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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheidevorrichtung für die Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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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 und geringen Herstellkosten bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Ölabscheidevorrichtung für die Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, umfassend einen Träger, der eine Gaseinlassleitung für strömendes Blow-By-Gas mit einem Einlassende und einem Auslassende aufweist, ein spaltbestimmendes Element, wobei zwischen dem spaltbestimmenden Element und dem Auslassende der Gaseinlassleitung mindestens ein Ringspalt gebildet oder bildbar ist, und wobei in Strömungsrichtung hinter dem Ringspalt eine Prallwand angeordnet ist.
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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 am Auslassende der Gaseinlassleitung angeordnet, die vorzugsweise einer ringförmigen Düse entspricht, so dass zwischen der Gaseinlassleitung und dem spaltbestimmenden Element zumindest ein Spalt gebildet oder bildbar sind. Der Ringspalt ist vorzugsweise unterbrechungsfrei und ist weiterhin vorzugsweise ringförmig, besonders bevorzugt kreisringförmig ausgebildet. Der Ringspalt kann in alternativen Ausführungsformen eine nicht kreisförmige, beispielweise elliptische oder ovale Form aufweisen.
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Durch den Ringspalt strömt das Blow-by-Gas mit hoher Geschwindigkeit. Das durch den Ringspalt ausströmende Gas trifft auf die nachgeordnete Prallwand. Es ergibt sich entsprechend ein radial gerichteter Gasstrom. Der durch den Ringspalt austretende Gasstrom läuft etwa senkrecht auf die Prallwand zu und wird dort scharf umgelenkt. Aufgrund der Trägheit der Öl- und Schmutzteilchen in dem Blow-By-Gas werden diese an der Prallwand abgeschieden, wodurch ein Ölabscheider gebildet wird.
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Erfindungsgemäß weist die Ölabscheidevorrichtung eine den Außenumfang des spaltbestimmenden Elements umgebende, relativ zu dem Träger feststehende Umfangswand auf. Die erfindungsgemäße Umfangswand erlaubt einen einfacheren Aufbau der Ölabscheidevorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik, der eine erfindungsgemäße Umfangswand nicht aufweist.
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Beispielsweise kann die Umfangswand die oder eine Prallwand, insbesondere die äußere Prallwand ausbilden, tragen oder umschließen, die dann relativ zum Träger feststehend ist. Die äußere Prallwand muss dann nicht mehr Teil des spaltbestimmenden Elements sein, was dessen Aufbau deutlich vereinfacht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Prallwand von der Innenseite der Umfangswand gebildet.
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Die Umfangswand ist vorzugsweise außen an der Ölabscheidevorrichtung, insbesondere radial außerhalb des spaltbestimmenden Elements angeordnet. Der Innenumfang der Umfangswand ist somit vorteilhaft größer als der Außenumfang des spaltbestimmenden Elements.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass an der Innenseite der Umfangswand mindestens ein Impaktorvlies angeordnet ist. Das Impaktorvlies ist vorteilhaft so angeordnet, dass aus dem oder einem Ringspalt, insbesondere dem äußeren Ringspalt, austretendes Blow-By-Gas etwa senkrecht auf das Impaktorvlies trifft. Aufgrund der Masseträgheit dringt das Blow-By-Gas in das Vlies ein, bevor eine Umlenkung des Blow-By-Gases erfolgt. Ölteilchen bleiben den Fasern des Vlieses hängen, so dass ein weiterer Abscheidemechanismus zusätzlich zur Trägheitsabscheidung wirksam ist. Mittels eines Impaktorvlieses kann somit die Abscheidung von Öl aus dem Blow-By-Gas weiter verbessert werden.
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Das Impaktorvlies ist vorteilhaft ringförmig oder ringsegmentförmig. Es können auch mehrere, beispielsweise ringsegmentförmige Impaktorvliese vorgesehen sein. Der Außenumfang des Vlies entspricht vorteilhaft dem Innendurchmesser des Halterungselements, so dass das Vlies in dem Halterungselement gehalten ist.
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Ausführungsformen ohne Impaktorvlies sind möglich.
