DE102017111434B4

DE102017111434B4 - Ölabscheidevorrichtung

Info

Publication number: DE102017111434B4
Application number: DE102017111434.3A
Authority: DE
Inventors: Jorge SOARES; Tobias BURKERT; Christian Meyer
Original assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-05-25
Also published as: DE102017111434A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ölabscheidevorrichtung (1) zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen, die ein Gehäuse (2) mit einem Gaseinlass (8) und einem Auslass (9), einen in dem Gehäuse (2) angeordneten Ölabscheider (3), und ein Drosselelement (4), das in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, aufweist. An einem Gasführungskanal (10) des Gehäuses (2) ist eine Mündung (11) ausgebildet, an welcher das Drosselelement (4) angeordnet ist. Das Drosselelement (4) ist zwischen einer Schließstellung, in welcher es die Mündung (11) verschließt, und einer Öffnungsstellung, in welcher es einen umlaufenden Düsenspalt (14) zwischen sich und dem Rand (12) der Mündung (11) bildet, in dem Gehäuse (2) bewegbar gelagert. Das Gehäuse (2) weist eine Zusatzöffnung (16) auf, an welcher ein Referenzdruck anlegbar ist, wobei das Drosselelement (4) die Zusatzöffnung (16) sowohl von dem Gaseinlass (8) als auch von dem Auslass (9) strömungstechnisch trennt. Das Drosselelement (4) ist tassenförmig ausgebildet und weist eine sich in Verlängerung des Randes (12) der Mündung (11) erstreckende und für eine Bewegung zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung in ihrer Länge (26) veränderlich ausgebildete Betriebsanpassungswandung (24) mit einem in Schließstellung die Mündung (11) des Gasführungskanals (10) verschließenden und in Öffnungsstellung von dem Rand (12) der Mündung (11) beabstandet angeordneten Boden (25) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölabscheidevorrichtung zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen, aufweisend ein Gehäuse, welches einen mit einem Kurbelgehäuse strömungsverbindbaren Gaseinlass und einen mit einem Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine strömungsverbindbaren Auslass aufweist, einen zwischen dem Gaseinlass und dem Auslass in dem Gehäuse angeordneten Ölabscheider, und ein Drosselelement, das in dem Gehäuse zwischen dem Gaseinlass und dem Ölabscheider angeordnet ist, wobei an einem dem Gaseinlass abgewandten Längsende des Gasführungskanals eine Mündung ausgebildet ist, an welcher das Drosselelement angeordnet ist, welches in Längsrichtung des Gasführungskanals zwischen einer Schließstellung, in welcher das Drosselelement auf einem Rand der Mündung des Gasführungskanals aufliegt und die Mündung verschließt, und einer Öffnungsstellung, in welcher ein umlaufender Düsenspalt zwischen dem Rand der Mündung und dem Drosselelement gebildet ist, in dem Gehäuse bewegbar gelagert ist, wobei der Ölabscheider umlaufend um den Düsenspalt herum angeordnet ist und in Öffnungsstellung des Drosselelements Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase von dem Gasführungskanal über den Düsenspalt zu dem Auslass strömen können, wobei das Gehäuse eine Zusatzöffnung aufweist, an welcher ein Referenzdruck auf der dem Gasführungskanal abgewandten Seite des Drosselelements anlegbar ist, und wobei das Drosselelement derart an dem Gehäuse angebracht ist, dass das Drosselelement die Zusatzöffnung sowohl von dem Gaseinlass als auch von dem Auslass strömungstechnisch trennt.
Bei der Reinigung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen geht es um die Phasentrennung einer dispersen Phase in Form von kleinen Öltropfen in der Größenordnung von 1um und kleiner, die in der gasförmigen Phase des Entlüftungsgases verteilt sind. Dieser physikalische Vorgang der Phasentrennung wird als Ölabscheidung bezeichnet, für die eine kontinuierliche Energiezufuhr (Leistungszufuhr) erforderlich ist. Jeder passiv-angetriebene Ölabscheider entnimmt dabei dem Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem einen bestimmten Anteil der zur Verfügung stehenden Leistung in Form eines Druckverlusts, der sich beispielsweise beim Durchströmen der Poren eines Filters oder beim Durchströmen eines Zyklons ergibt. Je mehr Leistung der Ölabscheider aufnimmt, desto größer ist das Potential für einen hohen Ölabscheidegrad. Die zur Verfügung stehende Leistung im Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem ist jedoch begrenzt und zudem in Abhängigkeit des Motorbetriebszustands stark schwankend.
Zur Ölabscheidung sind insbesondere im Automobilbereich verschiedene Bauarten von Ölabscheidern bekannt, die im Sinne der Erfindung in geregelte und ungeregelte Ölabscheider gemäß den nachstehenden Ausführungen unterschieden werden. Eine detaillierte Differenzierung zwischen geregelten und ungeregelten Ölabscheidern ist der von der Anmelderin stammenden DE 20 2017 101 622 U1 zu entnehmen, auf deren diesbezügliche Beschreibung für die Differenzierung hiermit Bezug genommen wird.
Ungeregelte Ölabscheider im Sinne der Erfindung weisen keinen Regelkreis mit Regel- und Stellgröße zur variablen Anpassung des Druckverlusts auf. Ein ungeregelter Ölabscheider wird von den Entlüftungsgasen durchströmt und weist bei einem bestimmten Volumenstrom immer denselben Druckverlust auf, der mit steigendem Volumenstrom nach einer Ölabscheider-spezifischen Druckverlustkennlinie kontinuierlich ansteigt. Da sich die auf geringe Druckverluste ausgelegte Druckverlustkennlinie eines ungeregelten Ölabscheiders nicht ändern kann, können die höheren zur Verfügung stehenden Leistungen in bestimmten Motorbetriebszuständen für die Ölabscheidung je nach Motor nur zu einem sehr geringen Anteil genutzt werden. Mit den bekannten, ungeregelten Ölabscheidern kann je nach Motor, insbesondere bei höheren Drehzahlen, die zur Verfügung stehende Leistung nur zu einem geringen Bruchteil für die Ölabscheidung genutzt werden, obwohl zur effektiven Abscheidung des Öleintrags, der mit steigender Drehzahl und Last zunimmt, ein höherer Leistungsaufnahmeanteil erforderlich wäre, um einen Anstieg des Ölverbrauchs zu verhindern. Ungeregelte Ölabscheider können folglich ihren Druckverlust nicht automatisch an variierende Randbedingungen anpassen. Zur Reinigung von mit Ölpartikeln verunreinigten Kurbelgehäuseentlüftungsgasen werden für Serienanwendungen bislang ungeregelte Ölabscheider eingesetzt, die die Ölpartikel teilweise in Form eines Ölnebels abscheiden. Diese ungeregelten Ölabscheider basieren teilweise auf dem Trägheitsprinzip, bei dem durch eine scharfe Umlenkung der Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase, beispielsweise innerhalb eines Zyklons, die Ölnebelpartikel der Strömung nicht mehr folgen können und herausgeschleudert werden. Nach dem das Kurbelgehäuse-Entlüftungsgas den Ölabscheider verlassen hat, strömt es durch ein Unterdruckbegrenzungsventil, welches auch als Druckregelventil bezeichnet wird. Die Erforderlichkeit von Unterdruckbegrenzungsventilen ist ein charakteristischer Nachteil von ungeregelten Ölabscheidern. Da ungeregelte Ölabscheider in den meisten Motorbetriebszuständen die zur Verfügung stehende Kurbelgehäuse-Entlüftungsleistung nur zu einem geringen Anteil zur Ölabscheidung nutzen können, muss die überschüssige Leistung durch den zusätzlichen Strömungswiderstand eines Unterdruckbegrenzungsventils abgebaut werden. Ohne ein solches Unterdruckbegrenzungsventil kann die bei ungeregelten Ölabscheidern überschüssige Leistung je nach Motor und Auslegung des Ölabscheiders zu einem unzulässig hohen Kurbelgehäuseunterdruck führen, durch den Dichtungen und druckempfindliche Bauteile überbelastet werden können.
Zur Nutzbarmachung der im Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem zur Verfügung stehenden Leistung auch bei unabhängig voneinander schwankenden Entlüftungsvolumenströmen und Saugrohrunterdrücken ist zur Ölabscheidung ein geregelter Flüssigkeitsabscheider bekannt, wie er beispielsweise in der DE 44 04 709 C1 beschrieben ist.
Eine geregelte Ölabscheidevorrichtung der der eingangs bezeichneten Art ist aus der EP 2 531 273 B1 bekannt. Die Regelung dieses Ölabscheiders basiert auf einer Membran, die sich entlang der Längsachse über ein Zylinderrohr bewegen kann. Die in Form einer Rollmembran ausgebildete Membran kann bei ihrer Bewegung eine oder mehrere Durchströmungsöffnungen in Form von Schlitzen in Längsrichtung abdecken oder freigeben, wobei die Durchströmungsöffnungen in der Wand des Zylinderrohres ausgebildet sind und zur Prallfläche an der Innenwand eines äußeren Rohres führen. Dadurch, dass die als Rollmembran ausgeführte Membran nur im Bereich der Schlitze den resultierenden Kräften aus der Druckdifferenz des Saugunterdrucks und des Kurbelgehäusedrucks ausgesetzt ist, kann die mechanische Belastung des Membran-Materials geringgehalten werden. Zudem verläuft die aus der Druckdifferenz des Saugunterdrucks und des Kurbelgehäusedrucks resultierende Kraft quer zur Bewegungsrichtung der Membran, so dass diese Kraft die Regelung nicht negativ beeinflusst. Ein Nachteil eines solchen Ölabscheiders besteht darin, dass die Rollmembran knittern oder falsch abrollen kann und, wie allgemein bei Rollmembranen bekannt, das Druckgefälle nur in eine Richtung wirken darf, da sonst die Gefahr eines Umstülpens der Rollmembran besteht, was zum Beispiel bei einer Dichtheitsprüfung des Ölabscheiders mit Überdruck eintreten kann.
Aus der DE 10 2015 213 531 A1 ist ferner ein Impaktor zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einer Gasströmung bekannt. Der Impaktor weist Düsen, die zumindest teilweise permanent geöffnet sind und durch welche die Gasströmung strömt, und ein strömungstechnisch parallel zu den Düsen angeordnetes Tellerventil, das in einem geöffneten Zustand einen Strömungsspalt bildet, durch den ein Teil der Gasströmung strömt, auf. Um den Arbeitsbereich des Impaktors zu erhöhen, weist der Impaktor ein Trennelement auf, das eine Druckkammer begrenzt, wobei das Trennelement den Ventilteller zusätzlich mit einer Kraft beaufschlagt. Der Impaktor weist ferner eine erste Fluidverbindung von einem stromauf der Düsen und des Strömungsspaltes liegenden Zuströmraum des Impaktors zu der Druckkammer auf, wobei der Impaktor eine zweite Fluidverbindung von der Druckkammer zu einem stromab der jeweiligen Prallplatte liegenden Abströmraum des Impaktors aufweist.
