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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheidevorrichtung für die Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Ölabscheider mit einer Gaseinlassleitung, welche ein Auslassende aufweist, und ein spaltbestimmendes Element. Die Erfindung betrifft zudem ein entsprechendes System zur Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors.
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Ölabscheidevorrichtungen mit einem gegen die Kraft einer Feder verschiebbaren starren Teller sind beispielsweise aus der
DE 100 51 307 B4 , der
EP 1 285 152 B1 und der
WO 2016/015976 A1 bekannt.
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Eine Ölabscheidevorrichtung der eingangs genannten Art ist auch aus der
EP 3 192 987 A1 bekannt. Dabei wird der Spalt zwischen dem spaltbestimmenden Element und dem Einlassrohr in Abhängigkeit der Vorspannung und Federrate einer Feder und dem Staudruck des durchströmenden Blow-By-Gases eingestellt. Der jeweilige Druckverlust zu einem bestimmten Volumenstrom stellt sich danach ein. Der Abscheider muss als Kompromiss zwischen vorhandenem Unterdruckangebot, anfallendem Blow-By-Gas und gefordertem Unterdruck im Kurbelgehäuse ausgelegt werden. Hohe Unterdruckangebote können daher nicht immer ausgeschöpft werden, sondern müssen mit zusätzlichen Bauteilen, insbesondere einem Druckregelventil, abgeregelt bzw. gedrosselt werden, ohne dass dieses Potential für eine effizientere Abscheidung genutzt werden konnte. Ferner ist die Auslegung ein Kompromiss des zur Verfügung stehenden Platzangebots.
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Alternativ sind elektrisch angetriebene Tellerseparatoren bekannt, siehe beispielsweise
EP 1 273 335 B1 . Mit derartigen aktiven Abscheidern kann der Druckabfall über der Abscheidevorrichtung vorteilhaft geregelt werden. Jedoch sind elektrisch angetriebene Tellerseparatoren komplex aufgebaut und daher kostenträchtig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vergleichsweise einfache Ölabscheidevorrichtung mit einem geringen Bauvolumen, gesteigerter Abscheideeffizienz bei verbesserter Ausnutzung des vorhandenen Unterdruckangebots bereitzustellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Zeichnungen, den Unteransprüchen und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird somit eine Ölabscheidevorrichtung für die Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, umfassend einen Ölabscheider mit einer Gaseinlassleitung, welche ein Auslassende aufweist, und ein spaltbestimmendes Element. Erfindungsgemäß weist die Gaseinlassleitung für strömendes Blow-By-Gas eine innere Wandung und eine äußere Wandung auf, wobei zwischen dem spaltbestimmenden Element und dem Auslassende an der inneren Wandung der Gaseinlassleitung ein innerer Ringspalt und zwischen dem spaltbestimmenden Element und dem Auslassende der äußeren Wandung der Gaseinlassleitung ein äußerer Ringspalt gebildet oder bildbar sind. In Strömungsrichtung sind hinter dem inneren Ringspalt eine innere Prallwand und hinter dem äußeren Ringspalt eine äußere Prallwand angeordnet.
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Blow-By-Gas aus der Kurbelgehäuseentlüftung wird über die Gaseinlassleitung zum Auslassende der Gaseinlassleitung geleitet. Das spaltbestimmende Element wird über die Gaseinlassleitung mit dem ölbeladenen Blow-By-Gas beaufschlagt. Das spaltbestimmende Element ist mit einem Abstand zum Auslassende an der inneren und äußeren Wandung der Gaseinlassleitung angeordnet, die vorzugsweise einer ringförmigen Düse entspricht, so dass zwischen der Gaseinlassleitung und dem spaltbestimmenden Element zwei Spalte, insbesondere zwei Ringspalte, gebildet sind. Die zwei Ringspalte sind vorzugsweise unterbrechungsfrei und sind weiterhin vorzugsweise ringförmig, besonders bevorzugt kreisringförmig ausgebildet. Daneben können die zwei Ringspalte in alternativen Ausführungsformen auch unabhängig voneinander nicht kreisförmige Formen aufweisen, wie beispielweise Ellipsen oder Ovale.
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Durch den inneren Ringspalt und den äußeren Ringspalt strömt das Blow-by-Gas mit hoher Geschwindigkeit, wobei sich der Gasstrom auf die beiden Ringspalte aufteilt. Der innere Ringspalt weist vorzugsweise einen kleineren Umfang und/oder Durchmesser als der äußere Ringspalt auf.
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Das durch die Ringspalte ausströmende Gas trifft auf die nachgeordneten Prallwände, wobei entsprechend der Aufteilung des Gasstroms der durch den inneren Ringspalt austretende Teil in Richtung der inneren Prallwand strömt. Wohingegen der durch den äußeren Ringspalt austretende Teil des Gasstroms in Richtung der äußeren Prallwand strömt. Folglich ist die Strömungsrichtung des austretenden Gasstroms für den inneren und äußeren Ringspalt unterschiedlich, vorzugsweise entgegengesetzt. Es ergibt sich entsprechend ein nach innen gerichteter sowie ein nach außen gerichteter Gasstrom. Beide durch die Ringspalte austretenden Gasströme laufen etwa senkrecht auf die jeweiligen Prallwände zu und werden scharf umgelenkt. Aufgrund der Trägheit der Öl- und Schmutzteilchen in dem Blow-By-Gas werden diese an den beiden Prallwänden abgeschieden.
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Die vorgeschlagene Ölabscheidevorrichtung zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Platzbedarf für einen bestimmten Volumenstrom bei einem gutem Abscheidewirkungsgrad aus. Es kann so in einem kleineren Bauraum der gleiche Volumenstrom wie bei der Nutzung mehrerer kleinerer Ölabscheider innerhalb einer Ölabscheidevorrichtung realisiert werden. Zudem ergibt sich im Vergleich eine vereinfachte Fertigung sowie eine leichtere Anpassung an Fertigungssoleranzen, da nur der Spalt eines Ölabscheiders eingestellt werden muss; gegenüber mehreren, nebeneinander angeordneten kleineren Ölabscheidern mit dem gleichen Spaltabscheideprinzip für den gleichen Volumenstrom. Ferner kann durch die vorgeschlagene Ölabscheidevorrichtung eine große Spaltlänge auf geringer Fläche bzw. in geringem Bauvolumen realisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der innere Ringspalt und der äußere Ringspalt konzentrisch angeordnet. Dies ist vorteilhaft bei einer zentralen Befestigung im Zentrum beider Ringspalte und verbessert ein gleichmäßiges Ansprechverhalten auf Druckänderungen über die gesamte Spaltlänge. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist Abstand der beiden konzentrisch angeordneten Ringspalte konstant, was über den gesamte Spaltlänge einen gleichbleibend hohen Abscheidewirkungsgrad ermöglicht.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind der innere Ringspalt und der äußere Ringspalt in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Anordnung der Ringspalte in einer gemeinsamen Ebene ermöglicht eine einfachere Fertigung sowie einen gleichen Abscheidewirkungsgrad von innerem und äußerem Ringspalt.
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Bevorzugt sind die innere Prallwand und die äußere Prallwand konzentrisch zueinander angeordnet, was ebenfalls für einen gleichmäßig hohen Abscheidewirkungsgrad über die gesamte Länge beider Ringspalte sorgt. In vorteilhaften Ausführungsformen ist der Abstand des inneren Ringspalts zur inneren Prallwand über den Umfang konstant, sowie der Abstand des äußeren Ringspalts zur äußeren Prallwand konstant. In bevorzugten Ausführungsformen sind beide Abstände gleich, wobei in alternativen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der innere Abstand größer als der äußere Abstand ausgeführt werden kann, um die Verengung der nach radial innen gerichteten gegenüber der nach außen gerichteten Strömung auszugleichen. Dies ermöglicht eine gleiche Entspannung beider Teile des Gasstroms.
