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Die Erfindung betrifft einen Impaktor zum Abscheiden von Flüssigkeiten aus einer Gasströmung, insbesondere von Öl aus Blow-By-Gas, mit Düsen, die zumindest teilweise permanent geöffnet sind und durch welche die Gasströmung strömt, mit mindestens einer gegenüber den Düsen angeordneten Prallplatte, welche die Gasströmung umlenkt und an welcher sich Flüssigkeitstropfen niederschlagen, mit einem strömungstechnisch parallel zu den Düsen angeordneten Tellerventil mit einem in einer Schließrichtung federbelasteten Ventilteller, das in einem geöffneten Zustand 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, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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 ausgestaltet 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 üblicherweise einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine zugeführt, welche die Brennräume der Brennkraftmaschine mit Frischluft versorgt. 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 den 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 in 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. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, beispielsweise durch einen Kompressor oder Turbolader, ist bekannt, eine Saugstrahlpumpe zu verwenden, welche durch die komprimierte Luft der Aufladeeinrichtung angetrieben wird und somit einen Unterdruck erzeugt, mit dessen Hilfe ein höherer Differenzdruck generiert werden kann.
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Insbesondere bei Abgasturboladern kann sich dadurch das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine, bei Teillast oder im Leerlauf erheblich verschlechtern, da in der Aufladeeinrichtung Energie entzogen wird, wenn aufgrund der geringen Leistung des Motors sowieso nur geringe Energie vorhanden ist.
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Aus der
WO 2013/017832 A1 ist beispielsweise eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung bekannt, bei welcher ein Unterdruck zur Entlüftung des Kurbelgehäuses mittels einer Saugstrahlpumpe erzeugt wird. Die Saugstrahlpumpe wird dabei durch komprimierte Luft aus einem Turbolader angetrieben.
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Aufgrund der stark schwankenden Leistung des Turboladers schwankt auch die Leistung der Saugstrahlpumpe. Aus diesem Grund muss die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung in einem verhältnismäßig großen Druckdifferenzbereich arbeiten können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Flüssigkeitsabscheideeirichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein besseres Abscheideverhalten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Arbeitsbereich eines Impaktors dadurch zu erweitern, dass eine Druckkammer vorgesehen ist, welche ebenfalls den Ventilteller mit einer Kraft beaufschlagt und dadurch das Öffnungs- und Schließverhalten des Tellerventils beeinflussen kann. Zweckmäßig ist es, dass der Impaktor ein Trennelement aufweist, das besagte Druckkammer begrenzt und das kraftübertragend mit dem Ventilteller gekoppelt ist, dass das Trennelement den Ventilteller zusätzlich mit einer Kraft beaufschlagt, dass der Impaktor eine erste Fluidverbindung von einem Stromauf der Düsen und des Strömungsspaltes liegenden Zuströmraum des Impaktors zu der Druckkammer aufweist, und dass der Impaktor eine zweite Fluidverbindung von der Druckkammer zu einem Stromab der jeweiligen Prallplatte liegenden Abströmraum des Impaktors aufweist. Dadurch ist in der Druckkammer ein Mischdruck zwischen dem Druck im Zuströmraum und dem Druck im Abströmraum gegeben. Dadurch können bei bestimmten Verhältnissen die an dem Ventilteller anliegende Druckdifferenz variiert werden, sodass sich eine Öffnungskennlinie des Tellerventils verändert. Beispielsweise ist bei einem niedrigen Druck der Volumenstrom durch die beiden Fluidverbindungen relativ klein, sodass der Volumenstrom durch die zweite Fluidverbindung nicht beeinflusst wird und sich dadurch ein Differenzdruck zwischen dem Zuströmraum und der Druckkammer aufbauen kann. Dadurch kann durch den Differenzdruck das Tellerventil geöffnet werden. Bei einem hohen Druck ist beispielsweise der Volumenstrom durch die zweite