Darüber hinaus ist aus der DE 11 2015 001 827 T5 ein Lüftungssystem für die Entlüftung und für die Belüftung eines Verbrennungsmotors bekannt. Das Lüftungssystem enthält einen Ansaugtrakt und einen Verdichter, der in dem Ansaugtrakt angeordnet ist, einen Luft-Öl-Abscheider zur Abscheidung von Öl und/oder Ölnebel aus Blow-By-Gasen mit einem Einlass und einem Auslass, eine Zuleitung für Blow-By-Gase, die mit dem Einlass des Luft-Ölabscheiders verbunden ist, eine erste Leitung zur Verbindung des Auslasses des Luft-Öl-Abscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors vor dem Verdichter, eine zweite Leitung für die Verbindung des mindestens einen Auslasses des Luft-Ölabscheiders mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors hinter dem Verdichter. Ferner sind eine erste Belüftungsleitung, die die erste Leitung mit einem Bauteil des Verbrennungsmotors verbindet, sowie eine zweite Belüftungsleitung vorgesehen, die die zweite Leitung mit dem Bauteil verbindet.
Schließlich ist aus der EP 3 020 934 A1 ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine bekannt, die ein Kurbelgehäuse und eine Aufladeeinrichtung aufweist. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, die zumindest eine trägheitsbasierte Ölabscheideeinrichtung mit mindestens einem trägheitsbasierten Ölabscheider, einen abgeschiedenes Öl zum Kurbelgehäuse rückführenden Ölrücklauf und eine Saugstrahlpumpe aufweist, die mit komprimierter Luft der Aufladeeinrichtung angetrieben wird und die einen Unterdruck erzeugt, um Blow-By-Gas anzutreiben. Die Kurbelgehäuseentlüftungseirichtung umfasst ein Pumpensteuerventil, das die Strömung der komprimierten Luft durch die Saugstrahlpumpe regelt und/oder steuert und das ein Verschlussteil aufweist, das gegen einen Ventilsitz kraftbeaufschlagt angeordnet ist und bei Überscheiten einer Druckdifferenz zwischen einem Ventileinlass und einem Ventilauslass oder bei Überschreiten eines eingangsseitigen Druckes entgegen der Kraft aus dem Ventilsitz gehoben wird, so dass das Pumpensteuerventil geöffnet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise eine Ölabscheidevorrichtung bereitstellt, mit welcher auch bei schwankenden Drücken und schwankenden EntlüftungsgasVolumenströmen eine gute Ölabscheidung erzielt werden kann.
Bei einer Ölabscheidevorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Drosselelement tassenförmig ausgebildet ist und eine sich in Verlängerung des Randes der Mündung erstreckende und für eine Bewegung zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung in ihrer Länge bzw. Höhe veränderlich ausgebildete Betriebsanpassungswandung mit einem in Schließstellung die Mündung des Gasführungskanals verschließenden und in Öffnungsstellung von dem Rand der Mündung beabstandet angeordneten Boden aufweist.
Die Betriebsanpassungswandung erstreckt sich in Längsrichtung des Gasführungskanals, wobei dem Ölabscheider in Strömungsrichtung betrachtet das Drosselelement vorgelagert ist. Das Drosselelement kann je nach Betriebszustand den Düsenspalt ausbilden, wobei der Düsenspalt bevorzugt ein umlaufend ausgebildeter Spalt zwischen dem Rand der Mündung des Gasführungskanals und dem Drosselelement ist. Erfindungsgemäß ist der Durchströmungsquerschnitt des Düsenspalts variabel, d.h. in Abhängigkeit des Motorbetriebszustands stellt sich ein entsprechend dimensionierter Düsenspalt ein.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Erfindung wird eine geregelte Ölabscheidevorrichtung zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen zur Verfügung gestellt, die sich durch eine funktionsgerechte Konstruktion auszeichnet. Vorteilhaft benötigt die erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung gegenüber ungeregelten Ölabscheidevorrichtungen kein Druckregelventil, so dass Anzahl der Bauteile und Herstellungskosten im Vergleich zu ungeregelten Ölabscheidevorrichtungen reduziert sind. Der Entfall eines Druckregelventils wirkt sich ferner vorteilhaft auf eine Vereinfachung der Konstruktion und des Montageaufwands aus. Die erfindungsgemäße geregelte Ölabscheidevorrichtung passt sich zeitlich variierenden Randbedingungen automatisch an und vermeidet Überdrücke in kritischen Kennfeldbereichen trotz maximaler Nutzung der Leistung in allen Kennfeldbereichen. Im Unterschied zu Ölabscheidevorrichtungen mit einer Rollmembran herrschen bei der erfindungsgemäßen Ölabscheidevorrichtung keine Haft- oder Gleitreibungskräfte beim Verstellen des Drosselelements bzw. des Querschnitts des Düsenspalts, da die Querschnittsänderung des Düsenspalts durch kontaktfreie Abstandsänderung zwischen dem Boden des Drosselelements und dem Rand der Mündung des Gasführungskanals erfolgt. Im Unterschied zu Ölabscheidern mit einer Rollmembran als Drosselelement hat bei der erfindungsgemäßen Ölabscheidevorrichtung ein Saugunterdruck keinen Einfluss auf die Regelung. Ferner ist der erfindungsgemäße Ölabscheider im Gegensatz zu Ölabscheidern mit Rollmembran überdruckbelastbar, d.h. es besteht nicht die Gefahr des „Umklappens“ wie bei einer Rollmembran. Auch ist durch die Erfindung im Vergleich zu Ölabscheidern mit Rollmembran die Gefahr eines ungleichmäßigen Abrollens oder Knittern der Membran ausgeschlossen. Mit der geregelten Ölabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung wird die zur Verfügung stehende Leistung im Kurbelgehäuseentlüftungssystem bis zu einem Anteil von 100% über das gesamte Motorkennfeld zur Steigerung des Ölabscheidungsgrads nutzbar gemacht, indem sich die geregelte Ölabscheidevorrichtung optimal auf die schwankenden Motorbetriebsbedingungen anpasst. Die Ölabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung weist ein robustes Design auf, welches zu einer höheren Betriebssicherheit und Wartungsfreiheit im Vergleich zu bekannten Ölabscheidern führt und damit für Serienanwendungen geeignet ist.
Damit geringe Kräfte zur Bewegung des Drosselelements zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung erforderlich sind, ist es in Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn in einer maximalen Öffnungsstellung des Drosselelements der Düsenspalt eine Strömungsquerschnitts-Höhe aufweist, die weniger als 10% der Höhe der Betriebsanpassungswandung beträgt. Die axiale Höhe der Betriebsanpassungswandung beträgt folglich ein Vielfaches der axialen Strömungsquerschnitts-Höhe des Düsenspalts.
Um das axiale Zusammendrücken der Betriebsanpassungswandung bei einer Bewegung in Öffnungsstellung zu begrenzen, sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass das Gehäuse wenigstens eine Axial-Anschlagsfläche aufweist, an welcher der Boden des Drosselelements in einer maximalen Öffnungsstellung anliegt. Eine maximale Öffnungsstellung wird zum Beispiel in einem differenzdrucklosen Zustand der Ölabscheidevorrichtung eingenommen, insbesondere wenn der Motor ausgeschaltet ist, so dass die maximale Öffnungsstellung einer Ausgangsstellung des Drosselelements entsprechen kann.
Konstruktiv besonders günstig und baumraumeinsparend ist es dabei in Ausgestaltung der Erfindung, wenn sich die wenigstens eine Axial-Anschlagsfläche ausgehend von einem Deckelabschnitt des Gehäuses innenseitig der Betriebsanpassungswandung in Richtung des Bodens erstreckt.
Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass das Gehäuse wenigstens eine Radial-Anschlagsfläche zur Abstützung der Betriebsanpassungswandung aufweist, wobei sich die wenigstens eine Radial-Anschlagsfläche parallel zu der und innenseitig der Betriebsanpassungswandung in deren Längsrichtung erstreckt. Dabei kann sich die wenigstens eine Radial-Anschlagsfläche beabstandet zu der Betriebsanpassungswandung erstrecken. Bei Kurbelgehäuse-Überdrücken, die bei Überdruck-Dichtheitsprüfungen des Brennkraftmaschinen-Herstellers vor der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine aufgebracht werden, kann die Mantelfläche der Betriebsanpassungswandung des Drosselelements sich an der wenigstens einen, innenseitig der Betriebsanpassungswandung umlaufend verlaufenden Radial-Anschlagsfläche abstützen. Im Normalbetrieb der erfindungsgemäßen Ölabscheidevorrichtung hat die Betriebsanpassungswandung bei einer Bewegung zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung keinen Kontakt mit anderen Bauteilen der Ölabscheidevorrichtung.
Da auf die Betriebsanpassungswandung des Drosselelements je nach Bauart, Auslegung und Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine maximale Druckdifferenz zwischen Saugunterdruck und Atmosphärendruck von -30mbar bis zu -900mbar herrschen kann, ist eine Stabilisierung der Betriebsanpassungswandung in radialer Richtung, d.h. in einer quer zur Längsrichtung des Gasführungskanals, erforderlich, um eine Aufweitung durch die resultierenden Differenzdruck-Kräfte zu vermeiden. Eine Aufweitung der Betriebsanpassungswandung des Drosselelements in radialer Richtung würde gleichzeitig zu einer Verkürzung der Betriebsanpassungswandung in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung des Gasführungskanals, führen, wodurch die Regelung des Querschnitts des Düsenspalts beeinträchtigt würde. Dementsprechend sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass die Betriebsanpassungswandung zur Wandungsstabilisierung wenigstens eine umlaufende Wandaufdickung aufweist. Insbesondere bei einer Betriebsanpassungswandung mit großer axialer Höhe sind zur Stabilisierung der Betriebsanpassungswandung gegen geringe und mittlere Saugunterdrücke vorzugsweise mehrere umlaufende Wandaufdickungen, die aus demselben Werkstoff wie die Betriebsanpassungswandung selbst bestehen, in die Betriebsanpassungswandung zu integrieren, die zueinander beabstandet sind und zwischen denen die Wandstärke geringer ist, so dass die elastische Verformbarkeit der Betriebsanpassungswandung zwischen den Wandaufdickungen in axialer Richtung unter möglichst geringer Kraft nicht beeinträchtig ist.
