-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheideeinheit und einen diese enthaltenden Ölabscheider zur Abscheidung von Öl aus Blow-By-Gasen in einem Verbrennungsmotor.
-
Im Stand der Technik sind Ölabscheider bekannt mit Durchflusskanälen, durch welche Blow-By-Gase geführt werden, und Aufprallwänden, welche sich im Volumenstrom der Blow-By-Gase befinden und an denen in den Blow-By-Gasen enthaltenes Öl abgeschieden wird.
-
Heutzutage werden zahlreiche Ölabscheidergeometrien adaptiv ausgeführt. Einige dieser Varianten setzen bewegliche Federstahlsegmente ein, welche den Ölabscheidergeometrien nachgeschaltet sind. Die Federstahlsegmente öffnen beim Überschreiten voreingestellter Druckdifferenzen weitere Kanäle der Ölabscheidergeometrie, um einen optimalen, d. h. möglichst geringen, Druckabfall, in Bezug auf das durchgeleitete Volumen zu erzielen. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass auch bei einer geringen Druckdifferenz ein Gasstrom durch den Ölabscheider erhalten bleibt.
-
Problematisch bei geringen Gasströmen ist hier jedoch die Abscheideleistung. Denn auch bei geringen Druckdifferenzen über den Ölabscheider ist eine gute Reinigung der Blow-By-Gase von Ölnebel und Öltröpfchen erforderlich.
-
Des Weiteren sind zur Herstellung von den im Stand der Technik bekannten Ölabscheidern mit ihren speziellen Geometrien meist komplexe und teure Werkzeuge notwendig.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus Blow-By-Gasen eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Ölabscheideeffizienz auch bei geringen Druckdifferenzen und geringen Volumenströmen des Blow-By-Gases verbessert wird und die leicht, schnell, kostengünstig und leicht skalierbar herstellbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die Ölabscheideeinheit nach Anspruch 1 sowie den Ölabscheider nach Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
-
Die erfindungsgemäße Ölabscheideeinheit zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus Blow-By-Gasen in einem Verbrennungsmotor weist einen Grundkörper mit mindestens einem Durchflusskanal für die Blow-By-Gase mit einem Einlass und einem Auslass sowie eine auf dem Grundkörper gelagerte, den mindestens einen Durchflusskanal am Auslass überdeckende Deckplatte auf, wobei eine dem Durchflusskanal zugewandte Seite der Deckplatte als Prallwand zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen dient. Dabei weist die Deckplatte auf der dem Durchflusskanal zugewandten Seite mindestens einen Zapfen auf, der in den Durchflusskanal hineinragt oder so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass er in den Durchflusskanal eintreten kann und durch den die Blow-By-Gase auf eine Wand des Durchflusskanals und entlang dieser Wand leitbar sind, sodass mindestens ein Teil des Ölnebels und/oder der Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen an der Wand abgeschieden werden kann.
-
Der an der Deckplatte angeordnete mindestens eine Zapfen dient somit einerseits selbst als Prallkörper und bewirkt andererseits, dass der Volumenstrom mindestens einmal gegen die Wand des Durchflusskanals gelenkt wird und hierbei Ölnebel und/oder Öltröpfchen an der Wand abgeschieden werden. Durch das Vorhandensein des Zapfens ist es daher nicht notwendig komplexe Ölabscheidergeometrien mit komplexen Werkzeugen herzustellen, um große Prallflächen zur erhalten, wodurch Kosten und Zeit bei der Herstellung eingespart werden können.
-
Der mindestens eine Zapfen weist dabei bevorzugt eine verkleinerte Negativ-Form in Bezug auf die Form des Durchflusskanals auf. Das heißt, wenn beispielsweise der Durchflusskanal die Form eines quaderförmigen Raumes aufweist, ist der Zapfen ebenfalls quaderförmig und verkleinert.
-
Insbesondere kann eine dem Einlass zugewandte Unterseite des Zapfens als Prallwand zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen dienen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die dem Einlass zugewandte Unterseite des Zapfens eine kantige Form aufweist. Die Kanten ragen dann somit in den durch den Durchflusskanal strömenden Volumenstrom hinein und sorgen für einen Strömungsabriss, was wiederum eine Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen an den Kanten zur Folge hat. Im Falle eines quaderförmigen Zapfens weist die Unterseite des Zapfens eine in einem Rechteck umlaufende Kante auf, die in den Volumenstrom hineinragt.