Fluidverbindung groß, sodass dieser behindert wird und nur ein verhältnismäßig kleiner Differenzdruck zwischen dem Zuströmraum und der Druckkammer ausbilden kann, sodass sich das Tellerventil weniger stark öffnet. Dadurch kann bei hohen Druckunterschieden zwischen Zuströmraum und Abströmraum und damit verbundenen hohen Volumenströmen ein Öffnungsquerschnitt des Impaktors begrenzt werden, sodass die hohe Druckdifferenz ausgenutzt werden kann, um bessere Abscheideraten im Impaktor zu erzielen. Darüber hinaus ergeben sich günstige Eigenschaften bei dynamischen Druckverhältnissen, wie sie bei Brennkraftmaschinen sehr häufig auftreten. Die Querschnitte der beiden Fluidverbindungen bestimmen dabei den sich in der Druckkammer einstellenden Druck, sodass durch Variation der Querschnitte der ersten oder der zweiten Fluidverbindung das Öffnungsverhalten des Tellerventils und damit die Kennlinie des Impaktors beeinflusst werden kann.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass die erste Fluidverbindung durch mindestens eine Durchgangsöffnung in dem Ventilteller gebildet ist. Der Ventilteller begrenzt den Zuströmraum, sodass durch die Durchgangsöffnung in dem Ventilteller die Fluidverbindung von dem Zuströmraum zu der Druckkammer sehr einfach gebildet werden kann.
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Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Ventilteller mehrere Durchgangsöffnungen zu der Druckkammer aufweist. Auf diese Weise kann leicht der Gesamtquerschnitt der Fluidverbindung, welche durch die Durchgangsöffnungen gebildet ist, beeinflusst beziehungsweise verändert werden. Dadurch kann das Verhalten des Impaktors beeinflusst werden.
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Eine weitere besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass die erste Fluidverbindung zumindest durch einen Kanal gebildet ist, der sich von dem Zuströmraum des Impaktors zu der Druckkammer erstreckt. Besonders günstig ist es, wenn der Kanal den Ventilteller umgeht. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften des Ventiltellers unbeeinflusst bleiben, sodass der eigentliche Impaktoraufbau aus Strömungsspalt und Prallplatten nicht durch die erste Fluidverbindung gestört wird.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass an dem Ventilteller eine Führungsstange angeordnet ist, mit welcher der Ventilteller geführt ist, und das die Führungsstange durch ein Rohr gebildet ist, welches die erste Fluidverbindung zumindest teilweise bildet. Eine solche Führungsstange ist in der Regel vorgesehen, um den Ventilteller definiert zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung hin und her bewegen zu können. Des Weiteren greift üblicherweise die Feder, welche den Ventilteller in Schließrichtig mit einer Kraft beaufschlagt an der Führungsstange an. Wenn nun die Führungsstange durch ein Rohr gebildet ist und dadurch die erste Fluidverbindung zumindest teilweise gebildet ist, wird die erste Fluidverbindung bereitgestellt, ohne dafür viel zusätzlichen Platz zu verwenden. Folglich ist dadurch eine besonders kompakte Bauweise möglich.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die zweite Fluidverbindung durch eine Ablassöffnung in der Druckkammer gebildet ist. So kann in einfacher Weise die zweite Fluidverbindung zwischen der Druckkammer und dem Abströmraum hergestellt werden.
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Eine günstige Variante sieht vor, dass der Impaktor ein napfförmiges Element aufweist, welches das Tellerventil zumindest teilweise umgibt, zumindest eine der Prallplatten trägt und die Druckkammer begrenzt, und dass die Ablassöffnung in einem Boden des napfförmigen Elements angeordnet ist. Dadurch muss nur eine Wand, nämlich der Boden, von der Ablassöffnung durchbrochen werden, um die zweite Fluidverbindung zu bilden. Somit ergibt sich dadurch eine besonders einfache Realisierung der zweiten Fluidverbindung. Vorzugsweise ist das napfförmige Element in der Einbaulage auf dem Kopf angeordnet, sodass abgeschiedenes Öl nach unten aus dem napfförmigen Element ablaufen kann. Besonders bevorzug weist das napfförmige Element eine zylinderförmige Wand und den Boden auf, wobei die zylinderförmige Wand zumindest eine der Prallplatten trägt.