Bei Brennkraftmaschinen mit höheren Saugunterdrücken sind auf oder an die Betriebsanpassungswandung angeformte Wandaufdickungen aus einem elastischen Werkstoff nicht ausreichend, um eine Aufweitung der Betriebsanpassungswandung zu vermeiden. Für solche Anwendungsfälle ist die Mantelfläche durch Mittel zu stabilisieren, deren Werkstoff eine deutlich geringe Nachgiebigkeit als das elastische Material der Betriebsanpassungswandung aufweist, aber dennoch die Bewegung der Betriebsanpassungswandung zwischen der Schließ- und Öffnungsstellung in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung des Gasführungskanals, nicht beeinträchtigt. Bei diesen Mitteln zur Stabilisierung handelt es sich vorzugsweise um ein unidirektionales Textilgewebe oder eine Schraubenfeder, die jeweils vom elastischen Material der Betriebsanpassungswandung umspritzt oder von außen auf die Mantelfläche aufgebracht sein können.
Dementsprechend sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass eine Schraubenfeder zur Stabilisierung in Längsrichtung an der Betriebsanpassungswandung angebracht ist. Alternativ ist es denkbar, dass eine umlaufende Wandaufdickung nach Art eines Gewindes ausgebildet ist, wobei die Schraubenfeder in der Gewindevertiefung aufgenommen und gehalten ist.
Alternativ zu einer Schraubenfeder kann in anderer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass ein unidirektionales Textilgewebe zur Stabilisierung in Längsrichtung an der Betriebsanpassungswandung angebracht ist.
Die Erfindung sieht in Ausgestaltung vor, dass das Drosselelement einen umlaufenden Dichtungsansatz aufweist, welcher in Schließstellung auf dem Rand der Mündung dichtend aufliegt, wobei in Öffnungsstellung des Drosselelements der Düsenspalt zwischen dem Rand der Mündung und dem umlaufenden Dichtungsansatz des Drosselelements ausgebildet ist. Der Dichtungsansatz stellt folglich eine definierte Kontur dar, die in Schließstellung der Drosselmembran mit dem Rand der Mündung in Kontakt steht und eine Strömung der Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase in Richtung des Auslasses unterbindet, wenn sich das Drosselelement in Schließstellung befindet.
Bei höheren Saugunterdrücken ist vorzugsweise auch eine Stabilisierung des umlaufenden Dichtungsansatzes vorzusehen, entweder durch eine bis zum umlaufenden Dichtungsansatz weiterlaufende Stabilisierung der Betriebsanpassungswandung des Drosselelements oder durch Ausführung des umlaufenden Dichtungsansatzes aus einem Werkstoff mit deutlich geringerer Nachgiebigkeit im Vergleich zum elastischen Werkstoff der Betriebsanpassungswandung. Durch diese Maßnahmen wird die radiale Aufweitung des umlaufenden Dichtungsansatzes unter den resultierenden Kräften aus der Druckdifferenz aus Saugunterdruck und Kurbelgehäusedruck eingeschränkt oder vermieden. Bei der Ausführung des umlaufenden Dichtungsansatzes aus einem Werkstoff mit deutlich geringerer Nachgiebigkeit ist vorzugsweise eine elastisch verformbare Dichtfläche auf dem Rand der Mündung des mit dem Gaseinlass verbundenen Gasführungskanals vorzusehen, um eine vollständige gasdichte Abdichtung zu ermöglichen, sofern kein Kurbelgehäuseentlüftungsgasvolumenstrom bei gleichzeitigem Saugunterdruck vorliegt. Entsprechend sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass der umlaufende Dichtungsansatz elastisch verformbar ausgebildet ist oder dass der Rand der Mündung von einer elastisch verformbaren Dichtfläche gebildet ist.
Sofern der Boden des Drosselelements aus einem elastischen Material wie die Betriebsanpassungswandung besteht, ist es in Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn das Drosselelement ein tellerförmiges und an dem Boden anliegendes Stützelement mit einem sich in Längsrichtung des Gasführungskanals erstreckenden Führungssteg aufweist, wobei der Führungssteg in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Führungsausnehmung bewegbar gehalten ist. Dabei ist das Stützelement im Vergleich zur Betriebsanpassungswandung unelastisch ausgebildet und verhindert eine Verformung des Bodens des Drosselelements, indem das Stützelement auf der dem Gasführungskanal abgewandten Seite des Bodens an diesem anliegt oder sogar mit diesem verbunden ist.
Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass das Drosselelement gegen die Kraft eines elastischen Federelements in Öffnungsrichtung in Richtung der Schließstellung bewegbar an dem Gehäuse gelagert ist, wobei sich das elastische Federelement sowohl an dem Gehäuse als auch an der dem Gasführungskanal zugewandten Seite des Drosselelements abstützt. Mit anderen Worten wirkt das Federelement in Öffnungsrichtung auf das Drosselelement ein, wobei im ausgeschalteten Zustand der Brennkraftmaschine, ohne jegliche Druckdifferenzen an dem Drosselelement und ohne einen Kurbelgehäuseentlüftungsgas-Volumenstrom, durch das Federelement ein Düsenspalt eingestellt ist, so dass durch das Federelement zwischen dem Rand der Mündung des Gasführungskanals und dem umlaufenden Dichtungsansatz des Drosselelements ein vorbestimmter Abstand voreingestellt ist.
Eine konstruktiv besonders günstige Möglichkeit ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, dass das Drosselelement an dem dem Boden abgewandten Längsende einen umlaufend um die Betriebsanpassungswandung angeformten Dichtungsbereich aufweist, der dichtend in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Ausnehmung angeordnet ist, so dass das Drosselelement die Zusatzöffnung von dem Gaseinlass strömungstechnisch trennt.
Zur Sicherstellung der optimalen Regelfunktion sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass ein dem Boden abgewandter Längsabschnitt der Betriebsanpassungswandung an einem umlaufenden Wandbereich des Gehäuses anliegend angeordnet ist, wobei der Durchmesser oder die Breite des an dem Wandbereich anliegenden Längsabschnitts der Betriebsanpassungswandung im Wesentlichen identisch zu dem Durchmesser oder der Breite des Randes der Mündung ausgebildet und in Flucht zu dem Rand der Mündung angeordnet ist, auf dem eine Abdichtung erfolgt, sofern kein Kurbelgehäuseentlüftungsvolumenstrom bei gleichzeitigem Saugunterdruck vorliegt. Auf diese Weise wird eine Angriffsfläche für den Saugunterdruck an dem Drosselelement, die zu einer resultierenden Kraft in Längsrichtung des Gasführungskanals führen würde, vermieden, indem ein erster Durchmesser, von welchem aus sich das Drosselelement vom Gehäusedeckel in Richtung des Gasführungskanals erstreckt, im Wesentlichen identisch zu einem zweiten Durchmesser ist, mit welchem der umlaufende Dichtungsansatz auf dem Rand der Mündung des mit dem Gaseinlass verbundenen Gasführungskanals abdichtet, sofern kein Kurbelgehäuseentlüftungsgasvolumenstrom bei gleichzeitigem Saugunterdruck vorliegt. Somit ist ein Durchmesser, mit welchem die Betriebsanpassungswandung des Drosselelements von ihrer dichten Einspannung zwischen einem Deckelabschnitt und einem Gehäusemittelabschnitt ausgehend ins Innere des Gehäuses eintritt, im Wesentlichen identisch zu einem Durchmesser, mit welchem ein umlaufender Dichtungsansatz des Drosselelements in dessen Schließstellung auf dem Rand der Mündung des Gasführungskanals aufliegt. Unterschiede zwischen den genannten Durchmessern können jedoch gezielt dazu genutzt werden, um das jeweils gewünschte Kurbelgehäusedruckniveau des Motorenherstellers als Soll-Größe einzustellen. Eine Verkleinerung des zweiten Durchmessers gegenüber dem ersten Durchmesser führt zu einem Anstieg des Kurbelgehäusedruckniveaus, wohingegen eine Vergrößerung des ersten Durchmessers gegenüber dem zweiten Durchmesser entsprechend zu einer Abnahme des Kurbelgehäusedruckniveaus führt. Dementsprechend kann ein Durchmesser, mit welchem die Betriebsanpassungswandung des Drosselelements von ihrer dichten Einspannung zwischen einem Deckelabschnitt und einem Gehäusemittelabschnitt ausgehend ins Innere des Gehäuses eintritt, maximal 15% größer oder kleiner als ein Durchmesser sein, mit welchem ein umlaufender Dichtungsansatz des Drosselelements in dessen Schließstellung auf dem Rand der Mündung des Gasführungskanals aufliegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Ölabscheidung aus den Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen dadurch begünstigt werden, dass der Ölabscheider eine abscheidewirksame Funktionsfläche, insbesondere die eines Vlies oder eines Textils, aufweist.
Ferner ist es möglich, dass dem Ölabscheider nachgelagert ein zusätzlicher, über den im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine hinausgehender Unterdruck zur Verfügung gestellt wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Auslass mit einem Unterdruckerzeuger verbunden ist bzw. dass von einem Unterdruckerzeuger in diesem Bereich Unterdruck erzeugt wird. Als geeigneter Unterdruckerzeuger kann beispielsweise eine Saugstrahlpumpe vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, die Leistungsaufnahme der Ölabscheidevorrichtung über die motorbauartbedingte vorhandene Leistung hinaus zu Gunsten einer vollständigen bzw. verbesserten Ölabscheidung zu steigern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Referenzdruck auf der dem Gasführungskanal abgewandten Seite des Drosselelements Atmosphärendruck ist.
Schließlich ist es bevorzugt, wenn der umlaufende Düsenspalt und/oder das Gehäuse und/oder die Betriebsanpassungswandung vom Umfang her im Wesentlichen einen kreisrunden oder einen ovalen oder einen eckigen Querschnitt aufweisen.
