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RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Rechte und Priorität an der vorläufigen US-Anmeldung Eingangs-Nr. 61/677,525, eingereicht am 31. Juli 2012, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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GEGENSTAND
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Die vorliegende Offenbarung betrifft zweistufige Gas-Flüssigkeit-Abscheider und Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeiten aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom.
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HINTERGRUND
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US-Patent Nr. 7,870,850 , das hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart ein Kurbelgehäuselüftungssystem für einen Verbrennungsmotor, das eine Strahlpumpe aufweist, die abgeschiedenes Rückflussöl aus dem Ölauslass eines Luft/Öl-Abscheiders ansaugt und zum Kurbelgehäuse pumpt.
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US-Patent Nr. 7,614,390 , das hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart eine zweistufige Gas-Flüssigkeit-Drainageabscheideranordnung, die einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsimpaktorabscheider mit einer oder mehreren Düsen, die einen durch sie hindurch strömenden Gas-Flüssigkeit-Strom beschleunigen, und einen Trägheitsimpaktor im Weg des beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Stroms aufweist und eine Abscheidung flüssiger Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom bewirkt. Die Abscheideranordnung weist ferner einen in Strömungsrichtung hinter dem Gas-Flüssigkeit-Trägheitsimpaktorabscheider angeordneten Koaleszenzfilter auf, der eine weitere Abscheidung flüssiger Teilchen bewirkt und abgeschiedene flüssige Teilchen koalesziert.
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US-Patent Nr. 6,290,738 , das hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider. Ein Gehäuse weist einen Einlass zur Aufnahme eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einen Auslass zur Abgabe eines Gasstroms auf. Eine Düsenstruktur im Gehäuse weist mehrere Düsen auf, die den Gas-Flüssigkeit-Strom aus dem Einlass aufnehmen und den Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Düsen beschleunigen. Ein Trägheits- bzw. Inertialkollektor im Gehäuse im Weg des beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Stroms verursacht eine scharfe Richtungsänderung dieses Stroms und weist in einer bevorzugten Form eine raue poröse Kollektoroberfläche auf, die eine Abscheidung kleinerer flüssiger Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom als eine glatte, nicht poröse Impaktor-Aufpralloberfläche hervorruft und ohne die strikte Größenbegrenzung der Letzteren, um die allgemeine Abscheideeffizienz auch für kleinere flüssige Teilchen zu verbessern. Es werden verschiedene Gehäusekonfigurationen und -geometrien bereitgestellt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung nachstehend weiter beschrieben sind. Diese Zusammenfassung soll weder hauptsächliche noch wesentliche Elemente des beanspruchten Gegenstands bezeichnen, noch soll sie als Hilfsmittel zum Beschränken des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine zweistufige Gas-Flüssigkeit-Abscheideranordnung, die ein Gehäuse aufweist, durch das ein Strömungsweg in Strömungsrichtung von oben nach unten verläuft, wobei das Gehäuse einen Einlass zum Aufnehmen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einen Auslass zum Abgeben eines Gasstroms aufweist. Eine erste Luftkammer wird durch das Gehäuse definiert und umfasst einen Vorabscheider, der bewirkt, dass Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden wird und in einen unteren Abschnitt der ersten Luftkammer abfließt. Eine zweite Luftkammer wird durch das Gehäuse definiert und umfasst einen Hauptabscheider, der in der Strömungsrichtung hinter dem Vorabscheider angeordnet ist und der ferner bewirkt, dass Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden wird und in einen unteren Abschnitt der zweiten Luftkammer abfließt. Ein erster Abfluss im Gehäuse leitet Flüssigkeit vom unteren Abschnitt der ersten Luftkammer ab, und ein zweiter Abfluss im Gehäuse leitet Flüssigkeit vom unteren Abschnitt der zweiten Luftkammer ab. Flüssigkeit fließt von den unteren Abschnitten der ersten und der zweiten Luftkammer durch den ersten bzw. den zweiten Abfluss ab, unabhängig von einer Druckdifferenz zwischen einem Druck in der ersten Luftkammer und einem Druck in der zweiten Luftkammer.
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Ebenfalls offenbart wird ein Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom. Das Verfahren umfasst: Einführen des Gas-Flüssigkeit-Stroms in ein Gehäuse, durch das ein Strömungsweg, der in Strömungsrichtung von oben nach unten verläuft. Das Verfahren umfasst ferner das Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom in einer ersten Luftkammer, die vom Gehäuse definiert wird, und das Abfließen der Flüssigkeit zu einem unteren Abschnitt der ersten Luftkammer und durch einen ersten Abfluss. Das Verfahren umfasst ferner das Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom in einer zweiten Luftkammer, die durch das Gehäuse definiert wird und in der Strömungsrichtung hinter der ersten Luftkammer angeordnet ist und Flüssigkeit zu einem unteren Abschnitt der zweiten Luftkammer und durch einen zweiten Abfluss ableitet. Das Verfahren umfasst ferner das Pumpen von Flüssigkeit aus den unteren Abschnitten der ersten und der zweiten Luftkammer durch jeweils den ersten und den zweiten Abfluss.