-
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Querschnittsfläche des Durchflusskanals in dem Bereich, in dem die Unterseite des Zapfens in den Durchflusskanal hineinragt, im Vergleich zu einer Einlassquerschnittsfläche des Durchflusskanals und/oder einer Auslassquerschnittsfläche des Durchflusskanals vergrößert ist. Letzteres, d. h. die verkleinerte Auslassquerschnittsfläche, bewirkt, dass auf die Wand des Durchflusskanals geleitete Anteile des Blow-By-Gases mit einer hohen Geschwindigkeit und/oder in einem spitzen Winkel auf die Wand des Durchgangskanals auftreffen. Dies erhöht ebenfalls die Abscheideeffizienz der Ölabscheideeinheit.
-
Weiterhin kann am Auslass eine sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (In der gesamten Anmeldung ist mit Längsrichtung des Durchflusskanals die Richtung gemeint, in welcher der Volumenstrom durch den Durchflusskanal strömt.) des Durchflusskanals ausdehnende, in Umfangsrichtung des Durchflusskanals um den Auslass umlaufende und in den Durchflusskanal hineinragende Auslasswand angeordnet sein, die als Prallwand zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen dient. Diese Auslasswand ist vorteilhafterweise als Abschnitt der den Zapfen umgebenden Wand ausgebildet, wobei der Auslasswandabschnitt über die stromaufwärts liegenden Abschnitte der Wand vorspringt. Dieser Auslasswandabschnitt verkleinert somit den Querschnitt des Durchflusskanals für den vom Einlass kommenden Volumenstrom.
-
Die Deckplatte kann auf dem Grundkörper im Wesentlichen in einer Längsrichtung des Durchflusskanals beweglich und/oder schwimmend gelagert sein, sodass ein Abstand zwischen dem Grundkörper und der Deckplatte je nach Größe des Volumenstroms der Blow-By-Gase variierbar ist. Hierdurch kann sich die Öffnung am Auslass optimal auf den anliegenden Volumenstrom einstellen, wodurch ein zu starker Druckabfall am Durchflusskanal und damit eine Verstopfung des Durchflusskanals verhindert werden kann.
-
Für den Fall, dass die Deckplatte beweglich auf dem Grundkörper gelagert ist, kann die Ölabscheideeinheit einen fest mit dem Grundkörper verbundenen Auslenkbegrenzer für die Deckplatte aufweisen, welcher einen maximalen Abstand zwischen der Deckplatte und dem Grundkörper festlegt. Der Auslenkbegrenzer weist vorzugsweise eine ähnliche oder gleiche Form wie die Deckplatte auf und ist bevorzugt in der Mitte mittels einer Schraube, Niete, mittels Schweißens oder eines Crimpblechs am Grundkörper befestigt. Vorteilhafterweise überdeckt der Auslenkbegrenzer die Deckplatte vollständig oder überwiegend, um eine gleichmäßige Öffnung über die gesamte Querschnittsfläche am Auslass des Durchflusskanals zu erhalten.
-
Zur Anpassung der Öffnung des Durchflusskanals am Auslass an einen im Durchflusskanal anliegenden Volumenstrom weist die Deckplatte auf einer dem Durchflusskanal abgewandten Seite vorteilhafterweise mindestens ein Federelement auf, welches eine Vorspannung gegen den Auslenkbegrenzer erzeugt. Das Federelement kann dabei ein aus der Deckplatte herausragender Federarm und/oder eine zwischen dem Auslenkbegrenzer und der Deckplatte angeordnete Spiralfeder sein. Alternativ ist es möglich, dass der Auslenkbegrenzer das Federelement zur Vorspannung der Deckplatte in Richtung des Grundkörpers aufweist, beispielsweise mindestens einen Federarm, der in Richtung der Deckplatte weist.
-
Weist eine Deckplatte oder ein Auslenkbegrenzer mindestens zwei Federarme auf, so können diese unterschiedlich gestaltet sein, so dass sie eine unterschiedliche Federcharakteristik aufweisen und bei unterschiedlichen Volumenströmen öffnen oder schließen, beispielsweise dadurch, dass sie mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sind. Weist ein Ölabscheider mehrere Ölabscheideelemente auf, so kann auch die Federcharakteristik zwischen den Ölabscheideelementen unterschiedlich sein, wobei die Federcharakteristik der ggf. vorhandenen mehreren Federelemente eines Ölabscheideelements identisch oder unterschiedlich sein kann.