Erfindungsgemäß ist das Drosselelement in seiner Lage veränderbar bzw. variierbar gelagert. Durch Verändern der Lage bzw. der Stellung des Drosselelements kann der Durchströmungsquerschnitt des Düsenspalts variiert werden. Entsprechend ist das Drosselelement derart ausgebildet, dass es in Strömungsrichtung des durch den Gaseinlas in das Gehäuse einströmenden Gas-Ölgemisches bewegbar gelagert ist. Die Strömungsrichtung entspricht hierbei der Längsrichtung des Gasführungskanals, in welchen das Gas-Ölgemisch in das Gehäuse einströmt. Durch ein derartiges Bewegen des Drosselelements wird der Durchströmungsquerschnitt des Düsenspalts variiert. Auf Grund der Bewegung in die oder entgegen der Strömungsrichtung weist die erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung den Vorteil auf, dass beispielsweise auftretende Reibung beim Verschieben des Drosselelements so gut wie gar nicht vorhanden ist, und falls minimalen Reibungskräfte auftreten, bleiben diese unabhängig von der Druckdifferenz zwischen Saugdruck und Kurbelgehäusedruck als auch unabhängig von der Druckdifferenz zwischen Saugdruck und Atmosphärendruck auf konstantem Niveau. Die Kräfte, die am Umfang des tassenförmig ausgebildeten Drosselelements resultierend aus der Druckdifferenz des Saugunterdrucks und dem Atmosphärendruck angreifen, heben sich gegenseitig auf, so dass keine resultierende Kraft existiert, die eine koaxiale Verschiebung des Drosselelements bewirkt, womit auch keine Reibung an der wenigstens einen Radial-Anschlagsfläche und auch keine zusätzliche Reibung am Führungssteg des Drosselelements entstehen.
Bevorzugt wird die als modulare Funktionsbaugruppe ausgeführte Ölabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung in einem Kurbelgehäuseentlüftungsgas-führenden Gehäuseelement eingesetzt, wobei die räumlich gasdichte Trennung zwischen verunreinigten und gereinigten Kurbelgehäuseentlüftungsgasen sowie zwischen gereinigten Kurbelgehäuseentlüftungsgasen und Umgebungsluft auf Atmosphärendruck-Niveau über Dichtungen oder eine gasdichte Verschweißung erfolgt.
Bei der erfindungsgemäßen Ölabscheidevorrichtung handelt es sich zusammengefasst um eine geregelte Ölabscheidevorrichtung. Mit dieser kann die zur Verfügung stehende Leistung im Kurbelgehäuse als auch zusätzliche Leistung von einem Unterdruckerzeuger zu einem hohen Anteil von bis zu 100% genutzt werden. Dies ist über das gesamte Motorkennfeld möglich, so dass hierdurch eine Steigerung des Ölabscheidungsgrades ermöglicht ist, da sich der geregelte Ölabscheider an die schwankenden Motorbetriebsbedingungen optimal anpasst.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Ausdruck „umlaufend“ ein radial umlaufendes Element zu verstehen, welches beispielsweise ringförmig ausgebildet sein kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der beispielhaft bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

1 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine perspektivische Unteransicht auf die Ölabscheidevorrichtung aus 1,
3 eine perspektivische Einzelteildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus 1,
4 eine perspektivische Darstellung eines Gehäusedeckels der Ölabscheidevorrichtung aus 1,
5 in perspektivischer Ansicht ein Drosselelement der Ölabscheidevorrichtung aus 1,
6 eine Draufsicht auf die Ölabscheidevorrichtung aus 1,
7 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 1, bei welcher das Drosselelement in einer maximalen Öffnungsstellung angeordnet ist,
8 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 1, bei welcher das Drosselelement in einer halbgeöffneten Öffnungsstellung angeordnet ist,
9 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 1, bei welcher das Drosselelement in einer Schließstellung angeordnet ist,
10 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
11 eine perspektivische Unteransicht auf die Ölabscheidevorrichtung aus 10,
12 eine perspektivische Einzelteildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus 10,
13 eine perspektivische Ansicht auf ein Drosselelement und ein Stützelement der Ölabscheidevorrichtung aus 10,
14 eine vergrößerte Schnittansicht von Drosselelement und Stützelement der Ölabscheidevorrichtung aus 10,
15 in perspektivischer Ansicht eine Dichtfläche und ein Gehäuseeinlassstutzen der Ölabscheidevorrichtung aus 10,
16 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 10, bei welcher das Drosselelement in einer maximalen Öffnungsstellung angeordnet ist,
17 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 10, bei welcher das Drosselelement in einer halbgeöffneten Öffnungsstellung angeordnet ist,
18 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 10, bei welcher das Drosselelement in einer Schließstellung angeordnet ist,
19 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
20 eine perspektivische Unteransicht auf die Ölabscheidevorrichtung aus 19,
21 eine perspektivische Einzelteildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus 19,
22 eine Perspektivdarstellung eines Drosselelements der Ölabscheidevorrichtung aus 19,
23 eine Perspektivdarstellung einer Schraubenfeder der Ölabscheidevorrichtung aus 19
24 eine vergrößerte Schnittansicht von Drosselelement und Schraubenfeder der Ölabscheidevorrichtung aus 19,
25 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 19, bei welcher das Drosselelement in einer maximalen Öffnungsstellung angeordnet ist,
26 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 19, bei welcher das Drosselelement in einer halbgeöffneten Öffnungsstellung angeordnet ist,
27 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 19, bei welcher das Drosselelement in einer Schließstellung angeordnet ist,
28 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
29 eine perspektivische Unteransicht auf die Ölabscheidevorrichtung aus 28,
30 eine perspektivische Einzelteildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus 28,
31 eine perspektivische Ansicht auf ein Drosselelement und ein Stützelement der Ölabscheidevorrichtung aus 28,
32 eine Perspektivdarstellung einer Schraubenfeder der Ölabscheidevorrichtung aus 28,
33 eine vergrößerte Schnittansicht von Drosselelement, Stützelement und Schraubenfeder der Ölabscheidevorrichtung aus 28,
34 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 28, bei welcher das Drosselelement in einer maximalen Öffnungsstellung angeordnet ist,
35 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 28, bei welcher das Drosselelement in einer halbgeöffneten Öffnungsstellung angeordnet ist, und
36 eine seitliche Schnittansicht der Ölabscheidevorrichtung aus 28, bei welcher das Drosselelement in einer Schließstellung angeordnet ist.

In den 1 bis 36 sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders 1 und einzelne Bauteile des Ölabscheiders dargestellt. Dabei beziehen sich die 1 bis 9 auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ölabscheiders 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, die 10 bis 18 auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ölabscheiders 1 gemäß der Erfindung, die 19 bis 27 auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines Ölabscheiders 1 gemäß der Erfindung und die 28 bis 36 auf ein viertes Ausführungsbeispiel eines Ölabscheiders 1 gemäß der Erfindung. Da alle vier Ausführungsbeispiele in Bezug auf ihre Konstruktion große Gemeinsamkeiten aufweisen, bezieht sich die nachstehende Beschreibung grundsätzlich auf alle vier Ausführungsbeispiele, wobei auf entsprechende Unterschiede und Abwandlungen zwischen den Ausführungsbeispielen explizit hingewiesen wird. Der erfindungsgemäße Ölabscheider 1 wird zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen eingesetzt und kann zu diesem Zweck in einem Gehäuseelement integriert sein, wie es in der von der Anmelderin stammenden DE 20 2017 101 622 U1 beschrieben ist.
Der geregelte Ölabscheider 1 gemäß der Erfindung ist als eine modulare Funktionsbaugruppe ausgebildet, welche die Strömungsgeschwindigkeit des Entlüftungsgasvolumenstroms unter nahezu vollständiger Nutzung der im Kurbelgehäuseentlüftungssystem zur Verfügung stehenden Leistung beschleunigt und die Ölnebelpartikel zur Ölnebelabscheidung auf eine Prallfläche leitet.
Die in den 1 bis 36 dargestellte Ölabscheidevorrichtung 1 zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen weist ein Gehäuse 2, einen Ölabscheider 3 und ein Drosselelement 4 auf (siehe insbesondere 3, 12, 21 und 30). Dabei umfasst das Gehäuse 2 bei allen vier Ausführungsbeispielen einen Deckelabschnitt 5, einen Gehäuseeintrittsstutzen 6 und einen Gehäusemittelabschnitt 7, 7', an welchem der Deckelabschnitt 5 und der Gehäuseeintrittsstutzen 6 befestigt sind. Das Gehäuse 2 weist einen mit einem Kurbelgehäuse strömungsverbindbaren Gaseinlass 8 und einen mit einem Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine strömungsverbindbaren Auslass 9 auf. Die Strömung durch die Ölabscheidevorrichtung 1 ist exemplarisch nur in 7 anhand der gestrichelten Linien, deren Pfeil die Strömungsrichtung angibt, dargestellt. Die Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase strömen folglich vom Gaseinlass 8 durch einen Gasführungskanal 10 in Richtung einer Mündung 11, die an einem dem Gaseinlass 8 abgewandten Längsende des Gasführungskanals 10 ausgebildet ist (siehe 7). Stromab der Mündung 11 ist das Drosselelement 4 angeordnet, an welchem die Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase radial umgelenkt werden und durch einen zwischen einem Rand 12 der Mündung und dem Drosselelement 4 ausgebildeten Düsenspalt 14 strömen, wenn das Drosselelement 4 in einer wie in 7 gezeigten Öffnungsstellung angeordnet ist. Das Drosselelement 4 ist aus der in 7 gezeigten Öffnungsstellung, die eine maximale Öffnungsstellung darstellt, in eine Schließstellung, in welcher das Drosselelement 4 auf einem Rand 12 der Mündung 11 des Gasführungskanals 10 aufliegt und die Mündung 11 verschließt, bewegbar. Insbesondere ist das Drosselelement 4 in Längsrichtung 15 (siehe 7) des Gasführungskanals 10 innerhalb des Gehäuses 2 bewegbar gelagert. Bei der Durchströmung durch den Düsenspalt 14 werden die Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase beschleunigt und in Richtung des Ölabscheiders 3 geleitet, auf den die Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase aufprallen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist als Ölabscheider 3 ein Trägheitsabscheider vorgesehen, der zwischen dem Gaseinlass 8 und dem Auslass 9 in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Dabei ist der Ölabscheider 3 umlaufend um den Düsenspalt 14 herum angeordnet. Durch den Ölabscheider 3 wird der Gasstrom, d.h. das Öl-Luftgemisch, stark umgelegt, so dass sich das Öl an einer Innenseite des Trägheitsölabscheiders 3 absetzt. Insbesondere weist der Ölabscheider 3 eine Prallwand auf, welche eine die Ölabscheidung unterstützende Oberfläche aufweisen kann. Diese kann durch die Oberflächengestaltung oder durch Vorsehen eines Vlieses oder Textils realisiert sein. Der Ölabscheider 3 ist stromauf des Auslasses 9 zwischen dem Gehäuseeintrittsstutzen 6 und dem Gehäusemittelabschnitt 7, 7' angebracht. Das an dem Ölabscheider 3 abgeschiedene Öl tropft schwerkraftbedingt mit Bezug auf beispielsweise 7 nach unten aus dem Auslass 9 ab.