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Eine besonders günstige Variante sieht vor, dass an dem Ventilteller ein Dorn angeordnet ist, der in die Ablassöffnung eingreift, wenn sich das Tellerventil öffnet. Es versteht sich, dass der Eingriff des Dorns in die Ablassöffnung auf dem Weg zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung geschieht. Ab dem Moment beziehungsweise der Stellung, in welcher der Dorn beginnt in die Ablassöffnung einzugreifen verringert sich der Strömungsquerschnitt der Ablassöffnung, sodass sich auch das Verhältnis der Querschnitte der ersten Fluidverbindung zu der zweiten Fluidverbindung ändert und damit der Druck in der Druckkammer beeinflusst wird. Das Eingreifen und der damit verbundenen Verringerung des Querschnitts der Ablassöffnung führt zu einem erhöhten Druck in der Druckkammer, sodass das Tellerventil zusätzlich mit Kraft in Schließrichtung des Tellerventils beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann das Tellerventil bei hohen Drücken eine härtere Öffnungskennlinie aufweisen, als bei mittleren Drücken. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn ein aktives System zur Kurbelgehäuseentlüftung verwendet wird.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass ein eingangsseitiger Druck an einer dem Ventilsitz zugewandten Seite des Ventiltellers an dem Ventilteller anliegt und dass das Trennelement den Ventilteller von einer dem Ventilsitz abgewandten Seite mit einer Kraft beaufschlagt. Dadurch bewirkt der eingangsseitige Druck, also der Druck in der Zuströmkammer, eine Druckkraft in einer Öffnungsrichtung des Tellerventils. Der Druck in der Druckkammer bewirkt eine Druckkraft in Schließrichtung des Tellerventils. Das Tellerventil öffnet sich folglich abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem eingangsseitigen Druck und dem Druck in der Druckkammer.
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Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das Trennelement durch eine Membran gebildet ist, und dass die Membran an einer dem Ventilsitz abgewandten Seite des Ventiltellers an dem Ventilteller anliegt und/oder dass die Membran mit dem Ventilteller verbunden ist. Dadurch kann die Membran die durch den Druck in der Druckkammer ausgeübte Druckkraft leicht auf den Ventilteller übertragen.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das Trennelement durch eine Membran gebildet ist, und dass der Ventilteller in die Membran integriert ist. Auch auf diese Weise kann die Druckkraft der Druckkammer über die Membran, also das Trennelement, auf den Ventilteller, übertragen werden.
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Die Membran besteht üblicherweise aus einem elastischen, vorzugweise gummielastischen Material.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Trennelement durch ein in einem Zylinder angeordneten Kolben oder eine Platte gebildet ist. Das Trennelement kann direkt an dem Ventilteller anliegen, integral mit diesem ausgebildet sein oder über ein Koppelelement mit dem Ventilteller verbunden sein.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass der Impaktor mindestens drei Arbeitsbereiche aufweist, wobei in einem ersten Arbeitsbereich ein Strömungsquerschnitt des Impaktors konstant ist, wobei in einem zweiten Arbeitsbereich der Strömungsquerschnitt des Impaktors mit steigender Druckdifferenz zwischen dem Zuströmraum und dem Abströmraum des Impaktors zunimmt und wobei in einem dritten Arbeitsbereich der Strömungsquerschnitt des Impaktors mit steigender Druckdifferenz weniger stark zunimmt als im zweiten Arbeitsbereich. Der Impaktor ist dadurch derart ausgebildet, dass er unter verschiedenen Betriebsbedingungen optimal funktioniert. So kann der Impaktor beispielsweise gewährleisten, dass bei relativ geringen Druckdifferenzen dennoch ein ausreichend hoher Volumenstrom durch den Impaktor strömen kann, und bei höheren Druckdifferenzen, welche beispielsweise durch eine zusätzliche Fördereinrichtung erzielt werden kann, eine bessere Abscheiderate erzielen kann.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass für die Düsen und das Tellerventil eine gemeinsame Prallplatte vorgesehen ist, welche zylinderförmig ausgebildet ist und die Düsen und den Strömungsspalt des Tellerventils radial umgibt. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauweise des Impaktors erzielt 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 Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
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2 eine Schnittdarstellung eines Impaktors gemäß einer ersten Ausführungsform,
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3 eine Schnittdarstellung durch den Impaktor aus 2, wobei eine größere Druckdifferenz zwischen einem Zuströmraum und einem Abströmraum des Impaktors vorliegt,
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4 eine Schnittdarstellung durch einen Impaktor gemäß einer zweiten Ausführungsform
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5 eine Schnittdarstellung durch einen Impaktor gemäß einer dritten Ausführungsform,
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6 eine Schnittdarstellung durch einen Impaktor gemäß einer vierten Ausführungsform,
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7 eine Schnittdarstellung durch einen Impaktor gemäß einer fünften Ausführungsform, und
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8 eine Schnittdarstellung durch den Impaktor aus 7, wobei eine höhere Druckdifferenz zwischen dem Zuströmraum und dem Abströmraum anliegt.
