-
Die Erfindung betrifft eine Ölabscheidevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Fluidkanal, zum Führen eines, aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine in den Fluidkanal einleitbaren Fluidstroms, mit einem Ölabscheideraum zum wenigstens weitgehenden Abscheiden von Öl aus dem Fluidstrom und mit einem, den Fluidkanal von dem Ölabscheideraum abgrenzenden Wandlungselement.
-
Aus der
DE 10 2015 007 154 A1 ist eine Vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zur Unterdruckerzeugung in einem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Das Kurbelgehäuse steht in Verbindung mit einem Ölabscheider und einer Druckeinstelleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine einen Unterdruck im Kurbelgehäuse einzustellen. Die Druckeinstelleinrichtung ist über eine Leitung mit dem Ölabscheider gekoppelt.
-
Eine Kurbelgehäuseentlüftung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Ölabscheider ist aus der
DE 102 47 934 A1 bekannt. Der Ölabscheider ist mit einem Ansaugsystem der Hubkolbenbrennkraftmaschine über eine Entlüftungsleitung verbunden, welche eine Drossel aufweist und stromabwärts einer Drosselklappe in einer Ansaugleitung mündet. Von der Ansaugleitung stromaufwärts der Drosselklappe zweigt eine Belüftungsleitung für das Kurbelgehäuse ab. In der Belüftungsleitung ist ein in Richtung auf die Ansaugleitung hin schließendes, erstes Rückschlagventil vorgesehen, und die Drossel in der Entlüftungsleitung ist als dynamische Drossel ausgebildet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ölabscheidevorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine erhöhte Funktionalität aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Ölabscheidevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung geht von einer Ölabscheidevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Fluidkanal, zum Führen eines, aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine in den Fluidkanal einleitbaren Fluidstroms, mit einem Ölabscheideraum zum wenigstens weitgehenden Abscheiden von Öl aus dem Fluidstrom und mit einem, den Fluidkanal von dem Ölabscheideraum abgrenzenden Wandlungselement, aus.
-
Erfindungsgemäß weist das Wandungselement eine Durchgangsöffnung zum Einleiten des Fluidstroms von dem Fluidkanal in den Ölabscheideraum auf und die Ölabscheidevorrichtung umfasst ein Ventil mit einem relativ zu der Durchgangsöffnung verlagerbaren Verstellelement, mittels welchem der durch die Durchgangsöffnung einleitbare Fluidstrom einstellbar ist. Die Ölabscheidevorrichtung kann hierdurch also nicht nur die Funktion der Ölabscheidung übernehmen, sondern ebenfalls die Funktion des Einstellens des Fluidstroms und weist somit gegenüber, aus dem Stand der Technik bekannten, konventionellen Ölabscheidern eine erhöhte Funktionalität aus. Bei dem Fluidstrom kann es sich um ein Gemisch aus einem Frischluftstrom und sogenannten Blow-By-Gasen handeln, welche auch als Teillast-Blow-By bezeichnet werden können.