Bei allen Ausführungsbeispielen weist das Gehäuse 2 eine Zusatzöffnung 16 auf, an welcher ein Referenzdruck auf der dem Gasführungskanal 10 abgewandten Seite des Drosselelements 4 anlegbar ist. Das Drosselelement 4 ist dabei derart an und in dem Gehäuse 2 angebracht, dass das Drosselelement 4 die Zusatzöffnung 16 sowohl von dem Gaseinlass 8 als auch von dem Auslass 9 strömungstechnisch trennt. Die Zusatzöffnung 16 ist dabei an einem Verschlussdeckel 17 ausgebildet, welcher auf eine Öffnung des Deckelabschnitts 5 lösbar angebracht ist, wobei ein O-Ring 18 aus Dichtheitsgründen zwischen dem Deckelabschnitt 5 und dem Verschlussdeckel 17 vorgesehen ist, wie es aus den 7, 12, 21 und 30 ersichtlich ist. Es sei angemerkt, dass ein weiterer O-Ring 19 zur Abdichtung eines Anschlusses des Gehäuseeintrittsstutzen 6 an ein Gehäuseelement vorgesehen ist, in welchem die Ölabscheidevorrichtung 1 angeordnet ist.
Die Schnittdarstellungen in den 7, 16, 25 und 34 zeigen die Ausgangsstellung des Drosselelements 4, das gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen eine zylinderförmige Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" (vier verschiedene Ausführungsformen), die eine Betriebsanpassungswandung 24 aufweist, und einen Membran-Stützteller 21, 21' (zwei verschiedene Ausführungsformen) umfasst, für die erfindungsgemäß unterschiedliche Ausführungsformen vorgesehen sind, die nachstehend eingehend erläutert werden. Der Membran-Stützteller 21, 21' dient zur Führung und Stabilisierung der zylinderförmig ausgebildeten Drosselmembran 20, 20', 20", 20"' und kann mit dieser fest verbunden sein oder durch einen 2K-Prozess gefertigt sein. In der Ausgangsstellung ist der Düsenspalt 14 vollständig geöffnet und das Drosselelement 4 in einer maximalen Öffnungsstellung angeordnet, wobei die Ausgangsstellung vor allem im ausgeschalteten Zustand des Motors vorliegt. In diesem differenzdrucklosen Zustand wird das Drosselelement 4 durch ein Federelement 22, dessen Kraft darauf ausgelegt ist, den Düsenspalt 14 im drucklosen Zustand geöffnet zu halten, gegen eine Axial-Anschlagsfläche 23 gedrückt, die sich vom Deckelabschnitt 5 ausgehend in Richtung des Gaseinlasses 8 erstreckt. Alternativ können auch mehrere Axial-Anschlagsflächen vorgesehen sein, an denen das Drosselelement 4 in seiner maximalen Öffnungsstellung anliegt. Somit ist das Drosselelement 4 gegen die Kraft des elastischen Federelements 22 in Richtung der Schließstellung bewegbar an dem Gehäuse 2 gelagert, wobei sich das elastische Federelement 22 sowohl an dem Gehäuse 2 bzw. an dem Gehäuse-eintrittsstutzen 6 als auch an der dem Gasführungskanal 10 zugewandten Seite des Drosselelements 4 abstützt.
Das beispielsweise in den 3, 12, 21 und 30 dargestellte Drosselelement 4 der vier Ausführungsbeispiele ist tassenförmig ausgebildet und weist die zylinderförmig ausgebildete Betriebsanpassungswandung 24 mit einer endseitig ausgebildeten Bodenwandung 25' auf. Ebenso stellt der Membran-Stützteller 21, 21' eine Bodenwandung 25" dar. Die Bodenwandung 25' der Betriebsanpassungswandung 24 und die Bodenwandung 25" des Membran-Stütztellers 21, 21' bilden gemeinsam einen Boden 25 des Drosselelements 4, der in Schließstellung des Drosselelements 4 die Mündung 11 des Gasführungskanals 10 verschließt und in Öffnungsstellung des Drosselelements 4 von dem Rand 12 der Mündung 11 beabstandet angeordnet ist. Die Betriebsanpassungswandung 24 erstreckt sich in Verlängerung des Randes 12 der Mündung 11 und ist in ihrer Länge bzw. Höhe 26 veränderlich ausgebildet, um eine Bewegung des Drosselelements 4 zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung zu ermöglichen, wobei bei dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel die Bodenwandung 25' der Betriebsanpassungswandung 24 in Schließstellung (siehe zum Beispiel 9 und 27) die Mündung 11 des Gasführungskanals 10 verschließt und in Öffnungsstellung (siehe zum Beispiel 7 und 25) von dem Rand 12 der Mündung 11 beabstandet angeordnet ist. Bei dem zweiten und vierten Ausführungsbeispiel verschließt die Bodenwandung 25" des Membran-Stütztellers 21' in Schließstellung des Drosselelements 4 (siehe zum Beispiel 18 und 36) die Mündung 11 des Gasführungskanals 10, wohingegen die Bodenwandung 25 des Membran-Stütztellers 21' in Öffnungsstellung (siehe zum Beispiel 16 und 34) von dem Rand 12 der Mündung 11 beabstandet angeordnet ist. Die im Querschnitt zylinderförmig ausgebildete Betriebsanpassungswandung 24 sowie das Gehäuse 2 und der umlaufende Düsenspalt 14 können selbstverständlich auch eine von der Kreisform abweichende Gestalt aufweisen und beispielsweise einen eckigen oder ovalen Querschnitt besitzen.
Bei allen vier Ausführungsbeispielen weist das Drosselelement 4 an seinem dem Boden 25 abgewandten Längsende einen umlaufend um die Betriebsanpassungswandung 24 angeformten Dichtungsbereich 27 auf. Der umlaufende Dichtungsbereich 27 ist in einer in dem Gehäuse 2 ausgebildeten Ausnehmung 28 dichtend angeordnet, so dass das Drosselelement 4 die Zusatzöffnung 16 von dem Gaseinlass 8 strömungstechnisch trennt. Der Dichtungsbereich 27 ist dabei in der Ausnehmung 28 des Gehäusemittelabschnitts 7, 7' angeordnet und wird von einem Randabschnitt des Deckelabschnitts 5 in der Ausnehmung 28 festgeklemmt.
Zur Berücksichtigung von sehr starken Druckdifferenzen zwischen Saugunterdruck und Atmosphärendruck ist eine Stabilisierung der Mantelfläche der Betriebsanpassungswandung 24, die nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet ist, notwendig, da die Betriebsanpassungswandung 24 aus einem elastischen Material besteht. Zu diesem Zweck weist die Betriebsanpassungswandung 24 bzw. die zylinderförmig ausgebildete Drosselmembran 20, 20' um den Umfang herum verlaufende Wandaufdickungen 29 auf, wie es für das erste und zweite Ausführungsbeispiel vorgesehen ist (siehe zum Beispiel 5 und 14). Die Wandaufdickungen 29 sind zueinander beabstandet, wobei zwischen ihnen die Wandstärke der Mantelfläche der Betriebsanpassungswandung 24 geringer ist, so dass die elastische Verformbarkeit der Betriebsanpassungswandung 24 unter möglichst geringer Kraft nicht beeinträchtig ist, wenn sich das Drosselelement 4 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung bewegt. Diesbezüglich ist es erforderlich, dass der Düsenspalt 14 in einer maximalen Öffnungsstellung des Drosselelements 4 (siehe zum Beispiel 7) der Düsenspalt eine Länge 31 aufweist, die weniger als 10% der Länge bzw. Höhe 26 der Betriebsanpassungswandung 24 beträgt (siehe zum Beispiel 7 und 8). Zur Stabilisierung sollte die Betriebsanpassungs-wandung 24 wenigstens eine einzige Wandaufdickung 29 aufweisen. Alternativ zu den um den Umfang herum verlaufenden und in Längsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten Wandaufdickungen 29 kann eine einzige Wandaufdickung 29' vorgesehen sein, die nach Art eines Gewindes in Längsrichtung der Betriebsanpassungs-wandung 24 verläuft, wie es bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel für die zylinderförmig ausgebildete Drosselmembran 20", 20'" vorgesehen ist (siehe zum Beispiel 22 und 31). Zusätzlich oder alternativ zu dieser einen Wandaufdickung 29' nach Art eines Gewindes kann die Mantelfläche der zylinderförmig ausgebildeten Drosselmembran 20", 20'" bzw. der Betriebsanpassungswandung 24 durch eine Schraubenfeder 30 stabilisiert werden, die an der Betriebsanpassungswandung 24, vorzugsweise außenliegend, angebracht ist. Bei der dritten und vierten Ausführungsform wird die eine Wandaufdickung 29' nach Art eines Gewindes in Kombination mit der Schraubenfeder 30 (siehe zum Beispiel 23 und 32) zur Stabilisierung der Betriebsanpassungs-wandung 24 verwendet, wobei die Schraubenfeder 30 in den Tälern der nach Art eines Gewindes um den Umfang der Betriebsanpassungswandung herum verlaufenden Wandaufdickung 29' angeordnet und dort gehalten ist, wie beispielsweise den 24 und 33 zu entnehmen ist. Auch die Kombination von Wandaufdickung 29' und Schraubenfeder 30 beeinträchtigt nicht die Bewegung des Drosselelements 4 in axialer Richtung bzw. in Längsrichtung, wobei die Schraubenfeder 30 beispielsweise vom elastischen Material der Betriebsanpassungswandung 24 umspritzt oder von außen auf die Mantelfläche aufgebracht sein kann. Es ist ersichtlich, dass sich die vier Ausführungsbeispiele durch die Ausgestaltung der zylinderförmig ausgebildeten Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" der Betriebsanpassungswandung 24 unterscheiden. Die Abschnitte mit geringerer Wandstärke der Betriebsanpassungswandung 24 erlauben - unter Beibehaltung einer Längsausrichtung der Mantelfläche - eine Längung oder Stauchung der Mantelfläche der Betriebsanpassungswandung 24 in axialer Richtung, so dass das Drosselelement 4 verschiedene Stellungen je nach Betriebszustand einnehmen kann.
Dabei ist eine Bewegung des Drosselelements 4 in Richtung des Gasführungskanals 10 dadurch begrenzt, dass das Drosselelement 4 auf dem Rand 12 der Mündung 11 aufliegt und die Mündung 11 verschließt, wobei das Drosselelement 4 hierbei seine Schließstellung einnimmt. Eine Bewegung des Drosselelements 4 in entgegengesetzter Richtung ist durch die Axial-Anschlagsfläche 23 (siehe 7, 16, 25 und 34) begrenzt, wobei das Drosselelement 4 in dieser Position seine maximale Öffnungsstellung einnimmt, welches einer Stellung entspricht, bei welcher der Düsenspalt 14 maximal geöffnet ist bzw. den größten Öffnungsquerschnitt aufweist. Die Axial-Anschlagsfläche 23 erstreckt sich dabei ausgehend von dem Deckelabschnitt 5 des Gehäuses 2 innenseitig der Betriebsanpassungswandung 24 in Richtung des Bodens 25, wobei der Membran-Stützteller 21 (bei dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel) bzw. der Boden 25 der zylinderförmig ausgebildeten Drosselmembran 20', 20'" (bei dem zweiten und vierten Ausführungsbeispiel) in der maximalen Öffnungsstellung des Drosselelements 4 an der Axial-Anschlagsfläche 23 anliegt.