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Eine in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 wird beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet. Die Brennkraftmaschine 10 ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine mit einer Aufladeeinrichtung 12, insbesondere einem Turbolader 14 ausgebildet. Um Blow-By-Gase, die sich in einem Kurbelgehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 ansammeln, abzuführen, weist die Brennkraftmaschine 10 eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 auf. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 weist eine Saugleitung 20 auf, welche die Blow-By-Gase von dem Kurbelgehäuse 16 bis zu einem Ansaugtrakt 22 der Brennkraftmaschine leitet. In der Saugleitung 20 ist ein Ölnebelabscheider 24, der insbesondere als Impaktor 26 ausgebildet ist, vorgesehen. Des Weiteren ist in der Saugleitung 20 eine Pumpvorrichtung 28, die insbesondere als Saugstrahlpumpe 30 ausgebildet ist, vorgesehen.
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Die Saugstrahlpumpe 30 wird vorzugsweise mit komprimierter Ladeluft des Turboladers 14 oder der Aufladeeinrichtung 12 angetrieben und erzeugt dadurch einen Unterdruck, mit welchem die Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse 16 abgesaugt werden können. Dadurch steht an dem Ölnebelabscheider 24 eine größere Druckdifferenz für die Abscheidung des Ölnebels aus dem Blow-By-Gas zur Verfügung. Dadurch kann die Abscheiderate verbessert werden.
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Der Ölnebelabscheider 24 ist als Impaktor 26 ausgebildet. Ein solcher Ölnebelabscheider 24 arbeitet trägheitsbasiert. Ein solcher trägheitsbasierter Ölnebelabscheider 24 ist auch zur Abscheidung anderer Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser geeignet. Der Ölnebelabscheider 24 nutzt die unterschiedlichen Dichten der Öltröpfchen im Vergleich zu der Dichte des Gases, welches die Öltröpfchen trägt, also das Blow-By-Gas, um die Öltröpfchen aus dem Gas abzuscheiden. Üblicherweise wird eine Gastströmung erzeugt, welche umgelenkt wird. Die Öltröpfchen können aufgrund der höheren Dichte der Umlenkung nicht so gut folgend, sodass sie an den Rand der Strömung getrieben werden und gegebenenfalls auf eine Platte treffen, an der sie sich anlagern.
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Der Impaktor 26 weist mindestens eine Düse 32 und eine der Düse 32 gegenüberliegende Prallplatte 34 auf. Die zu reinigende Gasströmung, beispielsweise das Blow-By-Gas, wird durch die mindestens eine Düse 32 geleitet, der gegenüber die Prallplatte 34 angeordnet ist. Dadurch wird die Gasströmung unmittelbar nach der Düse umgelenkt. Durch die Düse 32 erhält die Gasströmung eine hohe Geschwindigkeit, sodass die Öltröpfchen der Umlenkung durch die Prallplatte 34 nicht folgend können und auf die Prallplatte 34 treffen und dort hängen bleiben und somit aus der Gasströmung abgeschieden werden.