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Eine Anordnung zum Entfernen von Rückflussflüssigkeit aus einem zweistufigen Gas-Flüssigkeit-Abscheider wird ebenfalls offenbart. Die Anordnung umfasst einen ersten Saugkanal, der Rückflussflüssigkeit von einer ersten Stufe des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders aufnimmt, und einen zweiten Saugkanal, der Rückflussflüssigkeit von einer zweiten Stufe des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders aufnimmt. Eine erste Strahldüse beschleunigt ein druckbeaufschlagtes Fluid in den ersten Saugkanal. Eine zweite Strahldüse beschleunigt das druckbeaufschlagte Fluid in den zweiten Saugkanal. Eine Zufuhrbohrung versorgt sowohl die erste als auch die zweite Strahldüse mit dem druckbeaufschlagten Fluid. Eine gemeinsame Mischbohrung nimmt das druckbeaufschlagte Fluid aus der ersten und der zweiten Strahldüse auf und nimmt Rückflussflüssigkeit aus der ersten und der zweiten Stufe des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders auf.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Beispiele von Anordnungen und Verfahren zum Gebrauch mit einer Kurbelgehäuse-Lüftungseinheit sind in Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben. In den Figuren werden die gleichen Zahlen verwendet, um gleiche Elemente und gleiche Komponenten zu bezeichnen.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kurbelgehäuselüftungssystems;
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2 zeigt eine Ausführungsform eines zweistufigen Gas-Flüssigkeit-Abscheiders in einer Ausführungsform zum Gebrauch in einem Kurbelgehäuselüftungssystem;
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3 zeigt einen Strömungsweg durch den Gas-Flüssigkeit-Abscheider von 2 bei Betrachtung von einer gegenüberliegenden Seite in Bezug auf 2;
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4 und 5 zeigen Schnittansichten durch den Gas-Flüssigkeit-Abscheider von 2 und 3, wobei 4 eine Draufsicht ist und 5 eine Ansicht von unten ist;
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6 zeigt eine Detailansicht eines unteren Abschnitts des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders;
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7 zeigt eine Detailschnittansicht des unteren Abschnitts des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders und eine Ausführungsform einer Strahlpumpe zum Gebrauch mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider;
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8 zeigt eine Schnittansicht der Strahlpumpe von oben;
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9 ist eine schematische Darstellung des Stroms durch eine Strahlpumpe;
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10 zeigt eine andere Ausführungsform eines zweistufigen Gas-Flüssigkeit-Abscheiders; und
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11 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Kurbelgehäuselüftungssystems.
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12 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Kurbelgehäuselüftungssysteme werden zusammen mit Verbrennungsmotoren verwendet, die Blow-by-Gas in einem Kurbelgehäuse erzeugen, das Motoröl und Ölnebel enthält. Ein Gas-Flüssigkeit-Abscheider, oder ein Aerosol-Öl- oder Luft-Öl-Abscheider, weist einen Einlass auf, der Blow-by-Gas und Ölnebel aus dem Kurbelgehäuse aufnimmt. Ein Luftauslass gibt sauberes Blow-by-Gas an die Atmosphäre oder zurück zum Lufteinlass des Motors ab. Ein Ölauslass gibt abgeschiedenes Rückflussöl zurück an das Kurbelgehäuse ab. Im Gas-Flüssigkeit-Abscheider findet ein Druckabfall statt, so dass der Druck bei seinem Einlass und im Kurbelgehäuse höher ist als der Druck bei seinem Luftauslass und Ölauslass. Das Druckdifferenzial zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ölauslass des Abscheiders kann einen Rückfluss von Öl vom Kurbelgehäuse mit dem höheren Druck zum Ölauslass mit dem niedrigeren Druck hervorrufen. Ferner kann abhängig von der Lüftungsstelle des Kurbelgehäuselüftungssystems ein hohes Flüssigkeitsvolumen, das in den Gas-Flüssigkeit-Abscheider eintritt, vorliegen.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt 1 ein Kurbelgehäuselüftungssystem 10 für einen Verbrennungsmotor 12, der Blow-by-Gas in einem Kurbelgehäuse 14 erzeugt, das Motoröl 16 und Ölnebel enthält. Das System 10 weist einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 auf, wie einen Luft-Öl-Abscheider, mit einem Einlass 20, der Blow-by-Gas und Ölnebel aus dem Kurbelgehäuse 14 aufnimmt (durch Pfeil 21 dargestellt), und mit einem Luftauslass 22, durch den sauberes Blow-by-Gas an die Atmosphäre abgegeben wird (durch Pfeil 23 dargestellt) oder sauberes Blow-by-Gas zum Lufteinlass des Motors zurückgeführt wird (siehe 11). Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 weist ferner einen Ölauslass 24 auf, durch den abgeschiedenes Rückflussöl zum Kurbelgehäuse 14 zurückgeführt wird, wie nachstehend weiter beschrieben.