-
Bei einer Deckplatte, die ein- oder mehrlagig ist, kann der Federarm aus einer Lage der Deckplatte dreiseitig ausgeschnitten und herausgebogen sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Federelement Metall oder Blech enthält oder daraus gefertigt ist. Alternativ kann bei einer derartigen ein- oder mehrlagigen Deckplatte der Federarm von allen Lagen der Deckplatte in Längsrichtung des Durchflusskanals überdeckt sein. In diesem Fall können die Deckplatte und der Federarm Kunststoff enthalten oder daraus hergestellt sein. Vergleichbare Konstruktionen sind auch für am Auslenkbegrenzer ausgebildete Federelemente möglich. Der Federarm kann ferner an der Deckplatte bzw. am Auslenkbegrenzer befestigt sein ohne ein Teil der Deckplatte bzw. des Auslenkbegrenzers zu sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Grundkörper eine quer zur Längsrichtung des Durchflusskanals die Deckplatte und/oder den Auslenkbegrenzer zumindest abschnittsweise umlaufende Seitenwand auf, welche die Deckplatte und/oder den Auslenkbegrenzer auf einer dem Durchflusskanal abgewandten Seite der Deckplatte und/oder des Auslenkbegrenzers in Längsrichtung des Durchflusskanals überragt und als Prallwand zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen dient. Ein Teil der Seitenwand, welcher nach einem Einbau der Ölabscheideeinheit in einen Verbrennungsmotor nach unten gerichtet ist, kann auch mit Schlitzen oder Löchern versehen sein, so dass abgeschiedenes Öl nach unten aus der Ölabscheideeinheit abführbar ist.
-
Die Deckplatte und/oder der Auslenkbegrenzer weisen vorzugsweise einen Abstand zur Seitenwand des Grundkörpers von weniger als 2 mm, vorteilhafterweise weniger als 1 mm, vorteilhafterweise weniger als 0,7 mm auf. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest die dem Grundkörper zugewandte Oberfläche der Deckplatte eine möglichst glatte Oberfläche aufweist. Gleiches gilt für die Fläche des Grundkörpers, auf dem die Deckplatte zu liegen kommt.
-
Die Deckplatte weist vorzugsweise Federstahl und/oder Kunststoff, insbesondere faserverstärktes PA (Polyamid) PPS (Polyphenylensulfid), PPA (Polyphthalamid), PI (Polyimid) PEI (Polyetherimid), PAI (Polyamidimid), PEEK (Polyetheretherkenton), PSU (Polysulfon) und/oder LCP (Liquid-Crystal Polymer) auf oder besteht daraus.
-
Die Federelemente sowohl der Deckplatte als auch der Auslenkbegrenzer können aus Metall, insbesondere einem Federstahl, bestehen oder dieses/n enthalten. Sie können in Deckplatten oder in Grundplatten aus Kunststoff eingespritzt oder warm eingebettet und so fest mit der Deckplatte oder der Grundplatte verbunden werden.
-
Der mindestens eine Durchflusskanal kann ferner einen runden, ovalen und/oder als Langloch ausgebildeten Querschnitt aufweisen. Der Zapfen kann dann vorzugsweise einen entsprechend negativ geformten runden, ovalen und/oder länglichen Querschnitt aufweisen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölabscheideeinheit weist der Grundkörper mehrere Durchflusskanäle auf, welche von einer gemeinsamen Deckplatte überdeckt werden. In jeden dieser Durchflusskanäle ragt jeweils ein Zapfen. Hierbei kann die Form der einzelnen Durchflusskanäle und entsprechend der Zapfen unterschiedlich voneinander sein.
-
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn ein, mehrere oder alle der Durchflusskanäle im Bereich ihres Einlasses, d. h. zwischen ihrem Einlass und dem Ende des Zapfens, sich in Richtung ihres Auslasses verjüngen. Die Verjüngung kann dabei gleichmäßig erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, den Querschnitt der Durchflusskanäle im Bereich des Einlasses stufenweise zu verjüngen. Hierzu kann die Grundplatte so ausgebildet sein, dass im Bereich des Einlasses der Durchflusskanal sich gleichmäßig verjüngt oder stufenförmig oder in jeder beliebigen anderen Form verjüngt. Beispielsweise kann bei einer symmetrischen Anordnung von Durchflusskanälen mittig zwischen diesen Durchflusskanälen ein gegen die Strömungsrichtung aus der Grundplatte hervorragendes konusförmiges, kegelförmiges, kegelstumpfförmiges, pyramidenförmiges oder pyramidenstumpfförmiges Element angeordnet sein. Zur Außenseite der Durchflusskanäle können ebenfalls sich nach außen ausgehend von der Einlassöffnung gegen die Strömungsrichtung gleichmäßig oder gestuft erweiternde Elemente angeordnet sein.
-
Ein sich derartig verjüngender Einlass der Durchflusskanäle bündelt den Volumenstrom in Richtung des Eingangs. Man erhält hierdurch am Eingang sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, durch welche die nachfolgende Abscheidung von Öl oder Ölnebel verbessert wird. Zugleich wird hierdurch auch die Ölabscheideeffizienz verbessert.