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Um den Arbeitsbereich des Impaktors 26 zur erweitern weist der Impaktor ein Tellerventil 36 auf, welches durch eine Feder 38 in eine Schließrichtung federbelastet ist. Unter gewissen später noch zu erläuternden Voraussetzungen öffnet sich das Tellerventil 36 und bildet einen Strömungsspalt 40 durch den ein Teil der Gasströmung strömen kann. Durch die Verengung an dem Strömungsspalt 40 wird die Gasströmung ebenfalls beschleunigt. Dadurch kann durch eine Anordnung einer weiteren Prallplatte 35 ebenfalls eine Umlenkung der Gasströmung erzielt werden, sodass auch mit Hilfe des Strömungsspaltes 40 Öltröpfchen aus dem Blow-By-Gas abgeschieden werden können.
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Vorzugsweise sind die Düsen 32 und das Tellerventil 36 derart angeordnet, dass eine gemeinsame Prallplatte 34 vorgesehen ist, die sowohl gegenüber der Düsen 32 als auch gegenüber des Strömungsspaltes 40 angeordnet ist, sodass mit dieser einen gemeinsamen Prallplatte 34 alle Gasströmungen durch die Düsen 32 und den Strömungsspalt 40 umgelenkt werden können.
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Die Prallplatte 34 kann vorzugsweise mit einem Flies oder einem porösen Material ausgestattet sein, das die Anhaftung des Öls an der Prallplatte 34 und damit die Abscheidung der Öltröpfchen und der Blow-By-Gasströmung verbessert.
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Der Impaktor 26 weist einen Innenzylinder 42 auf, der einen Zuströmraum 44 der Impaktors 26 umschließt. In einem Kopfbereich 46 des Innenzylinders 42 sind die Düsen 32 und das Tellerventil 36 angeordnet. Folglich ist der Zuströmraum 44 stromauf der Düsen 32 und des Strömungsspaltes 40 angeordnet. Die Düsen 32 sind vorzugsweise in dem Kopfbereich 46 in einer zylinderförmigen Wand 48 des Innenzylinders 42 angeordnet, sodass die Blow-By-Gas-Strömung radial nach außen durch die Düsen 32 treten kann. Entsprechend ist die Prallplatte 34 zylinderförmig ausgebildet und umgibt den Kopfbereich 46 des Innenzylinders 42.
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An einer Stirnseite 50 des Innenzylinders 42, die den Kopfbereich 46 des Innenzylinders abschließt, ist das Tellerventil 36 ausgebildet. Der Innenzylinder 42 weist dazu an der Stirnseite 50 eine zentrale Führungsöffnung 52 auf, durch welche ein Führungsstange 54 greift. An dem Führungsstange 54 ist an einem außerhalb des Innenzylinders 42 liegenden Ende ein Ventilteller 56 befestigt. An einem in dem Innenzylinder 42 liegenden Ende ist ein Halteelement 58 angeordnet, an welchem die Feder 38 anliegt, um die Führungsstange 54 und damit den Ventilteller 56 in eine Schließstellung 60 zu ziehen oder zu drücken.
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In der Schließstellung 60 liegt der Ventilteller 56 an der Stirnseite 50 des Innenzylinders 42 und verschließt dadurch stirnseitige Öffnungen 62 in der Stirnseite 50 des Innenzylinders. Die Stirnseite 50 des Innenzylinders bildet folglich einen Ventilsitz 63 des Tellerventils 36. In einer Offenstellung 64 ist der Ventilteller 56 von der Stirnseite 50, also von dem Ventilsitz 63 abgehoben, sodass die stirnseitigen Öffnungen 62 nicht mehr durch den Ventilteller 56 abgedeckt sind. Es bildet sich dadurch der Strömungsspalt 40, der sich ringförmig zwischen der Stirnseite 50 des Innenzylinders 42 und dem Ventilteller 56 erstreckt.
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Durch die Anordnung der Prallplatte 34, wie bereits beschrieben, ist auch die Prallplatte 34 dem Strömungspalt 40 gegenüber angeordnet.