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Erfindungsgemäß weist die Ölabscheidevorrichtung ein das spaltbestimmende Element umschließendes Halterungselement auf. Dieses hat vorzugsweise die Form einer Kappe oder eines Deckels. Die Umfangswand ist in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform Teil des Halterungselements. Die Umfangswand und das Halterungselement sind vorzugsweise in einem Integralbauteil ausgebildet. Dementsprechend sind die Umfangswand und das Halterungselement vorzugsweise integral ausgeführt, was die Herstellbarkeit der Ölabscheidevorrichtung vereinfacht und die Zahl der Teile verringert. Die Umfangswand ist vorteilhaft feststehend ausgeführt, vorzugsweise in Form einer Zylindermantelfläche, und bewegt sich daher nicht zusammen mit dem spaltbestimmenden Element. Das spaltbestimmende Element kann daher mit einem geringeren Durchmesser ausgeführt werden, was die Toleranz gegenüber einem Kippen des spaltbestimmenden Elements oder entsprechenden Winkelfehlern reduziert. Die Masse des spaltbestimmenden Elements kann zudem reduziert werden, was das Ansprechverhalten für das Verstellen des spaltbestimmenden Elements verbessert. Ferner umschließt und schützt die Umfangswand die innenliegenden beweglichen Teile der Ölabscheidevorrichtung, wie spaltbestimmendes Element und ggf. Feder, so dass Transport und Montage vereinfacht werden.
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In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Umfangswand Teil des Trägers und ggf. integral mit diesem. Dabei ist das insbesondere deckelförmige Halterungselement vorteilhaft an der Umfangswand befestigt. Zudem ist denkbar, dass ein Teil der Umfangswand Teil des Halterungselements ist und ein anderer Teil der Umfangswand Teil des Trägers ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind am Träger axiale Führungsrippen für das Halterungselement angeordnet. Die axialen Führungsrippen vereinfachten den Montageprozess und reduzieren die Gefahr eines Verkantens oder Verkippens des Halterungselements.
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Zwischen dem insbesondere kappenförmigen Halterungselement und dem Träger ist vorteilhaft ein Hohlraum gebildet, in dem das spaltbestimmende Element vorteilhaft verschiebbar angeordnet ist. Das Halterungselement hat daher die Funktion eines Deckels oder einer Kappe, der bzw. die den Hohlraum, in dem das spaltbestimmende Element angeordnet ist, nach außen abschließt. Die vorgeschlagene Ölabscheidevorrichtung zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Platzbedarf für einen bestimmten Volumenstrom bei einem gutem Abscheidewirkungsgrad aus.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass zwischen dem Halterungselement und dem Träger wirkende Befestigungsmittel vorgesehen sind, die vorteilhaft radial außerhalb des spaltbestimmenden Elements angeordnet sind. Die Befestigungsmittel sind vorteilhaft Verrastungsmittel, was einfach herzustellen ist und eine schnelle Montage erlaubt. Mit einem Verrastungsmittel kann eine einfache Montage durch Klipsen am Träger, ggf. unter Federvorspannung einer bevorzugten Feder, erfolgen. Die Anordnung der Befestigungs- bzw. Verrastungsmittel außerhalb des spaltbestimmenden Elements führt zu einer stabilen Befestigung mit einer hohen Genauigkeit bezüglich des Montagewinkels.
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Erfindungsgemäß weist das Halterungselement mindestens einen Kranz von Gasauslassöffnungen auf. Vorzugsweise weist das Halterungselement eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf: einen oder mehrere radiale Haltestege; eine zentrale Führungsöffnung; eine Nabe zur Bildung der Führungsöffnung; und/oder einen radial zwischen der Umfangswand und der Nabe angeordneten Versteifungsring. Diese Elemente tragen zu einer einfachen, stabilen und wirksamen Konstruktion eines gasdurchlässigen Halterungselements bzw. einer gasdurchlässigen Stirnseite des Halterungselements bei.
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Das Impaktorvlies ist vorteilhaft an dem Halterungselement befestigt, insbesondere angeschweißt. Das Impaktorvlies ist damit verliersicher und platzsparend an dem Halterungselement angebracht.
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Das Impaktorvlies besteht vorzugsweise aus einem schweißbaren, insbesondere mittel Ultraschallschweißbaren Werkstoff oder Kunststoff. Das Halterungselement besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Werkstoff. Das Impaktorvlies wird vorzugsweise an dem Halterungselement angeschweißt, insbesondere mittels Ultraschallschweißen.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Halterungselement einen ringförmigen und nach radial innen gerichteten Vorsprung aufweist, der die äußere Prallwand axial begrenzt, wobei das Impaktorvlies zumindest Teile der äußeren Prallwand und des Vorsprungs bedeckt. Hierdurch kann die Montage des Impaktorvlieses durch den Anschlag des Vorsprungs vereinfacht werden. Gleichzeitig kann die Seitenfläche des Impaktorvlieses nach außen abgedeckt werden, was die Haltbarkeit verbessert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Impaktorvlies mindestens einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht auf dem Vorsprung und mindestens einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht auf einer axialen Stirnfläche des Halterungselements auf. Dies ermöglicht das Anschweißen des Impaktorvlieses an dem Halterungselement an zwei Rändern, so dass das Impaktorvlies dauerhaft fixiert werden kann, was die Fertigung vereinfacht. Die Schweißpunkte und/oder Schweißnähte können auf diese Weise aus der gleichen Richtung hergestellt werden, was die Fertigung vereinfacht.