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Vorzugsweise sind die innere Prallwand und die äußere Prallwand ringförmig ausgebildet. Die Prallwände können besonders bevorzugt kreisringförmig ausgebildet sein. Es sind aber auch alternative vorteilhafte Ausführungsformen ringförmiger Prallwände beispielsweis als Oval oder Ellipse oder abgerundete Form möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Träger des spaltbestimmenden Elements mit dem spaltbestimmenden Element in den Prallwandträger einlegbar und verbindbar. Einlegbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine bestimmte Positionierung der Teile zueinander eingenommen. Die Verbindung kann beispielsweise als formschlüssige Verbindung, z.B. Verklippsen, oder stoffschlüssige Verbindung, z.B. Verschweißen ausgeführt werden. Diese Ausführungsform weist fertigungstechnisch Vorteile gegenüber einer einteiligen Ausführungsform auf, in der der Prallwandträger, der Träger für das spaltbestimmende Element und das spaltbestimmende Element integral gefertigt sind, da zwischen dem Träger und den Prallwänden im Bereich der Gasauslassöffnungen nur ein schmaler Spalt mit einer im Verhältnis großen Tiefe vorliegt. Die Fertigung des schmalen Spalts kann gegenüber einer einteiligen Fertigung auf diese Weise umgangen werden.
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In einer alternativen Ausführungsform sind der Träger des spaltbestimmenden Elements und der Prallwandträger einstückig, wobei das spaltbestimmende Element in den Träger einlegbar und verbindbar ist. Diese Ausführungsform vermeidet ebenfalls die Fertigungsproblematiken des Spalts zwischen Prallwänden und spaltbestimmenden Element.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Ölscheidevorrichtung eine Feder, ein Federvorspannelement und einen an der Gaseinlassleitung befestigten Träger, welche dazu eingerichtet sind, eine Federvorspannung auf das spaltbestimmende Element gegenüber der Gaseinlassleitung zu bewirken, wobei Verrastungsmittel zwischen Federvorspannelement und Träger vorgesehen sind. Mit einem Verrastungsmittel kann eine einfache Montage durch Verdrehen des Federvorspannelements am Träger unter Federvorspannung der Feder erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen Federvorspannelement und Träger wenigstens zwei abgestufte Verrastungsmittel vorgesehen. Die abgestuften Verrastungsmittel ermöglichen eine unterschiedliche Federvorspannung, d.h. der Abstand zwischen der Kontaktfläche der Feder an dem Federvorspannelement und dem an der Gaseinlassleitung befestigten Träger und somit auch auf das spaltbestimmende Element in einem unbelasteten Zustand kann entsprechend der Stufen variiert werden. Entsprechend der Federvorspannung kann die Charakteristik des Ölabscheiders, insbesondere in Bezug auf den Druckverlust, unterschiedlich eingestellt werden. Die vorgesehene Mehrzahl abgestufter Verrastungsmittel ermöglicht die Charakteristik des Ölabscheiders durch unterschiedliche starke Federvorspannungen bei der Montage einzustellen. Es können somit unterschiedliche Ölabscheider mit den gleichen Bauteilen hergestellt werden oder Toleranzen der Feder bzw. der Umbauung ausgeglichen werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Ölabscheidevorrichtung einen angetriebenen Aktuator zum Verstellen des spaltbestimmenden Elements relativ zu dem Auslassende der Gaseinlassleitung auf.
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Indem die Ölabscheidevorrichtung einen angetriebenen Aktuator zum Verstellen des spaltbestimmenden Elements relativ zu der Gaseinlassleitung aufweist, kann das Abscheideverhalten des Ölabscheiders und/oder die (Unter-) Druckregelung durch den Ölabscheider zu jeder Zeit wie gewünscht aktiv eingestellt werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine Steuerung und/oder Regelung der Ölabscheidung und/oder (Unter-)Druckregelung je nach Motorlast, beispielsweise auch abhängig vom Motorkennfeld, und/oder je nach den vorliegenden und ggf. gemessenen Druckverhältnissen.
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Eine aktive Spaltsteuerung durch den Aktuator und eine vorteilhafte Regeleinrichtung, die den Spalt in Abhängigkeit eines (Differenz-)Druckes, z.B. dem Kurbelgehäusedruck oder auch dem Druckverlust über der Ölabscheidevorrichtung, regelt, steigert die Effektivität der Ölabscheidevorrichtung in den Bereichen ungenutzter „Unterdruckenergie“ erheblich. Über eine solche vorteilhafte Regeleinrichtung lässt sich ebenfalls eine kennfeldgesteuerte Kurbelgehäusedruckregelung realisieren, bzw. ein kennfeldgesteuerter Druckabfall über der der Ölabscheidevorrichtung realisieren.
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Vorzugsweise ist der Aktuator elektrisch angetrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator ein Elektromagnet, da dieser schnell reagiert und dadurch eine schnelle Einstellung bzw. Regelung möglich ist.
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Vorzugsweise verstellt der Aktuator das spaltbestimmende Element gegen die Kraft einer Feder. Die Feder kann das spaltbestimmende Element im Ruhezustand, d.h. im Falle eines elektrischen Aktuators im stromlosen Zustand, in einer Position mit maximaler Spaltweite des Ringspalts halten. In diesem Falle muss der Aktuator im Leerlauf des Motors und in niedrigen Lastzuständen nicht betrieben werden, was Energie spart.
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Vorzugsweise ist die Gaseinlassleitung an einem gehäusefesten Träger befestigt. In diesem Fall kann eine Achse oder Welle zum Verstellen des spaltbestimmenden Elements vorteilhaft in einer Durchgangsbohrung des Trägers verschiebbar und/oder drehbar gelagert sein. Um zu verhindern, dass Schmutz oder Öl durch die Durchgangsbohrung hindurchtritt, ist vorteilhaft ein ringförmiges Dichtelement zum Abdichten der Achse oder Welle gegen die Durchgangsbohrung vorgesehen.
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Vorteilhaft ist der Aktuator an dem Träger befestigt. Dies erlaubt eine Vormontage des Aktuators an dem Träger. Insbesondere ist der Träger mit einem Gehäuse der Ölabscheidevorrichtung verbindbar, insbesondere in das Gehäuse einschiebbar oder einsteckbar. Der Aktuator ist dann gemeinsam mit dem Träger vorteilhaft geschützt innerhalb des Gehäuses der Ölabscheidevorrichtung angeordnet. Besonders vorteilhaft sind in dieser Ausführungsform an dem Träger und an dem Gehäuse jeweils elektrische Kontakte, insbesondere Schneidkontakte, vorgesehen, wobei sich die Kontakte infolge des Verbindens des Trägers mit dem Gehäuse selbsttätig kontaktieren. In diesem Fall wird der elektrische Kontakt für einen elektrischen Aktuator automatisch ohne weitere Arbeitsschritte zuverlässig hergestellt.
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Vorzugsweise weist die Ölabscheidevorrichtung einen Ölrücklauf zum Rückführen von abgeschiedenem Öl in das Kurbelgehäuse auf. In dem Ölrücklauf ist vorteilhaft ein Ölzwischenspeicher angeordnet. Des Weiteren ist in dem Ölrücklauf stromaufwärts und/oder stromabwärts von dem Ölzwischenspeicher jeweils ein Rückschlagventil angeordnet. Der Ölzwischenspeicher kann vorteilhaft einen Druckluftanschluss aufweisen, um durch Druckluftbeaufschlagung des Druckluftanschlusses Öl aus dem Ölzwischenspeicher auszutreiben. In einer anderen Ausführungsform kann der Ölzwischenspeicher einen Pumpanschluss und eine damit in Verbindung Membran aufweisen, um durch Anlage von Druckpulsationen an dem Pumpanschluss Öl aus dem Ölzwischenspeicher auszutreiben.