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Die stirnseitigen Öffnungen 62 bewirken, dass ein Druck in dem Zuströmraum an dem Ventilteller 56 anliegt. Der Druck in dem Zuströmraum 44 erzeugt dadurch eine Kraft auf den Ventilteller 56, welche den Ventilteller 56 in die Offenstellung 64 drückt. Wenn diese Druckkraft die Kraft der Feder 38 überschreitet, öffnet sich also das Tellerventil 36 und bildet dadurch den Strömungsspalt 40. Durch das Öffnen des Strömungsspaltes 40 wird ein Strömungsquerschnitt des Impaktors 26 vergrößert.
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Dadurch kann erreicht werden, dass bei steigendem Volumenstrom die Druckdifferenz zwischen einem Zuströmraum 44 und einem Abströmraum 66 des Impaktors nicht zu groß wird, sodass ein maximal zulässiger Druck im Kurbelgehäuse 16 nicht überschritten wird.
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Bei der Verwendung der Pumpvorrichtung 28, die als Saugstrahlpumpe 30 einen Unterdruck erzeugt, können allerdings größere Druckdifferenzen geduldet werden, als ohne die Pumpvorrichtung. Durch den erzeugten Unterdruck kann der Druck in dem Kurbelgehäuse 16 trotzdem niedrig gehalten werden. Daher ist vorgesehen, den Impaktor derart auszubilden, dass bei noch höheren Volumenströmen sich der Strömungsquerschnitt des Impaktors weniger stark vergrößert. Dadurch kann auch vermieden werden, dass der Druck im Kurbelgehäuse 16 zu stärk abfällt.
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Dies wird dadurch erreicht, dass eine Druckkammer 68 vorgesehen ist. Die Druckkammer 68 ist derart angeordnet, dass ein Druck in der Druckkammer 68 den Ventilteller 56 in Richtung der Schließstellung 60 mit einer Druckkraft beaufschlagt. Insbesondere ist die Druckkammer 68 an einer Seite des Ventiltellers 56 angeordnet, die dem Innenzylinder 42 abgewandt ist.
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Die Druckkammer 68 wird durch ein Trennelement 70 von dem Zuströmraum 44 und dem Abströmraum 66 getrennt, sodass sich ein eigener Druck in der Druckkammer 68 ausbilden kann. Die Druckkraft, welche durch den Druck in der Druckkammer 68 auf den Ventilteller 56 ausgeübt wird, konkurriert zusammen mit der Federkraft durch die Feder 38 gegen die Druckkraft durch den Druck im Zuströmraum 44. Dadurch kann durch eine Erhöhung des Drucks in der Druckkammer 68 das Öffnen des Tellerventils 36 verringert werden.
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Das Trennelement 70 kann beispielsweise durch eine Membran 71 gebildet sein, welche an dem Ventilteller 56 anliegt. Dadurch kann die Druckkraft, welche der Druck in der Druckkammer 68 erzeugt, günstig auf den Ventilteller 56 übertragen werden. Vorzugsweise liegt die Membran 71 an der dem Ventilsitz 63 des Tellerventils 36 abgewandten Seite des Ventiltellers 56 an dem Ventilteller 56 an. Für eine beidseitige Kraftübertragung kann vorgesehen sein, dass die Membran 71 mit dem Ventilteller 56 verbunden ist.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann der Ventilteller 56 auch in die Membran 71 integriert sein. Beispielsweise kann die Membran 71 ringförmig ausgebildet sein, wobei dann die zentrale Öffnung der Membran 71 durch den Ventilteller 56 verschlossen ist.
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Der Impaktor 26 weist eine erste Fluidverbindung 72 auf, welche die Druckkammer 68 mit dem Zuströmraum 44 verbindet. Der Zuströmraum 44 liegt stromauf der Düsen 32 und des Tellerventils 36, sodass im Zuströmraum 44 ein eingangsseitiger Druck anliegt. In der Regel ist dies der Druck, der im Kurbelgehäuse 16 herrscht.