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Das System 10 weist ferner eine Strahlpumpe 26 auf, die abgeschiedenes Rückflussöl vom Ölauslass 24 zurück zum Kurbelgehäuse 14 pumpt. Der Motor 12 weist ein Ölumlaufsystem 28 auf, das Motoröl 16 vom Kurbelgehäuse 14 durch eine Ölpumpe 30 umwälzt. Die Ölpumpe 30 leitet druckbeaufschlagtes Öl durch einen Filter 32 an ausgewählte Motorkomponenten, wie einen Kolben 34 und eine Kurbelwelle 36, und dann zurück zum Kurbelgehäuse 14. Druckbeaufschlagtes Öl wird auch durch den Filter 32 zur Strahlpumpe 26 geleitet.
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Bezugnehmend auf 2 wird nun eine Ausführungsform eines Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 beschrieben. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 umfasst ein Gehäuse 38, durch den ein Strömungsweg in Strömungsrichtung von oben (beim Einlass 20) nach unten (beim Auslass 22) verläuft. Das Gehäuse weist einen Einlass 20 zur Aufnahme eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einen Auslass 22 zur Abgabe eines Gasstroms auf. Das Gehäuse 38 umfasst eine erste Luftkammer 40, die durch das Gehäuse 38 definiert wird und einen Vorabscheider 41 umfasst, der bewirkt, dass Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden wird und zu einem unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40 abfließt. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 umfasst ferner eine zweite Luftkammer 44, die von dem Gehäuse 38 definiert wird und einen Hauptabscheider 43 umfasst, der in der Strömungsrichtung hinter dem Vorabscheider 41 angeordnet ist und weiter bewirkt, dass Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden wird und zu einem unteren Abschnitt 46 der zweiten Luftkammer 44 abfließt.
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3 zeigt einen Strom durch den Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18. Der Gas-Flüssigkeit-Strom tritt in das Gehäuse 38 am Einlass 20 ein, wie durch Pfeil 48 dargestellt. Der Gas-Flüssigkeit-Strom wird dann durch den Vorabscheider 41 geleitet, zum Beispiel einen Zyklonabscheider, wie hierin dargestellt und nachstehend weiter beschrieben, der verursacht, dass Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden wird, wenn sie durch das Gehäuse 38 geleitet wird, wie durch die Pfeile 50 dargestellt. Ein Teil der Flüssigkeit wird im Vorabscheider aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden, und der vorabgeschiedene Gas-Flüssigkeit-Strom tritt dann in die zweite Luftkammer 44 ein, wie durch Pfeil 52 dargestellt. Die zweite Luftkammer 44 umfasst einen Hauptabscheider 43, zum Beispiel einen Impaktorabscheider, wie hierin dargestellt und nachstehend weiter beschrieben. Der Gas-Flüssigkeit-Strom wird durch den Impaktorabscheider beschleunigt, wie durch Pfeile 54 dargestellt, und tritt dann aus dem Impaktorabscheider aus, wie durch Pfeile 56 dargestellt. Der Gasstrom verlässt dann das Gehäuse 38 durch den Auslass 22, wie durch Pfeil 58 dargestellt. Gemäß der vorliegenden Offenbarung fließt abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Gehäuse 38 ab, wie durch Pfeile 60 und 62 dargestellt und nachstehend weiter beschrieben. Ein erster Abfluss 64 im Gehäuse 38 leitet Flüssigkeit vom unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40 ab. Ein zweiter Abfluss 66 im Gehäuse 38 leitet Flüssigkeit vom unteren Abschnitt 46 der zweiten Luftkammer 44 ab. Flüssigkeit fließt von den unteren Abschnitten 42, 46 der jeweils ersten und zweiten Luftkammer 40, 44 durch den jeweils ersten und zweiten Abfluss 64, 66 ab, unabhängig von einer Druckdifferenz zwischen einem Druck in der ersten Luftkammer 40 und einem Druck in der zweiten Luftkammer 44, wie nachstehend weiter beschrieben.