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Da die Druckverluste über der Ölabscheidevorrichtung in einigen Bereichen erheblich sein können und der Bauraum für Ölreservoirs häufig begrenzt ist, reichen herkömmliche Ölrückläufe, die das abgeschiedene Öl aufgrund von aufgebautem hydrostatischem Druck zurück in das Kurbelgehäuse führen, unter Umständen nicht mehr aus. Zwar sind solche Rückläufe auch im Rahmen der Erfindung möglich, jedoch können sie das abgeschiedene Öl nicht mehr in jedem Betriebspunkt zurückführen. Über eine geschickte Dimensionierung zweier kombinierter Rückschläge können Pulsationen am Pumpanschluss ausgenutzt werden, um Öl zurück zu pumpen. Durch eine Membrane kann dieser Effekt verstärkt werden. Ebenfalls ist ein gezielter Druckstoß über den Druckanschluss in den Ölzwischenspeicher geeignet, diesen zu entleeren.
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Die Erfindung stellt des Weiteren ein System zur Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors mit einer zuvor beschriebenen Ölabscheidevorrichtung und einer elektronischen Steuereinrichtung zum Verstellen, Steuern und/oder Regeln der Spaltweite s des Ölabscheiders durch entsprechende Ansteuerung des Aktuators bereit.
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Vorteilhaft verstellt, steuert und/oder regelt die Steuereinrichtung die Spaltweite in Abhängigkeit des Signals von mindestens einem Drucksensor, Differenzdrucksensor und/oder in Abhängigkeit eines Motorkennfeldes.
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Im Allgemeinen steuert die Steuereinrichtung die Spaltweite s vorteilhaft so, dass mit steigender Motorlast die Spaltweite s (monoton) verringert wird.
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In jedem Fall steuert die Steuereinrichtung die Spaltweite vorteilhaft so, dass in allen Betriebszuständen des Motors ein Unterdruck im Kurbelgehäuse relativ zum Atmosphärendruck sichergestellt ist, um ein Austreten von schädlichen Gasen in die Umgebung unter allen Umständen zu verhindern.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Kurbelgehäuseentlüftungs-System eine in Serie zu der Ölabscheidevorrichtung in den Gasstrom geschaltete Saugstrahlpumpe mit einem mit Treibgas beaufschlagbaren Treibgasanschluss und einer mit dem Treibgasanschluss verbundenen Düse auf, wobei aus der Düse ausströmendes Treibgas den Gasfluss durch die Ölabscheidevorrichtung vorteilhaft fördert. Eine solche Saugstrahlpumpe erlaubt den Ausgleich von Druckverlusten über der Ölabscheidevorrichtung insbesondere bei hohem Motorlastniveau. Dabei kann ein Sauganschluss der Saugstrahlpumpe mit einem Gasauslass der Ölabscheidevorrichtung (Sauganordnung) oder ein Druckanschluss der Saugstrahlpumpe mit einem Gaseinlass der Ölabscheidevorrichtung (Druckanordnung) verbunden sein.
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Möglich ist der kurzeitige Verzicht auf hohe Abscheideleistung und die Reduzierung des Druckverlustes auf einen Wert, der einen Druck im Reinraum einstellt, welcher (inkl. des möglichen hydrostatischen Druckgewinnes in der Rücklaufleitung) größer ist als der Druck im Kurbelgehäuse. Die Anordnung der Saugstrahlpumpe kann dabei von Bedeutung sein. So kann bei vorgelagerter Saugstrahlpumpe (Druckanordnung) der Druckverlust so eingestellt werden, dass er nur leicht unter dem Unterdruckgewinn durch die Saugstrahlpumpe liegt, wodurch dann automatisch die Rücklaufbedingung erfüllt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 einen Querschnitt durch eine aktive Ölabscheidevorrichtung im Bereich des Ölabscheiders;
- 2 einen Querschnitt durch eine aktive Ölabscheidevorrichtung;
- 3 eine perspektivische Ansicht auf eine Ölabscheidevorrichtung von der Reinraumseite aus;
- 4 einen Querschnitt durch die Ölabscheidevorrichtung aus 3;
- 5 Explosionszeichnung einer Ölabscheidevorrichtung;
- 6 ein Träger einer Ölabscheidevorrichtung von der Einlassseite;
- 7 eine Ölabscheidevorrichtung mit verschiebbarer Achse und Feder;
- 8-10 schematische Darstellungen eines Systems zur Entlüftung des Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Ausführungsformen; und
- 11, 12 schematische Darstellungen von Registerölrückläufen für eine Ölabscheidevorrichtung in unterschiedlichen Ausführungsformen.
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Die schematisch dargestellte Ölabscheidevorrichtung 10 gemäß den 1 bis 7 umfasst einen Ölabscheider 20, der an einem vorteilhaft gehäusefesten Träger 11 gehalten ist. Der Träger 11 trägt eine kreisringförmige Gaseinlassleitung 12 für Blow-by-Gas 13 aus der Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors. Die Ölabscheidevorrichtung 10 weist einen verstellbaren Träger 17 auf, der ein spaltbestimmendes Element 15 ausbildet oder trägt. Der Träger 11 ist dagegen gehäusefest, d.h. unbeweglich in und zu einem die Ölabscheidevorrichtung 10 umgebenden Gehäuse 41 angeordnet. Das Gehäuse 41 kann ein Gehäuse der Ölabscheidevorrichtung 10 oder ein Gehäuse einer größeren Funktionseinheit, beispielsweise einer Zylinderkopfhaube sein. Der verstellbare Träger 17 ist relativ zu dem Träger 11 verstellbar, was noch genauer erläutert wird.
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Das spaltbestimmende Element 15 ist mit einem Abstand S zum Auslassende an der inneren Wandung 3 und äußeren Wandung 4 der Gaseinlassleitung 12 angeordnet, so dass zwischen der Gaseinlassleitung 12 und dem spaltbestimmenden Element 15 zwei Spalte, insbesondere ein innerer Ringspalt 5 und ein äußerer Ringspalt 6, gebildet sind. Die zwei Ringspalte 5, 6 sind in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel unterbrechungsfrei und kreisringförmig ausgebildet.
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In alternativen Ausführungsbeispielen können der innere Ringspalt 5 und der äußere Ringspalt 6 von der Kreisform abweichen und andere geschlossene Kurven, insbesondere Ringe aufweisen. Das spaltbestimmte Element 15 sowie das Auslassende der inneren Wandung 3 und der äußeren Wandung 4 weisen hierzu korrespondierende Kurven auf.
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Durch den inneren Ringspalt 5 und den äußeren Ringspalt 6 strömt das Blow-by-Gas 13 mit hoher Geschwindigkeit, wobei sich der Gasstrom auf die beiden Ringspalte 5, 6 aufteilt. Der innere Ringspalt 5 weist einen kleineren Umfang und/oder Durchmesser als der äußere Ringspalt 6 auf.
