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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung.
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Eine Brennkraftmaschine umfasst üblicherweise einen Motorblock, der mindestens einen Zylinder enthält, in dem ein Kolben hubverstellbar angeordnet ist. An den Motorblock schließt in der Regel unten ein Kurbelgehäuse an, in dem eine mit dem jeweiligen Kolben antriebsverbundene Kurbelwelle angeordnet ist. Eine Frischluftanlage dient zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder. Eine Abgasanlage dient zum Abführen von Abgas vom jeweiligen Zylinder.
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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine tritt Verbrennungsabgas aufgrund unvermeidlicher Leckagen zwischen Zylinder und Kolben in das Kurbelgehäuse ein, so genanntes Blow-by-Gas. Um einen unerwünschten Druckanstieg im Kurbelgehäuse zu vermeiden, kommt eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Einsatz, mit der das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abgeführt und vorzugsweise der Frischluftanlage zugeführt wird. Bei einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftung ist eine zugehörige Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer Fördereinrichtung oder Pumpeinrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse angesaugt werden kann. Moderne Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen sind außerdem mit einem Ölabscheider ausgestattet, mit dessen Hilfe im Blow-by-Gas mitgeführtes Öl abgeschieden und bspw. einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine rückgeführt werden kann.
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Die bei einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftung zum Einsatz kommende Fördereinrichtung kann bspw. als Gebläse oder Pumpe oder Verdichter ausgestaltet sein. Insbesondere kann eine solche Fördereinrichtung somit in einem Gehäuse, das als Stator wirkt, einen Rotor enthalten, der im Betrieb der Fördereinrichtung rotiert und dabei die erwünschte Förderleistung oder Pumpleistung erzeugt. Zum Antreiben einer derartigen Fördereinrichtung kann ein geeigneter Antrieb, bspw. ein Elektroantrieb, vorgesehen sein. Die Menge des während des Betriebs der Brennkraftmaschine anfallenden Blow-by-Gases korreliert einerseits mit der aktuellen Motorleistung oder Motorlast der Brennkraftmaschine und andererseits mit der aktuellen Motordrehzahl der Brennkraftmaschine bzw. mit der Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Damit bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine ausreichende Absaugung von Blow-by-Gas gewährleistet werden kann, wird die Fördereinrichtung üblicherweise auf die maximale Motorleistung bei maximaler Drehzahl ausgelegt. Hierdurch baut die Fördereinrichtung vergleichsweise groß, benötigt also relativ viel Einbauraum. Desweiteren wird die Fördereinrichtung dadurch vergleichsweise teuer.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine preiswerte Realisierbarkeit der Kurbelgehäuseentlüftung auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung in einem vom Kurbelgehäuse zur Frischluftanlage führenden Blow-by-Gas-Pfad eine konventionelle Fördereinrichtung, die bspw. mit einem Elektroantrieb ausgestattet sein kann, und zusätzlich eine Saugstrahlpumpe in Reihe anzuordnen. Diese Reihenschaltung von Fördereinrichtung und Saugstrahlpumpe bewirkt, dass das Blow-by-Gas im Blow-by-Gas-Pfad nacheinander die Fördereinrichtung und die Saugstrahlpumpe durchströmt. Zum Antreiben der Saugstrahlpumpe ist außerdem ein Treibmittelpfad vorgesehen, der die Saugstrahlpumpe mit der Frischluftanlage verbindet, und zwar auf der Druckseite eines in der Frischluftanlage angeordneten Verdichters zum Komprimieren der Frischluft. Mit anderen Worten, der Saugstrahlpumpe wird als Treibmittel Ladeluft zugeführt. Bei Teillast der Brennkraftmaschine besitzt die Ladeluft nur wenig Überdruck, so dass die Saugstrahlpumpe nur vergleichsweise wenig Förderleistung zum Ansaugen von Blow-by-Gas besitzt. Allerdings fällt bei Teillast nur vergleichsweise wenig Blow-by-Gas an, so dass die Förderleistung der Fördereinrichtung ausreicht, die erforderliche Menge an Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abzusaugen. Bei Volllast der Brennkraftmaschine fällt jedoch mehr Blow-by-Gas an, als die Fördereinrichtung absaugen kann. Bei Volllast ist der Druck der Ladeluft jedoch vergleichsweise hoch, so dass die Saugstrahlpumpe eine hohe Förderleistung bzw. Saugleistung besitzt, um ausreichend Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse absaugen zu können. Somit lassen sich große Mengen an Blow-by-Gas mit Hilfe der Saugstrahlpumpe absaugen, während kleinere Mengen an Blow-by-Gas mit Hilfe der Fördereinrichtung abgesaugt werden können, wenn die Saug- bzw. Förderleistung der Saugstrahlpumpe dazu nicht ausreicht. Somit lässt sich einerseits durch die Kombination von Saugstrahlpumpe und Fördereinrichtung stets eine ausreichende Absaugung von Blow-by-Gas erreichen, während andererseits die Fördereinrichtung deutlich kleiner dimensioniert werden kann, da sie nur für vergleichsweise kleine Mengen an Blow-by-Gas ausgelegt werden muss. Die großen Mengen an Blow-by-Gas werden vorwiegend von der Saugstrahlpumpe abgesaugt. Somit lässt sich die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung insgesamt preiswerter realisieren, obwohl sie ein zusätzliches Bauteil, nämlich die Saugstrahlpumpe enthält.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftung kann darin gesehen werden, dass für das Betreiben der Fördereinrichtung keine aufwendige Steuerung und/oder Regelung erforderlich ist. Insbesondere kann die Fördereinrichtung bei variierenden Betriebszuständen permanent eingeschaltet bleiben, da die Saugstrahlpumpe abhängig vom Ladedruck automatisch bei Bedarf zugeschaltet wird, so dass sich dann die Saugleistung der Saugstrahlpumpe mit der Saugleistung der Fördereinrichtung überlagert.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Saugstrahlpumpe im Blow-by-Gas-Pfad stromab des Ölabscheiders angeordnet. Somit wird der Saugstrahlpumpe vom Öl gereinigtes Blow-by-Gas zugeführt, wodurch eine Verunreinigung der Saugstrahlpumpe mit Öl vermieden werden kann.
