-
Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
-
In
der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 102 51 947 ist bereits eine Vorrichtung
zur Abscheidung von Flüssigkeit
vorgeschlagen worden. Diese Vorrichtung weist eine von einem Kurbelgehäuse zu einem
Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine verlaufende Entlüftungsleitung
auf, wobei in der Entlüftungsleitung
parallel geschaltete Abscheideelemente angeordnet sind. Stromab
der Abscheideelemente ist ein drosselndes Druckregelventil nachgeschaltet,
um den Druck in dem Kurbelgehäuse
auf einen vorbestimmten Druck zu regeln. In dem Ansaugrohr herrscht
abhängig
vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein unterschiedlich hoher Unterdruck,
der sich vermindert um den Druckverlust des Druckregelventils und
der Abscheideelemente bis in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine
ausbreitet. Die Abscheidewirkung des einzelnen Abscheideelements
der Vorrichtung ist in der Regel um so besser, je höher die
Strömungsgeschwindigkeit und
je höher
der Druckverlust im Abscheideelement ist. Abscheideelemente mit
nachgeschaltetem Druckregelventil können jedoch nur auf einen Druckverlust zwischen
5 und 25 Millibar ausgelegt werden, da ansonsten ein unzulässiger Über- oder
Unterdruck im Kurbelgehäuse
bei bestimmten Betriebszuständen
auftreten kann. Hohe Druckdifferenzen können daher nicht zur Erhöhung der
Abscheidewirkung genutzt werden, sondern müssen von dem Druckregelventil
abgebaut werden. Die optimale Abscheidewirkung der Abscheideelemente
ist daher bei hohen Druckdifferenzen zwischen dem Kurbelgehäuse und dem
Ansaugrohr noch nicht erreicht.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß auf
einfache Art und Weise eine Verbesserung der Abscheidewirkung bei
hohen Druckdifferenzen zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugrohr erzielt
wird, indem unter Ausnutzung der hohen Druckdifferenzen zumindest ein
zu den Abscheideelementen parallel geschaltetes Bypass-Abscheideelement
vorgesehen ist, das mittels einer Bypassleitung mit der Entlüftungsleitung oder
dem Ansaugrohr verbunden ist. Auf diese Weise strömt bei hohen
Druckdifferenzen zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugrohr ein
großer
Volumenstrom über
das Bypass-Abscheideelement
am Druckregelventil vorbei, wobei der hohe Differenzdruck nahezu
vollständig
zur Erzeugung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit
und einer hohen Abscheidewirkung in dem Bypass-Abscheideelement genutzt
wird.
-
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist, wenn das Bypass-Abscheideelement bereits bei einem
Gasstrom, der geringfügig
kleiner ist als der minimal auftretende Gasstrom, einen Druckverlust
aufweist, der dem maximal auftretenden Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse und
dem Ansaugrohr entspricht, da auf diese Weise eine Durchflußbegrenzung
auf einen vorbestimmten Wert erreicht ist, so daß kein unzulässiger Unterdruck
im Kurbelgehäuse
auftreten kann.
-
In
einer vorteilhaften Ausführung
sind die Abscheideelemente Zyklone, Spiralen, Wendeln, Vliese oder
Garne und das Bypass-Abscheideelement ein Zyklon, eine Spirale,
eine Wendel, ein Vlies oder ein Garn.
-
Weiterhin
vorteilhaft ist, wenn der Gasstrom mittels zumindest eines Schaltventils
in Abhängigkeit von
der Menge des Gasstroms zu einem oder mehreren Abscheideelementen
leitbar ist, da die Abscheideelemente auf diese Weise in einem Betreibsbereich
nahe einem optimalen Betriebspunkt arbeiten und eine hohe Abscheidewirkung
erzielen.
-
Sehr
vorteilhaft ist es, wenn die Bypassleitung einen Duchflußbegrenzer
aufweist, um auf diese Weise einen unzulässigen Unterdruck im Kurbelgehäuse zu vermeiden.
-
Auch
vorteilhaft ist, wenn stromauf der Abscheideelemente ein Grobabscheider
angeordnet ist, der bereits große Öltropfen
aus dem Gas entfernt, um die nachgeschalteten als Feinabscheider
wirkenden Abscheideelemente zu entlasten.