-
Der Ölabscheideraum kann neben dem Wandungselement auch durch ein Wandteil oder durch mehrere Wandteile der Ölabscheidevorrichtung begrenzt sein. Das Wandteil beziehungsweise die Wandteile können dabei Bestandteil eines Gehäuses der Ölabscheidevorrichtung sein. Das Wandungselement kann den Ölabscheideraum wenigstens bereichsweise von dem Fluidkanal abgrenzen. In dem Ölabscheideraum kann das Öl aus dem Fluidstrom zumindest weitgehend abgeschieden und über eine Rücklauföffnung wiederum der Verbrennungskraftmaschine zu deren Schmiermittelversorgung zugeführt werden. Diese Rücklauföffnung kann auch als Ölablauf bezeichnet werden. Die Rücklauföffnung kann beispielsweise in dem besagten Wandteil vorgesehen sein. Die Ölabscheidevorrichtung kann zudem eine Auslassöffnung aufweisen, welche auch als Reinluftöffnung bezeichnet werden kann. Über diese Ölauslassöffnung, welche beispielsweise einerseits durch das Wandteil und andererseits durch das Wandungselement begrenzt sein kann, kann der zumindest weitgehend von dem Öl befreite Fluidstrom, welcher dann auch als Reinluft bezeichnet werden kann, aus dem Ölabscheideraum austreten und einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Das Verstellelement kann beispielsweise als Ventilkolben des Ventils ausgebildet sein. Sowohl die Durchgangsöffnung als auch das Verstellelement können einen runden Querschnitt aufweisen, welcher insbesondere als jeweiliger Kreisquerschnitt bezeichnet werden kann. Das Ventil ermöglicht durch Verlagerung des Verstellelements relativ zu der Durchgangsöffnung ein Einstellen des durch die Durchgangsöffnung aus dem Fluidkanal in den Ölabscheideraum strömenden Fluidstroms. Bei diesem Einstellen kann eine Regelung des Fluidstroms also insbesondere eine Regelung eines Volumenstroms des Fluidstroms erfolgen. Bei einem Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine kann dementsprechend mittels des Ventils eine Teillastvolumenstromregelung des Fluidstroms durchgeführt werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verstellelement in eine Einführstellung verlagerbar, in welcher das Verstellelement zumindest bereichsweise in die Durchgangsöffnung eingeführt ist und in welcher das Verstellelement wenigstens bereichsweise einen Spalt mit einer, die Durchgangsöffnung begrenzenden Öffnungswand bildet. Dies ist von Vorteil, da durch das Ausbilden des Spaltes ein relatives Verlagern des Verstellelements zu der Durchgangsöffnung in der Einführstellung ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann durch das Ausbilden dieses Spaltes ein Verlagern des Verstellelements relativ zu der Durchgangsöffnung ohne einen Kontakt mit dem Wandlungselement ermöglicht sein. Dadurch kann ein Auftreten von Reibkräften zwischen dem Verstellelement und dem Wandlungselement beim Verlagern unterbunden und damit ein Verlagern des Verstellelements unter besonders geringem Energieaufwand ermöglicht werden. Der Spalt kann beispielsweise als Ringspalt ausgebildet sein, sofern die Durchgangsöffnung und das Verstellelement einen jeweiligen Kreisquerschnitt aufweisen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Verstellelement in eine Schließstellung verlagerbar und weist einen Verschlussbereich auf, mittels welchem die Durchgangsöffnung verschließbar ist, um ein Strömen des Fluidstroms durch die Durchgangsöffnung zu unterbinden. Dies ist von Vorteil, da der Verschlussbereich, welcher beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein kann, ein vollständiges Schließen, insbesondere ein vollständiges Abdecken, der Durchgangsöffnung ermöglicht, wodurch die Leckagemenge zur Drosselklappe vollständig unterbunden wird. Nachteilig ist hingegen, dass bei einem vollständigen Schließen kein Frischluftvolumenstrom vorliegt, welcher die kraftstoffhaltigen Gase aus dem Kurbelraum ausspült, um einer Ölverdünnung durch Kraftstoffeintrag vorzubeugen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil als Magnetventil ausgebildet und weist ein Federelement zum Halten des Verstellelements in einer Endlage auf. Dies ist von Vorteil, da ein Magnetventil eine besonders bedarfsgerechte Einstellung und damit Regelung des Fluidstroms ermöglicht. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn das Magnetventil als Proportionalventil ausgestaltet ist, sodass eine Vielzahl von Stellungen und damit eine besonders exakte Einstellung des Fluidstroms ermöglicht ist. Durch das Federelement kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass auch bei einem etwaigen Ausfall, also bei einem Defekt des Magnetventils, ein Verlagern des Verstellelements in die vorbestimmte Endlage ermöglicht ist. In dieser Endlage kann sich das Verstellelement auch in der Einführstellung oder in der Schließstellung befinden, um nur einige Beispiele zu nennen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Wandungselement eine, den Fluidkanal mit dem Ölabscheideraum fluidisch verbindende Konstantdrosselöffnung auf. Dies ist von Vorteil, da die Konstantdrosselöffnung unabhängig von einer Verlagerung des Verstellelements stets zumindest ein Überströmen eines Teilstroms des Fluidstroms von dem Fluidkanal in den Ölabscheideraum ermöglichen kann. Dadurch kann auch beispielsweise bei einem Verschließen der Durchgangsöffnung in Folge einer Fehlfunktion des Ventils eine Abscheidung von Öl aus dem Fluidstrom sichergestellt werden. Die Konstantdrosselöffnung kann neben der Durchgangsöffnung angeordnet sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in einer Fluidströmungsrichtung des Fluidstroms hinter der Durchgangsöffnung und der Konstantdrosselöffnung wenigstens ein Impaktionsabscheideelement, zum wenigstens weitgehenden Abscheiden des Öls aus dem Fluidstroms angeordnet. Dies ist von Vorteil, da das Impaktionsabscheideelement eine besonders gegenüber etwaigen Störungen robuste Abscheidung des Öls ermöglicht, indem der Fluidstrom an dem Impaktionsabscheideelement umgelenkt und Öltropfen aufgrund deren Trägheit im Rahmen einer Impaktion an dem Impaktionsabscheideelement auftreffen und von diesem abfließen. Das Impaktionsabscheideelement kann beispielsweise als Vlieselement ausgebildet sein. Somit kann eine Abscheidung von Öl aus dem Fluidstrom nach einem sogenannten Vliesimpaktor-Prinzip ermöglicht sein.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer Ölabscheidung beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine;
- 2a-2b jeweilige Schnittdarstellungen einer für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform einer Ölabscheidevorrichtung;
- 3a-3b jeweilige Drosselquerschnitte einer Durchgangsöffnung der Ölabscheidevorrichtung;
- 4 ein Diagramm, welches eine Schaltkurve des Ventils der Ölabscheidevorrichtung zeigt;
- 5a-5b jeweilige, weitere Schnittdarstellungen einer weiteren, für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform der Ölabscheidevorrichtung;
- 6a-6c verschiedene Schaltstellungen des Ventils, welches als Proportionalventil ausgebildet sein kann.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 90, welche in einem Teillastbetrieb betrieben wird, in welchem in einem Saugrohr 94 der Verbrennungskraftmaschine 90 bei einer zumindest weitgehend geschlossenen, in dem Saugrohr 94 angeordneten Drosselklappe 64 ein Unterdruck vorliegt. Durch diesen Unterdruck stellt sich ein Volumenstrom über einen, in das Saugrohr 94 mündenden Teillastpfad 72 ein, wenn bei ausreichend großem Unterdruck ein Rückschlagventil 68 öffnet. Der Teillastpfad 72, welcher auch als Teillastentlüftung bezeichnet werden kann, ist unter Vermittlung des Rückschlagventils 68 mit dem Saugrohr 94 fluidisch verbunden. An dem Saugrohr 94, welches vorliegend auch als Reinluftpfad bezeichnet werden kann, ist ein Luftfilter 60 und ein, dem Luftfilter 60 in einer, durch jeweilige Pfeile verdeutlichten Strömungsrichtung eines Frischluftstroms 82 nachgeschalteter Verdichter 62 eines hier nicht näher dargestellten Abgasturboladers nachgeschaltet. In der besagten Strömungsrichtung nach dem Verdichter 62 ist die Drosselklappe 64 angeordnet. Das Rückschlagventil ist zwischen der Drosselklappe 64 und einem Brennraum 66 der Verbrennungskraftmaschine 90 angeordnet. Mit anderen Worten mündet der Teillastpfad 72 zwischen der Drosselklappe 64 und dem Brennraum 66 in das Saugrohr 94. Der Brennraum 66 ist vorliegend lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit von einem Zylinderkopf 76 und einem Kurbelgehäuse 78 der Verbrennungskraftmaschine 90 getrennt dargestellt und stark vereinfacht. Über den Teillastpfad 72 kann aus einem Ölabscheider 80 ein Teillastvolumenstrom in das Saugrohr 94 eingeleitet werden. Der Teillastvolumenstrom setzt sich zusammen aus dem Frischluftstrom 82, welcher auch als Frischluft bezeichnet werden kann, und aus dem Kurbelgehäuse ausgeleiteten Blow-By-Gasen, welche auch als Teillast-Blow-By 84 bezeichnet werden können.