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Das durch die Ringspalte 5, 6 ausströmende Blow-By-Gas 13 trifft auf die nachgeordneten Prallwände 7, 8, wobei entsprechend der Aufteilung des Blow-By-Gasstroms 13 der durch den inneren Ringspalt 5 austretende Teil in Richtung der inneren Prallwand 7 strömt. Wohingegen der durch den äußeren Ringspalt 6 austretende Teil des Gasstroms in Richtung der äußeren Prallwand 8 strömt. Folglich ist die Strömungsrichtung des austretenden Gasstroms für den inneren und äußeren Ringspalt 5, 6 entgegengesetzt. Es ergibt sich entsprechend ein nach innen gerichteter sowie ein nach außen gerichteter Gasstrom. Beide durch die Ringspalte 5, 6 austretenden Gasströme laufen etwa senkrecht auf die jeweiligen Prallwände 7, 8 zu und werden scharf umgelenkt. Aufgrund der Trägheit der Öl- und Schmutzteilchen in dem Blow-By-Gas 13 werden diese an den beiden Prallwänden 7, 8 abgeschieden. Die Prallwände 7, 8 sind vorzugsweise zylindrisch, wobei die innere Prallwand 7 der Außenfläche eines Zylinders und die äußere Prallwand 8 der Innenfläche eines Zylinders zugeordnet ist.
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Das an den Prallwänden 7, 8 abgeschiedene Öl wird durch innere und äußere Ölablaufelemente von den beiden Impaktoren und durch eine in dem Gehäuse 41 vorgesehene Ölablauföffnung aus der Ölabscheidevorrichtung 10 abgeführt und mittels Schwerkraft über einen Ölrücklauf 94 in den Motorölkreislauf zurückgeführt.
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Aufgrund der vollständig um 360° umlaufenden Ringspalte 5, 6 zwischen den Ringen des Prallwandträgers 16 und der Gaseinlassleitung 12 ergibt sich eine hohe Abscheideleistung für jeden der Ringspalte 5, 6 des Ölabscheiders 20. Der Ölabscheider 20 kann daher auch als Spaltimpaktor bzw. Ringspaltimpaktor bezeichnet werden, wobei aufgrund des inneren und äußeren Ringspalts 5, 6 der Ölabscheider 20 auch als doppelter Ringspaltimpaktor bezeichnet werden kann.
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In einer anderen Ausführungsform sind die innere Prallwand 7 und die äußere Prallwand 8 einstückig mit dem spaltbestimmenden Element 15 gebildet oder an diesem gehalten oder befestigt (siehe 4) und werden gemeinsam mit dem spaltbestimmenden Element 15 verstellt.
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Der Außendurchmesser des spaltbestimmenden Elements 15 kann beispielsweise dem Außendurchmesser der Gaseinlassleitung 12 entsprechen, siehe 1. Die äußere Form des spaltbestimmenden Elements 15 kann der Form der Gaseinlassleitung 12 entsprechen und beispielsweise rund bzw. kreisrund und alternativ elliptisch oder oval geformt sein.
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Der Träger 11 und/oder das Gehäuse 41 bestehen beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem verstärkten oder unverstärkten Thermoplast. Der Träger 11 ist vorteilhaft als Zwischenwand in dem Gehäuse 41 angeordnet und unterteilt den Innenraum des Gehäuses 41 in zwei Raumbereiche, nämlich einen Vorabscheideraum 29 in Strömungsrichtung vor dem Ölabscheider 20 und einen Reinraum 28 in Strömungsrichtung nach dem Ölabscheider 20, siehe 2.
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Die Ölabscheidevorrichtung 10 kann in eine Zylinderkopfhaube oder ein Ölabscheidemodul integriert sein. Alternativ kann die Ölabscheidevorrichtung 10 ein separates Bauteil sein, das mit anderen Motorkomponenten beispielsweise über Schläuche verbunden ist.
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Der Gaseinlauf in den inneren und äußeren Ringspalt 5, 6 ist vorteilhaft verrundet. Dies wird beispielsweise mittels eines abgerundeten Fortsatzes 60 an dem spaltbestimmenden Element 15 erreicht, der sich entgegen der Gaseinlassrichtung in die Gaseinlassleitung 12 erstreckt, siehe 1.
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Blow-By-Gas 13 aus der Kurbelgehäuseentlüftung wird über einen Gaseinlass 42 (siehe 8) in das Innere des Gehäuses 41 in den Vorabscheideraum 29 geleitet. Das spaltbestimmende Element 15 wird über die Gaseinlassleitung 12 mit dem ölbeladenen Blow-by-Gas 13 beaufschlagt. Das spaltbestimmende Element 15 ist mit einem Abstand s zu dem Auslassende der ringförmigen Gaseinlassleitung 12 angeordnet, so dass zwischen der Gaseinlassleitung 12 und dem spaltbestimmenden Element zwei Ringspalte 5, 6, mit einer Spaltweite s gebildet sind, siehe 1. Die Spaltweite s ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen am inneren Ringspalt 5 und am äußeren Ringspalt 6 gleich, d.h. beide Ringspalte 5, 6 weisen vorzugsweise die gleiche minimale und maximale Spaltweite s auf. In möglichen alternativen Ausführungsbeispielen können durch eine Anpassung des spaltbestimmenden Elements 15 oder durch unterschiedlich tiefe Auslassenden der inneren Wandung 3 in Bezug zur äußeren Wandung 4 unterschiedliche Spaltweiten s für den inneren und äußeren Ringspalt 5, 6 erreicht werden.
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Die innere Prallwand 7 und die äußere Prallwand 8 sind vorteilhaft konzentrisch mit der Gaseinlassleitung 12, insbesondere konzentrisch mit der inneren Wandung 3 und der äußeren Wandung 4, und, wie aus 1 ersichtlich, mit axialer Überlappung innen und außen über dem Auslassende der Gaseinlassleitung 12 angeordnet. Die innere Prallwand 7 und die äußere Prallwand 8 weisen zueinander ausgerichtete Oberfläche auf. Es ergibt im Impaktor demzufolge eine nach radial innen (innere Prallwand 7) und eine nach radial außen (äußere Prallwand 8) gerichtete Impaktorfunktion, welche zur Ölabscheidung aus dem Blow-By-Gas 13 führt. Die Prallwände 7, 8 sind des Weiteren vorteilhaft ringförmig ausgebildet mit einem Abstand zu dem Träger 11 angeordnet.
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In der Ausführungsform der 1 und 2 weisen die Prallwände 7, 8 beidseitige Öffnungen auf, wodurch ein beidseitiges Abströmen des an den Prallwänden 7, 8 umgelenkten Gasstroms möglich ist. Der an den Prallwänden 7, 8 umgelenkte Gasstrom strömt einerseits in der gleichen Fließrichtung wie durch die Gaseinlasseinleitung 12 durch die entsprechende innere Gasauslassöffnung 22 sowie äußere Gasauslassöffnung 25 und andererseits in der Gegenrichtung durch den radialen Zwischenraum zwischen den Prallwänden 7, 8 und der Gaseinlassleitung 12 und durch die entgegengesetzte innere Gasauslassöffnung 23 und die entgegengesetzte äußere Gasauslassöffnung 26 ab. Durch das beidseitige Abströmen des an den Prallwänden 7, 8 umgelenkten Gasstroms sowie insbesondere durch die Verwendung von zwei ringförmigen Prallwänden 7, 8 kann der Wirkungsgrad des Ölabscheiders 20 gegenüber bekannten Abscheidern erhöht werden. Nach dem zuvor Gesagten sind die Öffnungen zwischen spaltbestimmenden Element 15 bzw. dessen verstellbaren Träger 17 und der durch den Prallwandträger 16 gebildeten Prallwänden 7, 8 funktional Gasauslassöffnungen 22, 25. Die Öffnungen zwischen der Gaseinlassleitung 12 bzw. dessen Träger 11 und der durch den Prallwandträger 16 gebildeten Prallwänden 7, 8 sind ebenfalls funktional Gasauslassöffnungen 22, 25.