-
Desweiteren
vorteilhaft ist, wenn die Abscheideelemente und das Bypass-Abscheideelement
mit einem Ölrücklauf verbunden
sind, der in den Abscheideelementen und in dem Bypass-Abscheideelement abgeschiedene
Flüssigkeit
zurück
in das Kurbelgehäuse
leitet, da auf diese Weise ein hoher Ölverlust vermieden wird.
-
Zeichnung
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Abscheidung von Flüssigkeit
aus einem Gasstrom. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient vorzugsweise
zum Abscheiden von Flüssigkeiten, insbesondere Öl, aus einem
Gasstrom, kann also allgemein zum Abscheiden von Tropfen von Flüssigkeiten
aus strömenden
Gasen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise eingesetzt
in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine.
-
Während eines
Betriebs einer Brennkraftmaschine 1 strömt aufgrund einer kleinen Leckage
zwischen einem Kolben, Kolbenringen und Zylinderlaufflächen ein
Gas aus einem Verbrennungsraum in ein Kurbelgehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1.
Dieses Gas wird als Durchblasegas oder als Blowby-Gas bezeichnet.
Im Folgenden wird für
das Blowby-Gas nur noch
allgemein der Begriff Gas verwendet. Durch die kleine Leckage von
Gas aus dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine 1 kommt
es zu einer unzulässigen
Druckerhöhung
in dem Kurbelgehäuse 2,
so daß es
notwendig ist, einen Druckausgleich durch eine sogenannte Kurbelgehäuseentlüftung 3 zu
erreichen. Da das Gas eine hohe Kohlenwasserstoff-Konzentration
aufweist, wird es nicht in die Atmosphäre, sondern in ein sogenanntes
Ansaugrohr 4 der Brennkraftmaschine 1 geleitet,
damit es dort der Verbrennung zugeführt wird. In dem Kurbelgehäuse 2 entsteht
durch das mit hoher Strömungsgeschwindigkeit einströmende Gas
und durch die bewegten Teile in dem Kurbelgehäuse 2 ein Ölnebel mit
vielen kleinen und großen Öltropfen.
Diese Öltropfen
müssen
in der Kurbelgehäuseentlüftung 3 mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
abgeschieden werden, um einen hohen Ölverlust zu vermeiden und um
die Verbrennung nicht negativ zu beeinflussen.
-
Im
Ansaugrohr 4 der Brennkraftmaschine 1 besteht
ein vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 abhängiger Druck,
der sich, vermindert um einen Druckverlust, bis in die erfindungsgemäße Vorrichtung
ausbreitet.
-
Das
Kurbelgehäuse 2 ist über eine
Entlüftungsleitung 8 mit
dem Ansaugrohr 4 verbunden. Die Entlüftungsleitung 8 weist
mehrere, beispielsweise drei parallel geschaltete Abscheideelemente 7 auf, die
jeweils in einem Parallelabschnitt 8.1, 8.2, 8.3 der Entlüftungsleitung 8 angeordnet
sind.
-
Die
Abscheideelemente 7 sind vorzugsweise Zyklone, können aber
auch andere Abscheideelemente wie beispielsweise Spiralen, Wendeln,
Vliese, Garne oder ähnliches
sein. In den Abscheideelementen 7 erfolgt auf bekannte
Weise die Abscheidung der kleinen Öltropfen.
-
Die
Parallelabschnitte 8.1, 8.2, 8.3 vereinigen
sich stromab der Abscheideelemente 7.
-
In
der Entlüftungsleitung
8 ist
stromab der Abscheideelemente
7 und der Parallelabschnitte
8.1,
8.2,
8.3 ein
Druckregelventil
10 angeordnet. Das Druckregelventil
10 ist
beispielsweise ein Membranventil, wie es beispielsweise aus der
DE 195 01 447 A1 oder
der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 102 39 407 bekannt ist. Der Öffnungsquerschnitt
des Druckregelventils
10 ist bei geringem Differenzdruck
zwischen dem Kurbelgehäuse
2 und
dem Ansaugrohr
4 groß,
während
er mit steigendem Differenzdruck abnimmt.