-
Zur Verdeutlichung ist der Frischluftstrom 82 durch Pfeile und der Teillast-Blow-By 84 durch gestrichelte Pfeile dargestellt. Der Frischluftstrom 82 kann aus dem Saugrohr 94 zwischen dem Luftfilter 60 und dem Verdichter 62 über eine Belüftungsleitung 70, welche auch als Volllastpfad bezeichnet werden kann, abgeführt werden. Der Frischluftstrom 82 dient dabei zur Belüftung des Kurbelgehäuses 78. Je geringer die Blow-By-Menge des Teillast-Blow-By 84 im niedrigen Teillastbetrieb oder im Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ist, desto höher ist der Anteil des Frischluftstroms 82 als Teillastvolumenstrom, welcher über den Teillastpfad 72 in das Saugrohr 94 eingeleitet werden kann.
-
Für die Kurbelgehäusebelüftung gilt, dass einer Ölverdünnung von Öl 92 durch etwaigen Kraftstoffeintrag umso besser vorgebeugt werden kann, je größer der Frischluftvolumenstrom (Frischluftstrom 82) ist, welcher über den Teillastpfad 72 aus dem Ölabscheider 80 ausgeleitet werden kann.
-
Im Hinblick auf eine Verbrennungsapplikation verhält es sich umgekehrt. Der Frischluftstrom 82, welcher über die Belüftungsleitung 70 zunächst aus dem Saugrohr 94 ausgeleitet werden kann, stellt eine Leckage zur Luftmenge über die Drosselklappe 64 dar. Beispielsweise wird im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine 90 ein konstant niedriger Volumenstrom des Frischluftstroms 82 über den Teillastpfad 72 gefordert, damit beispielsweise eine Leerlaufadaption sowie eine Füllungserfassungsrechnung für die Verbrennungskraftmaschine 90 durchgeführt werden können.
-
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen wird beispielsweise ein elektrisches Schaltventil eingesetzt, welches in den Teillastpfad 72 integriert ist und den Teillastvolumenstrom in bestimmten Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 90 vollständig unterbinden kann. Dies hat jedoch folgende Nachteile: zum einen ergibt sich daraus ein negativer Einfluss auf die Ölalterung des Öls 92. Zum anderen entfällt in nachteilhafter Weise in Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 90 mit vollständig deaktivierter Teillastentlüftung eine Kurbelgehäusedruckregelung im Kurbelgehäuse 78. Der Kurbelgehäusedruck kann dann beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 90 einen positiven Wert annehmen und erfüllt etwaige Anforderungen des Turboladers nach einem Unterdruck im Saugrohr 94 während des Leerlaufs der Verbrennungskraftmaschine 90 nicht mehr.
-
Der Einsatz eines, ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten, mechanischen Schaltventils ermöglicht ein Schalten zwischen einem großen und einem kleinen Drosselquerschnitt im Teillastpfad 72 in Abhängigkeit vom Saugrohrunterdruck im Saugrohr 94. Somit existiert im oberen Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 90 ein Bereich mit ausreichender Frischluftspülung des Kurbelgehäuses 78, wohingegen im leerlaufnahen und unteren Teillastbetrieb ein konstant kleiner Volumenstrom vorliegen kann, welcher bei der Auslegung im Rahmen der Verbrennungsapplikation von Vorteil ist und genutzt werden kann.
-
2a, 2b, 5a und 5b zeigen hierbei beispielhafte Ausführungsformen einer Ölabscheidevorrichtung 10 für die Verbrennungskraftmaschine 90. In diesen Figuren ist erkennbar, dass die Ölabscheidevorrichtung 10 grundsätzlich einen Fluidkanal 12 zum Führen eines, aus dem Kurbelgehäuse 78 der Verbrennungskraftmaschine 90 in den Fluidkanal 12 einleitbaren Fluidstroms 14 aufweist. Der Fluidstrom 14 kann sich dabei aus dem zuvor beschriebenen Frischluftstrom 82 und dem Teillast-Blow-By 84 zusammensetzen. Der Fluidkanal 12 kann auch als Blow-By-Eintritt bezeichnet werden. Der Fluidstrom 14 ist vorliegend durch jeweiligen Pfeile verdeutlicht und tritt, wie aus der Zusammenschau mit 1 erkennbar ist, von dem Kurbelgehäuse 78 über den Zylinderkopf 76 in den Fluidkanal 12 der Ölabscheidevorrichtung 10 ein. Der Fluidstrom 14 ist ölhaltig, enthält also Öl 92, welches auch als Motoröl bezeichnet werden kann.