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Die beidseitige Ausströmung aus dem Impaktor kann innen wie außen im Bereich der Gasauslassöffnungen 22, 23, 25, 26 eine Art Diffusor enthalten, der die Gasgeschwindigkeit am Austritt reduziert und mitreißen des abgeschiedenen Öls verhindert.
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Der Gaseinlass in den Impaktor erfolgt in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel im Inneren des Prallwandträgers 16 durch die Gaseinlassleitung 12.
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Die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 zeigen eine Ölabscheidevorrichtung 10, welche für eine aktive Spaltsteuerung vorgesehen sind. In der 1 ist hierzu eine verschiebbare Achse 43 mit dem spaltbestimmenden Element 15 verbunden, welche im Ausführungsbeispiel der 2 mit einem Aktuator 46 verbunden ist.
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Das in den 3 bis 6 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt eine passive Ölabscheidevorrichtung 10 ohne eine aktive Spaltsteuerung. Eine passive Ölabscheidevorrichtung 10 weist demnach keinen Elektromagneten oder Elektromotor auf, welcher den Spalt bzw. die Ringspalte 5, 6 aktiv verstellt. Passive Ölabscheidevorrichtungen 10 weisen somit keinen Aktuator 46 auf.
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In alternativen vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann das Ausführungsbespiel der 3 bis 6 mit einer aktiven Spaltsteuerung entsprechend der Ausführungsbeispiele aus den 1, 2 und 7 geändert werden. Hierfür kann beispielsweise der Träger 11 mit einer Durchgangsbohrung 44 für eine Achse 43 ausgeführt werden, wobei die Achse 43 mit dem spaltbestimmenden Element 15 verbunden ist, und dementsprechend die beiden Ringspalte 5, 6 aktiv gesteuert werden können.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine beispielsweise passive Ölabscheidevorrichtung 10 von der Seite, welche dem Reinraum 28 zugeordnet ist. Es sind der Träger 11 für die Gaseinlassleitung 12, von dieser Seite aus nicht zu sehen, sowie der Träger 17 für das spaltbestimmende Element 15, der Prallwandträger 16 sowie das Federvorspannelement 14 zu erkennen.
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Der Träger 17 des spaltbestimmenden Elements 15 ist vorteilhaft einstückig mit diesem gebildet. Weiter ist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Träger 17 ebenfalls mit dem Prallwandträger 16 einteilig gebildet. Die Gasauslassöffnungen 22, 25, welche die gleiche Strömungsrichtung aufweisen, wie Gaseinlassleitung 12, sind daher mit Haltestegen 21 versehen, welche in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen spaltbestimmenden Element 15 und dem Prallwandträger für die innere und äußere Prallwand 7, 8 herstellen.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung der Ölabscheidevorrichtung 10. Das einteilig ausgeführte Teil des Prallwandträgers 16 und des Trägers 17 ist konzentrisch zur ringförmigen Gaseinlassleitung 12 angeordnet und über diese gestülpt.
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Der Träger 11 ist im Wesentlichen platten- oder wandförmig mit einer ringförmigen Durchgangsöffnung 27, die die Eintrittsöffnung der Gaseinlassleitung 12 bildet. Die Gaseinlassleitung 12 ist vorteilhaft einteilig mit und aus dem Träger 11 gebildet. Auf der Einlassseite weist die Durchgangsöffnung 27 sowie in diesem Ausführungsbespiel auch die Gaseinlassleitung 12 mehrere Haltestege 21 zwischen innerer Wandung 3 und äußerer Wandung 4 auf, die die Verbindung zwischen zum zentralen Teil des Trägers 11 herstellen, siehe 5.
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Es ist eine Hubführung 19 vorgesehen, die den Träger 17 des spaltbestimmenden Elements 15 bei dessen Verschiebung gegenüber dem Auslassende der Gaseinlassleitung 12 führt. Diese Verschiebung kann durch den anliegenden Gasdruck des Blow-By-Gas 13 entgegen der Federkraft der Feder 54 erfolgen, oder in alternativen Ausführungsbeispielen mit aktiver Spaltsteuerung auch durch die durch einen Aktuator 46 aufgebrachte Kraft erfolgen. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Hubführung 19 zentral durch eine Öffnung des Vorspannelement 14 geführt, wodurch eine Hubbewegung stabilisiert wird.
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Passive Ölabscheidevorrichtungen 10 weisen vorzugsweise eine Feder 54 auf, welche eine Federkraft bewirkt, die den Spalt bzw. die Ringspalte 5, 6 auf eine minimale Spaltweite s verringert oder in möglichen Ausführungsbeispielen die Ringspalte 5, 6 komplett schließt, wobei die Ringspalte 5, 6 mit zunehmenden anliegenden Gasdruck des Blow-By-Gas 13 auf die maximale Spaltweite aufgedrückt werden. Bei aktiven Ölabscheidevorrichtung 10 ist die Feder 53 vorzugsweise derart eingerichtet, dass die Federkraft eine maximale Öffnung der Spaltweite s der Ringspalte 5, 6 bewirkt, wobei der Aktuator 46 die Spaltweite s vorzugsweise verringert.
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In besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Hubführung 19 einstückig mit dem Prallwandträger 16 und/oder dem Träger 17 des spaltbestimmenden Elements 15 ausgeführt, wodurch der notwendige Bauraum und der Montageaufwand besonders klein gehalten werden können, siehe 3 bis 6.
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In einem weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Hubführung 19 und der Prallwandträger 16 einstückig ausgeführt. Der Träger 17 des spaltbestimmenden Elements 15 ist in den Prallwandträger 16 einlegbar und wird durch formschlüssige Verbindung, z.B. Verklippsen, oder stoffschlüssige Verbindung, z.B. Verschweißen, in diesem gehalten. Dieses Ausführungsbeispiel weist fertigungstechnisch besondere Vorteile auf, da zwischen dem Träger 17 und den Prallwänden 7, 8 im Bereich der Gasauslassöffnungen 22, 25 nur ein sehr geringer Spalt vorliegt, dessen Fertigung gegenüber einer einteiligen Fertigung auf diese Weise umgangen werden kann.
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Die Führung kann einseitig und/oder zweiseitig mit PTFE beschichtet sein bzw. eines der Bauteile, in diesem Ausführungsbeispiel Vorspannelement 14 oder Hubführung 19 aus einem PTFE haltigen Material oder alternativ aus einem anderen schmierenden und/oder schmutzabweisenden Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen.
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In alternativen vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Hubführung 19 im Zusammenspiel mit der Achse 43 im Träger 11 und/oder im Prallwandträger 16 vorgesehen sein, siehe 1 und 2.
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5 zeigt die beispielsweise passive Ölabscheidevorrichtung 10 in einer Explosionszeichnung, wobei die Verrastungsmittel 24 von Federvorspannelement 14 und Träger 11 zu erkennen sind, welche Federvorspannelement 14 und Träger 11 unter einer Federvorspannung der Feder 54 verbinden. Die Feder 54 stützt sich auf der einer Seite am Federvorspannelement 14 und auf der anderen Seite am Träger 17 des spaltbestimmenden Elements 15 ab und bewirkt somit eine Federvorspannung zum Auslassende der Gaseinlassleitung 12.
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Die Spaltweite s der beiden Ringspalte 5, 6 zwischen dem spaltbestimmenden Element 15 und der Einlassleitung 12 stellt sich in Abhängigkeit von der Federvorspannung und der Federhärte der Feder 54 und dem Staudruck des durchströmenden Blow-By-Gases 13 ein. Hieraus ergibt sich der jeweilige Druckverlust zu einem bestimmten Volumenstrom.