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Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Energierichtungsgeber zum Ultraschallschweißen vorgesehen ist. Der Energierichtungsgeber erlaubt durch die Energiekonzentration eine schnelle Schweißung bei gleichzeitiger Erreichung der maximalen Festigkeit.
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Vorzugsweise ist zwischen dem spaltbestimmenden Element und dem Auslassende an einer äußeren Wandung der Gaseinlassleitung ein äußerer Ringspalt gebildet oder bildbar, wobei in Strömungsrichtung hinter dem äußeren Ringspalt eine äußere Prallwand angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ ist zwischen dem spaltbestimmenden Element und dem Auslassende an der inneren Wandung der Gaseinlassleitung ein innerer Ringspalt gebildet oder bildbar, wobei in Strömungsrichtung hinter dem inneren Ringspalt eine innere Prallwand angeordnet. Durch den inneren Ringspalt und/oder den äußeren Ringspalt strömt das Blow-by-Gas mit hoher Geschwindigkeit, wobei sich der Gasstrom ggf. auf die beiden Ringspalte aufteilt. Das durch den jeweiligen Ringspalt ausströmende Gas trifft auf die nachgeordnete Prallwand, wobei der durch den äußeren Ringspalt austretende Teilgasstrom in Richtung normal auf die äußere Prallwand zuströmt und/oder der durch den inneren Ringspalt austretende Teilgasstrom in Richtung normal auf die innere Prallwand zuströmt. Folglich ist die Strömungsrichtung des austretenden Gasstroms für den inneren und äußeren Ringspalt unterschiedlich, vorzugsweise entgegengesetzt. Im Falle zweier Ringspalte ergibt sich entsprechend ein nach radial innen gerichteter sowie ein nach radial außen gerichteter Gasstrom. Der innere Ringspalt weist vorzugsweise einen kleineren Umfang und/oder Durchmesser als der äußere Ringspalt auf.
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Das spaltbestimmende Element ist am Auslassende der Gaseinlassleitung angeordnet. Durch einen Abstand von dem spaltbestimmenden Element zum Auslassende wird zwischen der Gaseinlassleitung und dem spaltbestimmenden Element mindestens ein Ringspalt, vorzugweise mindestens oder genau zwei Ringspalte, gebildet. Der oder die Ringspalte sind vorzugsweise unterbrechungsfrei und sind weiterhin vorzugsweise ringförmig, besonders bevorzugt kreisringförmig ausgebildet. Daneben können die der oder die Ringspalte in alternativen Ausführungsformen auch unabhängig voneinander nicht kreisförmige Formen aufweisen, wie beispielweise Ellipsen oder Ovale.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der innere Ringspalt und der äußere Ringspalt konzentrisch angeordnet. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist Abstand der beiden konzentrisch angeordneten Ringspalte gleich. 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. 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.
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Vorzugsweise sind die innere Prallwand und/oder 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 wird vorgeschlagen, dass das spaltbestimmende Element die innere Prallwand ausbildet. Das spaltbestimmende Element und die innere Prallwand sind vorzugsweise integral. Die innere Prallwand kann im Vergleich zu äußeren Prallwand aufgrund des kleineren Durchmessers deutlich leichter ausgeführt werden, wodurch die bewegliche Masse des spaltbestimmenden Elements vergleichsweise wenig erhöht wird. Zudem liegt die innere Prallwand geschützt im Inneren, so dass Beschädigungen bei Transport und Montage unwahrscheinlich sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Verstellung des spaltbestimmenden Elements passiv, d.h. ohne Zuführung von Fremdenergie, insbesondere ohne Zuführung von elektrischer Energie. Vorzugsweise ist das spaltbestimmende Element gegen die Kraft einer Feder verstellbar, wobei die Feder das spaltbestimmende Element in einer Ruhe- oder Leerlaufstellung in einer Geschlossenstellung hält und bei am spaltbestimmenden Element anliegendem Gasdruck dieses gegen die Kraft der Feder geöffnet wird, wobei die Spaltweite mit höherem anliegendem Gasdruck innerhalb eines Arbeitsbereichs zunimmt. Vorteilhaft ist daher eine Feder vorgesehen, die zur Ausübung einer Vorspannung auf das spaltbestimmende Element angeordnet ist. Vorteilhaft stützt sich die Feder einerseits am Halterungselement und andererseits am spaltbestimmenden Element ab, so dass mit Vorteil eine Druckfeder zur Erzeugung der Vorspannung auf das spaltbestimmende Element in Richtung zu dem Gasauslass hin (Geschlossenstellung) verwendet werden kann.