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In Bezug auf jede von 2–6 ist in der dort gezeigten Ausführungsform der Vorabscheider 41 ein Zyklonabscheider, jedoch könnte der Vorabscheider 41 verschiedene andere Arten von Gas-Flüssigkeit-Abscheidern umfassen. Luft betritt den Einlass 20 tangential, wie durch Pfeil 48 dargestellt, wird um eine Ablenkplatte 94 geleitet und wird um eine Kurve geführt, die durch die Innenoberfläche 110 des Gehäuses 38 definiert wird, wie durch Pfeile 50 dargestellt. Die Ablenkplatte 94 minimiert den Druckabfall, wenn Luft in das Gehäuse 38 eintritt. Luft wird in gewissem Umfang durch einen Abzug 96 geleitet, der vom Gehäuse 38 getragen wird und von der ersten Luftkammer 40 in die zweite Luftkammer 44 verläuft und durch den der Gas-Flüssigkeit-Strom fließen kann. Wenn der Gas-Flüssigkeit-Strom wie durch die Pfeile 50 dargestellt umgewälzt wird, sinken schwerere flüssige Teilchen zum unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40. Außerdem sammeln sich schwerere flüssige Teilchen entlang der Innenoberfläche 110 des Gehäuses 38 und fließen zum unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40 ab. Flüssigkeit, die sich im unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40 ansammelt, fließt danach vom Gehäuse 38 durch den ersten Abfluss 64 ab. Nach der Beendigung der zyklonalen Strömung und dem Abscheiden schwererer Ölteilchen tritt die Strömung direkt durch den Abzug 96 in den Impaktorabscheider oder Koaleszenzabscheider aus. Der Abzug 96 weist den zweiten Abfluss 66 auf, der in dem dargestellten Beispiel so dargestellt ist, dass er ein Rohr 114 umfasst, dass sich bis zur Strahlpumpe 26 hinunter erstreckt. Das in Strömungsrichtung untere Ende 100 des Abzugs 96 ist direkt an den Hauptabscheider 43 angeformt (2).
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In der in 2–5 gezeigten Ausführungsform umfasst der Hauptabscheider 43 einen Impaktorabscheider, der eine Düsenplatte 98 umfasst, die mit einem in Strömungsrichtung unteren Ende 100 des Abzugs 96 verbunden ist und durch die hindurch mehrere Düsen 102 angeordnet sind, die den Gas-Flüssigkeit-Strom zu einer der Düsenplatte 98 in der Strömungsrichtung nachgeordneten Impaktorplatte 104 beschleunigen. Diese Beschleunigung wird durch die Pfeile 54 in 3 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Hauptabscheider 43 ein variabler Impaktorabscheider, der ferner ein Ventil umfasst, das eine Feder 150 und eine Scheibe 152 umfasst, die in einem Becher 153 montiert sind, wobei die Düsenplatte 98 an ein in Strömungsrichtung unteres Ende 100 des Abzugs 96 ultraschallgeschweißt oder in einer alternativen Ausführungsform rotationsgeschweißt, eingeschraubt, geklebt oder Ähnliches ist. In der in 2 dargestellten Konfiguration sind die Feder 150 und die Scheibe 152 in einer Ventilkonfiguration mit geschlossener Scheibe. Wenn jedoch der Druck, der von der Strömung durch den Abzug 96 erzeugt wird, groß genug ist, um die Kraft der Feder 150 zu überwinden, wird die Scheibe 152 aus dem Becher 153 gedrückt, und der Gas-Flüssigkeit-Strom fließt in den Becher 153 und dann durch die Düsenplatte 98. Abhängig vom Motor 12 können unterschiedliche Anzahlen und Größen von Düsen 102 und unterschiedliche Federn 150 verwendet werden. Der variable Impaktorabscheider und zugehörige Komponenten können so modifiziert werden, dass sie an eine Reihe von Strömungsbereichen, Einschränkung und Effizienzanforderungen angepasst sind.
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In der gezeigten Ausführungsform verläuft eine Ummantelung
106 um den Umfang und von der Impaktorplatte
104 nach unten und umgibt mindestens das in Strömungsrichtung untere Ende
100 des Abzugs
96. Die Ummantelung
106 bewirkt, dass der Gasstrom so fließt, wie durch Pfeile
56 dargestellt. Flüssige Teilchen, die durch eine scharfe Richtungsänderung des Stroms abgeschieden werden, die dadurch hervorgerufen. wird, dass der Gas-Flüssigkeit-Strom auf die Impaktorplatte
104 auftrifft, tropfen von der Ummantelung
106 und fallen zum unteren Abschnitt
46 der zweiten Luftkammer
44. Abscheidung mit einem Impaktorabscheider ist in
US-Patent Nr. 6,290,738 beschrieben, das in seiner Gesamtheit vorstehend durch Bezugnahme eingeschlossen worden ist und somit hierin nicht ausführlicher erläutert wird.