Das technische Merkmale der Axial-Anschlagsfläche 23, die auch in mehrere kleine Axial-Anschlagsflächen unterteilt sein kann, ist bei allen vier Ausführungsbeispielen vorhanden und legt die maximale Öffnungsstellung des Drosselelements 4 und damit den maximalen Durchströmungsquerschnitt des Düsenspalts 14 fest. Ebenso weisen alle vier Ausführungsbeispiele als gemeinsames Merkmal eine Radial-Anschlagsfläche 32, die auch in mehrere kleinere Radial-Anschlagsflächen unterteilt sein kann, zur Abstützung der Betriebsanpassungswandung 24 auf. Die Radial-Anschlagsfläche 32 ist Teil des Gehäuses 2 und an dem Deckelabschnitt 5 ausgebildet, wobei sich die Radial-Anschlagsfläche 32 parallel zu der und innenseitig der Betriebsanpassungswandung 24 in deren Längsrichtung erstreckt. Wie den Figuren zu entnehmen ist, ist die Radial-Anschlagsfläche 32 als zylinderförmige Wandung ausgebildet, die sich in Richtung des Gasführungskanals 10 erstreckt, wobei das der Mündung 11 zugewandte Längsende der Radial-Anschlagsfläche 32 gleichzeitig die Axial-Anschlagsfläche 23 darstellt. Dabei bietet die innenseitig um die Betriebsanpassungswandung 24 umlaufend verlaufende Radial-Anschlagsfläche 32 eine in Längsrichtung der Betriebsanpassungswandung 24 verlaufende Abstützung dar, wohingegen die Axial-Anschlagsfläche 23 eine radiale Abstützfläche darstellt, um eine von der Mündung 11 weg gerichtete Bewegung des Drosselelements 4 zu begrenzen. Im Normalbetrieb der Ölabscheidevorrichtung 1 hat die Betriebsanpassungswandung 24 aber bei einer Bewegung zwischen der Schließstellung und der maximalen Öffnungsstellung keinen Kontakt mit der Radial-Anschlagsfläche 32. Lediglich bei Überdruck-Dichtheitsprüfungen vor der ersten Inbetriebnahme einer Brennkraftmaschine kann ein derartiger KurbelgehäuseÜberdruck aufgebracht werden, bei dem sich die Mantelfläche der Betriebsanpassungswandung 24 des Drosselelements 4 an der innenseitig der Betriebsanpassungswandung 24 umlaufend verlaufenden Radial-Anschlagsfläche 32 abstützt.
Darüber hinaus ist zur Sicherstellung einer optimalen Selbst-Regelfunktion des erfindungsgemäßen Ölabscheiders 1 konstruktiv darauf zu achten, dass Angriffsflächen für den Saugunterdruck an dem Drosselelement 4, die zu einer resultierenden Kraft in axialer Schließrichtung bzw. Öffnungsrichtung führen würden, im Wesentlichen vermieden werden. Dies wird bei allen vier Ausführungsbeispielen dadurch erreicht, indem der Durchmesser 33, mit welchem die Betriebsanpassungswandung 24 des Drosselelements 4 von ihrer dichten Einspannung zwischen dem Deckelabschnitt 5 und dem Gehäusemittelabschnitt 7, 7' ausgehend ins Innere des Gehäuses 2 eintritt, im Wesentlichen identisch zu einem Durchmesser 34 ist, mit welchem ein umlaufender Dichtungsansatz 35, 35' des Drosselelements 4 in dessen Schließstellung auf dem Rand 12 der Mündung 11 des Gasführungskanals 10 aufliegt (siehe zum Beispiel 9, in welcher die beiden Durchmesser mit Bezugszeichen angegeben sind). Geringe Unterschiede in der Größenordnung von weniger als 15% zwischen den genannten Durchmessern können jedoch gezielt dazu genutzt werden, um das jeweils gewünschte Kurbelgehäusedruckniveau des Motorenherstellers als Soll-Größe einzustellen. Eine Verkleinerung des Durchmessers 33 gegenüber dem Durchmesser 34 führt zu einem Anstieg des Kurbelgehäusedruckniveaus und eine Vergrößerung des Durchmessers 33 gegenüber dem Durchmesser 34 führt entsprechend zu einer Abnahme des Kurbelgehäusedruckniveaus. Zur Stabilisierung und Sicherstellung einer optimalen Selbst-Regelfunktion trägt ferner bei, dass ein dem Boden 25 abgewandter Längsabschnitt der Betriebsanpassungswandung 24 an einem umlaufenden Wandbereich 36 des Gehäuses 2 anliegend angeordnet ist, wobei der Längsabschnitt der Betriebsanpassungswandung 24 zwischen dem Deckelabschnitt 5 und dem Gehäusemittelabschnitt 7, 7' eingespannt ist. Der Wandbereich 36 dient als eine Art Abstandshalter, damit der sich daran anschließende Axialabschnitt der Betriebsanpassungswandung 24 keinen Kontakt zur Radial-Anschlagsfläche 32 hat. Dazu ist der Durchmesser des Wandbereichs 36 größer ausgeführt als der Durchmesser der Radial-Anschlagsfläche 32. Ein Anliegen der Betriebsanpassungswandung 24 am Wandbereich 36 im Normalbetrieb ist nicht erforderlich bzw. aufgrund des Saugunterdrucks an der Außenfläche der Betriebsanpassungswandung 24 und des Atmosphärendrucks an der Innenfläche der Betriebsanpassungswandung 24 auch nicht möglich.
Unterschiede zwischen den vier Ausführungsbeispielen bestehen bei der Ausgestaltung des umlaufenden Dichtungsansatz 35, 35', weshalb nachstehend die Ausführungsbeispiele im Hinblick auf dieses Merkmal getrennt voneinander beschrieben werden. Zuvor sei jedoch darauf hingewiesen, dass in 6 eine für alle Ausführungsbeispiele geltende Draufsicht gezeigt ist, in welcher eine Schnittlinie A-A dargestellt ist, welche für die Schnittdarstellungen der 7 bis 9, 16 bis 18, 25 bis 27 und 34 bis 36 Gültigkeit besitzt.
Mit Bezug auf die 1 bis 9, welche sich auf das erste Ausführungsbeispiel richten, ist der umlaufenden Dichtungsansatz 35 an dem Boden 25, d.h. der Bodenwandung 25' der Betriebsanpassungswandung 24, auf der dem Gasführungskanal 10 zugewandten Seite ausgebildet. In Schließstellung (siehe 9) liegt der umlaufende Dichtungsansatz 35 auf dem Rand 12 der Mündung 11 dichtend auf, wobei in Öffnungsstellung (7 zeigt die maximale Öffnungsstellung und 8 eine halb geöffnete Öffnungsstellung) des Drosselelements 4 der Düsenspalt 14 zwischen dem Rand 12 der Mündung 11 und dem umlaufenden Dichtungsansatz 35 des Drosselelements 4 ausgebildet ist. Dadurch, dass der umlaufende Dichtungsansatz 35 aus dem gleichen elastischen Werkstoff wie die Drosselmembran 20 des Drosselelements 4 besteht, ist der Dichtungsansatz elastisch verformbar ausgebildet. Daher dient der Membran-Stützteller 21 zur Stabilisierung der Bodenwandung 25' der Betriebsanpassungswandung 24 und damit zur Führung des Drosselelements 4 zwischen seiner Schließstellung und maximalen Öffnungsstellung. Der Membran-Stützteller 21 ist tellerförmig ausgebildet und weist einen sich in Längsrichtung des Gasführungskanals 10 erstreckenden und im Querschnitt kreuzförmig ausgebildeten Führungssteg 37 (siehe zum Beispiel 3) auf, der in eine in dem Deckelabschnitt 5 des Gehäuses 2 ausgebildeten und einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisende Führungsausnehmung 38 (siehe 4) bewegbar gehalten ist, wodurch eine geführte Bewegung des Bodens 25 (gebildet von der Bodenwandung 25' der Betriebsanpassungswandung 24 und der Bodenwandung 25" des Membran-Stütztellers 21) in Richtung des Gasführungskanals 10 zu von diesem weg realisiert ist. Der tellerförmige Abschnitt, d.h. die Bodenwandung 25", des Membran-Stütztellers 21 ist mit der Bodenwandung 25' verbunden, so dass die Drosselmembran 20 mit ihrer Betriebsanpassungswandung 24 und ihrem Boden 25 zusammen mit dem Membran-Stützteller 21 als gemeinsames Bauteil bewegt werden, wenn sich das Drosselelement 4 zwischen der Schließstellung und der maximalen Öffnungsstellung bewegt. In der maximalen Öffnungsstellung des Drosselelements 4 liegt der tellerförmige Abschnitt, d.h. die Bodenwandung 25", des Membran-Stütztellers 21 an der Axial-Anschlagsfläche 23 an, wie es aus 7 ersichtlich ist.
Die 10 bis 18 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel, bei welchem der umlaufende Dichtungsansatz 35' nun nicht mehr an der Bodenwandung 25' der Drosselmembran 20', sondern an der Bodenwandung 25" des Membran-Stütztellers 21' ausgebildet ist. In der Bodenwandung 25' der Drosselmembran 20' ist eine kreuzförmige Durchgangsöffnung 39 ausgebildet, durch welche der im Querschnitt kreuzförmige Führungssteg 37 hindurchragt, so dass im zusammengebauten Zustand der Tellerabschnitt bzw. die Bodenwandung 25" des Führungsstegs 37 an der dem Gasführungskanal 10 zugewandten Seite der Bodenwandung 25' angrenzt (siehe zum Beispiel 14), wohingegen sich der Führungssteg 37 nach wie vor innenseitig der Betriebsanpassungswandung 24 erstreckt und in der an dem Gehäuse 2 ausgebildeten Führungsausnehmung 38 bewegbar gehalten ist. Die Schnittstelle zwischen der Bodenwandung 25" des Membran-Stütztellers 21' und der Bodenwandung 25' der Drosselmembran 20' ist für dieses Ausführungsbeispiel über beispielsweise eine Verklebung oder ein Verbund-Herstellungsverfahren gasdicht ausgeführt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der umlaufende Dichtungsansatz 35' nicht mehr elastisch, sondern aus einem sehr starren Material gefertigt, so dass eine Verformung des umlaufenden Dichtungsansatz 35' in Schließstellung ausgeschlossen ist. Um trotz der starren Ausbildung des umlaufenden Dichtungsansatzes 35' eine hohe Dichtwirkung in Schließstellung zu erzielen, ist der Rand 12 der Mündung 11 von einer elastisch verformbaren Dichtfläche 40 gebildet (siehe zum Beispiel die 12, 15 und 17). Die elastische Dichtfläche 40 weist einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Schenkel des T-förmigen Querschnitts in einer in dem Gehäuseeintrittsstutzen 6 ausgeformten Halteausnehmung 41 eingesteckt und darin gehalten ist (siehe 16 bis 18).