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Zweckmäßig ist die Saugstrahlpumpe im Blow-by-Gas-Pfad stromab der Fördereinrichtung angeordnet, um die Fördereinrichtung für kleinere Volumenströme auslegen zu können.
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Vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform, bei welcher der Ölabscheider im Blow-by-Gas-Pfad stromab der Fördereinrichtung und stromauf der Saugstrahlpumpe angeordnet ist. Stromab der Fördereinrichtung, also auf der Druckseite der Fördereinrichtung steht in Regel mehr Druckdifferenz zum Betreiben des Ölabscheiders zur Verfügung, was dessen Abscheidewirkung verbessert. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher der Ölabscheider stromauf der Fördereinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall kann auch hier eine Verunreinigung der Fördereinrichtung mit Öl vermieden werden.
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Bevorzugt ist der Blow-by-Gas-Pfad stromauf des Verdichters an die Frischluftanlage fluidisch angeschlossen. Stromauf des Verdichters herrscht in der Regel ein geringer Druck, der sich für die Einleitung des Blow-by-Gases eignet.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Frischluftanlage stromab des Verdichters eine Drosseleinrichtung zum Drosseln der Frischluftzuführung zum jeweiligen Zylinder aufweist. In diesem Fall handelt es sich bei der Brennkraftmaschine bevorzugt um einen Ottomotor. Bei Teillast kann die Drosseleinrichtung die Frischluftzuführung zu den Zylindern entsprechend dem Luftbedarf drosseln. Vorteilhaft ist der der Treibmittelpfad stromauf der Drosseleinrichtung an die Frischluftanlage angeschlossen. Stromauf der Drosseleinrichtung steht der Ladedruck ungedrosselt zur Verfügung.
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Besonders vorteilhaft ist nun eine Weiterbildung, bei welcher der Blow-by-Gas-Pfad stromab der Saugstrahlpumpe eine Abzweigstelle aufweist, in welcher sich der Blow-by-Gas-Pfad in einen Niederdruckzweig und in einen Hochdruckzweig aufzweigt. Der Niederdruckzweig ist stromauf des Verdichters an die Frischluftanlage angeschlossen, während der Hochdruckzweig stromab der Drosseleinrichtung an die Frischluftanlage angeschlossen ist. Bei Volllast kann nun der maximale Ladedruck zum Antreiben der Saugstrahlpumpe genutzt werden, um das Gemisch der Frischluftanlage über den Niederdruckzweig zuzuführen. Bei Teillast dagegen, kann die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung zum Ansaugen des Blow-by-Gases genutzt werden. Zur Vermeidung eines Durchschlags von Ladeluft in das Kurbelgehäuse über die Kurbelgehäuseentlüftung kann einerseits vorgesehen sein, dass der Niederdruckzweig ein Niederdruck-Rückschlagsperrventil aufweist, das in Richtung zur Abzweigstelle sperrt, während andererseits der Hochdruckzweig ein Hochdruck-Rückschlagsperrventil aufweisen kann, das in Richtung zur Abzweigstelle sperrt.
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Zweckmäßig kann der Blow-by-Gas-Pfad in einen Rohgaspfad und einen Reingaspfad unterteilt sein. Während der Rohgaspfad vom Kurbelgehäuse zum Gaseinlass der Fördereinrichtung und vom Gasauslass der Fördereinrichtung zum Rohgaseinlass des Ölabscheiders führt, führt der Reingaspfad vom Reingasauslass des Ölabscheiders zum Arbeitsmitteleinlass der Saugstrahlpumpe und vom Gemischauslass der Saugstrahlpumpe zur Frischluftanlage.
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Die einzelnen Pfade lassen sich dadurch einfacher durch separate Leitungen und Leitungsabschnitte realisieren. Ferner vereinfacht sich die Einbindung der einzelnen Komponenten in den jeweiligen Pfad.
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Eine andere Ausführungsform schlägt einen Ölrücklaufpfad vor, der vom Ölauslass des Ölabscheiders zu einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine führt. Beispielsweise ist innerhalb des Kurbelgehäuses ein derartiger Ölsumpf enthalten. Zweckmäßig befindet sich der Ölsumpf in einer Ölwanne, die das Kurbelgehäuse an einer vom Motorblock abgewandten Seite abschließt.
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Im Treibmittelpfad kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ein Rückschlagsperrventil angeordnet sein, das eine Rückströmung von der Saugstrahlpumpe zur Frischluftanlage sperrt, während es eine Strömung von der Frischluftanlage zur Saugstrahlpumpe zulässt. Hierdurch kann eine unerwünschte Strömungsführung vermieden werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Rückschlagsperrventil die Strömung von der Frischluftanlage zur Saugstrahlpumpe gegen eine Schließdruckfeder zulassen, die ein Ventilglied des Rückschlagsperrventils in dessen Sperrstellung vorspannt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass über den Treibmittelpfad nur dann Treibmittel zur Saugstrahlpumpe gelangt, wenn der Druck in der Ladeluft ausreichend hoch ist, um die Saugstrahlpumpe zum Absaugen größerer Mengen an Blow-by-Gas betreiben zu können. Für die anderen Betriebszustände, in denen der Ladedruck zu gering ist und dementsprechend das Rückschlagsperrventil seine Sperrstellung einnimmt, ist durch die fehlende Zuströmung von Treibmittel der Durchströmungswiderstand der Saugstrahlpumpe für das Blow-by-Gas signifikant reduziert, so dass die Fördereinrichtung bei diesen Betriebszuständen nur gegen einen vergleichsweise geringen Gegendruck arbeitet. Hierdurch lässt sich der am Ölabscheider bereitstellbare Differenzdruck erhöhen, was die Abscheidewirkung verbessert.