-
Verjüngt sich der Querschnitt des Einlasses gleichmäßig, d. h., längs einer glatten Oberfläche, so werden dem Volumenstrom keine Hindernisse in Richtung des Einlasses entgegengestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit am Einlass und in dem Durchlasskanal wird hierdurch maximiert.
-
Alternativ kann der Querschnitt sich auch stufenförmig verringern. Durch die Kanten der Abstufungen wird dann zum einen der Volumenstrom behindert und daher die Strömungsgeschwindigkeit nicht in gleichem Maße erhöht, wie bei einem durch eine glatte Oberfläche verringerten Querschnitt. Zum anderen dienen jedoch die einzelnen Stufen und Kanten der Stufen bereits einer Vorabscheidung von Ölnebel oder Öltröpfchen. Auch bei einer derartigen Ausgestaltung der Verengung des Querschnitts wird eine erhöhte Abscheideeffizienz erzielt.
-
Neben der Steigerung der Abscheideeffizienz um ca. 15% sind derartige Strukturen sehr leicht an die jeweiligen Erfordernisse des Ölabscheiders adaptierbar. Auch die Werkzeugkomplexität wird verringert, so dass zur Herstellung des Ölabscheideelementes kostengünstigere Werkzeuge zum Einsatz kommen können.
-
Die Erfindung schließt ferner einen Ölabscheider mit einer oder mehreren, insbesondere mit zwei parallel geschalteten vorstehend beschriebenen Ölabscheideeinheiten ein. Durch den Aufbau des Ölabscheiders mit einer beliebigen Zahl an Ölabscheideeinheiten ist der erfindungsgemäße Ölabscheider je nach vorhandenem Platzangebot und erzeugtem Volumenstrom universell in verschiedensten Verbrennungsmotoren einsetzbar.
-
Im Folgenden werden einige Beispiele einer erfindungsgemäßen Ölabscheideeinheit anhand von Figuren beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen dieser Beispiele genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung – auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels – verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.
-
Es zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Ölabscheideeinheit mit offenen Durchflusskanälen in einer perspektivischen Querschnittsansicht,
-
2 die Ölabscheideeinheit aus 1 mit offenen Durchflusskanälen in einer Querschnittsansicht,
-
3 die Ölabscheideeinheit aus 1 mit geschlossenen Durchflusskanälen in einer perspektivischen Querschnittsansicht,
-
4 die Ölabscheideeinheit aus 1 mit geschlossenen Durchflusskanälen in einer Querschnittsansicht,
-
5 eine Visualisierung eines Strömungsverhaltens des Volumenstroms im Durchflusskanal einer Ölabscheideeinheit gemäß 1,
-
6 einen Längsschnitt der Ölabscheideeinheit aus 1,
-
7 eine Detailansicht des Durchflusskanals in halboffenem Zustand,
-
8 eine Draufsicht auf einen Grundkörper der Ölabscheideeinheit aus 1,
-
9 eine Draufsicht auf die Ölabscheideeinheitaus 1,
-
10 eine Draufsicht auf eine Ölabscheideeinheit mit Seitenwand schlitzen,
-
11 in zwei Teilbildern perspektivische Ansichten einer Deckplatte in zwei verschiedenen Ausgestaltungen, und
-
12 bis 14: verschiedene Ausgestaltungen des Einlassbereiches von Durchflusskanälen erfindungsgemäßer Ölabscheideeinheiten, und