-
Um das Öl 92 zumindest weitgehend aus dem Fluidstrom 14 zu entfernen, umfasst die Ölabscheidevorrichtung 10 einen Ölabscheideraum 20 zum wenigstens weitgehenden Abscheiden des Öls 92 aus dem Fluidstrom 14. Der Ölabscheideraum 20 ist durch ein Wandungselement 30 von dem Fluidkanal 12 wenigstens bereichsweise abgegrenzt. Die Ölabscheidevorrichtung 10 umfasst des Weiteren mehrere Wandteile 24, von welchen zumindest einige zusammen mit Wandungselement 30 den Ölabscheideraum 20 begrenzen. Über eine Auslassöffnung 26, welche auch als Reinluftausstritt bezeichnet werden kann, kann der von dem Öl 92 zumindest weitgehend gereinigte Fluidstrom 14 aus dem Ölabscheideraum 20 austreten, und beispielsweise über den in 1 beschriebenen Teillastpfad 72 in das Saugrohr 94 eingeleitet werden. Über eine Rücklauföffnung 28, welche auch als Ölablauf bezeichnet werden kann, kann das Öl 92, welches zuvor von dem Fluidstrom 14 in dem Ölabscheideraum 20 abgeschieden wurde, zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 90 aus dem Ölabscheideraum 20 ausgeleitet und der Verbrennungskraftmaschine 90 wiederum zugeführt werden.
-
Das Wandungselement 30 weist eine Durchgangsöffnung 32 zum Einleiten des Fluidstroms 14 von dem Fluidkanal 12 in den Ölabscheideraum 20 auf und die Ölabscheidevorrichtung 10 umfasst zudem ein Ventil 40 mit einem relativ zu der Durchgangsöffnung 32 verlagerbaren Verstellelement 42, mittels welchem der durch die Durchgangsöffnung 32 einleitbare Fluidstrom 14 einstellbar, also regelbar ist. Das Verstellelement 42 ist vorliegend als Ventilkolben des Ventils 40 ausgestaltet. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen weist die Durchgangsöffnung 32 ebenso wie der Ventilkolben (Verstellelement 42) einen kreisförmigen Querschnitt auf.
-
In 2a, 5b und 6a befindet sich das Verstellelement 42 in einer Offenstellung, in welcher das Verstellelement 42 von dem Wandungselement 30 beabstandet ist. Dadurch ist ein drosselfreies Einleiten des Fluidstroms 14 aus dem Fluidkanal 12 über die Durchgangsöffnung 32 in den Ölabscheideraum 20 ermöglicht. Wie aus 2b, 5a und 6b hervorgeht, ist das Verstellelement 42 auch in eine Einführstellung 44 verlagerbar, in welcher das Verstellelement 42 zumindest bereichsweise in die Durchgangsöffnung 32 eingeführt ist und in welcher das Verstellelement 42 wenigstens bereichsweise einen Spalt 46 mit einer, die Durchgangsöffnung 32 begrenzenden Öffnungswand 34 bildet. Der Spalt 46 ist vorliegend als Ringspalt ausgebildet und in einer Draufsicht auf die Durchgangsöffnung 32 gemäß 3b besonders gut erkennbar. Im Gegensatz dazu zeigt 3a eine weitere Draufsicht auf die Durchgangsöffnung 32 in deren drosselfreiem Zustand, in welchem ein ungehindertes Durchströmen der Durchgangsöffnung 32, wie in 2a, 5b und 6a gezeigt ist, ermöglicht ist.
-
5a und 6c zeigen, dass das Verstellelement 42 auch in eine Schließstellung 48 verlagerbar sein kann und einen Verschlussbereich 50 aufweisen kann, mittels welchem die Durchgangsöffnung 32 verschließbar ist, um ein Strömen des Fluidstroms 14 durch die Durchgangsöffnung 32 zu unterbinden.