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Eine Mehrstufigkeit des Verrastungsmittels 24 wird in einem alternativen vorteilhaften Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass im Träger 11 mehrere unterschiedlich tief angeordnete Verrastungsmittel vorgesehen sind, welche über die Rotationslage des Federvorspannelements 14 zum Träger 11 ausgewählt werden. Die unterschiedliche Tiefe bewirkt eine unterschiedliche Federvorspannung, welche die Charakteristik des Ölabscheiders 10 entsprechend verändert.
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Weiterhin eignen sich abgestufte Verrastungsmittel 24 dazu, einen Toleranzausgleich der Feder 54 zu ermöglichen, so dass die Ölabscheidevorrichtung 10 entsprechend in einfacher Weise justiert werden.
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In weiteren alternativen Ausführungsbeispiel können Federn 54 mit unterschiedlicher Federhärte eingesetzt werden, um verschiedene Federvorspannungen zu ermöglichen.
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6 zeigt die Einlassseite der beispielsweisen passiven Ölabscheidevorrichtung 10, wobei die Durchgangsöffnung 27 sowie in diesem Ausführungsbespiel auch die Gaseinlassleitung 12 mehrere Haltestege 21 zwischen innerer Wandung 3 und äußerer Wandung 4 aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel einer passiven Ölabscheidevorrichtung 10 ist keine Durchgangsbohrung 44 für eine verschiebbare Achse 43 vorgesehen.
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Das Ausführungsbeispiel der 7 zeigt im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel der 3 bis 6 eine Durchgangsbohrung 44 im Träger 11 für eine verschiebbar Achse 43, wodurch die Spaltweite s zwischen dem spaltbestimmenden Element 15 und der Gaseinlassleitung 12 aktiv einstellbar bzw. veränderbar ist. Zu diesem Zweck ist das spaltbestimmende Element 15 relativ zu der Gaseinlassleitung 12 verstellbar bzw. verschiebbar, insbesondere axial verschiebbar, d.h. entlang der durch der Gaseinlassleitung 12 definierten Achse. Dies wird vorteilhaft bewirkt durch axiale Verstellung des verstellbaren Trägers 17, an dem das spaltbestimmende Element 15 befestigt ist. Der axiale Träger 17 ist dazu vorteilhaft an der axial verschiebbaren Achse 43 befestigt.
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Die Achse 43 ist vorteilhaft in der Abscheidevorrichtung 10, genauer in einer Durchgangsbohrung 44 durch den Träger 11 axial verschiebbar gelagert. Eine oder die Lagerstelle ist vorteilhaft von einer Durchgangsbohrung 44 durch den Träger 11 gebildet. Eine weitere Lagerstelle kann von einer Durchgangsbohrung 45 durch eine Wand des Gehäuses 41 gebildet sein, siehe 2. Vorteilhaft wird jedoch auf eine Durchgangsbohrung 45 durch das Gehäuse 41 nach außen verzichtet, was die Montage der Abscheidevorrichtung 10 vereinfacht. Die Achse 43 wird somit vorteilhaft von dem Reinraum 28, wo sie an dem verschiebbaren Träger 17 befestigt ist, durch den Träger 11 in den Vorabscheideraum 29 geführt.
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Um zu verhindern, dass Schmutz oder Öl aus dem Vorabscheideraum 29 durch die Durchgangsbohrung 44 in den Reinraum 28 gelangt, ist die Achse 43 vorzugsweise mit einem ringförmigen Dichtelement 106, insbesondere einem Dichtring mit einer federbelasteten oder freien (nicht mittels Ringfeder belasteten) Dichtlippe insbesondere aus einem Elastomer oder PTFE, gegen den Träger 11 abgedichtet, siehe 1 und 2.
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Der Aktuator 46 kann alternativ auf der anderen Seite des Trägers 11, d.h. auf der Seite des Reinraums 28, angeordnet sein. In diesem Fall kann die Durchgangsbohrung 44 durch den Träger 11 und/oder das Dichtelement 106 entbehrlich sein.
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Die Verstellung der Achse 43 erfolgt mittels eines Aktuators 46, der vorteilhaft ein Elektromagnet mit einer Spule 47 ist.
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Die Achse 43 besteht vorteilhaft aus Eisen, einer Eisenlegierung oder einem anderen ferromagnetischen Material, und ist als Anker oder Kern durch die Spule 47 des Elektromagneten 46 geführt. Die Beaufschlagung der Spule 47 mit einer elektrischen Spannung führt zu einem Stromfluss durch die Spule 47 und in an sich bekannter Weise zu einer magnetischen Kraft, die in Axialrichtung auf die Achse 43 wirkt. Der elektrische Aktuator 46, insbesondere der Stromfluss durch die Spule 47, wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 55 (siehe 8 bis 10) gesteuert oder geregelt, um je nach gemessenem Unterdruckangebot eine angemessene Spaltweite s einzustellen. Dies wird später noch genauer erläutert.
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Der Aktuator 46 kann anstelle eines Elektromagneten alternativ ein Elektromotor sein. Anstelle der axial verschiebbaren Achse 43 kann in einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform eine drehbare Achse bzw. Welle vorgesehen sein, wobei die Rotationsbewegung der Achse/Welle auf geeignete Weise, beispielsweise mit einer Gewindeverbindung oder eines Getriebes, in eine axiale Verschiebung des verschiebbaren Trägers 17 bzw. des oder der spaltbestimmenden Elemente 15 umgesetzt wird.
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In einer möglichen, nicht dargestellten Ausführungsform ist der Aktuator 46 in dem Vorabscheideraum 29 der Ölabscheidevorrichtung 10 angeordnet und vorteilhaft an dem Träger 11 befestigt. In einer anderen Ausführungsform, in der die Achse 43 durch das Gehäuse 41 nach außen geführt ist, kann der Aktuator 46 außerhalb des Gehäuses 41 angeordnet sein, wie dies in den 2 gezeigt ist.
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In den vorteilhaften Ausführungsformen, in denen der Aktuator 46 an dem Träger 11 befestigt ist, ist der Träger 11 vorteilhaft ein von dem Gehäuse 41 separates Bauteil und in das Gehäuse 41 einsteckbar, einschiebbar oder mit dem Gehäuse 41 auf sonstige Weise verbindbar. Das Gehäuse 41 weist zu diesem Zweck vorteilhaft eine Zwischenwand auf, die mit dem eingeschobenen Träger 11 eine durchgehende Trennwand zwischen dem Reinraum 28 und dem Vorabscheideraum 29 bilden. Die den Träger 11 bildende Trennwand kann beispielsweise Stege aufweisen und die Zwischenwand kann Nuten aufweisen, in die die Stege der Trennwand einschiebbar sind, oder umgekehrt.
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In den zuvor geschilderten Ausführungsformen, in denen der Aktuator 46 an dem Träger 11 vormontiert und diese mit dem Gehäuse 41 verbunden wird, weisen der Träger 11 und das Gehäuse 41 vorteilhaft Kontakte auf. Im Betriebszustand, in dem der Träger 11 mit dem Gehäuse 41 betriebsfertig verbunden ist, treten die Kontakte an Träger 11 und Gehäuse 41 in Kontakt, um elektrischen Strom von einem ebenfalls nicht gezeigten, mit den Kontakten vom Gehäuse 41 leitend verbundenen elektrischen Anschluss (Stecker oder Steckbuchse) außen am Gehäuse 41, der mit einer Stromversorgung des Motorfahrzeugs verbindbar ist, zu dem Aktuator 46 leiten zu können. Die Kontakte sind vorteilhaft so ausgeführt und angeordnet, dass die Kontakte infolge des Einsteckens oder Einschiebens des Trägers 11 in das Gehäuse 41 ohne weitere Maßnahmen in Kontakt geraten. Besonders vorteilhaft können die Kontakte zu diesem Zweck als Schneidkontakte ausgeführt sein.