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In einer anderen Ausführungsform weist die Ölabscheidevorrichtung einen insbesondere elektrisch angetriebenen Aktuator, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Elektromotor, zum aktiven Verstellen des spaltbestimmenden Elements relativ zu dem Auslassende der Gaseinlassleitung auf. Dadurch kann das Abscheideverhalten des Ölabscheiders und/oder die (Unter-) Druckregelung durch den Ölabscheider zu jeder Zeit wie gewünscht aktiv eingestellt werden. Vorteilhaft verstellt, steuert und/oder regelt eine Steuereinrichtung die Spaltweite in Abhängigkeit des Signals von mindestens einem Drucksensor, Differenzdrucksensor und/oder in Abhängigkeit eines Motorkennfeldes. Im Allgemeinen steuert die Steuereinrichtung die Spaltweite vorteilhaft so, dass mit steigender Motorlast die Spaltweite (monoton) verringert wird. 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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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. Insbesondere ist der Träger mit einem Gehäuse der Ölabscheidevorrichtung verbindbar, insbesondere in das Gehäuse einschiebbar oder einsteckbar.
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Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer eingangs genannten Ölabscheidevorrichtung mit einem in dem Halterungselement angeordneten Impaktorvlies mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:
- - Platzieren von Impaktorvlies zwischen dem Halterungselement und einem Stempel,
- - Eindrücken des Impaktorvlies mittels des Stempels, wobei der Stempel mindestens zwei Kontaktflächen aufweist,
- - Pressen des Impaktorvlieses zwischen den Kontaktflächen des Stempels und einem nach radial innen gerichteten Vorsprung und einer axialen Stirnfläche des Halterungselements,
- - Verschweißen des Impaktorvlieses mit zumindest Teilflächen des Vorsprungs und zumindest Teilflächen der axialen Stirnfläche,
- - Trennen des Impaktorvlieses an den Kontaktflächen.
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Das Verschweißen des Impaktorvlieses kann beispielsweise mittels Ultraschallschweißen erfolgen. Das Herstellungsverfahren ermöglicht eine kostengünstige Fertigung einer Ölabscheidevorrichtung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Ölabscheidevorrichtung von der Gasauslassseite;
- 2 eine Ölabscheidevorrichtung in einer Schnittansicht;
- 3 eine Ölabscheidevorrichtung in einer Explosionsdarstellung;
- 4 ein Halterungselement mit Impaktorvlies;
- 5 ein Ausschnitt einer Schnittansicht einer Ölabscheidevorrichtung;
- 6 schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für ein Halterungselement mit Impaktorvlies; und
- 7 schematische Darstellung eines Halterungselements mit Impaktorvlies.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ölabscheidevorrichtung 10 von der Gasauslassseite. Die Ölabscheidevorrichtung 10 umfasst einen Träger 11, ein spaltbestimmendes Element 15, eine Feder 54 und ein Halterungselement 14 mit einem eingelegten Impaktorvlies 30, siehe 3.
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Das Halterungselement 14 hat die Form einer Kappe und umfasst eine hier zylindrische Umfangswand 18 und ein Stirnteil 20, das vorteilhaft integral oder einstückig mit der Umfangswand 18 gebildet ist. Das Stirnteil 20 des Halterungselements 14 umfasst mindestens einen zentralen Führungsring 23, in dem die Hubführung 19 des spaltbestimmenden Elements 15 axial verschiebbar geführt ist, und mindestens einen radial zwischen dem Führungsring 23 und der Umfangswand 18 angeordneten Stützring 27, 28. Im vorliegenden Fall sind zwei Stützringe, nämlich ein radial innerer Stützring 27 und ein radial äußerer Stützring 28 vorgesehen. Der äußere Stützring 28 ist beispielsweise mit der Umfangswand 18 einstückig gebildet. Der Führungsring 23 und der oder die Stützringe 27, 28 sind über radiale Haltestege 21 miteinander verbunden.