-
Das Ventil 40 kann allgemein als Magnetventil ausgebildet sein und ein Federelement 52 zum Halten des Verstellelements 42 in einer Endlage aufweisen. In dieser Endlage kann sich das Verstellelement 42 auch in der Einführstellung 44 oder in der Schließstellung 48 befinden, je nachdem, welche Fail-Safe-Funktion dem Ventil 40 für den Fall eines Versagens zugrunde gelegt ist. In den 2a, 2b, 5a, 5b, 6a, 6b und 6c sind dementsprechend Federkräfte 56 beziehungsweise durch einen Magnet 54 des Ventils 40 aufwendbare Magnetkräfte 58 durch einen jeweiligen Pfeil verdeutlicht, wobei -je nach vorgesehener Fail-Safe-Funktion - die Federkräfte 56 und die Magnetkräfte 58 auch in der zu der jeweils dargestellten Richtung umgekehrter Richtung orientiert sein können.
-
Das Wandungselement 30 weist zudem eine, den Fluidkanal 12 mit dem Ölabscheideraum 20 fluidisch verbindende Konstantdrosselöffnung 36 auf.
-
Um eine besonders einfache Abscheidung des Öls 92 von dem Fluidstrom 14 zu bewerkstelligen, ist in dem Ölabscheideraum 20 in einer Fluidströmungsrichtung 16 des Fluidstroms 14 hinter der Durchgangsöffnung 32 und der Konstantdrosselöffnung 36 wenigstens ein Impaktionsabscheideelement 22 angeordnet. Das Impaktionsabscheideelement 22 kann beispielsweise als Vlieselement ausgebildet sein. Dadurch ist eine Abscheidung von Öl 92 nach einem Vliesimpaktor-Prinzip ermöglicht.
-
Die Ölabscheidevorrichtung 10 ermöglicht mit dessen Ventil 40 eine vom Saugrohrdruck unabhängige Einstellung (Regelung) des Fluidstroms 14. Dies ist mit konventionellen, mechanischen Ventilen nicht möglich. Durch das Verlagern des Verstellelements 42 ist eine besonders einfache Veränderung eines Drosselquerschnitts der Durchgangsöffnung 32 ermöglicht, wie aus der Zusammenschau der 3a (drosselfreier Zustand) und der 3b (Drosselung durch Ausbildung des Spalts 46) erkennbar ist.
-
Von besonderem Vorteil ist, dass das Ventil 40 allgemein in die Ölabscheidevorrichtung 10 integriert sein kann und damit keinen separaten Bauraum, beispielsweise in dem Teillastpfad 72 benötigt. In einer besonders einfachen Form kann der Magnet 54 in zwei Stufen, zwischen dem in 3a gezeigten großen Drosselquerschnitt und dem in 3b gezeigten, kleinen Drosselquerschnitt schalten.
-
Das magnetische Ventil 40 kann jedoch auch als Proportionalventil ausgestaltet sein, um verschiedene Teillastvolumenströme bis zur kompletten Abschaltung (Unterbinden des Strömens des Fluidstroms 14, wie beispielsweise in 6c gezeigt) darstellen zu können. Im Folgenden soll die Funktionsweise der Ölabscheidung in der Ölabscheidevorrichtung 10 nochmals kurz beschrieben werden. Über den Blow-By-Eintritt (Fluidkanal 12) gelangen die Blow-By-Gase aus der Verbrennungskraftmaschine 90 in die Ölabscheidevorrichtung 10. Die Feinölabscheidung erfolgt dabei vorliegend durch Abscheiden des Öls 92 am Impaktionsabscheideelement 22 nach einem Vliesimpaktor-Prinzip. Hierzu kann der Fluidstrom 14 durch die Drosselwirkung der Durchgangsöffnung 32 stark beschleunigt werden. Hinter der Durchgangsöffnung 32 befindet sich in dem Ölabscheideraum 20 das Impaktionsabscheideelement 22. Der Fluidstrom 14 wird an dem Impaktionsabscheideelement 22 abgelenkt, wobei zuvor in dem Fluidstrom 14 enthaltene Tropfen des Öls 92 aufgrund ihrer Trägheit der Strömungsumlenkung nicht mehr folgen können und schließlich am Impaktionsabscheideelement 22 haften bleiben. Der von dem Öl 92 schließlich zumindest weitgehend gereinigte Fluidstrom 14 kann anschließend über die Auslassöffnung 26 in die Reinluftleitung (Saugrohr 94) weitergeleitet werden. Das Öl 92 bündelt sich im Impaktionsabscheideelement 22 (Vlies) und läuft schließlich an der geodätisch tiefsten Stelle des Ölabscheideraums 20 zusammen. Von dort aus gelangt das Öl 92 über die Rücklauföffnung 28 zurück in den Ölkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 90.