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel, welches in den 19 bis 27 dargestellt ist, ist der umlaufende Dichtungsansatz 35 wiederum an der Bodenwandung 25' der Drosselmembran 20" auf dessen dem Gasführungskanal 10 zugewandten Seite ausgebildet. Auch bei der dritten Ausführungsform liegt in Schließstellung (siehe 27) der umlaufende Dichtungsansatz 35 auf dem Rand 12 der Mündung 11 dichtend auf, wobei in Öffnungsstellung ( 25 zeigt die maximale Öffnungsstellung und 26 eine halb geöffnete Öffnungsstellung) des Drosselelements 4 der Düsenspalt 14 zwischen dem Rand 12 der Mündung 11 und dem umlaufenden Dichtungsansatz 35 des Drosselelements 4 ausgebildet ist. Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel dient auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Membran-Stützteller 21 zur Stabilisierung der Bodenwandung 25' der Drosselmembran 20" und zur Führung des Drosselelements 4 zwischen seiner Schließstellung und maximalen Öffnungsstellung, so dass auf die diesbezüglichen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen wird. Im Unterschied zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist bei der dritten Ausführungsform die Wandaufdickung 29' nach Art eines Gewindes ausgebildet, das um die Mantelfläche der Betriebsanpassungswandung 24 in deren Längsrichtung 15 verläuft. Die Schraubenfeder 30 ist dabei in dem Gewindegang angeordnet und dort gehalten. Alternativ kann auch auf einen Gewindegang verzichtet werden und stattdessen die Schraubenfeder in das Material der Betriebsanpassungswandung 24 eingebettet sein.
Der umlaufende Dichtungsansatz 35' bei dem vierten Ausführungsbeispiel, welches in den 28 bis 36 gezeigt ist, ist wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel an dem Membran-Stützteller 21' ausgebildet. Damit der tellerförmige Abschnitt, d.h. die Bodenwandung 25", des Membran-Stütztellers 21' die Mündung 11 abdichten kann, ist der tellerförmige Abschnitt zwischen dem Gasführungskanal 10 und der Betriebsanpassungswandung 24 angeordnet, wobei zu diesem Zweck in der Bodenwandung 25' der Drosselmembran 20'" des Drosselelements 4 die kreuzförmige Durchgangsöffnung 39 ausgebildet ist, durch welche der im Querschnitt kreuzförmige Führungssteg 37 hindurchragt, wie es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bereits beschrieben wurde, so dass auf die dortigen Ausführungen Bezug genommen wird. Ebenso wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Rand 12 der Mündung 11 von einer elastisch verformbaren Dichtfläche 40 gebildet (siehe zum Beispiel die 34, 35 und 36).
Nachstehend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ölabscheiders 1 beschrieben. Bei ungeregelten Ölabscheidern schwankt der Kurbelgehäuseunterdruck einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Motorbetriebszustands und ergibt sich aus der Differenz des Saugrohrunterdrucks und des vom Entlüftungsvolumenstrom abhängigen Ölabscheiderdruckverlusts (Saugrohrunterdruck - Ölabscheiderdruckverlust = Kurbelgehäusedruck). Um den Kurbelgehäusedruck auf einem konstanten minimalen Unterdruckniveau zur Nutzung der maximal zur Verfügung stehenden Kurbelgehäuseentlüftungsleistung zu halten, ist folglich eine geregelte Anpassung des Druckverlusts erforderlich.
Als Regelgröße für den erfindungsgemäßen Ölabscheider 1 mit dem zylinderförmige Drosselelement 4 und dem Membran-Stützteller 21, 21' dient die Druckdifferenz aus Atmosphärendruck und Kurbelgehäusedruck. Als Sollwert für die Regelgröße ist ein konstanter geringer Kurbelgehäuseunterdruck (Kurbelgehäusedruck [absolut] - Atomsphärendruck [absolut] < 0) unabhängig von den Motorbetriebszuständen anzustreben.
Sobald die sich ausgehend von einem Gleichgewichtszustand die Druckdifferenz aus Atmosphärendruck und Kurbelgehäusedruck als Regelgröße während des Motorbetriebs geringfügig ändert, kommt es entsprechend zu einer geringfügigen Abweichung vom Sollwert und der umlaufende Dichtungsansatz 35, 35' des Drosselelements 4 vollzieht eine Relativbewegung in Richtung des Druckgefälles quer zur Strömungsrichtung im Düsenspalt 14. Diese Relativbewegung der Betriebsanpassungswandung 24, die durch eine Längung oder Stauchung des elastischen Werkstoffs realisiert ist, wird verwendet, um den Strömungsquerschnitt des Düsenspalts 14 und damit indirekt den Druckverlust des Ölabscheiders 1 als Stellgröße mechanisch so anzupassen, dass der konstante geringe Kurbelgehäuseunterdruck als Sollwert der Regelgröße wieder erfüllt ist (Rückkopplung). Für die Regelfunktion ist es entscheidend, dass der Strömungsquerschnitte des Düsenspalts 14 durch ein sich Verlängern bzw. sich Verkürzen der Mantelfläche der zylinderförmig ausgebildeten Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" bzw. der Betriebsanpassungswandung 24 quer zur Strömungsrichtung im Düsenspalten 14 verändert wird, damit eine Beeinträchtigung der Regelfunktion durch den Staudruck an den Düsenpalt-Einlässen bzw. die Druckdifferenz aus Saugrohdruck und Kurbelgehäusedruck ausgeschlossen werden kann.
Mit der Druckdifferenz aus Atmosphärendruck und Kurbelgehäusedruck als Regelgröße, der resultierenden Relativbewegung des Drosselelements 4 und des sich ändernden Druckverlusts infolge der Strömungsquerschnittsänderung Düsenspalt 14 als Stellgröße und der Rückkopplung der Stellgröße auf die Regelgröße solange bis sich der geringe Kurbelgehäuseunterdruck als Sollwert wieder eingestellt hat, ergibt sich ein geschlossener Regelkreis. Da es sich hierbei um einen selbst-regelnden Vorgang handelt, erfolgen die einzelnen Schritte des Regelkreises aufeinander fortlaufend und ohne zeitliche Verzögerung, so dass der anzustrebende geringe Kurbelgehäuseunterdruck als Sollwert der Regelgröße stets eingehalten wird.
Über die Federkonstante der Kurbelgehäusedruckseitigen Feder 22 lässt sich der geringe Kurbelgehäuseunterdruck, der als Sollwert eingeregelt werden soll, von der Größe festlegen. Ohne die Kurbelgehäusedruckseitige Feder 22 stellt sich ein Kurbelgehäusedruck in der Größenordnung des Atmosphärendrucks ein. Mit steigender Federkonstante der Feder 22 nimmt die erforderliche Kraft, zum Verschieben des Drosselelements 4 in Richtung kleinerem Düsenspalte 14 zu, d.h. erst bei höheren Kurbelgehäuseunterdrücken verengt das Drosselelement 4 den Düsenspalt 14 auf den gleichen Strömungsquerschnitt. Aufgrund des durchschnittlich größeren Strömungsquerschnitts des Düsenspalts 14 bei einer Kurbelgehäuseseitigen, in Öffnungsrichtung wirkenden Feder 22 mit größerer Federkonstante wird der durchschnittliche Druckverlust entsprechend geringer und der Kurbelgehäuseunterdruck größer sein. Der Druckverlust, der am Düsenspalt 14 entsteht, steht in direktem Zusammenhang mit den Strömungsgeschwindigkeiten im und nach dem Düsenspalt 14. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit ist, mit der die sich an den Düsenspalt 14 anschließende Prallfläche 3 angeströmt wird, umso höher ist das Potential für einen hohen Ölabscheidegrad. Daher ist für die Kurbelgehäuseseitige Feder 22 vorzugsweise eine möglichst geringe Federkonstante zu wählen, um hohe Strömungsgeschwindigkeiten in den Düsenspalten für eine maximale Ölabscheidung zu erzielen.
Der erfindungsgemäße geregelte Ölabscheider 1 mit dem Drosselelement 4, welches die Funktion des Reglers übernimmt, zeigt das nachstehend beschriebene Regelverhalten im Motorbetrieb eines Motors ohne zusätzlichen Unterdruckerzeuger in der Kurbelgehäuseentlüftung:
Bei Motorbetriebszuständen mit geringer Drehzahl, die zu einem entsprechend geringem Saugrohrunterdruck führt und einer geringen Last, die zu einem geringen Entlüftungsgasvolumenstrom führt, wird der Regler einen großen oder auch den maximalen Strömungsquerschnitt des Düsenspaltes 14, vergleichbar mit dem differenzdrucklosen Ausgangszustand, freigeben (siehe 7, 16, 25, 34), der in Kombination mit gleichzeitig geringen Entlüftungsgasvolumenströmen zu geringeren Strömungsgeschwindigkeiten und geringeren Druckverlusten in den Düsenspalten führt.
Wird die Drehzahl bei gleichbleibend geringer Last auf eine hohe Drehzahl erhöht, erhöht sich der Saugrohrunterdruck bei nahezu gleichbleibendem Entlüftungsgasvolumenstrom. Aufgrund des hohen Saugrohrunterdrucks und des zunächst noch geringen Druckverlusts im Düsenspalt 14 ergibt sich ein Anstieg des Kurbelgehäuseunterdrucks, d.h. eine größere Druckdifferenz zur atmosphärendruckbeaufschlagten Seite des Drosselelements 4, das sich infolge dessen in Richtung des Druckgefälles bewegt und die der Strömungsquerschnitte des Düsenspaltes 14 soweit verringert, bis der dabei ansteigende Druckverlust den Kurbelgehäuseunterdruck auf den Sollwert reduziert.