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Das Halterungselement 14, insbesondere das Stirnteil 20, weist mindestens einen Kranz von Gasauslassöffnungen 22, 25 auf. In vorliegenden Fall ist ein Kranz von radial äußeren Gasauslassöffnungen 25 und ein Kranz radial inneren Gasauslassöffnungen 22 vorgesehen. Die Gasauslassöffnungen 22, 25 sind vorteilhaft zwischen dem Führungsring 23, dem oder den Stützringen 27, 28 und den radialen Haltestegen gebildet.
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Das Halterungselement 14 ist an dem Träger 11 über korrespondierende Befestigungsmittel befestigt, insbesondere mittels Verrastungsmitteln 24 aufgeklipst. Die Befestigungsmittel 24 sind radial außerhalb des spaltbestimmenden Elements 15 bzw. der Gaseinlassleitung 12 angeordnet.
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Das Halterungselement 14 weist demnach, vorteilhaft in seiner Mitte, eine Führungsöffnung 17 für eine Hubführung 19 des spaltbestimmenden Elements 15 auf, welches durch die Gasauslassöffnungen 22, 25 des Halterungselement 14 zu sehen ist. Durch die äußere Gasauslassöffnung 25 ist ein Impaktorvlies 30 zu erkennen, welches am Außenumfang der Umfangswand 18, siehe 2, angeordnet ist. Die Gasauslassöffnungen 22, 25 sind durch mehrere Haltestege 21 unterbrochen und daher ringsegmentförmig.
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2 zeigt eine Ölabscheidevorrichtung 10 in einer Schnittansicht. In dem Träger 11 ist die Gaseinlassleitung 12 der Ölabscheidevorrichtung 10 integriert, welche eine innere Wandung 3 und eine äußere Wandung 4 aufweist und durch radiale Streben 29, siehe auch 3, unterbrochen sein kann.
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Der Träger 11 trägt eine beispielsweise kreisringförmige (oder kreisringsegmentförmige) Gaseinlassleitung 12 für Blow-by-Gas aus der Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors, welches in der Darstellung der 2 von der rechten Seite einströmt. Der Gasstrom nach der Ölabscheidung strömt in der 2 auf die linke Seite zur Gasauslassseite. Der Träger 11 ist gehäusefest, d.h. unbeweglich in und zu einem die Ölabscheidevorrichtung 10 umgebenden Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann ein Gehäuse der Ölabscheidevorrichtung 10 oder ein Gehäuse einer größeren Funktionseinheit, beispielsweise einer Zylinderkopfhaube oder eines Funktionsmoduls sein. In möglichen Ausführungsformen können mehrere Ölabscheidevorrichtungen 10 in einem Gehäuse einer größeren Funktionseinheit eingesetzt sein. Diese können sich sowohl auf einem bzw. demselben Träger 11 oder auch auf separaten Trägern befinden.
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Die Ölabscheidevorrichtung 10 weist ein verstellbares spaltbestimmendes Element 15 auf, welches gegen die Federkraft der Feder 54 beweglich ist. Die Feder 54 ist einer an dem Halterungselement 14 und andererseits an dem spaltbestimmenden Element 15 abgestützt und übt somit auf das spaltbestimmende Element 15 eine Vorspannung in Richtung zu der Gasauslassöffnung 22, d.h. in die Geschlossenstellung des spaltbestimmende Elements 15 (bei abgestelltem Motor oder im Leerlauf). Wenn in der Gaseinlassleitung 12 ein hinreichender Gasdruck vorliegt, öffnet das spaltbestimmende Element 15 durch axiale Verschiebung in Richtung zu dem Halterungselement, wobei die Spaltweite des Ringspalts oder der Ringspalte mit zunehmendem Gasdruck monoton größer wird. Mit in der Gaseinlassleitung 12 abnehmendem Gasdruck verringert sich die Spaltweite des Ringspalts oder der Ringspalte durch die Wirkung der Feder 54 auf das spaltbestimmende Element 15.
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Das spaltbestimmende Element 15 ist am Auslassende an einer inneren Wandung 3 und einer 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 oder bildbar sind. Die zwei Ringspalte 5, 6 sind in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel unterbrechungsfrei und kreisringförmig ausgebildet.