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Wie in 2, 3 und 6 dargestellt, umfasst der untere Abschnitt 46 der zweiten Luftkammer 44 einen Trichter 108, der von einer Innenoberfläche 110 des Gehäuses 38 zu einer Außenwand 112 des Abzugs 96 nach unten geneigt ist, so dass Flüssigkeit zum zweiten Abfluss 66 abgeleitet wird. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der zweite Abfluss 66 ein Rohr 114, das vom unteren Abschnitt 46 der zweiten Luftkammer 44, genauer vom untersten Abschnitt des Trichters 108, durch die erste Luftkammer 40 zur Strahlpumpe 26 verläuft. Das Rohr 114 ist gegen die erste Luftkammer 40 hermetisch abgedichtet, so dass der Druck in der ersten Luftkammer 40 den Abfluss von Öl durch das Rohr 114 nicht beeinträchtigt. In der hierin gezeigten Ausführungsform ist das Rohr 114 mit der Strahlpumpe 26 über einen zylindrischen Vorsprung 115 verbunden, der vom unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40 ausgeht.
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Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 umfasst ferner eine Leitung 68, 3, die mit dem Gehäuse 38 verbunden und in Fluidverbindung mit dem ersten und dem zweiten Abfluss 64, 66 ist und die Flüssigkeit von den unteren Abschnitten 42, 46 der ersten und zweiten Luftkammer 40, 44 weg vom Gehäuse 38 leitet, wie durch die Pfeile 60 und 62 dargestellt. In der hierin gezeigten Ausführungsform umfasst die Leitung 68 eine Pumpe, die Flüssigkeit von den unteren Abschnitten 42, 46 der ersten und zweiten Luftkammer 40, 44 durch den ersten bzw. zweiten Abfluss 64, 66 entfernt. In einer Ausführungsform umfasst die Pumpe eine Strahlpumpe 26 (siehe 7–9), die in Fluidverbindung mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Abfluss 64, 66 ist. In der hierin gezeigten Ausführungsform ist die Strahlpumpe 26 an einen unteren Abschnitt 140 des Gehäuses 38 des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 geschraubt. Alternativ könnte die Strahlpumpe 26 einstückig mit dem unteren Abschnitt 140, 2 und 3, des Gehäuses 38 des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 geformt sein oder auf andere Weise mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Bezugnehmend auf 7–9 wird nun die Strahlpumpe 26 ausführlicher beschrieben. Wie schematisch in 9 dargestellt, wird eine Strahlpumpe 26 anhand eines Antriebsfluids betrieben, das durch eine Strahldüse 72 mit reduziertem Durchmesser in eine Mischbohrung 74 mit größerem Durchmesser, um die herum eine Saugkammer 76 angeordnet ist, geleitet wird. Der Impulsaustausch zwischen dem sich schnell bewegenden Treibstrahlstrom aus der Strahldüse 72 und dem sich langsamer bewegenden umgebenden Fluid in der Mischbohrung 74 erzeugt eine Pumpwirkung, die Fluid aus der Saugkammer 76 pumpt, wie zum Beispiel im Fließschema dargestellt. Beispiele für Strahlpumpen sind in „The Design of Jet Pumps”, Gustav Flugel, National Advisory Committee for Aeronautics, Technical Memorandum No. 982, 1939; „Jet-Pump Theory and Performance with Fluids of High Viscosity”, R. G. Cunningham, Transactions of the ASME, November 1957, Seiten 1807–1820 beschrieben. In der Ausführungsform von 9 ist die Strahlpumpe 26 eine fluidbetriebene Strahlpumpe mit einer druckbeaufschlagten Strahldüse bei 72, die druckbeaufschlagtes Antriebsfluid aus einer Quelle druckbeaufschlagten Fluids aufnimmt wie der Ölpumpe 30, einer Saugkammer bei 76, die abgeschiedenes Öl vom Ölauslass 24 des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 empfängt, und einem Auslass an der Mischbohrung 74, der strahlgepumptes Öl dem Kurbelgehäuse 14 zuführt, wie in 1 dargestellt.