-
15 Der Druckverlust der Ölabscheideeinheit aus 1 in Abhängigkeit von der Ölabscheideeffizienz.
-
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ölabscheider 100 mit zwei Ölabscheideeinheiten 1a, 1b in einer perspektivischen Querschnittsansicht. Der Ölabscheider 100 weist einen beiden Ölabscheideeinheiten 1a, 1b zugehörigen Grundkörper 2 mit acht Durchflusskanälen für Blow-By-Gase auf. Die acht Durchflusskanäle 3 sind in zwei Gruppen mit jeweils vier Durchflusskanälen unterteilt, wobei jede Gruppe mit Durchflusskanälen von je einer Deckplatte 4 und einem Auslenkbegrenzer 9 überdeckt wird. Pro Ölabscheideeinheit 1 ist also eine Deckplatte 4 und ein Auslenkbegrenzer 9 vorhanden. Der Grundkörper 2 hat im Wesentlichen eine Quaderform, wobei je eine der beiden Gruppen von Durchflusskanälen auf je einer Halbseite in Längsrichtung des Grundkörpers 2 angeordnet ist. Die Längsrichtung 6 der Durchflusskanäle, welche der Richtung der geringsten Ausdehnung des Grundkörpers 2 und einer Hauptströmungsrichtung der Blow-By-Gase durch die Durchflusskanäle entspricht, verläuft senkrecht durch den Grundkörper 2. In jeder Gruppe der Durchflusskanäle, d. h. in jeder Ölabscheideeinheit 1 ist entlang der langen Seiten des Grundkörpers 2 jeweils ein Durchflusskanal 3 mit einem Langloch-förmigen Querschnitt angeordnet. Zwischen diesen Langloch-förmigen Durchflusskanälen 3 ist in der Mitte jeder Halbseite des Grundkörpers 2 eine Bohrung 13 zur Befestigung einer Deckplatte 9 angeordnet, welche in etwa bis zur Hälfte einer Tiefe in Richtung der geringsten Ausdehnung des Grundkörpers 2 hineinreicht. Zwischen den Langloch-förmigen Durchflusskanälen 3 und auf je einer Seite der Bohrung 13 ist entlang der kurzen Seiten des Grundkörpers 2 zusätzlich je ein Durchflusskanal 30 mit einem kurzen Langloch-förmigen Querschnitt angeordnet (siehe z. B. 8). Der Grundkörper 2 weist weiter auf jeder Halbseite, d. h. in jeder Ölabscheideeinheit 1a, 1b auf der Seite der Bohrung 13 eine in Richtung der Längsrichtung 6 der Durchflusskanäle über den Auslenkbegrenzer 9 hinausragende und um die Deckplatte 4 und den Auslenkbegrenzer 9 in einer Umfangsrichtung 7 umlaufende Seitenwand 10 auf.
-
In 1 ist lediglich ein Längsschnitt durch die Durchflusskanäle 3 zu sehen. Die Durchflusskanäle 3 weisen je einen Einlass 3a und einen Auslass 3b auf. Der Auslass 3b weist einen größeren Querschnitt auf als der Einlass 3a. In einem mittleren Bereich 3c ist der Querschnitt der Durchflusskanäle gegenüber dem Einlass 3a und dem Auslass 3b vergrößert. Förderlich für eine effiziente Ölabscheidewirkung ist vor allem, dass der Querschnitt des Auslasses 3b gegenüber dem mittleren Bereich 3c des Durchflusskanals 3 verringert ist.
-
Auslassseitig ist auf dem Grundkörper 2 die Deckplatte 4 in Längsrichtung der Durchflusskanäle 3 beweglich gelagert. Ein Bewegungsspielraum der Deckplatte 4 wird durch den Auslenkbegrenzer 9 eingeschränkt, welcher auf dem Grundkörper 2 mittels Schraubbefestigung in der Bohrung 13 befestigt ist und einen maximalen Abstand der Deckplatte 4 von dem Grundkörper 2 festlegt. Die Deckplatte 4 überdeckt die Auslässe 3b der Durchflusskanäle 3. Die den Durchflusskanälen 3 zugewandte Unterseite 4a der Deckplatte 4 dient als Prallwand zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen. An der Unterseite 4a der Deckplatte 4 sind jeweils im Bereich der Durchflusskanäle 3 und 30 Zapfen 4b bzw. 40b (siehe z. B. 6) angeordnet, welche bis in den breiteren Mittelbereich 3c der Durchflusskanäle hineinragen. Die Form der Zapfen 4b und 40b entspricht dabei einer entsprechenden Negativ-Form der Durchflusskanäle 3 und 30, d. h., weisen die Durchflusskanäle die Form eines rechteckigen Raumes auf, so sind auch die Zapfen 4b bzw. 40b vorteilhafterweise entsprechend rechteck- bzw. quaderförmig. Die Zapfen sind so angeordnet, dass diese den auftreffenden Volumenstrom ablenken und auf die Wände 5 der Durchflusskanäle 3 lenken. Die in die Durchflusskanäle 3 hineinragenden Unterseiten 4c der Zapfen 4b sowie die die Unterseiten 4c umlaufenden Kanten der Zapfen 4b dienen ebenfalls als Prallwände bzw. Ölabscheideorte zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen.
-
Als weitere Prallwand weist der Grundkörper 2 an den Auslässen 3b die Auslässe in der Umfangsrichtung 7 umlaufende, quer in die Durchflusskanäle 3 hineinragende Vorsprung-artige Wandabschnitte 8 der Wand 5 auf, die den stromabwärtigen Abschluss der Wand 5 bilden und deren den Einlässen 3a zugewandte Unterseiten als Prallwände für die von den Mittelbereichen 3c zu den Auslässen 3b strömenden Blow-By-Gase dienen. Zur besseren Kennzeichnung sind die Wandabschnitte, die innenseitig der Durchflusskanäle 3 der Ölabscheideeinheit verlaufen mit 8a und diejenigen, die außenseitig der Durchflusskanäle 3 der Ölabscheideeinheit verlaufen, mit 8b gekennzeichnet. Zur gemeinsamen Bezeichnung wird im Folgenden das Bezugszeichen 8 verwendet. Auch die den Durchflusskanälen 3 zugewandte Innenseite der Seitenwand 10 dient als Prallwand für die die Durchflusskanäle 3 an den Auslässen 3b verlassenden Blow-By-Gase.