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Des Weiteren weist der Impaktor 26 eine zweite Fluidverbindung 74 auf, welche die Druckkammer 68 mit dem Abströmraum 66 verbindet. Der Abströmraum 66 liegt stromab der Düsen 32 und des Tellerventils 36, sodass im Abströmraum 66 ein ausgangsseitiger Druck anliegt. Der Druck im Abströmraum 66 ist im Wesentlichen durch die Pumpleistung der Saugstrahlpumpe 30 bestimmt. Der Druck im Abströmraum 66 kann also auch unterhalb des Umgebungsdrucks liegen.
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Durch die erste Fluidverbindung 72 und die zweite Fluidverbindung 74 stellt sich in der Druckkammer 68 ein Zwischendruck ein. Der Druck, der sich in der Druckkammer 68 einstellt, lässt sich insbesondere durch die Querschnitte der ersten Fluidverbindung 72 und der zweiten Fluidverbindung 74 einstellen. Insbesondere führt ein größerer Querschnitt der zweiten Fluidverbindung 74 zu einem geringeren Druck in der Druckkammer 68 und ein größerer Querschnitt der ersten Fluidverbindung 72 führt zu einem größeren Druck in der Druckkammer 68.
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Auf diese Weise kann durch die Wahl der Strömungsquerschnitte der ersten Fluidverbindung 72 und der zweiten Fluidverbindung 74, insbesondere der Verhältnisse der beiden Strömungsquerschnitte, der sich einstellende Druck in der Druckkammer 68 beeinflusst werden, sodass das Öffnungsverhalten des Tellerventils 36 eingestellt werden kann. Insbesondere kann dadurch eingestellt werden, dass bei hohen Differenzdrücken, also wenn die Saugstrahlpumpe 30 eine hohe Saugleistung hat, sich das Tellerventil 36 weniger stark öffnet, sodass an dem Impaktor eine höhere Druckdifferenz anliegt, die für eine bessere Abscheiderate der Öltröpfchen aus der Blow-By-Gas-Strömung genutzt werden kann.
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Der Impaktor 26 weist drei Arbeitsbereiche auf. In einem ersten Arbeitsbereich, bei niedrigen Volumenströmen, bliebt das Tellerventil 36 geschlossen und dadurch der Strömungsquerschnitt des Impaktors 26 konstant. In einem zweiten Arbeitsbereich, bei mittleren Volumenströmen, öffnet sich das Tellerventil 36, wodurch der Strömungsquerschnitt des Impaktors 26 zunimmt. Das Tellerventil öffnet sich mit steigender Druckdifferenz zwischen dem Zuströmraum 44 und dem Abströmraum 66. In einem dritten Arbeitsbereich nimmt der Strömungsquerschnitt des Impaktors weniger stark zu als im zweiten Arbeitsbereich.
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Beispielsweise ist die erste Fluidverbindung 72 durch mindestens eine Durchgangsöffnung 76 in dem Ventilteller 56 gebildet. Die Durchgangsöffnung 76 greift dabei sowohl durch den Ventilteller 56 als auch durch die Membran 71. Dadurch kann Blow-By-Gas aus dem Innenzylinder 42 und damit aus dem Zuströmraum 44 in die Druckkammer 68 strömen.
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Die zweite Fluidverbindung 74 ist durch eine Ablassöffnung 78 gebildet, welche eine die Druckkammer 68 begrenzende Wand 80 durchgreift und dadurch die Druckkammer 68 mit dem Abströmraum 66 verbindet.
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Vorzugsweise ist die Wand 80 durch einen Boden 82 eines napfförmigen Elements 84 gebildet. Das napfförmige Element 84 weist eine Zylinderwand 86 auf, an deren Innenseite die Prallplatte 34 gebildet ist. Der Boden 82 verschließt das napfförmige Element 84 einseitig. Das napfförmige Element 84 ist über den Kopfbereich 46 des Innenzylinders 42 gestülpt. Dadurch liegt die Prallplatte 34 derart, dass sie die Düsen 32 und den Strömungsspalt 40 umschließt.
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In Einbaulage ist das napfförmige Element 84 auf den Kopf gestellt, das heißt, der Boden 82 liegt in Schwerkraftrichtung oben. Dadurch kann Öl, welches sich an der Prallplatte 34 niedergeschlagen hat, aus dem napfförmigen Element 84 laufen.