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Durch den inneren Ringspalt 5 und den äußeren Ringspalt 6 strömt das Blow-by-Gas 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 spaltbestimmende Element 15 ist gegenüber dem Auslassende der Gaseinlassleitung 12 axial verschiebbar, daher können die Ringspalte 5, 6 unterschiedliche Spaltweiten einnehmen. Die Ringspalte 5, 6 können beispielsweise auch geschlossen sein. Diese Verschiebung kann wie beschrieben durch den anliegenden Gasdruck des Blow-By-Gas entgegen der Federkraft der Feder 54 passiv erfolgen. In alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen die Verschiebung des spaltbestimmenden Elements auch mittels aktiver Spaltsteuerung auch durch die durch einen Aktuator aufgebrachte Kraft erfolgen.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Hubführung 19 zentral durch die Führungsöffnung 17 des Halterungselements 14 geführt, wodurch die Hubbewegung stabil geführt wird. Vorteilhaft ist an der Innenseite der Gaseinlassleitung 12 eine Mehrzahl von Führungsrippen 38 vorgesehen (siehe 3), die das spaltbestimmende Element 15 ebenfalls führen und/oder stabilisieren. Durch das nur linienartige und nicht vollflächige Anliegen des spaltbestimmenden Elements 15 an den Führungsrippen 38 soll ein Festsitzen oder -klemmen (auch durch Schmutz) verhindert werden.
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Eine passive Ölabscheidevorrichtung 10 weist, wie zuvor beschrieben, vorzugsweise eine Feder 54 auf, welche eine Federkraft bewirkt, die den Spalt bzw. die Ringspalte 5, 6 auf eine minimale Spaltweite verringert oder in möglichen Ausführungsbeispielen die Ringspalte 5, 6 komplett schließt, wobei die Ringspalte 5, 6 mit zunehmendem anliegendem Gasdruck des Blow-By-Gas auf die maximale Spaltweite aufgedrückt werden. Bei einer nicht dargestellten aktiven Ölabscheidevorrichtung 10 mit einem Aktuator ist die Feder vorzugsweise derart eingerichtet, dass die Federkraft eine maximale Öffnung der Spaltweite der Ringspalte 5, 6 bewirkt, wobei der Aktuator die Spaltweite vorzugsweise gegen die Federkraft verringert.
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Das durch die Ringspalte 5, 6 ausströmende Blow-By-Gas trifft auf die nachgeordneten Prallwände 7, 8, wobei entsprechend der Aufteilung des Blow-By-Gasstroms 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.
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Die innere Prallwand 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel integral mit dem spaltbestimmenden Element 15 ausgeführt, so dass sich die innere Prallwand 7 bei einer Verschiebung des spaltbestimmenden Elements 15 durch den Gasdruck des Blow-by-Gases und/oder durch einen möglichen Aktuator mitbewegt.
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Die äußere Prallwand 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel integral mit dem Halterungselement 14 ausgeführt. Weiterhin ist die äußere Prallwand 8 an einer Innenfläche des Halterungselements 14 gebildet. Die äußere Prallwand 8 ist somit nicht mit dem spaltbestimmenden Element 15 mitbewegt.
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Vor der äußeren Prallwand 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich vorteilhaft ein Impaktorvlies 30 angeordnet, welches bevorzugt an dem Halterungselement 14 angeschweißt ist.
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Die Ölabscheidevorrichtung 10 kann in einer alternativen Ausführungsform auch ohne Impaktorvlies 30 ausgeführt sein. Die Abstände zwischen der äußeren Prallwand 8 und dem äußeren Ringspalt 6 können diesbezüglich angepasst sein.
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Beide durch die Ringspalte 5, 6 austretenden Gasströme laufen etwa senkrecht auf die jeweiligen Prallwände 7, 8 bzw. auf das Impaktorvlies 30 zu und werden scharf umgelenkt, wobei das Impaktorvlies 30 vor der äußeren Prallwand 8 die Ölabscheidung weiter verbessert. Aufgrund der Trägheit der Öl- und Schmutzteilchen in dem Blow-By-Gas werden diese an den beiden Prallwänden 7, 8 bzw. in dem Impaktorvlies 30 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 nimmt vorteilhaft den gleichen Weg wie die Luft. Dickere Tropfen, die sich vom Impaktorvlies 30 bzw. von der Prallwand 18 ablösen, können über eine nachgeschaltete, in den Figuren nicht gezeigte Prallplatte aufgrund ihrer hohen Massenträgheit leicht abgeschieden werden und gelangen dann mittels Schwerkraft über einen ebenfalls nicht gezeigten Ölrücklauf des Moduls in den Motorölkreislauf zurückgeführt werden.