-
Die als Drossel ausgebildete Durchgangsöffnung 32 stellt in Kombination mit dem Ventil 40 beziehungsweise mit dem relativ zu der Durchgangsöffnung 32 verlagerbaren Verstellelement 42 ein Regelorgan zum Einstellen und damit Regeln des Teillastvolumenstroms (Fluidstrom 14) dar. Durch die Auslegung des Drosselquerschnitts der Durchgangsöffnung 32 kann ein maximal möglicher Teillastvolumenstrom (Fluidstrom 14) festgelegt werden. Das Ventil 40 kann mittels des Federelements 52 beispielsweise in geöffneter Position gehalten werden. Die Kolbenstange (Verstellelement 42) des Ventils 40 kann dabei eingefahren sein, wie beispielsweise in 2a gezeigt ist. Wird das Magnetventil (Ventil 40) nunmehr elektrisch angesteuert, so fährt die Kolbenstange aus und verschließt daraufhin einen Teil des Öffnungsquerschnitts der Drossel unter Ausbildung des in 3b gezeigten Spaltes 46. Der über den Teillastpfad 72 (siehe 1) in das Saugrohr 94 rückführbare Teillastvolumenstrom (Fluidstrom 14) kann dadurch auf einen definierten Wert reduziert, beziehungsweise eingestellt werden. 4 zeigt hierzu exemplarisch ein Diagramm, bei welchem der Teillastvolumenstrom mit „V“ abgekürzt und über dem Saugrohrdruck p aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt einen ersten Teillastvolumenstrom V_1 bei vollständig freigegebenen Querschnitt der Durchgangsöffnung 32, wie exemplarisch in 3 gezeigt ist, sowie einen zweiten Teillastvolumenstrom V_2, welcher sich bei, in die Durchgangsöffnung 32 eingeführtem Verstellelement 32 ergibt, wie exemplarisch in 3b gezeigt ist. Zudem zeigt das Diagramm in 4 eine Schaltkurve SK des Ventils 40 zwischen dem größeren Drosselquerschnitt der Durchgangsöffnung 32 (siehe 3a) und dem kleineren Drosselquerschnitt (siehe 3b). Diese Schaltkurve ist bei aus dem Stand der Technik bekannten, mechanischen Ventilsystemen durch einen bestimmten Unterdruck im Saugrohr 94 vorgegeben. Mit Hilfe des als Magnetventil ausgebildeten Ventils 40 kann die Schaltung zwischen den verschiedenen Teillastvolumenströmen V_1 und V_2 frei gewählt werden. Die jeweiligen Volumenstromwerte, welche sich bei den jeweiligen Teillastvolumenströmen V_1, V_2 für den Fluidstrom 14 einstellen, sind abhängig von jeweils gewählten geometrischen Größen der Drosselquerschnitte (Querschnitt der Durchgangsöffnung 32 und Querschnitt des Verstellelements 42) und damit beliebig vorgebbar.
-
Mit der, durch das Ventil 40 elektrisch einstellbaren Ölabscheidevorrichtung 10 sind verschiedene Ausführungsvarianten darstellbar. In einer Grundauslegung kann das Ventil in einem unbestromten, also stromlosen Zustand durch das Federelement 52 geöffnet sein. Bei einem Ausfall der elektrischen Ansteuerung oder einer Fehlfunktion beziehungsweise einem Defekt des Ventils 40 wäre dann gemäß einer vorgegebenen Fail-Safe-Funktion dauerhaft der maximal mögliche Teillastvolumenstrom V_1 eingestellt. In diesem Fall wäre also, wie beispielsweise in 2a gezeigt, das Verstellelement 42 von der Durchgangsöffnung 32 beabstandet und dementsprechend der maximal mögliche Drosselquerschnitt (siehe 3a) der Durchgangsöffnung 32 freigegeben.