-
In
der Entlüftungsleitung 8 stromauf
der Parallelabschnitte 8.1, 8.2, 8.3 kann
ein Grobabscheider 6, wie beispielsweise ein Beruhigungsraum,
eine Wendel oder zumindest eine Prallwand, angeordnet sein. Der
Grobabscheider 6 dient dabei der Filterung der großen Öltropfen.
-
Mit
beispielsweise einer Ausnahme ist jedem Abscheideelement 7 ein
Schaltventil 9 in Strömungsrichtung
gesehen vorgeschaltet. Die Schaltventile 9 sind beispielsweise
als Flachsitzventil ausgebildet, wobei aber auch andere Schaltventile
verwendbar sind. Die Abscheideelemente 7, denen ein Schaltventil 9 vorgeschaltet
ist, können
abhängig
vom Gasstrom einzeln zu- oder abgeschaltet werden, so daß die Anzahl
der vom Gas durchströmbaren
Abscheideelemente 7 veränderbar
ist. Vorzugsweise einem Abscheideelement 7 ist kein Schaltventil 9 vorgeschaltet,
so daß dieses
Abscheideelement 7 bei geöffnetem Druckregelventil 10 immer
durchströmt
ist.
-
Anstatt
jedem Abscheideelement 7 jeweils ein Schaltventil 9 zuzuordnen,
ist es auch möglich, ein
einziges Schaltventil für
die parallel geschalteten Abscheideelemente 7 einzusetzen.
Dies ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
102 51 947 vorgeschlagen, wobei deren Inhalt ausdrücklich Teil
der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll.
-
Jedes
Schaltventil 9 ist beispielsweise mittels einer Ventilfeder
in Schließrichtung
vorgespannt und öffnet
aufgrund unterschiedlich vorgespannter Ventilfedern jeweils bei
einem unterschiedlichen Öffnungsdruck.
Auf diese Weise werden die Abscheideelemente 7 abhängig von
der Menge des Gasstroms stufenweise zu- oder abgeschaltet. Steigt
der Druck im Kurbelgehäuse 2 und
damit in der Entlüftungsleitung 8 stromauf
der Schaltventile 9 durch eine zunehmende Gasmenge an,
werden ein oder mehrere Abscheideelemente 7 durch das Öffnen von
einem oder mehreren Schaltventilen 9 zugeschaltet. Sinkt
der Druck im Kurbelgehäuse 2 und
damit in der Entlüftungsleitung 8 stromauf
der Schaltventile 9, werden ein oder mehrere Abscheideelemente 7 durch
das Schließen
eines oder meherer Schaltventile 9 abgeschaltet. Die Anzahl
der durchströmten
Abscheideelemente 7 paßt
sich dadurch an den sich zeitlich ändernden Gasstrom an. Durch
die Steuerung der Anzahl der durchströmten Abscheideelemente 7 können die
Abscheideelemente 7 nahe am optimalen Betriebspunkt arbeiten
und haben bei geringem Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und dem
Ansaugrohr 4 eine gute Abscheidewirkung.
-
Zwischen
dem Kurbelgehäuse 2 und
dem Ansaugrohr 4 kann ein Differenzdruck von bis zu 120 Millibar
bei einem Dieselmotor und ein nutzbarer Differenzdruck von bis zu
800 Millibar bei einem Benzinmotor auftreten. Da den parallel geschalteten
Abscheideelementen 7 das Druckregelventil 10 nachgeschaltet
ist, können
die Abscheideelemente 7 nur auf einen Druckverlust zwischen
5 und 25 Millibar ausgelegt werden, da ansonsten ein unzulässiger Über- oder
Unterdruck im Kurbelgehäuse 2 bei
bestimmten Betriebszuständen
auftreten kann. Somit kann ein hoher Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und
dem Ansaugrohr 4 nicht zur Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit
und damit der Abscheidewirkung der Abscheideelemente 7 genutzt
werden, sondern muß größtenteils
von dem Druckregelventil 10 abgebaut werden. Das Potenzial
der Abscheidewirkung der Vorrichtung ist also beim Stand der Technik
bisher nicht voll ausgeschöpft
worden.