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Bezugnehmend auf 7 und 8 umfasst nun in der dort gezeigten Ausführungsform die Strahlpumpe 26 eine erste Strahldüse 78, die druckbeaufschlagtes Fluid so beschleunigt, dass Flüssigkeit aus dem ersten Abfluss 64 gepumpt wird, und eine zweite Strahldüse 80, die druckbeaufschlagtes Fluid so beschleunigt, dass Flüssigkeit aus dem zweiten Abfluss 66 gepumpt wird. Die erste und die zweite Strahldüse 78, 80 entsprechen der Strahldüse 72, die im Schema von 9 dargestellt ist. Die Strahlpumpe 26 umfasst auch eine Zufuhrbohrung 82, die das druckbeaufschlagte Fluid sowohl zur ersten als auch zur zweiten Strahldüse 78, 80 leitet. Die Zufuhrbohrung 82 wird mit druckbeaufschlagtem Fluid über eine Antriebsleitung 125 wie in 1 und 8 dargestellt oder die Antriebsleitung 138, wie in 11 dargestellt, versorgt. Die Strahlpumpe 26 umfasst ferner einen ersten Saugkanal 84, der Flüssigkeit vom ersten Abfluss 64 und druckbeaufschlagtes Fluid von der ersten Strahldüse 78 aufnimmt, und einen zweiten Saugkanal 86, der Flüssigkeit vom zweiten Abfluss 66 und druckbeaufschlagtes Fluid von der zweiten Strahldüse 80 aufnimmt. Die Saugkanäle 84, 86 entsprechen der Saugkammer 76 im Schema von 9. Die Strahlpumpe 26 umfasst eine gemeinsame Mischbohrung 88, die Flüssigkeit sowohl vom ersten Saugkanal 84 als auch dem zweiten Saugkanal 86 aufnimmt. Zwischen der gemeinsamen Mischbohrung 88 und dem ersten bzw. zweiten Saugkanal 84, 86 befinden sich Zwischen-Mischbohrungen 90, 92. Die Mischbohrungen 88, 90 und 92 entsprechen der Mischbohrung 74 im Schema von 9.
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Weiterhin bezugnehmend auf 7 und 8 wird eine Anordnung zum Entfernen von Rückflussflüssigkeit aus einem zweistufigen Gas-Flüssigkeit-Abscheider beschrieben. Die Anordnung umfasst einen ersten Saugkanal 84, der Rückflussflüssigkeit aus einer ersten Stufe, wie dem Vorabscheider 41, des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 aufnimmt. Die Anordnung umfasst einen zweiten Saugkanal 86, der Rückflussflüssigkeit aus einer zweiten Stufe, wie einem Hauptabscheider 43, des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 aufnimmt. Eine erste Strahldüse 78 beschleunigt ein druckbeaufschlagtes Fluid in den ersten Saugkanal 84. Eine zweite Strahldüse 80 beschleunigt das druckbeaufschlagte Fluid in den zweiten Saugkanal 86. Eine Zufuhrbohrung 82 versorgt sowohl die erste als auch die zweite Strahldüse 78, 80 mit dem druckbeaufschlagten Fluid. Eine gemeinsame Mischbohrung 88 nimmt das druckbeaufschlagte Fluid aus der ersten und der zweiten Strahldüse 78, 80 auf und nimmt Rückflussflüssigkeit aus der ersten und der zweiten Stufe des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders auf. Die Anordnung umfasst ferner einen ersten Verbindungskanal 120, der Flüssigkeit von einem Auslass, wie dem ersten Abfluss 64 in der ersten Stufe des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18, zum ersten Saugkanal 84 leitet, und einen zweiten Verbindungskanal 122, der Flüssigkeit von einem Auslass, wie dem zweiten Abfluss 66 in der zweiten Stufe des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18, zum zweiten Saugkanal 86 leitet. In der gezeigten Ausführungsform verlaufen der erste und der zweite Saugkanal 84, 86 senkrecht zu einem Strom beschleunigten druckbeaufschlagten Fluids, das von der ersten bzw. der zweiten Strahldüse 78, 80 fließt. (Siehe auch 9.) Wie in 1 und 8 dargestellt, kann die Anordnung ferner eine Abflussleitung 124 umfassen, die mit der Mischbohrung 88 verbunden ist und Rückflussflüssigkeit von der Mischbohrung 88 zum Kurbelgehäuse 14 des Motors 12 ableitet.
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Bezugnehmend auf 10 wird nun eine zweite Ausführungsform eines Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18' beschrieben. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18' umfasst einen Einlass 20 zur Aufnahme eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einen Auslass 22 zur Abgabe eines Gasstroms. Wie in der ersten Ausführungsform umfasst die zweite Ausführungsform des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18' einen Vorabscheider 41, der ein Zyklonabscheider mit einer bogenförmigen Ablenkplatte 94 ist, die den Gas-Flüssigkeit-Strom um die Innenoberfläche 110 des Gehäuses 38 innerhalb der ersten Luftkammer 40 führt. Der Gas-Flüssigkeit-Strom wird dann nach oben durch den Abzug 96 geleitet. Hier wird der Gas-Flüssigkeit-Strom durch einen Hauptabscheider 43 geleitet, der in dieser Ausführungsform ein Koaleszenzabscheider ist, der ein Filtermedium 116 umfasst und mit dem in Strömungsrichtung unteren Ende 100 des Abzugs 96 verbunden ist. Luft strömt in einer Richtung von innen nach außen durch das Filtermedium 116, wie durch die Pfeile 118 dargestellt. Das Filtermedium 116 weist Eigenschaften auf, die hervorrufen, dass Öl in/auf dem Filtermedium 116 koalesziert und dadurch aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom abgeschieden wird.