-
Die Deckplatte 4 weist an ihrer den Durchflusskanälen 3 abgewandten Seite Federarme 4d auf, welche sich diagonal von der Deckplatte 4 zum Auslenkbegrenzer 9 erstrecken, sich am Auslenkbegrenzer 9 abstützen und so die Deckplatte 4 gegen den Auslenkbegrenzer 9 in Richtung der Grundplatte 2 vorspannen. Damit sich die Deckplatte 4 nun in Richtung des Auslenkbegrenzers 9 bewegt, also sich der Durchflusskanal 3 öffnet, muss daher zunächst ein bestimmter Volumenstrom bzw. Druck des Blow-By-Gases erreicht werden, welcher die Vorspannung der Federarme 4d überwindet.
-
Der Auslenkbegrenzer 9 weist an seiner der Deckplatte 4 zugewandten Unterseite Stege 9a auf, welche als den Bewegungsspielraum der Deckplatte begrenzende Anschläge dienen. Ferner weist der Auslenkbegrenzer Durchtrittsöffnungen 9b in der Längsrichtung 6 auf, durch welche Anteile der von den Auslässen 3b strömenden Blow-By-Gase, nämlich insbesondere die zwischen dem Innenwandabschnitt 8a und dem Zapfen 4b durchströmenden Blow-By-Gase die Ölabscheideeinheit verlassen. Ferner weist der Auslenkbegrenzer 9 in der Mitte eine Aussparung 12 für ein Befestigungsmittel, z. B. eine Schraube auf. Die auf der den Durchflusskanälen 3 abgewandten Seite des Auslenkbegrenzers 9 angeordneten Elemente 11 dienen der Positionierung und Ausrichtung des Auslenkbegrenzers 9 und der Deckplatte 4 zueinander.
-
2 zeigt die Ölabscheideeinheit 1 aus 1 in einer Schnittansicht durch die Durchflusskanäle 3. Die Ölabscheideeinheit 1 befindet sich in geöffnetem Zustand, d. h., dass der die Durchflusskanäle 3 passierende Volumenstrom so stark ist, dass die Vorspannung der Federarme 4d überwunden wird und die Deckplatte 4 gegen die Anschläge 9a des Auslenkbegrenzers 9 gedrückt wird. Der vom Einlass 3a kommende Volumenstrom wird durch den Zapfen 4b im breiteren Mittelbereich 3c zur Wand 5 des Durchflusskanals hin abgelenkt und geteilt, die Teilströme treten dann zu beiden Seiten des Zapfens 4b durch den Auslass 3b, ein Teilstrom strömt dann zwischen der Unterseite 4a der Deckplatte 4 und der Oberseite der Wand 8b nach außen zur Seitenwand 10 und verlässt die Ölabscheideeinheit durch einen Zwischenraum zwischen der Seitenwand 10 und der Deckplatte 4, der andere Teilstrom strömt zur Mitte und verlässt die Ölabscheideeinheit durch die Durchtrittsöffnung 9b. Hierdurch wird Öl in Form von Ölnebel und/oder -tröpfchen an der Wand 5, der Unterseite der umlaufenden Wand 8, der Unterseite 4a der Deckplatte 4 sowie der Seitenwand 10 und dem Federarm 4d abgeschieden. Der gestrichelte Pfeilabschnitt des rechten Teilstroms deutet an, dass die betreffenden Blow-by-Gase, wie schon im Kontext der 1 beschrieben, jenseits der Zeichnungsebene der 2 durch die Öffnung 9b austritt.
-
3 und 4 zeigen die Ölabscheideeinheit 1 aus 1 in einem geschlossenen Zustand, wobei 3 eine perspektivische Schnittansicht und 4 einen Querschnitt durch die Durchflusskanäle 3 zeigt. In diesem Fall liegt kein Volumenstrom durch die Durchflusskanäle 3 vor. Die Deckplatte 4 ist vollständig gegen den Auslenkbegrenzer 9 vorgespannt und liegt direkt auf der stromabwärtigen Oberfläche des Wandabschnitts 8 – sowohl in den Bereichen 8a und 8b – auf, wodurch der Auslass 3b verschlossen ist. Der Abstand zwischen der Deckplatte 4 und dem Auslenkbegrenzer 9 ist maximal.