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Eine in 4 dargestellt zweite Ausführungsform des Impaktors 26 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsformen des Impaktors 26 dadurch, dass der Führungsstange 54, mit welchem der Ventilteller 56 geführt ist, durch ein Rohr 75 gebildet ist und dass dieses Rohr 75 die erste Fluidverbindung 72 von dem Zuströmraum 44 zu der Druckkammer 68 bildet.
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Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte zweite Ausführungsform des Impaktors 26 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors 26 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 5 dargestellte dritte Ausführungsform des Impaktors 26 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors 26 dadurch, dass die ersten Fluidverbindung 72 durch einen Kanal 88 gebildet ist, welcher sich von dem Zuströmraum 44 zu dem Abströmraum 66 erstreckt. Der Kanal 88 erstreckt sich dabei von der zylinderförmigen Wand 48 des Innenzylinders 42 in einem Mittenbereich 90 des Innenzylinders 42 aus zunächst radial nach außen. Danach erstreckt sich der Kanal 88 um die Zylinderwand 86 des napfförmigen Elements 84 herum und durchstößt daraufhin den Boden 82 des napfförmigen Elements 84. Auf diese Weise umgeht der Kanal 88 den Bereich des Tellerventils 36, der Düsen 32 und der Prallplatte 34. Auf diese Weise wird der Mechanismus beziehungsweise die Funktionsweise des Impaktors durch den Kanal 88 nicht gestört.
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Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte dritte Ausführungsform des Impaktors 26 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors 26 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 6 dargestellte vierte Ausführungsform des Impaktors 26 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors dadurch, dass die erste Fluidverbindung 72 durch mehrere, beispielsweise vier Rohre 92 gebildet ist, welche den Ventilteller 56 durchgreifen und sich durch die stirnseitigen Öffnungen 62 des Innenzylinders 42 erstrecken. Dadurch ragen die Rohre 92 in den Zuströmraum 44 hinein und bilden damit die erste Fluidverbindung 72 zwischen dem Zuströmraum 44 und der Druckkammer 68.
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Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte vierte Ausführungsform des Impaktors 26 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors 26 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in den 7 und 8 dargestellte fünfte Ausführungsform des Impaktors 26 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors dadurch, dass an dem Ventilteller 56 ein Dorn 94 angeordnet ist, welcher in der Offenstellung 64 in die Ablassöffnung 78 eingreift. Dadurch verringert sich der Strömungsquerschnitt der zweiten Fluidverbindung 74, wenn sich das Tellerventil 36 in der Offenstellung 64 befindet. Es versteht sich, dass der Dorn 94 in einer Stellung zwischen der Schließstellung 60 und der Offenstellung 64 in die Ablassöffnung 78 eingreift und dadurch in dieser Zwischenstellung bereits den Querschnitt der Ablassöffnung 78 und damit den Strömungsquerschnitt der zweiten Fluidverbindung verringert.
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Mit dem Eingreifen des Dorns 94 verändern sich die Verhältnisse der Strömungsquerschnitte zwischen der ersten Fluidverbindung 72 und der zweiten Fluidverbindung 74. Dadurch steigt der Druck in der Druckkammer 68 an. Auf diese Weise wird die Kennlinie des Impaktors 26 beeinflusst, sodass ein gewünschtes Verhalten des Impaktors 26 erzielt werden kann.
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Es versteht sich, dass der Dorn 94 abgerundet oder angespitzt oder flach ausgebildet sein kann, dadurch kann die Wirkung des Dorns auf den Strömungsquerschnitt der zweiten Fluidverbindung 74 angepasst werden. Bei einem spitzen Dorn 94 beispielsweise verringert sich der Strömungsquerschnitt der zweiten Fluidverbindung 74 langsamer als bei einem abgeflachten Dorn 94.
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Im Übrigen stimmt die in 7 und 8 dargestellte fünfte Ausführungsform des Impaktors 26 mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Impaktors 26 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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