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Bei einer anderen Ausführungsform können der Ölabscheider und die Fördereinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, das einen Gehäuseeinlass, einen ersten Gehäuseauslass und einen zweiten Gehäuseauslass aufweist. Der Gehäuseeinlass ist durch den Gaseinlass der Fördereinrichtung gebildet. Der erste Gehäuseauslass ist durch den Reingasauslass des Ölabscheiders gebildet. Der zweite Gehäuseauslass ist durch den Ölauslass des Ölabscheiders gebildet. Im Inneren des Gehäuses sind der Gasauslass der Fördereinrichtung und der Rohgaseinlass des Ölabscheiders fluidisch miteinander verbunden. Durch die bauliche Integration von Fördereinrichtung und Ölabscheider in eine Abscheide-Förder-Einheit lässt sich Bauraum reduzieren. Da die Fördereinrichtung nur für vergleichsweise geringe Mengen an Blow-by-Gas ausgelegt werden muss, baut auch besagte Einheit nur vergleichsweise klein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Fördereinrichtung mit einem angetriebenen Laufrad ausgestattet sein und bspw. als Gebläse oder als Pumpe oder Radialverdichter oder als Axialverdichter ausgestaltet sein. Vorteilhaft ist eine dabei Ausführungsform, bei der die Fördereinrichtung in einem Gehäuse einen ringförmigen Kanal aufweist und bei der im Gehäuse konzentrisch zum Kanal ein Laufrad um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, das Laufschaufeln trägt, die im Kanal angeordnet sind. Bei rotierendem Laufrad wirkt diese Fördereinrichtung wie ein Verdichter.
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Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Fördereinrichtung als Seitenkanalverdichter ausgestaltet ist. Ein derartiger Seitenkanalverdichter charakterisiert sich dadurch, dass er einen ringförmigen Kanal aufweist, der einen Kanaleinlass mit einem Kanalauslass verbindet, wobei ein Laufrad konzentrisch zu diesem Kanal angeordnet ist, so dass radial abstehende Laufschaufeln des Laufrads im Kanal angeordnet und darin in Umfangsrichtung verstellbar sind. Die Umfangsrichtung bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse des Laufrads. Laufrad und Kanal sind bezüglich dieser Rotationsachse koaxial und konzentrisch angeordnet. Ferner ist beim Seitenkanalverdichter vorgesehen, dass der ringförmige Kanal quer zur Umfangsrichtung einen Kanalquerschnitt aufweist, der einen Kernbereich besitzt, in dem sich die Laufschaufeln befinden. Ferner lässt sich der ringförmige Kanal in der Umfangsrichtung in einen Förderabschnitt, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanaleinlass zum Kanalauslass führt, und einen Totabschnitt unterteilen, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanalauslass zum Kanaleinlass führt. Im Totabschnitt besteht der Kanalquerschnitt ausschließlich aus dem vorgenannten Kernbereich. Im Förderabschnitt weist der Kanalquerschnitt dagegen zusätzlich zum Kernbereich zumindest einen seitlich an den Kernbereich anschließenden Seitenbereich auf. Zweckmäßig sind zwei axial anschließende Seitenbereiche vorgesehen, nämlich ein oberer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradoberseite an den Kernbereich anschließt, und ein unterer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradunterseite an den Kernbereich anschließt. Ferner kann ein radialer Seitenbereich vorgesehen sein, der sich radial außen an den Kernbereich anschließt. Bei einem solchen Seitenkanalverdichter besitzen ein der Laufradunterseite zugewandter Kanalboden und eine der Laufradoberseite zugewandte Kanaldecke im Kanalauslass am Übergang vom Förderabschnitt zum Totabschnitt und im Kanaleinlass am Übergang vom Totabschnitt zum Förderabschnitt jeweils eine Stufe. Ebenso besitzt eine den Kanal radial außen begrenzende Kanalseitenwand an diesen Übergängen jeweils eine Stufe, wenn außerdem der vorstehend genannte radiale Seitenbereich vorgesehen ist. Ein derartiger Seitenkanalverdichter lässt sich vergleichsweise preiswert realisieren und zeichnet sich durch eine effiziente Förderleistung aus.
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Desweiteren kann die Fördereinrichtung einen geeigneten Antrieb zum Antreiben z. Bsp. eines Laufrads aufweisen. Vorzugsweise kann der Antrieb einen Elektromotor aufweisen oder durch einen Elektromotor gebildet sein, der auf geeignete Weise, insbesondere unmittelbar über seine Antriebswelle mit dem Laufrad antriebsverbunden ist.