-
Die Grundauslegung des Ventils 40 kann jedoch auch umgekehrt erfolgen, sodass in unbestromten Zustand die Kolbenstange (Verstellelement 42) des Ventils 40 ausgefahren sein kann und dementsprechend lediglich den kleinen Teillastvolumenstrom V_2 (siehe 3b) freigeben kann.
-
Wie aus der Zusammenschau von 5a und 5b hervorgeht, kann mit der Durchgangsöffnung 32 in Verbindung mit der Konstantdrosselöffnung 36 auch eine Variante mit zwei voneinander getrennten Drosselbohrungen vorgesehen sein. Durch die Kolbenstange kann eine der beiden Drosselquerschnitte komplett verschlossen werden, wobei im in 5a und 5b gezeigten Fall mittels des Verschlussbereichs 50 vorliegend lediglich die Durchgangsöffnung 32 verschlossen werden kann. Der Vorteil dieser Variante ist, dass der Querschnitt der gleichen Drossel (Konstantdrosselöffnung 36) besonders genau ausgelegt werden kann. Eine mögliche, fertigungsbedingte Exzentrizität zwischen der Durchgangsöffnung 32 und dem Verstellelement 42 hat keinen Einfluss auf die Durchströmung des Fluidstroms 14 oder zumindest eines Teils des Fluidstroms 14 durch die Konstantdrosselöffnung 36.
-
In der Zusammenschau von Fig. 6a, 6b, und 6c ist erkennbar, dass bei Ausbildung des Ventils 40 als Proportionalventil verschiedene Schaltstellungen zwischen einer Offenstellung (siehe 6a) und der Schließstellung 48 (siehe 6c) realisiert werden können. 6b zeigt zudem, dass auch die Einführstellung 44 realisiert werden kann.
-
Zusammenfassend ergeben sich gegenüber bisherigen, aus dem Stand der Technik bekannten Ventilsystemen folgende Vorteile:
-
Durch die Kombination mehrerer Funktionen in einem Bauteil (Funktion der Feinölabscheidung sowie Funktion der Teillastvolumenstromregelung mittels der Ölabscheidevorrichtung 10) ergeben sich deutliche Bauraumvorteile gegenüber eines, beispielsweise in dem Teillastpfad 72 positionierten, elektrischen Ventils. Bei der Reduzierung des Drosselquerschnitts werden zudem keine großen Magnetkräfte zur Ausführung der Kolbenbewegung, also zur Verlagerung des Verstellelements 42 benötigt. Dadurch kann das Magnetventil (Ventil 40) insgesamt besonders kompakt gebaut werden, wodurch Bauraumvorteile sowie Gewichtsvorteile erzielt werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Ölabscheidevorrichtung
- 12
- Fluidkanal
- 14
- Fluidstrom
- 16
- Fluidströmungsrichtung
- 20
- Ölabscheideraum
- 22
- Impaktionsabscheideelement
- 24
- Wandteil
- 26
- Auslassöffnung
- 28
- Rücklauföffnung
- 30
- Wandungselement
- 32
- Durchgangsöffnung
- 34
- Öffnungswand
- 36
- Konstantdrosselöffnung
- 40
- Ventil
- 42
- Verstellelement
- 44
- Einführstellung
- 46
- Spalt
- 48
- Schließstellung
- 50
- Verschlussbereich
- 52
- Federelement
- 54
- Magnet
- 56
- Federkraft
- 58
- Magnetkraft
- 60
- Luftfilter
- 62
- Verdichter
- 64
- Drosselklappe
- 66
- Brennraum
- 68
- Rückschlagventil
- 70
- Belüftungsleitung
- 72
- Teillastpfad
- 76
- Zylinderkopf
- 78
- Kurbelgehäuse
- 80
- Ölabscheider
- 82
- Frischluftstrom
- 84
- Teillast-Blow-By
- 90
- Verbrennungskraftmaschine
- 92
- Öl
- 94
- Saugrohr
- p
- Saugrohrdruck
- S
- Schaltpunkt
- SK
- Schaltkurve
- V
- Teillastvolumenstrom
- V_1
- Teillastvolumenstrom
- V_2
- Teillastvolumenstrom
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015007154 A1 [0002]
- DE 10247934 A1 [0003]