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Mithilfe des Aktuators 46 kann das Spaltweite s des Ölabscheiders 20 innerhalb eines Arbeitsbereiches wie gewünscht eingestellt bzw. gesteuert oder geregelt werden. Dies wird im Folgenden genauer erläutert. Der Arbeitsbereich der Verstellung kann durch einen geeigneten Anschläge 57 (siehe 2) an der Achse 43, dem verstellbaren Träger 17 und/oder dem spaltbestimmenden Element 15 und/oder entsprechenden Anschlägen 57 an gehäusefesten Teilen, beispielsweise dem Träger 11, begrenzt sein.
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Der Aktuator 46 verstellt den verstellbaren Träger 17 bzw. das oder die spaltbestimmenden Elemente 15 vorzugsweise gegen die Kraft einer Feder 53, insbesondere einer Schraubenfeder. Vorteilhaft hält die Feder 53 den verstellbaren Träger 17 bzw. das oder die spaltbestimmenden Elemente 15 im stromlosen Zustand des Aktuators 46 in einem maximal geöffneten Zustand, d.h. in einem Zustand, in dem die Spaltweite s maximal ist. Dieser Zustand kann durch einen Anschlag 57 definiert sein, siehe 2. Die maximale Spaltweite ist so gewählt, dass die Druckverluste bei geringem Unterdruck im Reinraum 28, also beispielsweise im Leerlauf oder im Niedriglastbereich, gering bleiben und der Druck im Kurbelgehäuse 56 negativ bleibt. Generell ist im Niedriglastbereich eine größere Spaltweite als im Teil- und Volllastbereich notwendig, um Druckverluste zuverlässig ausgleichen zu können.
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Mit steigender Motorlast wird die Spaltweite s vorteilhaft verringert, um einen besseren Abscheidegrad des Ölabscheiders 20 zu erreichen. Dies geschieht durch Steuerung oder Regelung des Aktuators 46, hier genauer der Stromstärke durch die Spule 47, mittels einer elektronischen Steuereinrichtung 55 des Motorfahrzeugs über eine Steuerleitung 108. Mit steigender Motorlast und somit steigendem Unterdruckangebot verstellt der Aktuator 46 die Achse 43, den Träger 17 und die spaltbestimmenden Elemente 15 gegen die Kraft der Feder 53 (und des anliegenden Blow-By-Gasdrucks) in Richtung einer verringerten Spaltweite s, hier durch Erhöhung der Stromstärke durch den Elektromagneten 46. In den Ausführungsformen der Figuren zieht der Aktuator 46 den Träger 17 und die spaltbestimmenden Elemente 15 zu sich heran, um die Spaltweite s zu verringern.
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Die minimal mögliche Spaltweite s kann Null sein und durch kontaktierendes Aufliegen des spaltbestimmenden Elements 15 auf dem Gaseinlassrohr 12 definiert sein. Die minimal mögliche Spaltweite s kann größer als Null sein und beispielsweise durch einen Anschlag bzw. Anschläge 57 definiert sein.
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Die Steuerung oder Regelung der Spaltweite s in Abhängigkeit von einem Differenzdruck wird im Folgenden genauer anhand der 8 bis 10 erläutert. Darin ist jeweils ein System 90 zur Entlüftung des Kurbelgehäuses 56 eines Verbrennungsmotors gezeigt. Die Ölabscheidevorrichtung 10 ist generell zwischen das Kurbelgehäuse 56 und den Ansaugtrakt 79 des Verbrennungsmotors geschaltet. Genauer werden ölbeladene Blow-By-Gase 13 aus dem Kurbelgehäuse 56 über eine Blow-By-Leitung 78 zu der Ölabscheidevorrichtung 10 geleitet und über den Gaseinlass 42 in den Vorabscheideraum 29 der Ölabscheidevorrichtung 10 eingeleitet, darin durch den mindestens einen Ölabscheider 20 vom flüssigen Bestandteilen befreit und das gereinigte Gas 77 wird dem Ansaugtrakt 79 des Verbrennungsmotors über eine Reingasleitung 76 zugeführt.
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Zur Ermittlung einer Stell- oder Regelgröße werden ein oder mehrere Drücke mittels Drucksensoren 80, 81, 82 und/oder mindestens ein Differenzdruck mittels mindestens eines Differenzdrucksensors 83 gemessen. Insbesondere kann ein Drucksensor 80 zur Messung des Drucks im Kurbelgehäuse 56, ein Drucksensor 81 zur Messung des Atmosphärendrucks und/oder ein Drucksensor 82 zur Messung des Drucks in der Ölabscheidevorrichtung 10, insbesondere im Reinraum 28, vorgesehen sein. In der besonders einfachen Ausführungsform gemäß 10 ist stattdessen nur ein Differenzdrucksensor 83 zur Messung des Drucks an der Gaseinlassseite der Ölabscheidevorrichtung 10 relativ zum Atmosphärendruck vorgesehen (Differenzdruck Δp).
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Die Messignale werden an die elektronische Steuereinrichtung 55 gesendet. Die elektronische Steuereinrichtung 55 steuert und/oder regelt die Ölabscheidevorrichtung 10 über die Steuerleitung 108 in Abhängigkeit der Messsignale von dem oder den Drucksensoren 80-83, beispielsweise in Abhängigkeit des Drucks im Kurbelgehäuse 56, oder in Abhängigkeit des Druckverlusts über die Ölabscheidevorrichtung 10. Insbesondere wird durch Verstellung des spaltbestimmenden Elements 15 der Spaltweite s zwischen dem spaltbestimmenden Element 15 und dem Gaseinlassrohr 12 je nachdem zur Verfügung stehenden Unterdruckangebot des Verbrennungsmotors gesteuert und/oder geregelt, wie zuvor beschrieben.
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Druckverluste über die Ölabscheidevorrichtung 10 lassen sich insbesondere bei einem hohen Motor-Lastniveau vorteilhaft über eine in Serie zu der Ölabscheidevorrichtung 10 zwischen dem Kurbelgehäuse 56 und dem Ansaugtrakt 57 geschaltete Saugstrahlpumpe 84 ausgleichen. Die Saugstrahlpumpe 84 weist einen Sauganschluss 85, einen Druckanschluss 86 und einen Treibgasanschluss 87 auf.
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Die 8 und 10 zeigen eine Sauganordnung der Saugstrahlpumpe 84. Hier ist der Sauganschluss 85 mit dem Gasauslass 40 der Ölabscheidevorrichtung 10 verbunden, durch den das gereinigte Gas aus dem Reinraum 28 der Ölabscheidevorrichtung 10 abgeführt wird. Der Druckanschluss 86 ist mit dem Ansaugtrakt 79 des Verbrennungsmotors verbunden. Die Saugstrahlpumpe 84 ist hier saugseitig zur Ölabscheidevorrichtung 10 angeordnet. Die Ölabscheidevorrichtung 10 ist zwischen das Kurbelgehäuse 56 und die Saugstrahlpumpe 84 geschaltet.
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Die 9 zeigt alternativ eine Druckanordnung der Saugstrahlpumpe 84. Hier ist der Sauganschluss 85 mit dem Kurbelgehäuse 56 verbunden. Der Druckanschluss 86 ist mit dem Gaseinlass 42 der Ölabscheidevorrichtung 10 verbunden, durch den das Blow-By-Gas 13 in den Vorabscheideraum 29 der Ölabscheidevorrichtung 10 einströmt. Die Saugstrahlpumpe 84 ist hier druckseitig zur Ölabscheidevorrichtung 10 angeordnet. Die Saugstrahlpumpe 84 ist zwischen das Kurbelgehäuse 56 und die Ölabscheidevorrichtung 10 geschaltet.