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Der Ölabscheider ist zweckmäßig als passiv arbeitender Ölabscheider konzipiert, so dass er seine Abscheidewirkung ausschließlich aufgrund seiner Durchströmung mit dem Blow-by-Gas erzeugt. Insbesondere ist keine separate Energiezufuhr erforderlich. Der Ölabscheider kann z. Bsp. Zyklonabscheider oder als Labyrinthabscheider ausgestaltet sein oder einen solchen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Ölabscheider einen Impaktor aufweist oder als Impaktor ausgestaltet ist. Ein derartiger Impaktor weist eine Lochwand mit Durchtrittsöffnungen sowie eine Prallwand auf, die bezüglich einer Durchströmung des Impaktors mit Blow-by-Gas stromab der Lochwand angeordnet ist. Der Impaktor weist den Rohgaseinlass für mit Öl beladenes Blow-by-Gas, den Reingasauslass für von Öl befreites Blow-by-Gas und den Ölauslass für aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenes Öl auf. Bei der Durchströmung des Impaktors mit Blow-by-Gas trifft das Blow-by-Gas zunächst auf die Lochplatte und wird dabei gezwungen, die Durchtrittsöffnungen der Lochplatte zu durchströmen. Da die Summe der durchströmbaren Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen kleiner ist als der durchströmbare Querschnitt im Impaktor unmittelbar stromauf der Lochwand, ergibt sich dabei eine Beschleunigung der Gasströmung sowie eine Aufteilung der Gasströmung auf einzelne, die Durchtrittsöffnungen durchtretende, strahlförmige Teilströme. Diese Teilströme treffen frontal, vorzugsweise senkrecht auf die Prallwand, an der eine abrupte Strömungsumlenkung, in der Regel um etwa 90° erfolgt. Dieser Strömungsumlenkung folgt das Gas, während die mitgeführten flüssigen und/oder festen Verunreinigungen an der Prallwand abgestoppt werden, so dass die Verunreinigungen zunächst an der Prallwand verbleiben und bspw. zu einem Ölsammelraum geführt werden, der mit dem Ölauslass fluidisch verbunden ist.
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Beispielsweise kann die Prallwand aus einem für die Verunreinigungen durchlässigen Material bestehen, bspw. aus einem offenporigen Schaumstoff oder aus einem Vliesmaterial. Zweckmäßig sind Prallwand und Lochwand relativ zueinander so angerordnet, dass ein Abstand in der Strömungsrichtung zwischen den Austrittsenden der Durchtrittsöffnungen und der Prallwand vorliegt. Die Durchtrittsöffnungen können an einer der Prallwand zugewandten Seite der Lochwand durch Rohre verlängert sein, um die Ausbildung der einzelnen, strahlförmigen Teilströme zu verbessern. Auch diese Rohre enden vorzugsweise beabstandet zur Prallwand.
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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 Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 und 2 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine bei verschiedenen Ausführungsformen,
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3 eine stark vereinfachte, geschnittene Draufsicht auf eine Fördereinrichtung,
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4 eine stark vereinfachte, geschnittene Seitenansicht der Fördereinrichtung,
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5 eine stark vereinfachte, prinzipielle Schnittansicht eines Ölabscheiders,
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6 eine stark vereinfachte, prinzipielle Schnittansicht einer Saugstrahlpumpe.
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Entsprechend den 1 und 2 umfasst eine Brennkraftmaschine 1, die vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, einen Motorblock 2, der zumindest einen Zylinder 3 enthält, in dem ein Kolben 4 hubverstellbar angeordnet ist. Es ist klar, dass die Brennkraftmaschine 1 im Motorblock 2 üblicherweise mehr als einen, vorzugsweise auch mehr als zwei Zylinder 3 enthält. An den Motorblock 2 schließt unten ein Kurbelgehäuse 5 an, während oben ein Zylinderkopf 6 an den Motorblock 2 anschließt. Eine Zylinderkopfhaube zur Abdeckung des Zylinderkopfs 6 ist hier nicht dargestellt. Der jeweilige Kolben 4 ist über eine Pleuelstange 7 mit einer Kurbelwelle 8 antriebsverbunden, die im Kurbelgehäuse 5 angeordnet ist. Im Zylinderkopf 6 befinden sich üblicherweise Gaswechselventile 9 zum Steuern der Gaswechselvorgänge. Im Kurbelgehäuse 5 ist außerdem ein Ölsumpf 10 enthalten. Beispielsweise wird das Kurbelgehäuse 5 nach unten, also an der vom Motorblock 2 abgewandten Seite durch eine Ölwanne 11 verschlossen, die den Ölsumpf 10 enthält.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Frischluftanlage 12 zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder 3 sowie eine Abgasanlage 13 zum Abführen von Abgas aus dem jeweiligen Zylinder 3 auf. Im Beispiel ist die Brennkraftmaschine 1 aufgeladen, so dass sie eine Ladeeinrichtung aufweist, die hier als Turbolader 14 ausgestaltet ist. Der Turbolader 14 weist einen in der Frischluftanlage 12 angeordneten Verdichter 15 und eine in der Abgasanlage 13 angeordnete Turbine 16 auf, die auf geeignete Weise mit dem Verdichter 15 antriebsverbunden ist.
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Die Frischluftanlage 12 enthält ferner ein Luftfilter 17 zum Filtern der Frischluft sowie eine Drosseleinrichtung 18 zum Drosseln der Luftzuführung, die hier stromab des Verdichters 15 angeordnet ist. Desweiteren enthält die Frischluftanlage 12 stromab des Verdichters 15 einen Ladeluftkühler 19 zum Kühlen der Ladeluft. Die Ladeluft entspricht dabei der mit Hilfe des Verdichters 15 komprimierten Frischluft. Der Ladeluftkühler 19 ist zweckmäßig in einen Kühlkreis 20 eingebunden.