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Aufgrund der vollständig um 360° umlaufenden Ringspalte 5, 6 zwischen dem spaltbestimmenden Element 15 und der Gaseinlassleitung 12 ergibt sich eine hohe Abscheideleistung für jeden der Ringspalte 5, 6 der Ölabscheidevorrichtung 10. Die Ölabscheidevorrichtung 10 kann daher auch als Spaltimpaktor bzw. Ringspaltimpaktor bezeichnet werden, wobei aufgrund des inneren und äußeren Ringspalts 5, 6 auch als doppelter Ringspaltimpaktor bezeichnet werden kann.
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Der Träger 11, das spaltbestimmende Element 15, das Halterungselement 14 und/oder das Gehäuse bestehen beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem verstärkten oder unverstärkten Thermoplast. Der Träger 11 ist vorteilhaft als Zwischenwand in dem Gehäuse angeordnet und unterteilt den Innenraum des Gehäuses in zwei Raumbereiche, nämlich einen Vorabscheideraum in Strömungsrichtung vor der Ölabscheidevorrichtung 10 und einen Reinraum in Strömungsrichtung nach der Ölabscheidevorrichtung 10.
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In 3 ist das Ausführungsbeispiel der 1 und 2 einer Ölabscheidevorrichtung 10 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. In dieser Darstellung sind die Befestigungs- bzw. Verrastungsmittel 24 an dem Halterungselement 14 außerhalb des Ringspalts 6 zu erkennen, welcher zwischen dem Auslassende der äußeren Wandung 4 und dem spaltbestimmenden Element 15 gebildet oder bildbar ist. Dementsprechend umringen die Verrastungsmittel 24 am Träger 11 das Auslassende der Gaseinlassleitung 12. Am Halterungselement 14 sind die entsprechenden Verrastungsmittel 24 außerhalb der äußeren Prallwand 8 vorgesehen. In einem montierten Zustand, siehe 1, sind die Verrastungsmittel 24 dementsprechend außerhalb des gebildeten Ringspalts 6 angeordnet.
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Der Träger 11 weist zudem vorteilhaft mehrere ringförmig angeordnete axiale Führungsrippen 48 auf, die bei Montage des Halterungselements 14 als Führung dienen und im montierten Zustand das Halterungselement 14 stützen. Der Träger 11 weist außerdem vorteilhaft mehrere ringförmig angeordnete axiale Führungsrippen 38 an der Innenseite der Wand des Gaseinlassrohrs 12 auf, die zur Führung und Halterung des spaltbestimmenden Elements 15 dienen.
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4 zeigt ein Halterungselement 14 mit einem vor der äußeren, hier zylindrischen Prallwand 8 angeordneten Impaktorvlies 30. Dementsprechend weist das Impaktorvlies 30 ebenfalls vorzugsweise eine ringförmige Form bzw. eine der umgebenden Zylindermantelfläche angepasste Form auf. Weiterhin sind die zentrale Öffnung 17 sowie die äußere Gasauslassöffnung 25 sowie die innere Gasauslassöffnung 22 zu erkennen.
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Die Führung des spaltgebenden Elements 15 kann einseitig und/oder zweiseitig mit PTFE beschichtet sein bzw. eines der Bauteile, in diesem Ausführungsbeispiel die zentrale Öffnung 17 des Halterungselements 14 oder die Hubführung 19 des spaltbestimmenden Elements 15 aus einem PTFE haltigen Material oder alternativ aus einem anderen schmierenden und/oder schmutzabweisenden Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen.
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5 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht einer Ölabscheidevorrichtung 10 im Bereich der äußeren Prallwand 8 vor der ein Impaktorvlies 30 angeordnet, vorzugsweise angeschweißt, ist. Die äußere Prallwand 8 wird einseitig axial, in der Darstellung der 5 auf der linken Seite durch einen radial nach innen gerichteten Vorsprung 31 begrenzt. Auf der den Vorsprung 31 abgewandten Seite endet die äußere Prallwand 8 an einer axialen Stirnfläche 32 des Halterungselements 14.
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In 6 sind verschiedene Stufen eines vorteilhaften Herstellungsverfahrens für ein Halterungselement 14 mit Impaktorvlies 30 gezeigt, wobei das Impaktorvlies 30 an das Halterungselement 14 angeschweißt wird, um das Impaktorvlies 30 am Halterungselement 14 zu fixieren.
