, ein Gleitlager, ein Wälzlager oder ein Nadellager aufweisen.
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Wie beispielsweise in 5 gezeigt, ist eine Dichtungseinrichtung 90 vorgesehen, welche den Förderraum des Seitenkanalverdichters 20 von einem Innenbereich des Seitenkanalverdichters 20 abdichtet, so dass in dem Innenbereich 92 keine unnötige Gasströmung auftritt. Die Dichtungseinrichtung 90 ist vorzugsweise als Labyrinthdichtung ausgebildet, so dass diese nur eine geringe Reibung erzeugt.
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Bei einer weiteren Variante, wie sie beispielsweise in den 16 oder 17 dargestellt ist, weist der Seitenkanalverdichter 20 eine Vertiefung 94 in einer Wand 93 des Gehäuses 44 auf. Insbesondere ist die Vertiefung 94 im Innenbereich 92 angeordnet. Die Vertiefung 94 liegt dabei einem Ringabschnitt 96 des Laufrads 52 gegenüber, welcher sich zwischen der Wellenverbindung 54 und den Schaufeln 56 erstreckt. Durch die Vertiefung 94 ist ein Axialabstand 95 zwischen dem Laufrad 52 und der Wand 93 des Gehäuses 44 vergrößert, so dass die aufgrund von Scherströmungen erzeugten Reibungskräfte reduziert werden und somit die Reibungsverluste verringert werden können.
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Die Vertiefung 94 kann dabei dadurch gebildet sein, dass die Wand 93 schräg zu dem Ringabschnitt 96 des Laufrads 52 verläuft, wie es beispielsweise in 17 dargestellt ist. Dadurch kann Öl, welches sich an der Wand 93 sammelt, zu der Lagereinrichtung 78 geführt werden, wodurch die Lagereinrichtung geschmiert werden kann.
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Des Weiteren kann die Vertiefung 94 dadurch gebildet sein, dass die Wand 93 gebogen verläuft und somit eine Mulde bildet oder dadurch, wie es beispielsweise in 16 dargestellt ist, stufig verläuft.
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Der trägheitsbasierte Ölnebelabscheider 26 der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 ist als Impaktor 28 ausgebildet und kann auch andere Flüssigkeiten abscheiden. Bei einem Impaktor 28 wird die zu reinigende Gasströmung, beispielsweise das Blow-By-Gas 32, durch mindestens eine Düse geleitet, der gegenüber eine Prallplatte angeordnet ist, so dass die Gasströmung unmittelbar nach der Düse umgelenkt wird. Durch die Düse erhält die Gasströmung eine hohe Geschwindigkeit, so dass die Flüssigkeitströpfen, im Folgenden Öltröpfchen genannt, der Umlenkung durch die Prallplatte nicht folgen können und auf die Prallplatte treffen und dort hängen bleiben und somit aus der Gasströmung abgeschieden werden.
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Des Weiteren weist der Impaktor 28 ein Tellerventil auf, welches federbelastet geschlossen ist, wobei das Tellerventil bei Überschreiten einer Druckdifferenz zwischen Ventileingang und Ventilausgang öffnet. Dabei bildet das Tellerventil einen ringförmigen Strömungsspalt, welcher ebenfalls wie eine Düse fungiert, und die durch den Impaktor 28 strömende Gasströmung, beispielsweise das Blow-By-Gas 32, beschleunigt. Der ringförmige Strömungsspalt ist von einer zylinderförmigen Prallplatte umgeben, welche die Gasströmung, welche durch den ringförmigen Strömungsspalt geströmt ist, umlenkt und somit auch dort eine Abscheidung von Öltröpfchen aus der Gasströmung ermöglicht. Dadurch, dass das Tellerventil bei einer steigenden Druckdifferenz öffnet, wird ein Strömungsquerschnitt des Impaktors vergrößert und damit der Strömungsquerschnitt der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 vergrößert. Der Strömungsquerschnitt setzt sich dabei zusammen aus dem Querschnitt aller Düsen und der Strömungsfläche des ringförmigen Strömungsspalts.
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Die Ölnebelabscheideeinrichtung 24 weist einen Ölablauf 97 auf, der den Deckel 36 fluidisch mit dem Antriebsgehäuseteil 42 verbindet. Das durch den Ölnebelabscheider 26, hier Impaktor 28, abgeschiedene Öl wird dem Ölablauf 97 zugeführt. Durch den Ölablauf 97 kann das Öl in das Antriebsgehäuseteil 42 ablaufen und von dort über den Ölrücklauf 85 dem Ölkreislauf rückgeführt werden.
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Die Antriebseinheit 22 weist beispielsweise ein Turbinenrad 98 auf, welches drehfest an der Welle 58 gehalten ist. Somit kann das Turbinenrad 98 das Laufrad 52 des Seitenkanalverdichters 20 antreiben. Ferner ist dadurch das Turbinenrad 98 durch die Lagereinrichtung 78, mit welcher die Welle 58 gelagert ist, ebenfalls gelagert, so dass eine kompakte Bauform erzielt ist.
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Beispielsweise wird das Turbinenrad 98 durch Öl angetrieben, das über eine Düse 100 auf das Turbinenrad 98 gelenkt wird. Ein Hydrauliksystem ist bei Brennkraftmaschinen 14 meistens bereits vorhanden, so dass die Antriebseinheit 22 kostengünstig verwirklicht werden kann. Insbesondere ist das Turbinenrad als Pelton-Turbinenrad ausgebildet.
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Da Öl, das das Turbinenrad 98 antreibt sich in dem Antriebsgehäuseteil 42 ansammelt, kann das Öl über den Ölrücklauf 85 dem Ölkreislauf rückgeführt werden. Dadurch kann das von der Ölnebelabscheideeirichtung 24 in das Antriebsgehäuseteil 42 und das aus dem Seitenkanalverdichter 20 in das Antriebsgehäuseteil 42 geleitete Öl zusammen mit dem Öl, das zu Antreiben des Turbinenrades 98 verwendet wurde, durch den Ölrücklauf 85 dem Ölkreislauf rückgeführt werden. Dadurch können Ölleitungen eingespart werden, so dass sich eine kostengünstige und kompakte Bauweise ergibt.