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Die Abgasanlage 13 enthält stromab der Turbine 16 in üblicher Weise Abgasnachbehandlungseinrichtungen, wie z. Bsp. zumindest einen Katalysator, ein Partikelfilter und einen Schalldämpfer.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 21 ausgestattet, die eine Fördereinrichtung 22, einen Ölabscheider 23 und eine Saugstrahlpumpe 24 aufweist. Die Fördereinrichtung 22 dient zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5. Die Fördereinrichtung 22 weist einen Gaseinlass 25 und einen Gasauslass 26 auf. Der Ölabscheider 23 dient zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas und weist einen Rohgaseinlass 27 für mit Öl beladenes Blow-by-Gas, einen Reingasauslass 28 für von Öl befreites Blow-by-Gas und einen Ölauslass 29 für aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenes Öl auf. Die Saugstrahlpumpe 24 besitzt einen Treibmitteleinlass 30 zum Zuführen eines Treibmittels, einen Arbeitsmitteleinlass 31 zum Zuführen eines mit Hilfe des Saugstrahlpume 24 zu fördernden Arbeitsmittels und einem Gemischauslass 32 zum Abführen eines Gemischs aus Arbeitsmittel und Treibmittel.
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Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 21 ist außerdem mit einem Blow-by-Gas-Pfad 33 ausgestattet, der vom Kurbelgehäuse 5 zur Frischluftanlage 12 stromauf des Verdichters 15 führt. In den Beispielen der 1 und 2 ist der Blow-by-Gas-Pfad 33 als Leitung dargestellt, die eingangsseitig unmittelbar an das Kurbelgehäuse 5 angeschlossen ist. Üblicherweise wird hier jedoch eine andere Bauweise bevorzugt, bei der eine derartige Leitung an die Zylinderkopfhaube angeschlossen ist, so dass der Blow-by-Gas-Pfad 33 eingangsseitig durch die Zylinderkopfhaube, den Zylinderkopf 6 und den Motorblock 2 führt, um die gewünschte fluidische Verbindung zum Kurbelgehäuse 5 für die Ansaugung von Blow-by-Gas zu schaffen.
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In den Blow-by-Gas-Pfad 33 sind nun die Fördereinrichtung 22, der Ölabscheider 23 und die Saugstrahlpumpe 24 in Reihe angeordnet. Dabei ist grundsätzlich jede beliebige Reihenfolge denkbar. Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung, bei welcher die Saugstrahlpumpe 24 stromab der Fördereinrichtung 22 und stromab des Ölabscheiders 23 in dem Blow-by-Gas-Pfad 33 angeordnet ist. 1 zeigt dabei eine bevorzugte Variante, bei welcher der Ölabscheider 23 stromab der Fördereinrichtung 22 angeordnet ist, so dass sich der Ölabscheider 23 im Blow-by-Gas-Pfad 33 zwischen der Fördereinrichtung 22 und der Saugstrahlpumpe 24 befindet. Im Unterschied dazu zeigt 2 eine Variante, bei welcher der Ölabscheider 23 stromauf der Fördereinrichtung 22 im Blow-by-Gas-Pfad 33 angeordnet ist.
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In den 1 und 2 ist außerdem mit unterbrochener Linie eine bevorzugte Ausführungsform angedeutet, bei welcher die Fördereinrichtung 22 und der Ölabscheider 23 eine Abscheide-Förder-Einheit 34 bilden, die in einem gemeinsamen Einrichtungsgehäuse 35 die Fördereinrichtung 22 und den Ölabscheider 23 enthält. Das Einrichtungsgehäuse 35 weist dann einen Gehäuseeinlass 36, einen ersten Gehäuseauslass 37 sowie einen zweiten Gehäuseauslass 38 auf.
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Im Beispiel der 1 ist der Gehäuseeinlass 36 durch den Gaseinlass 25 der Fördereinrichtung 22 gebildet. Der erste Gehäuseauslass 37 ist durch den Reingasauslass 28 des Ölabscheiders 23 gebildet. Der zweite Gehäuseauslass 38 ist durch den Ölauslass 29 des Ölabscheiders 23 gebildet. Im Inneren des Einrichtungsgehäuses 35 ist der Gasauslass 26 der Fördereinrichtung 22 mit dem Rohgaseinlass 27 des Ölabscheiders 23 fluidisch verbunden.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Gehäuseeinlass 36 durch den Rohgaseinlass 27 des Ölabscheiders 23 gebildet. Der erste Gehäuseauslass 37 ist durch den Gasauslass 26 der Fördereinrichtung 22 gebildet. Der zweite Gehäuseauslass 38 ist auch hierdurch den Ölauslass 29 des Ölabscheiders 23 gebildet. Im Inneren des Einrichtungsgehäuses 35 sind der Reingasauslass 28 des Ölabscheiders 23 und der Gaseinlass 25 der Fördereinrichtung 22 fluidisch miteinander verbunden.
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Zum Betreiben der Saugstrahlpumpe 24 ist außerdem ein Treibmittelpfad 39 vorgesehen, der die Frischluftanlage 12 stromab des Verdichters 15 mit dem Treibmitteleinlass 30 der Saugstrahlpumpe 24 verbindet. In den Beispielen der 1 und 2 ist eine Entnahmestelle 40, über welche der Arbeitsmittelpfad 39 an die Frischluftanlage 12 angeschlossen ist, stromab des Ladeluftkühlers 19 angeordnet. Außerdem ist diese Entnahmestelle 40 hier stromauf der Drosseleinrichtung 18 angeordnet.