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Das Halterungselement 14 ist für den Fügeprozess in einen Gegenhalter 37 eingelegt. Das Halterungselement 14 weist einen ringförmigen und nach radial innen gerichteten Vorsprung 31 auf, der die äußere Prallwand 8, in der Darstellung der 6 nach unten, begrenzt. Zum Ultraschallschweißen sind vorteilhaft Energierichtungsgeber 34, insbesondere auf dem Vorsprung 31 und auf der axialen Stirnfläche 32, vorgesehen. Die Energierichtungsgeber 34 können über den Umfang verteilte Kegel bzw. Spitzen und/oder als vorstehende Kanten ausgebildet sein.
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6a zeigt ein Impaktorvlies 30, welches zwischen dem Halterungselement 14 und einem Stempel 35 platziert wird. Der Stempel 35 weist zwei Kontaktflächen 36 auf, welche ringförmig oder teilkreisförmig ausgebildet sind. Der Stempel 35 wird in Richtung des Halterungselements 14 bewegt.
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Wie in 6b zu erkennen ist, wird das Impaktorvlies 30 mittels des Stempels 35 in das Halterungselement 14 eingedrückt. Die zwei Kontaktflächen 36 pressen das Impaktorvlies 30 auf den Vorsprung 31 und auf die axiale Stirnfläche 32. Weiterhin sind in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Energierichtungsgeber 34 in dem von den Kontaktflächen 36 kontaktierten Bereichen. Der Stempel 35 schmilzt das Impaktorvlies 30 und gegebenenfalls auch das Halterungselement 14 im Bereich Kontaktflächen 36 an und/oder auf. Durch das durch das gleichzeitige Pressen durch den Stempel 35 erfolgt ein Verschweißen des Impaktorvlieses 30 am Halterungselement 14. Es ergeben sich somit auf dem Vorsprung 31 und auf den axialen Stirnflächen 32 Schweißnähte 33 und/oder Schweißpunkte 33, so dass das Impaktorvlies 30 zumindest auf Teilflächen des Vorsprungs 31 und auf Teilflächen der axialen Stirnfläche 32 verschweißt ist.
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Das Verschweißen kann beispielsweise mittels Ultraschall, welcher über die Kontaktflächen 36 des Stempels 35 eingekoppelt wird, oder durch eine entsprechend hohe Temperierung der Kontaktflächen 36 erreicht werden. Das Impaktorvlies 30 besteht zumindest anteilig aus einem thermoplastischen Material. Das Halterungselement 14 ist vorzugsweise ebenfalls zumindest anteilig aus einem thermoplastischen Material gefertigt.
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In 6c ist das Impaktorvlies 30 am Halterungselement 14 angeschweißt und der Stempel 35 nach oben abgehoben. Das Impaktorvlies 30 ist somit dauerhaft mit dem Halterungselement 14 verbunden und vor der Prallwand 8 angeordnet. Dementsprechend kann das Halterungselement 14 mit dem Impaktorvlies 30 zu einer Ölabscheidevorrichtung 10 montiert werden.
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In 7 erfolgt das Anschweißen des Impaktorvlieses 30 oder eines vorgeformten Vliesrohlings vorteilhaft mit Ultraschall. Bei der Verwendung eines vorgeformten Vliesrohlings kann, wie im Ausführungsbeispiel der 7 zu erkennen, das Impaktorvlies 30 nur an einer Seite (beispielsweise an einer axialen Stirnfläche 32 des Halterungselements 14) verschweißt werden und auf der anderen Seite in eine Nut am ringförmigen und nach radial innen gerichteten Vorsprung 31 eingedrückt sein. Fixierspitzen können den Verbund stabilisieren.
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In nicht gezeigten Ausführungsformen ist ein weiteres Impaktorvlies in Bezug zu der inneren Prallwand 7 angeordnet, um die Abscheideleistung weiter zu erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 3,4
- Wandungen
- 5,6
- Ringspalt
- 7,8
- Prallwand
- 10
- Ölabscheidevorrichtung
- 11
- Träger
- 12
- Gaseinlassleitung
- 14
- Halterungselement
- 15
- spaltbestimmendes Element
- 17
- Führungsöffnung
- 18
- Umfangswand
- 19
- Hubführung
- 20
- Stirnteil
- 21
- Haltesteg
- 22,25
- Gasauslassöffnungen
- 23
- Führungsring
- 24
- Befestigungsmittel
- 27,28
- Stützring
- 29
- Streben
- 30
- Impaktorvlies
- 31
- Vorsprung
- 32
- Stirnfläche
- 33
- Schweißpunkt oder Schweißnaht
- 34
- Energierichtungsgeber
- 35
- Stempel
- 36
- Kontaktflächen
- 37
- Gegenhalter
- 38,48
- Führungsrippen
- 54
- Feder