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Der Treibgasanschluss 87 ist außen über eine Treibluftleitung 91 mit einer Druckluftquelle 88 des Verbrennungsmotors, beispielsweise aus der Motoraufladung, verbunden. Die Treibluftquelle stellt beispielsweise einen Treibdruck im Bereich zwischen 0 bar und 2 bar bereit. In der Saugstrahlpumpe 84 wird das Treibgas zu einer Düse 89 geleitet, die so in der Saugstrahlpumpe 84 angeordnet ist, dass das mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse 89 austretende Treibgas in der Fließrichtung des Blow-By-Gasstroms 13 von dem Kurbelgehäuse 56 zu dem Ansaugtrakt 79 strömt und wirkt. Auf diese Weise wird die Saugwirkung des Ansaugtrakts 79 auf die Ölabscheidevorrichtung 10 unterstützt, beispielsweise (in der Sauganordnung) durch höheren Unterdruck an dem Sauganschluss 40, und entsprechend in der Druckanordnung.
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In der Treibluftleitung 91 kann ein von der elektronischen Steuereinrichtung 55 steuerbares Ventil 92 angeordnet sein. Die Steuereinrichtung 55 kann dann in bestimmten Betriebszuständen des Motors, insbesondere bei hoher Motorlast oder Volllast, bzw. in Abhängigkeit der gemessenen Drücke oder Differenzdrücke, das Ventil 92 öffnen, um den Treibluftanschluss 87 der Saugstrahlpumpe 84 mit Druckluft zu beaufschlagen und die Pumpwirkung der Saugstrahlpumpe 84 somit einzuschalten, und in anderen Betriebszuständen des Motors, insbesondere im Leerlauf oder bei Teillast, bzw. in Abhängigkeit der gemessenen Drücke oder Differenzdrücke, das Ventil 92 schließen, um den Treibluftanschluss 87 der Saugstrahlpumpe 84 drucklos zu setzen und die Pumpwirkung der Saugstrahlpumpe 84 somit auszuschalten, so dass die Wirkung der Saugstrahlpumpe 84 auf ein einfaches Durchflussrohr von dem Sauganschluss 85 zu dem Druckanschluss 86 beschränkt ist.
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Es sind Ausführungsformen ohne steuerbares Ventil 92 in der Treibluftleitung 91 möglich, siehe beispielsweise 10. In diesen Ausführungsformen ist die Saugstrahlpumpe 84 unabhängig vom Betriebszustand des Motors ständig im Pumpbetrieb. Da der Ladeluftdruck in der Motoraufladung von null bar bei niedriger Motorlast zu höherer Motorlast in der Regel stetig zunimmt, gibt es in diesen Ausführungsformen eine indirekte Laststeuerung, was sich günstig auf die Abscheidung auswirkt, da das anfallende Blow-By-Gas und die darin enthaltene Partikelkonzentration ebenfalls zunimmt.
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In der Treibluftleitung 91 ist dann vorteilhaft ein Rückschlagventil 93 vorgesehen, um je nach den Druckverhältnissen einen Fehlbetrieb der Saugstrahlpumpe 84 in der umgekehrten Strömungsrichtung zu vermeiden. Auch in den Ausführungsformen der 8 und 9 kann ein Rückschlagventil 93 in der Treibluftleitung 91 vorgesehen sein.
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Um das abgeschiedene Öl auch bei hoher Abscheideleistung der Ölabscheidevorrichtung 10 über einen längeren Zeitraum zuverlässig in das Kurbelgehäuse 56 zurückleiten zu können und Ölrückstau in die Ölabscheidevorrichtung 10 zu vermeiden, ist in dem Ölrücklauf 94 vorteilhaft eine Registeranordnung 95 mit einem Ölzwischenspeicher 96 vorgesehen. Der Zulauf zu dem Ölzwischenspeicher 96 ist vorteilhaft an dessen oberem Ende angeordnet und mit einem Rückschlagventil 97, beispielsweise in Form eines Kugel- oder Federzungen-Rückschlagventils, versehen. Der Ablauf von dem Ölzwischenspeicher 96 ist vorteilhaft an dessen unterem Ende angeordnet und mit einem Rückschlagventil 98, beispielsweise in Form eines Kugel- oder Federzungen-Rückschlagventils, versehen.
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Über eine geschickte Dimensionierung der Rückschlagventile, nämlich großer Querschnitt und kleine Auflagefläche des Rückschlagventils 97 und kleiner Querschnitt und große Auflagefläche des Rückschlagventils 98 können Druckpulsationen ausgenutzt werden, um Öl in das Kurbelgehäuse 56 zurück zu pumpen.
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In der Ausführungsform gemäß 11 weist der Ölzwischenspeicher 96 zusätzlich einen Druckluftanschluss 99 auf, der beispielsweise an die Treibluftleitung 91 angeschlossen ist oder anderweitig mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Durch einen gezielten Druckstoß durch den Druckluftanschluss 99 in den Ölzwischenspeicher 96 kann dieser entleert werden.
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Alternativ ist in der Ausführungsform gemäß 12 ein separater Pumpanschluss 100 vorgesehen, der mit einer Membran 101 verbunden ist. Der Pumpanschluss 100 ist über eine Leitung 102 mit einem Raum verbunden, in dem im Betrieb des Verbrennungsmotors Druckpulsationen auftreten, beispielsweise dem Ansaugtrakt 57 oder dem Kurbelgehäuse 56. Die durch die Membrane 101 infolge der Druckpulsationen auf das Öl ausgeübten Stöße tragen ebenfalls dazu bei, das Öl aus dem Ölzwischenspeicher 96 auszutreiben.
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Die Saugstrahlpumpe 84 und/oder die Registeranordnung 95 für den Ölrücklauf sind vorteilhaft in die Ölabscheideanordnung 10 integriert und bilden mit dieser eine Baueinheit. Die Saugstrahlpumpe 84 kann vorteilhaft in einen eine Gehäuseöffnung des Gehäuses 41 verschließenden Deckel integriert bzw. unlösbar mit diesem verbunden sein. Der Zwischenspeicher 96 und ein abschließender Deckel mit der Ölablassöffnung sind vorteilhaft zur öldichten Verbindung mit dem Gehäuse 41 eingerichtet.
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Das System 90 erfordert vorteilhaft kein Druckregelventil herkömmlicher Bauart. Vielmehr kann die Ölabscheidevorrichtung 10 aufgrund der Regelbarkeit der Spaltweite s funktionell als Druckregelventil betrachtet werden. Jedoch kann ein zusätzliches Druckregelventil insbesondere bei Ottomotoren vorteilhaft sein, wo sehr hohe Unterdrücke möglich sind. In diesem Fall kann das zusätzliche Druckregelventil noch ausreichend Unterdruck nach Ölabscheider 10 / Saugstrahlpumpe 84, der zur Abscheidung verwendet werden kann, sicherstellen.
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In einer möglichen Ausführungsform weist die Abscheidevorrichtung 10 eine Mehrzahl von parallel zueinander geschalteten Abscheidern 20 auf, die jeweils dem oder einem Aktuator 46 zugeordnet sind. Die Abscheider 20 können beispielsweise in Form eines Kranzes um eine zentrale Durchgangsbohrung 44 durch den Träger 11 angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10051307 B4 [0002]
- EP 1285152 B1 [0002]
- WO 2016/015976 A1 [0002]
- EP 3192987 A1 [0003]
- EP 1273335 B1 [0004]