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Der Blow-by-Gas-Pfad 33 ist über eine Einleitstelle 41 an die Frischluftanlage 12 angeschlossen. Im Beispiel ist diese Einleitstelle 41 stromauf des Verdichters 15 und außerdem stromab des Luftfilters 17 angeordnet. Desweiteren ist der Blow-by-Gas-Pfad 33 hier in einen Rohgaspfad 42 und einen Reingaspfad 43 unterteilt. Bei der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform führt der Rohgaspfad 42 vom Kurbelgehäuse 5 zum Gaseinlass 25 der Fördereinrichtung 22 und vom Gasauslass 26 der Fördereinrichtung 22 zum Rohgaseinlass 27 des Ölabscheiders 23. Der Reingaspfad 43 führt vom Reingasauslass 28 des Ölabscheiders 23 zum Arbeitsmitteleinlass 31 der Saugstrahlpumpe 24 und vom Gemischauslass 32 der Saugstrahlpumpe 24 zur Frischluftanlage 12.
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Bei der in 2 gezeigten alternativen Ausführungsform führt der Rohgaspfad 42 dagegen nur vom Kurbelgehäuse 5 zum Rohgaseinlass 27 des Ölabscheiders 23. Der Reingaspfad 43 führt vom Reingasauslass 28 des Ölabscheiders 23 zum Gaseinlass 25 der Fördereinrichtung 22, vom Gasauslass 26 der Fördereinrichtung 22 zum Arbeitsmitteleinlass 31 der Saugstrahlpumpe 24 und vom Gemischauslass 32 der Saugstrahlpumpe 24 zur Frischluftanlage 12.
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Desweiteren ist hier ein Ölrücklaufpfad 44 vorgesehen, der vom Ölauslass 29 des Ölabscheiders 23 zum Ölsumpf 10 führt. Auch hier ist klar, dass anstelle der gezeigten direkten Kopplung auch eine indirekte Führung des Ölrücklaufpfads 44 vorgesehen sein kann, wie bspw. zumindest teilweise innerhalb des Kurbelgehäuses 5 verlaufen kann.
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Im Treibmittelpfad 39 ist bei den hier gezeigten Beispielen jeweils ein Rückschlagsperrventil 45 angeordnet, derart, dass es eine Strömung von der Saugstrahlpumpe 24 in Richtung zur Frischluftanlage 12 sperrt, während es eine Strömung von der Frischluftanlage 12 in Richtung zur Saugstrahlpumpe 24 zulässt. Im gezeigten Beispiel besitzt das Rückschlagsperrventil 45 außerdem ein Ventilglied 46, das mittels einer Rückstellfeder 47 in eine Sperrstellung des Rückschlagsperrventils 45 vorgespannt ist. Somit lässt das Rückschlagsperrventil 45 eine Strömung von der Frischluftanlage 12 in Richtung Saugstrahlpumpe 24 erst ab einem vorbestimmten Überdruck zu. Das vorgespannte Rückschlagsperrventil 45 ist dabei zweckmäßig so ausgelegt, dass es erst ab einem vorbestimmten Ladedruck öffnet, der so hoch ist, dass er einen Betrieb der Saugstrahlpumpe 24 bewirkt, der eine ausreichend hohe Absaugung an Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 ermöglicht.
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Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist ferner vorgesehen, dass der Blow-by-Gas-Pfad 33 stromab der Saugstrahlpumpe 24 eine Abzweigstelle 86 aufweist. In dieser Abzweigstelle 86 teilt sich der Blow-by-Gas-Pfad 33 in einen Niederdruckzweig 85 und in einen Hochdruckzweig 87 auf. Der Niederdruckzweig 85 ist über die Einleitstelle 41 stromauf des Verdichters 15 an die Frischluftanlage 12 angeschlossen. Der Hochdruckzweig 87 ist dagegen stromab der Drosseleinrichtung 18 über eine Anschlussstelle 90 an die Frischluftanlage 12 angeschlossen. In diesem Fall ist außerdem die Entnahmestelle 40 stromauf der Drosseleinrichtung 18 angeordnet. Zur Vermeidung eines Durchschlags von Ladeluft in das Kurbelgehäuse 5 über die Kurbelgehäuseentlüftung 21 weist einerseits der Niederdruckzweig 85 ein Niederdruck-Rückschlagsperrventil 88 auf, das in Richtung zur Abzweigstelle 86 sperrt, während andererseits der Hochdruckzweig 87 ein Hochdruck-Rückschlagsperrventil 89 aufweist, das in Richtung zur Abzweigstelle 86 sperrt.
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Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 1 bzw. deren Kurbelgehäuseentlüftung arbeitet wie folgt. Bei Teillast der Brennkraftmaschine 1 fällt vergleichsweise wenig Blow-by-Gas im Kurbelgehäuse 5 an. Bei Teillast liegt auch nur ein vergleichsweise geringer Ladedruck vor. Insbesondere ist der Ladedruck bei Teillast zu gering, um eine ausreichende Absaugung von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 ausschließlich mit Hilfe der Saugstrahlpumpe 24 zu erzielen. Während der Teillast wird somit die Absaugung von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 vorwiegend mit Hilfe der Fördereinrichtung 22 realisiert. Das mit Hilfe der Fördereinrichtung 22 angesaugte Blow-by-Gas wird durch den Ölabscheider 23 gefördert. Das abgeschiedene Öl wird über den Ölrücklaufpfad 44 dem Sumpf 10 zurückgeführt. Das vom Öl befreite Blow-by-Gas wird durch die Saugstrahlpumpe 24 gefördert und über die Einleitstelle 21 der Frischluftanlage 12 zugeführt. Bei Teillast kann zusätzlich die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung 18 zum Ansaugen des Blow-by-Gases genutzt werden.