-
5 zeigt eine Detailansicht eines Durchflusskanals 3 sowie des darin strömenden niedrigen Volumenstroms (Pfeile). Beim Durchströmen des Durchflusskanals 3 trifft der Volumenstrom zunächst auf die Unterseite 4c des Zapfens 4b. Ein Teil des Öls wird bereits dort sowie an der die Unterseite 4c in Umfangsrichtung 7 umlaufenden Kante des Zapfens 4b abgeschieden. Durch den Zapfen 4b wird der Volumenstrom im breiteren Mittelbereich 3c gegen die Wand 5 gelenkt und auf dieser Wand 5 weiter entlanggeführt. An der Wand 5 erfolgt ebenfalls eine Abscheidung von Öl. Danach passiert der Volumenstrom den Auslass 3b, wobei ein Teil des Volumenstroms gegen den vorspringenden Wandabschnitt 8, der selbst einen Abschnitt der Wand 5 bildet, strömt, wobei eine Abscheidung von Öl erfolgt. Nach dem Auslass 3b strömt der Volumenstrom zwischen der stromabwärtigen Oberfläche des vorspringenden Wandabschnitts 8 und der Unterseite 4a der Deckplatte 4 gegen die Seitenwand 10 des Grundkörpers und entlang der Seitenwand 10 aus der Ölabscheideeinheit heraus. Auch an der Seitenwand 10 wird dabei Öl abgeschieden.
-
6 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Ölabscheideeinheit 1 aus 1 durch die kurzen Langloch-förmigen Durchflusskanäle 30. In dieser Figur ist ein Zustand dargestellt, in dem die Deckplatten 4, 4a maximal weit von den Durchlassöffnungen 30 entfernt sind, so dass die Zapfen 40b nicht mehr in die Durchlassöffnungen eintauchen.
-
7 zeigt eine Detailansicht des Durchflusskanals 30. Die Durchflusskanäle 30 weisen den gleichen Längsschnitt wie die Durchflusskanäle 3 auf. Im Bereich des Auslasses 30b ragt eine sich senkrecht zur Längsseite 6 des Durchflusskanals 30 erstreckende Vorsprungs-artige Wand wie am Auslass 3b des Durchflusskanals 3 in den Durchflusskanal hinein. Ferner ist an der dem Durchflusskanal 30 zugewandten Unterseite 4a ein Zapfen 40b angeordnet, der eine dem Durchflusskanal 30 entsprechende Negativ-Form aufweist.
-
8 zeigt eine Draufsicht auf den Grundkörper 2, welche die Anordnung der Durchflusskanäle zeigt. Entlang der langen Seiten des Grundkörpers 2 sind auf jeder Halbseite des Grundkörpers 2, d. h. in jeder Ölabscheideeinheit 1a, 1b die Langloch-förmigen Durchflusskanäle 3 angeordnet. In der Mitte jeder Halbseite befindet sich eine Bohrung 13 zur Befestigung eines Auslenkbegrenzers 9. Zwischen den Langloch-förmigen Durchflusskanälen 3 ist beidseits der Bohrung 13 je ein weiterer, kurzer Langloch-förmiger Durchflusskanal 30 angeordnet, dessen Längsrichtung senkrecht zur Längsrichtung der Durchflusskanäle 3 verläuft.
-
9 zeigt eine Draufsicht auf den Ölabscheider 100 aus 1. Die Form der Zapfen 4b und 40b der beiden Ölabscheideeinheiten 1a, 1b ist jeweils an die entsprechende Form der Durchflusskanäle 3 und 30 angepasst.
-
10 zeigt eine Draufsicht auf eine gegenüber 9 leicht abgewandelte Ausführungsform 100a des Ölabscheiders 100. In einer Seite der Seitenwand 10 des Ölabscheiders 100a, die bei einem Einbau des Ölabscheiders 100a nach unten gerichtet wird, sind Schlitze 14 angeordnet, welche als Abführöffnungen für abgeschiedenes Öl aus dem Ölabscheider 100a dienen.