Wird ausgehend vom vorangehenden Motorbetriebszustand mit hoher Drehzahl und geringer Last, die Last auf hohe Last erhöht, erhöht sich der Entlüftungsgasvolumenstrom, der an dem zunächst noch geringeren Strömungsquerschnitt des Düsenspalts 14 einen höheren Druckverlust erzeugt und damit den Kurbelgehäuseunterdruck reduziert. Sobald der Kurbelgehäuseunterdruck auf einen Wert unter den geringen Kurbelgehäusedruck des Sollwerts fällt, wird das Drosselelement 4 durch die Feder 22 auch gegen eine noch geringe verbliebene Kraft soweit in Richtung größerer eines größeren Düsenspaltquerschnittes verschoben, dass der resultierende geringere Druckverlust den Kurbelgehäuseunterdruck auf den Sollwert ansteigen lässt.
Das vorangehend beschriebene Regelverhalten bezieht sich auf das Regelverhalten des geregelten Ölabscheiders 1 beim Einsatz in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer konventionelle Brennkraftmaschine ohne zusätzlichen Unterdruckerzeuger. Beim Einsatz eines zusätzlichen Unterdruckerzeugers, wie z.B. einer Saugstrahlpumpe oder einer elektrischen Pumpe, wird sich die Abscheideleistung erhöhen. Die Regelung bzw. der sich einstellende Düsenpalt 14 ist dann vom jeweils erzeugten Unterdruck des Unterdruckerzeugers in Kombination mit dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas-Volumenstrom abhängig und nicht mehr direkt von der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Das Drosselelement 4 des erfindungsgemäßen Ölabscheiders 1 ist als ein länglicher Hohlkörper mit einer Mantelfläche ausgebildet, welche die Betriebsanpassungswandung 24 ist, wobei der längliche Hohlkörper einseitig durch den Boden 25 verschlossen ist. Dabei kann entweder der Boden 25 den Dichtungsansatz 35 oder aber das Stützelement 21' den Dichtungsansatz 35' aufweisen. In Schließstellung (siehe 9, 18, 27, 36) liegt der umlaufende Dichtungsansatz 35, 35' auf dem Rand 12 der Mündung 11 dichtend auf, wobei in Öffnungsstellung (7, 16, 25, 34 zeigen die maximale Öffnungsstellung und 8, 17, 26, 35 zeigen eine halb geöffnete Öffnungsstellung) des Drosselelements 4 der Düsenspalt 14 zwischen dem Rand 12 der Mündung 11 und dem umlaufenden Dichtungsansatz 35 des Drosselelements 4 ausgebildet ist.
Mit dem Differenzdruck-geregelten Ölabscheider 1 gemäß der Erfindung wird eine hohe Beständigkeit der zylinderförmigen Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" gegenüber den Kurbelgehäuseüberdrücken erzielt, die bei Überdruck-Dichtheitsprüfungen des Brennkraftmaschinen-Herstellers vor der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine aufgebracht werden. Bei einem Kurbelgehäuseüberdruck kann sich die zylinderförmigen Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung an Anschlagsflächen 23, 32 abstützen, um das Zusammendrücken der zylinderförmigen Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" zu begrenzen. Bei dem erfindungsgemäßen Ölabscheider wird ein Knittern oder falsches Abrollen, wie es bei Rollmembranen möglich, vermieden, indem die Betriebsanpassungswandung 24 sich im Wesentlichen kontaktfrei in axialer Richtung elastisch verlängern und verkürzen lässt. Durch die zylinderförmige Ausgestaltung des Drosselelements 4 ist ein größerer Öffnungshub zur Freigabe eines größeren Düsenspalts 14 und damit Strömungsquerschnitts auch bei kleinen Durchmessern im Vergleich zu einer tellerförmigen flachen Membran möglich. Diese Eigenschaft kann bei Brennkraftmaschinen mit hohem Kurbelgehäuseentlüftungsgasvolumenstrom und geringen Saugunterdruck zur Vermeidung von Kurbelgehäuseüberdrücken erforderlich sein. Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Ölabscheider 1 Angriffsflächen für den Saugunterdruck an dem Drosselelement 4 vermieden, die zu einer resultierenden Kraft in axialer Schließrichtung bzw. Öffnungsrichtung führen würden, indem der Durchmesser 33, auf dem die zylinderförmige Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" von Ihrer dichten Einspannung zwischen Deckel 5 und Gehäusemittelteil 7 ausgehend, radial nach Innen ins Gehäuse 2 eintritt, im Wesentlichen identisch ist mit dem Durchmesser 34 auf dem der umlaufende Dichtungsansatz 35, 35' auf dem Rand 12 der Mündung 11 des mit dem Gaseinlass verbundenen Gasführungskanals 10 abdichtet, sofern kein Kurbelgehäuseentlüftungsgasvolumenstrom bei gleichzeitigem Saugunterdruck vorliegt. Hierzu muss der Querschnitt der zylinderförmigen Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" nicht zwangsläufig rund sein. Ein eckiger oder ovaler Querschnitt der zylinderförmigen Dichtmembran 20, 20', 20", 20"', der zudem über die axiale Länge der zylinderförmigen Drosselmembran 20, 20', 20", 20'" zwischen den beiden genannten Durchmessern nicht zwingend konstant sein muss, würde diese Bedingung ebenfalls erfüllen. Im Vergleich hierzu hat eine tellerförmige Flachmembran, die sich im Wesentlichen in radialer Richtung und nicht in axialer Richtung erstreckt konstruktiv bedingt immer eine Angriffsfläche für den Saugunterdruck wie z.B. in DE 10 2014 223 291 A1 offenbart.

Claims

Ölabscheidevorrichtung (1) zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen, aufweisend: ein Gehäuse (2), welches einen mit einem Kurbelgehäuse strömungsverbindbaren Gaseinlass (8) und einen mit einem Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine strömungsverbindbaren Auslass (9) aufweist, einen zwischen dem Gaseinlass (8) und dem Auslass (9) in dem Gehäuse (2) angeordneten Ölabscheider (3), und ein Drosselelement (4), das in dem Gehäuse (2) zwischen dem Gaseinlass (8) und dem Ölabscheider (3) angeordnet ist, wobei an einem dem Gaseinlass (8) abgewandten Längsende eines Gasführungskanals (10) eine Mündung (11) ausgebildet ist, an welcher das Drosselelement (4) angeordnet ist, welches in Längsrichtung des Gasführungskanals (10) zwischen einer Schließstellung, in welcher das Drosselelement (4) auf einem Rand (12) der Mündung (11) des Gasführungskanals (10) aufliegt und die Mündung (11) verschließt, und einer Öffnungsstellung, in welcher ein umlaufender Düsenspalt (14) zwischen dem Rand (12) der Mündung (11) und dem Drosselelement (4) gebildet ist, in dem Gehäuse (2) bewegbar gelagert ist, wobei der Ölabscheider (3) umlaufend um den Düsenspalt (14) herum angeordnet ist und in Öffnungsstellung des Drosselelements (4) Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase von dem Gasführungskanal (10) über den Düsenspalt (14) zu dem Auslass (9) strömen können, wobei das Gehäuse (2) eine Zusatzöffnung (16) aufweist, an welcher ein Referenzdruck auf der dem Gasführungskanal (10) abgewandten Seite des Drosselelements (4) anlegbar ist, und wobei das Drosselelement (4) derart an dem Gehäuse (2) angebracht ist, dass das Drosselelement (4) die Zusatzöffnung (16) sowohl von dem Gaseinlass (8) als auch von dem Auslass (9) strömungstechnisch trennt, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (4) tassenförmig ausgebildet ist und eine sich in Verlängerung des Randes (12) der Mündung (11) erstreckende und für eine Bewegung zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung in ihrer Länge (26) veränderlich ausgebildete Betriebsanpassungswandung (24) mit einem in Schließstellung die Mündung (11) des Gasführungskanals (10) verschließenden und in Öffnungsstellung von dem Rand (12) der Mündung (11) beabstandet angeordneten Boden (25) aufweist.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer maximalen Öffnungsstellung des Drosselelements (4) der Düsenspalt (14) eine Strömungsquerschnitts-Höhe (31) aufweist, die weniger als 10% der Höhe (26) der Betriebsanpassungswandung (24) beträgt.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens eine Axial-Anschlagsfläche (23) aufweist, an welcher der Boden (25) des Drosselelements (4) in einer maximalen Öffnungsstellung anliegt.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Axial-Anschlagsfläche (23) ausgehend von einem Deckelabschnitt (5) des Gehäuses (2) innenseitig der Betriebsanpassungswandung (24) in Richtung des Bodens (25) erstreckt.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens eine Radial-Anschlagsfläche (32) zur Abstützung der Betriebsanpassungswandung (24) aufweist, wobei sich die wenigstens eine Radial-Anschlagsfläche (32) parallel zu der und innenseitig der Betriebsanpassungswandung (24) in deren Längsrichtung erstreckt.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsanpassungswandung (24) zur Wandungsstabilisierung wenigstens eine umlaufende Wandaufdickung (29, 29') aufweist.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraubenfeder (30) zur Stabilisierung in Längsrichtung an der Betriebsanpassungswandung (24) angebracht ist.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (4) einen umlaufenden Dichtungsansatz (35, 35') aufweist, welcher in Schließstellung auf dem Rand (12) der Mündung (11) dichtend aufliegt, wobei in Öffnungsstellung des Drosselelements (4) der Düsenspalt (14) zwischen dem Rand (12) der Mündung (11) und dem umlaufenden Dichtungsansatz (35, 35') des Drosselelements (4) ausgebildet ist.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Dichtungsansatz (35) elastisch verformbar ausgebildet ist oder dass der Rand (12) der Mündung (11) von einer elastisch verformbaren Dichtfläche (40) gebildet ist.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (33), mit welchem die Betriebsanpassungswandung (24) des Drosselelements (4) von ihrer dichten Einspannung zwischen einem Deckelabschnitt (5) und einem Gehäusemittelabschnitt (7, 7') ausgehend ins Innere des Gehäuses (2) eintritt, im Wesentlichen identisch zu einem Durchmesser (34) ist, mit welchem ein umlaufender Dichtungsansatz (35, 35') des Drosselelements (4) in dessen Schließstellung auf dem Rand (12) der Mündung (11) des Gasführungskanals (10) aufliegt.
Ölabscheidevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (33), mit welchem die Betriebsanpassungswandung (24) des Drosselelements (4) von ihrer dichten Einspannung zwischen einem Deckelabschnitt (5) und einem Gehäusemittelabschnitt (7, 7') ausgehend ins Innere des Gehäuses (2) eintritt, maximal 15% größer oder kleiner als ein Durchmesser (34) ist, mit welchem ein umlaufender Dichtungsansatz (35, 35') des Drosselelements (4) in dessen Schließstellung auf dem Rand (12) der Mündung (11) des Gasführungskanals (10) aufliegt.