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Bei Volllast der Brennkraftmaschine 1 reicht die Förderleistung der Fördereinrichtung 22 für die dann anfallenden größeren Mengen an Blow-by-Gas nicht mehr aus. Bei Volllast besitzt die Ladeluft jedoch einen vergleichsweise hohen Druck. Ein vergleichsweiser kleiner Teil der Ladeluft kann über die Entnahmestelle 40 und über den Treibmittelpfad 39 von der Frischluftanlage 12 abgezweigt werden und der Saugstrahlpumpe 24 zugeführt werden. In der Folge kann mit Hilfe der Saugstrahlpumpe 24 eine große Menge an Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 angesaugt werden. Das Blow-by-Gas strömt dabei durch die Fördereinrichtung 22 und durch den Ölabscheider 23, so dass letztlich nur gereinigtes Blow-by-Gas zur Saugstrahlpumpe 24 gelangt. Die Saugstrahlpumpe 24 fördert über ihren Gemischauslass 32 dann ein Gemisch aus gereinigtem Blow-by-Gas und entspannter Ladeluft über die Einleitstelle 41 der Frischluftanlage 12 zu. Bei Volllast ist eine Einleitung des Gemischs in die Frischluftanlage 12 über den Hockdruckzweig 87 nicht möglich, so dass nunmehr die Gemischeinleitung in die Frischluftanlage 12 über den Niederdruckzweig 85 erfolgt.
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Nachfolgend wird anhand der 3 und 4 eine bevorzugte Ausführungsform für die Fördereinrichtung 22 näher erläutert. Gemäß den 3 und 4 kann die Fördereinrichtung 22 in einem Fördergehäuse 48 ein Laufrad 49 aufweisen, das mehrere Laufschaufeln 50 besitzt. In 3 ist das Laufrad 49 mit unterbrochener Linie dargestellt. Ferner sind in 3 nur einige der Laufschaufeln 50 dargestellt. Im Fördergehäuse 48 ist ferner ein Kanal 51 ausgebildet, der sich ringförmig und konzentrisch zu einer Rotationsachse 52 des Laufrads 49 erstreckt. Der Kanal 51 verbindet einen Kanaleinlass 53 mit einem Kanalauslass 54. Die Laufschaufeln 50 sind am Laufrad 49 radial außen angeordnet und sind dabei im Kanal 51 angeordnet, so dass sie bei rotierendem Laufrad 49 im Kanal 51 in dessen Umlaufrichtung entsprechend einem Pfeil 55 umlaufen. Dieser Pfeil 55 bezeichnet neben der Umlaufrichtung des Kanals 51 auch die Drehrichtung des Laufrads 49 und kann auch zur Bezeichnung der Umfangsrichtung genutzt werden. Da hier Umlaufrichtung, Drehrichtung und Umfangsrichtung zusammenfallen, werden sie im Folgenden mit dem gemeinsamen Bezugszeichen 55 bezeichnet. Der Kanaleinlass 53 ist fluidisch mit dem Gaseinlass 25 der Fördereinrichtung 22 verbunden, an den ein Niederdruckabschnitt des Blow-by-Gas-Pfads 33 angeschlossen ist. Der Kanalauslass 54 ist fluidisch mit dem Gasauslass 26 der Fördereinrichtung 22 verbunden, an den ein Hochdruckabschnitt des Blow-by-Gas-Pfads 33 angeschlossen ist.
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Die Fördereinrichtung 22 kann gemäß 4 mit einem Antrieb 56 ausgestattet sein, der bspw. mit einem Elektromotor 57 arbeitet. Im Beispiel ist der Elektromotor 57 mit seiner Antriebswelle 58 direkt drehfest mit dem Laufrad 49 verbunden. Durch den elektrischen Antrieb 56 ist die Fördereinrichtung 22 mit Hilfe einer Steuereinrichtung ansteuerbar, bspw. um die Fördereinrichtung 22 einschalten und ausschalten zu können. Ferner kann über die Steuereinrichtung auch eine Drehzahl der Fördereinrichtung 22 bzw. des Laufrads 49 bedarfsabhängig eingestellt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die hier vorgestellte Fördereinrichtung 22 als Seitenkanalverdichter 59 ausgestaltet sein. Bei einem derartigen Seitenkanalverdichter 59 ist der Kanal 51 in der Umlaufrichtung 55 in einen Förderabschnitt 60 und einen Totabschnitt 61 unterteilt. In der Drehrichtung 55 des Laufrads 49, die der Umlaufrichtung 55 entspricht, führt der Förderabschnitt 60 vom Kanaleinlass 53 zum Kanalauslass 54, während der Totabschnitt 61 in dieser Drehrichtung 55 vom Kanalauslass 54 zum Kanaleinlass 53 führt. Der Kanal 51 besitzt einen Kanalquerschnitt 62, der sich senkrecht zur Umfangsrichtung 55 erstreckt. Dieser Kanalquerschnitt 52 besitzt einen Kernbereich 63, in dem sich die Laufschaufeln 50 befinden. Im Totabschnitt 61 besteht der Kanalquerschnitt 62 ausschließlich aus diesem Kernbereich 63. Im Förderabschnitt 51 ist der Kanalquerschnitt 62 größer, so dass er zusätzlich zum Kernbereich 63 zumindest einen Seitenbereich aufweist, der axial oder radial an den Kernbereich 63 anschließt. Im Beispiel der 4 sind ein oberer axialer Seitenbereich 64, ein unterer axialer Seitenbereich 65 und ein äußerer radialer Seitenbereich 66 vorgesehen, die den Kernbereich 63 axial beiderseits und radial nach außen vergrößern. Die Axialrichtung und die Radialrichtung beziehen sich in diesem Fall auf die Rotationsachse 52, welche die Axialrichtung der Fördereinrichtung 22 definiert. Die Axialrichtung der Fördereinrichtung 22 erstreckt sich parallel zur Rotationsachse 52. Die Umfangsrichtung 55 rotiert um die Rotationsachse 52 um.