-
11 stellt in zwei Teilbildern A und B eine Deckplatte 4 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Ölabscheider 100 oder 101 bzw. einer erfindungsgemäßen Ölabscheideeinheit 1 dar. Die Deckplatte 4 ist hier in beiden Varianten aus einem Kunststoffkörper gefertigt, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid. Weiterhin sind an der Oberseite der Deckplatte 4 zwei zylindrische Vorsprünge 4f ausgebildet, die der Positionierung und Führung der Deckplatte 4 im bzw. am hier nicht dargestellten Auslenkbegrenzer 9 dienen. Über die untere Oberfläche 4a der Deckplatte 4 ragen sich weiträumig erstreckende Zapfen 4b und sich kürzer erstreckende Zapfen 40b, deren Unterseite 4c bzw. 40c wie zuvor beschrieben wie die Oberfläche 4a als Prallwand ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Öffnung 4e zu erkennen, durch die einerseits ein Befestigungselement, das der Verbindung zwischen dem Auslenkbegrenzer 9 und der Grundplatte 2 dient, geführt werden kann und die andererseits auch als Durchlass für Blow-By-Gase dient, vgl. gestrichelter Pfeil in 2. Über die Oberseite der Deckplatte 4 ragen zwei Federarme 4d, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie einen darunter liegenden Abschnitt der Deckplatte 4 überdecken. Während die Federarme 4d in 11A aus Kunststoff und integral mit der Deckplatte 4 gefertigt sind, sind die Federarme 4d' in 11B aus Federstahl gefertigt und sind warm in die Kunststoff-Deckplatte 4 eingebettet. Entsprechend sind die auskragenden Bereiche 41d der Kunststoff-Federarme 4d Aufdickungen, während die auskragenden Bereiche 41d' der Stahl-Federarme 4d' geprägt sind. Die auskragenden Bereiche 41d bzw. 41d' dienen als Auflage bzw. Anpresspunkt beim Verpressen der Federarme 4d bzw. 4d'.
-
12 zeigt den Bereich des Einlasses 3a einer Ölabscheideeinheit ähnlich derjenigen in 1. Der Einlassbereich 3a des Durchflusskanals 3 weist nunmehr jedoch ein mittiges, im Querschnitt rundes pyramidenförmiges, also kegelförmiges Element 21 auf. Auf der Außenseite des Durchlasskanals 3 ist die Grundplatte 2 ebenfalls gegen die Strömungsrichtung fortgesetzt und weist eine Wand 23a, 23b auf. In 12A ist dabei auf der linken Seite eine sich senkrecht zur Grundplatte 2 und parallel zur Strömungsrichtung der Gase in dem Durchflusskanal 3 ausgerichtete Seitenwand 23a dargestellt. Auf der rechten Seite der 12A ist eine schräg verlaufende Seitenwand 23b dargestellt, so dass der Einlass 3a einen sich konisch verjüngenden Bereich zwischen der Wandung 22 des pyramidenförmigen Elementes 21 und der Wandung 23b aufweist. Während in 12A ein Querschnitt durch den Bereich des Einlasses 3a dargestellt ist, zeigt 12B eine Aufsicht auf den Einlassbereich. Durch die Verjüngung des Querschnitts im Einlassbereich 3a wird der durch den Durchlasskanal 3 strömende Gasstrom im Einlassbereich beschleunigt, so dass anschließend eine verbesserte Abscheidung von Öl aus dem Gas erfolgt.
-
13 zeigt in den Figuren A und B eine Ausgestaltung des Einlasses 3a des Durchlasskanals 3 ähnlich derjenigen in 12. Abweichend von 12 sind nunmehr jedoch die Oberflächen 22 sowie 23a und 23b gestuft ausgestaltet, so dass sich der Querschnitt des Einlasses 3a in Strömungsrichtung des Gases in Stufen verringert. Die Kanten dieser Stufen dienen dabei selbst bereits der Vorabscheidung von Öl aus dem in dem Einlass 3a strömenden Gas.
-
14 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante des Bereichs um den Einlass 3a ähnlich derjenigen in 12. Im Unterschied zur 12 ist nun jedoch das pyramidenförmige Element 21 im Querschnitt nicht kreisförmig ausgestaltet, sondern als vierseitige Pyramide mit vier seitlichen Oberflächen 22a, 22b, 22c und 22d.
-
Die Verjüngung des Einlasses führt zu einer deutlichen Verbesserung der Ölabscheidung von ungefähr 15%.
-
15 zeigt ein Diagramm, welches den Druckverlust in Abhängigkeit von der Ölabscheideeffizienz (x50) zeigt. Der konventionelle Abscheider ist ein ebenfalls bzgl. des Volumenstromes an Blow-By-Gasen adaptiver Abscheider aus dem Stand der Technik. Auf dem Gebiet der Ölabscheidung ist es oft der Fall, dass bei höherem Druckverlust eine bessere Ölabscheideeffizienz x50 erzielt wird (sprich, ein kleinerer x50 Wert [in μm]). Dies bedeutet, dass für eine bessere Ölabscheidung ein höherer Druck – und somit Energieverlust in Kauf genommen werden muss. Anders zeigt sich jedoch hier, dass bei einem Druckverlust von beispielsweise 10 mbar die Abscheideleistung des konventionellen Abscheiders (~1,14 μm) deutlich schlechter ist als die des erfindungsgemäßen Ölabscheiders bei gleichem Druckverlust (~0,78 μm), so dass mit derselben Energie eine deutlich bessere Ölabscheidung erreicht werden kann.