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Während in der in 1 gezeigten Ausführungsform das druckbeaufschlagte Fluid Öl ist, ist in der in 11 gezeigten Ausführungsform das druckbeaufschlagte Fluid Luft. Wie in 11 dargestellt, wird die Luft über die Antriebsleitung 138 der Strahlpumpe 26 bereitgestellt. Ein Turbolader 126, der im dargestellten Beispiel mit aus dem Auslass 22 des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 18 austretendem Gas versorgt wird, stellt der Strahlpumpe 26 die druckbeaufschlagte Luft bereit, wie durch die Pfeile 128 dargestellt. Alternativ kann ein Luftkompressor, zum Beispiel wie mit den gestrichelten Linien bei 130 dargestellt, oder ein Drucklufttank, zum Beispiel wie mit dem gestrichelten Linien bei 132 dargestellt, der Strahlpumpe 26 die druckbeaufschlagte Luft bereitstellen. Ein oder mehrere fakultative Rückschlagventile 134, 136 können in der Antriebsleitung 138 und/oder der Abflussleitung 124 bereitgestellt sein, um Rückfluss in einem Zustand niedrigen oder negativen Luftzufuhrdrucks zu verhindern.
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Ein Ergebnis der hierin beschriebenen Anordnung ist ein integriertes Produkt, das eine Last aus großen flüssigem Ölteilchen vor dem Hauptabscheider 43 abscheidet, zum Beispiel mit einem Vorabscheider 41, wie einem Zyklonabscheider, wobei die Last aus großen flüssigen Ölteilchen über den ersten Abfluss 64 zum Motor 12 zurückgeführt wird, um eine hohe Effizienz zu erzielen. Das Luft-Öl-Gemisch wird dann in einem Hauptabscheider 43, wie einem Impaktorabscheider (1) oder einem Koaleszenzabscheider (10), abgeschieden und wird dann über einen zweiten Abfluss 66 aus dem Gehäuse 38 abgeleitet.
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Die Strahlpumpe 26 stellt einen Weg bereit, um Rückflussöl aus dem Gehäuse 38 abzuleiten, unabhängig von der Druckdifferenz zwischen einem Druck in der ersten Luftkammer 40 und einem Druck in der zweiten Luftkammer 44. Die zwei Kammern 40, 44 sind überall hermetisch gegeneinander abgedichtet, außer an den Düsen 102. Hermetische Abdichtungen werden am ersten und zweiten Abfluss 64, 66 bereitgestellt, um zu verhindern, dass ein Strom aus der ersten Luftkammer 40, die einen höheren Druck aufweist, in die zweite Luftkammer 44, die einen niedrigeren Druck aufweist, austritt, zum Beispiel durch den zweiten Abfluss 66. Wenn ein Strom auf diese Weise austräte, wäre es aufgrund des erhöhten Drucks in dem zweiten Abfluss 66 nicht möglich, die zweite Luftkammer 44 abzulassen. Ein hoher Druck aufgrund von Ölansammlung aus der zweiten Luftkammer 44 ist nicht erforderlich, um einen Druck innerhalb der ersten Luftkammer 40 zu überwinden, damit Rückflussöl aus dem Gehäuse 38 abgelassen werden kann, da die Strahlpumpe 26 aktiv beide Luftkammern 40, 44 ablässt, statt die Druckdifferenz mithilfe eines Ölsäulenkopfes zu überwinden. Dies beseitigt die Notwendigkeit eines Rückschlagventils zwischen den Kammern 40, 44. Dies beseitigt des Weiteren die Notwendigkeit, den Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 so zu gestalten, dass die Druckdifferenz begrenzt wird, um einem Rückschlagventil zu ermöglichen, bei bestimmten Motorbedingungen zu arbeiten. Somit kann der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 18 in einem breiten Bereich von Motorbedingungen funktionieren, ohne dass befürchtet werden muss, dass die Einschränkung die Ölrückführungsfähigkeit beeinträchtigt.
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Die Strahldüsen 78, 80 innerhalb der Strahlpumpe 26 können aus einer einzelnen Zufuhr gespeist werden, wie durch die Zufuhrbohrung 82, in eine einzelne Abflussleitung 124 entleert werden, wie durch die gemeinsame Mischbohrung 88. Das Hochdruckfluid, das durch die erste und die zweite Strahldüse 78, 80 strömt, macht es möglich, dass Öl unabhängig vom Druck innerhalb des Gehäuses 38 aus dem Gehäuse 38 abgeleitet wird. Ein solches Ableiten ist unabhängig von sowohl den relativen Drücken zwischen dem Druck innerhalb der ersten und der zweiten Luftkammer 40, 44 und unabhängig vom Druck innerhalb des Kurbelgehäuses 14.