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Nachfolgend wird anhand von 5 ein bevorzugtes Beispiel für den Ölabscheider 23 näher erläutert. Gemäß 5 kann der Ölabscheider 23 als Impaktor 67 ausgestaltet sein. Der Impaktor 67 besitzt in einem Abscheidergehäuse 68 eine Lochwand 69, die mehrere Durchtrittsöffnungen 70 enthält, sowie stromab davon eine Prallwand 71. Das Abscheidergehäuse 68 weist den Rohgaseinlass 27, den Ölauslass 29 und den Reingasauslass 28 auf. An dem Rohgaseinlass 27 ist der Rohgaspfad 42 bzw. der Blow-by-Gas-Pfad 33 zum Zuführen von ungereinigtem Blow-by-Gas angeschlossen. An den Reingasauslass 28 ist der Reingaspfad 43 bzw. der Blow-by-Gas-Pfad 33 zum Abführen von gereinigtem Blow-by-Gas angeschlossen. An den Ölauslass 29 ist der Ölrücklaufpfad 44 zum Abführen von abgeschiedenem Öl angeschlossen. Die ungereinigte Blow-by-Gas-Strömung wird bei der Durchströmung der Durchtrittsöffnungen 70 beschleunigt und trifft stromab der Lochplatte oder Lochwand 69 frontal mit hoher Geschwindigkeit auf die Prallplatte oder Prallwand 71. Während das Blow-by-Gas der abrupten Strömungsumlenkung folgt und durch den Reingasauslass 28 abströmt, werden die mitgeführten Verunreinigungen an der Prallwand 71 zunächst abgebremst, so dass sie daran hängen bleiben. Die Verunreinigungen sind in 5 angedeutet und mit 72 bezeichnet. Die Verunreinigungen 72 können an einer angeströmten Vorderseite 73 der Prallwand 71 nach unten in Richtung eines Ölsammelraums 74 abfließen. Ebenso können die Verunreinigungen 62 gemäß Pfeilen 75 in die Prallwand 71 eindringen. Die Prallwand 71 ist hierzu aus einem für die Verunreinigungen 72 durchlässigen Material hergestellt. Dabei können die Verunreinigungen 72 innerhalb der Prallwand 71 gemäß einem Pfeil 77 zum Ölsammelraum 74 gelangen. Ebenso können die Verunreinigungen 72 aus der Prallwand 71 an einer von der Vorderseite 73 abgewandten Rückseite 76 der Prallwand 71 wieder austreten und entlang der Prallwand 71 gemäß einem Pfeil 84 zum Ölsammelraum 74 fließen.
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Beim hier gezeigten Beispiel kann optional vorgesehen sein, dass die Lochwand 69 an einer der Prallwand 71 zugewandten Seite mehrere Rohre 78 aufweist, welche die jeweilige Durchtrittsöffnung 70 verlängern. Bemerkenswert ist, dass die Prallwand 71 von der Lochwand 69 beabstandet angeordnet ist. Insbesondere enden die vorstehend genannten Rohre 78 freistehend.
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Sofern die vorstehend mit Bezug auf die 1 und 2 vorgestellte Abscheide-Förder-Einheit 34 realisiert wird, ist deren Einrichtungsgehäuse 35 zweckmäßig durch das Fördergehäuse 48 der Fördereinrichtung 22 gebildet, während das Abscheidergehäuse 68 des Ölabscheiders 23 durch Wandabschnitte oder Bereiche innerhalb des Fördergehäuses 48 der Fördereinrichtung 22 gebildet ist.
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Nachfolgend wird anhand von 6 ein bevorzugtes Beispiel für die Saugstrahlpumpe 24 näher erläutert. Gemäß 6 besitzt die Saugstrahlpumpe 24 ein Pumpengehäuse 79, an dem der Treibmitteleinlass 30, der Arbeitsmitteleinlass 31 und der Gemischauslass 32 ausgebildet sind. Dabei weist das Pumpengehäuse 79 ein Düsenrohr 80 auf, an dem sich der Treibmitteleinlass 30 befindet und das an seinem Austrittsende eine Düse 81, vorzugsweise eine Venturi-Düse aufweist. Im Pumpengehäuse 79 ist außerdem ein Ansaugraum 82 ausgebildet, der das Düsenrohr 80 umhüllt und der mit dem Arbeitsmitteleinlass 31 fluidisch verbunden ist. Das Pumpengehäuse 79 besitzt außerdem einen Kanalabschnitt 83, der koaxial zum Düsenrohr 80 ausgerichtet ist und zum Gemischauslass 32 führt. Am Übergang von Düsenrohr 80, Ansaugraum 82 und Rohrabschnitt 83 wird durch die Strömung des Treibmittels im Ansaugraum 82 ein Unterdruck erzeugt, der am Arbeitsmitteleinlass 31 das Arbeitsmittel ansaugt. Gleichzeitig entsteht dadurch im Rohrabschnitt 83 ein Überdruck, der das Gemisch aus Arbeitsmittel und Treibmittel am Gemischauslass 32 austreibt. Im Einbauzustand ist der Treibmittelanschluss 30 an den Treibmittelpfad angeschlossen. Der Arbeitsmitteleinlass 31 ist an den Blow-by-Gas-Pfad 33 bzw. an den Reingaspfad 43 angeschlossen. Der Gemischauslass 32 ist an den Blow-by-Gas-Pfad 33 bzw. an den Reingaspfad 43 angeschlossen.