-
Erfindungsgemäß ist daher
parallel zu den Abscheideelementen 7 ein zusätzliches,
in einer Bypassleitung 14 angeordnetes Bypass-Abscheideelement 15 vorgesehen,
wobei die Bypassleitung 14 von der Entlüftungsleitung 8 stromauf
der Parallelabschnitte 8.1, 8.2, 8.3 ausgehend
entweder mit der Entlüftungsleitung 8 stromab
des Druckregelventils 10 oder direkt mit dem Ansaugrohr 4 verbunden
ist. Das Bypass-Abscheideelement 15 ist
derart ausgelegt, daß das
Bypass-Abscheideelement 15 bereits bei
einem Gasstrom, der geringfügig
kleiner ist als der minimal aus dem Kurbelgehäuse 2 austretende Gasstrom,
einen Druckverlust aufweist, der dem maximal möglichen auftretenden Differenzdruck
zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und
dem Ansaugrohr 4 entspricht. Auf diese Weise ist der über das
Bypass-Abscheideelement 15 fließende Gasstrom auf einen vorbestimmten
Volumenstrom begrenzt, so daß das
Kurbelgehäuse 2 vor
unzulässig
hohen Unterdrücken
geschützt
ist. Ist der Gasstrom des Kurbelgehäuses 2 größer als
der vorbestimmte Volumenstrom des Bypass-Abscheideelementes 15, strömt ein dem
vorbestimmten Volumenstrom entsprechender Teil über das Bypass-Abscheideelement 15 und
der Rest über
ein oder mehrere der Abscheideelemente 7. Das zusätzliche
Bypass-Abscheideelement 15 ist vorzugsweise ein Zyklon,
kann aber auch ein anderes Abscheideelement wie beispielsweise eine
Spirale, eine Wendel, ein Vlies, ein Garn oder ähnliches sein.
-
Erfindungsgemäß teilt
sich der Gasstrom stromab des Grobabscheiders 6 auf in
einen ersten Volumenstrom, der über
einen oder mehrere Parallelabschnitte 8.1, 8.2, 8.3 mit
den Abscheideelementen 7 und das zumindest teilweise geöffnete Druckregelventil 10 strömt, und
einen zweiten Volumenstrom, der über
die Bypassleitung 14 mit dem Bypass-Abscheideelement 15 strömt.
-
Bei
hohem Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und dem Ansaugrohr 4 wird
ein großer
Teil des Gasstroms an dem Druckregelventil 10 vorbei über die
Bypassleitung 14 geleitet, um den hohen Differenzdruck,
beispielsweise bis zu 120 Millibar bei einem Dieselmotor und bis
zu 800 Millibar bei einem Benzinmotor, zur Erzeugung einer hohen
Strömungsgeschwindigkeit
in dem Bypass-Abscheideelement 15 zu nutzen und auf diese
Weise eine höhere
Abscheidewirkung in dem Bypass-Abscheideelement 15 zu erzielen
als in den Abscheideelementen 7 aufgrund des nachgeschalteten
Druckregelventils 10 möglich
ist.
-
Bei
geringem Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und dem Ansaugrohr 4 geht
der Hauptteil der Gasströmung über die
Abscheideelemente 7 und das nachgeschaltete geöffnete Druckregelventil 10,
während
das Bypass-Abscheideelement 15 nur wenig durchströmt wird.
Die Abscheidewirkung der Abscheideelemente 7 und des Bypass-Abscheideelements 15 ist
bei diesem Betriebszustand ungefähr
gleich.
-
Da
die Abscheidewirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei hohem Differenzdruck
deutlich höher
ist als beim Stand der Technik, ist auch die über den gesamten Arbeitsbereich
der Vorrichtung gemittelte Abscheidewirkung besser als beim Stand der
Technik.
-
In
der Bypassleitung 14 kann ein Durchflußbegrenzer 16, beispielsweise
eine sogenannte Blende oder eine Drossel, angeordnet sein, um den über die
Bypassleitung 14 fließenden
Volumenstrom zusätzlich
zu begrenzen.
-
Der
Grobabscheider 6, die Abscheideelemente 7 und
das Bypass-Abscheideelement 15 sind mit einem Ölrücklauf 17 verbunden
sind, der in dem Grobabscheider 6, den Abscheideelementen 7 und dem
Bypass-Abscheideelement 15 abgeschiedene Flüssigkeit
zurück
in das Kurbelgehäuse 2 leitet.