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Bezugnehmend auf 12 wird nun in einem anderen Beispiel ein Verfahren zum Abscheiden einer Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Einführen des Gas-Flüssigkeit-Stroms in ein Gehäuse 38, durch das ein Strömungsweg in Strömungsrichtung von oben nach unten verläuft, wie bei Kästchen 201 dargestellt. Das Verfahren umfasst ferner das Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom in einer ersten Luftkammer 40, die vom Gehäuse 38 definiert wird, wie bei Kästchen 202 dargestellt. Das Verfahren umfasst ferner das Ableiten von Flüssigkeit zu einem unteren Abschnitt 42 der ersten Luftkammer 40 und durch einen ersten Abfluss 64, wie bei Kästchen 203 dargestellt. Das Verfahren umfasst ferner weiteres Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom in einer zweiten Luftkammer 44, die von dem Gehäuse 38 definiert wird und in der Strömungsrichtung hinter der ersten Luftkammer 40 liegt, wie bei Kästchen 204 dargestellt. Das Verfahren umfasst ferner das Ableiten von Flüssigkeit zu einem unteren Abschnitt 46 der zweiten Luftkammer 44 und durch einen zweiten Abfluss 66, wie bei Kästchen 205 dargestellt. Das Verfahren umfasst ferner das Pumpen von Flüssigkeit von den unteren Abschnitten 42, 46 der jeweils ersten und zweiten Luftkammer 40, 44 durch den jeweils ersten und zweiten Abfluss 64, 66, wie bei Kästchen 206 dargestellt.
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Das Verfahren kann ferner das Pumpen von Flüssigkeit vom ersten und zweiten Abfluss 64, 66 in den jeweils ersten und zweiten Saugkanal 84, 86 umfassen. Das Verfahren kann ferner das Beschleunigen druckbeaufschlagten Fluids durch die erste und die zweite Strahldüse 78, 80 und in den jeweils ersten und zweiten Saugkanal 84, 86 umfassen, um Flüssigkeit aus den unteren Abschnitten 42, 46 der jeweils ersten und zweiten Luftkammer 40, 44 zu pumpen. Das Verfahren kann ferner das Zuführen des druckbeaufschlagten Fluids zur ersten und zweiten Strahldüse 78, 80 aus einer gemeinsamen Quelle druckbeaufschlagten Fluids umfassen. Das Verfahren kann ferner das Mischen des druckbeaufschlagten Fluids aus der ersten Strahldüse 78 und der Flüssigkeit aus dem ersten Abfluss 64 mit dem druckbeaufschlagten Fluid aus der zweiten Strahldüse 80 und der Flüssigkeit aus dem zweiten Abfluss 66 in einer gemeinsamen Mischbohrung 88 umfassen. In einer Ausführungsform, wie in 1 dargestellt, ist das druckbeaufschlagte Fluid Öl, und das Öl wird von einer Ölpumpe 30 bereitgestellt, die mit einem Kurbelgehäuse 14 verbunden ist. In einem anderen Beispiel, wie in 11 dargestellt, ist das druckbeaufschlagte Fluid Luft, und die Luft wird von einem Turbolader 126 bereitgestellt.
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In der vorstehenden Beschreibung wurden bestimmte Begriffe der Kürze, der Klarheit und des Verständnisses halber verwendet. Es sind keine unnötigen Einschränkungen über die Erfordernisse des Standes der Technik hinaus davon abzuleiten, da solche Begriffe zu Beschreibungszwecken verwendet werden und als weit gefasst zu verstehen sein sollen. Die unterschiedlichen Anordnungen und Verfahren, die vorstehend beschrieben sind, können allein oder in Kombination mit anderen Anordnungen und Verfahren verwendet werden. Verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen sind innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche möglich. Jede Einschränkung in den beiliegenden Ansprüchen soll eine Interpretation nach 35 USC § 112(f) nur dann hervorrufen, wenn die Begriffe „Mittel zum” oder „Schritt zum” ausdrücklich in der jeweiligen Einschränkung genannt sind. Obwohl jeder der Verfahrensansprüche eine konkrete Folge von Schritten zum Bewirken bestimmter Funktionen aufweist, soll der Umfang dieser Offenbarung nicht an die wörtliche Reihenfolge oder den wörtlichen Inhalt der hierin beschriebenen Schritte gebunden sein, und unwesentliche Unterschiede oder Änderungen liegen noch innerhalb des Umfangs der Offenbarung.
