DE112014001711T5

DE112014001711T5 - Luft-Ölabscheider mit strahlverstärkter Impaktion und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE112014001711T5
Application number: DE112014001711.6T
Authority: DE
Inventors: Peter K. Herman; Christopher E. Holm; Arun Janakiraman
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-12-10
Also published as: US10718242B2; CN105073219A; WO2014160870A1; US20200332686A1; US11174766B2; US20180230873A1; US9879578B2; US20160032798A1; CN105073219B

Abstract

Die Kombination aus einer gasdruckbetriebenen Pumpenstrahldüse oder alternativ einer Coanda-Effekt-Düse mit einer oder mehreren Impaktordüsen in einem Luft-Ölabscheider zum Abscheiden von Öl aus Blow-by-Gasen aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors oder zum Abscheiden von flüssigem Aerosol aus Gas im Allgemeinen. Eine solche Kombination verstärkt den Wirkungsgrad der Impaktion und ermöglicht einen Betrieb bei höheren Druckunterschieden (oder Druckabfall) („dP“) ohne einen zu hohen Gegendruck im Luft-Ölabscheider zu bewirken.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/806,040, eingereicht am 28. März 2013, die durch Bezugnahme vollumfänglich hierin aufgenommen ist.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren für eine inertiale bzw. trägheitsbedingte Impaktion in Luft-Ölabscheidern, die mit Kurbelgehäuseentlüftungssystemen und anderen Gas-Flüssigkeitsabscheidungsanwendungen verwendet werden.
HINTERGRUND
Inertiale Gas-Flüssigkeitsabscheider entfernen Flüssigkeitsteilchen aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom und lassen sie zusammenlaufen. Bei einer Kurbelgehäuseentlüftungsanwendung wird danach gestrebt, vorbeiströmende (Blow-by-)Verbrennungsgase aus einem Kurbelgehäuse eines Motors abzulassen. Unbehandelt enthalten diese Gase Feinteilchen in Form von Ölnebel und Ruß. Es wird danach gestrebt, die Konzentration von Verunreinigungen zu begrenzen, insbesondere dann, wenn die Blow-by-Gase in das Luftansaugsystem des Motors zurückgeführt werden sollen. Die Ölnebeltröpfchen haben im Allgemeinen einen Durchmesser von weniger als 5 Mikrometer und lassen sich daher unter Verwendung herkömmlicher faseriger Filtermedien nur schlecht entfernen, während sie gleichzeitig einen geringen Strömungswiderstand beibehalten, während das Medium Öl und Verunreinigungen sammelt und mit ihnen gesättigt wird.
Ein Gas-Flüssigkeitsabscheider in einer Kurbelgehäuseentlüftungsanwendung kann als Luft-Ölabscheider verwendet werden. Ein Luft-Ölabscheider weist ein Gehäuse auf mit einem Einlass zum Aufnehmen eines Luft-Öl-Stroms aus einem Motorkurbelgehäuse und einem Auslass zum Abgeben eines Luftstroms, beispielsweise in einen Ansaugluftverteiler. Eine Düsenstruktur in dem Gehäuse weist eine Vielzahl von Düsen (Löchern) auf, die den Luft-Öl-Strom aus dem Einlass aufnehmen und den Luft-Öl-Strom durch die Düsen beschleunigen. Ein Trägheitsimpaktor im Gehäuse liegt im Weg des beschleunigten Luft-Öl-Stroms und bewirkt eine scharfe Richtungsänderung des Luft-Öl-Stroms. Die scharfe Richtungsänderung bewirkt, das sich Ölteilchen von der Luft trennen.
Das US-Patent Nr. 6,290,738 offenbart einen inertialen Gas-Flüssigkeitsabscheider, der ein Gehäuse mit einem Einlass zum Aufnehmen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einem Auslass zum Abgeben eines Gasstroms aufweist. Eine Düsenstruktur in dem Gehäuse weist eine Vielzahl von Düsen auf, die den Gas-Flüssigkeit-Strom aus dem Einlass aufnehmen und den Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Düsen beschleunigen. Ein Trägheitskollektor im Weg des beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Stroms bewirkt, dass dieser seine Richtung scharf ändert, und weist in einer bevorzugten Form eine raue, poröse Sammeloberfläche (ein Kollektormedium) auf, die eine Flüssigkeitsteilchenabscheidung aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom von kleineren Flüssigkeitsteilchen bewirkt als eine glatte, nicht-poröse Impaktor-Aufprallfläche und ohne die scharfe Größenbegrenzung der letzteren, um einen Wirkungsgrad der Abscheidung insgesamt auch für kleinere Flüssigkeitsteilchen zu verbessern. Es sind verschiedene Gehäusegestaltungen und -geometrien vorgesehen.
Das US-Patent Nr. 7,699,029 offenbart ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Strahlpumpe, die ausgespültes, abgeschiedenes Öl aus dem Ölauslass eines Luft-Ölabscheiders ansaugt und dasselbe in das Kurbelgehäuse pumpt. Die Strahlpumpe liefert einen Förderdruck, der höher ist als der Druckunterschied zwischen dem unter höherem Druck stehenden Kurbelgehäuse und dem unter niedrigerem Druck stehenden Ölauslass, um diesen Druckunterschied und die davon andernfalls bewirkte Rückflusstendenz zu überwinden und stattdessen zu bewirken, dass ausgespültes, abgeschiedenes Öl aus dem Auslass gesaugt und in das Kurbelgehäuse gepumpt wird.
Das US-Patent Nr. 7,870,850 offenbart ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Strahlpumpe, die ausgespültes, abgeschiedenes Öl aus dem Ölauslass eines Luft-Ölabscheiders ansaugt und dasselbe in das Kurbelgehäuse pumpt.
Das US-Patent Nr. 8,202,339 offenbart einen inertialen Gas-Flüssigkeit-Prallabscheider, der einen Trägheitsimpaktor-Kollektor mit einer Impaktoroberfläche aufweist, die sich in Bezug auf einen axial beschleunigten Strom diagonal erstreckt, wobei diese Oberfläche vorzugsweise ein Konus ist, der eine vordere Spitze aufweist, die axial auf die Beschleunigungsdüse gerichtet ist und axial mit dieser fluchtet. In einem weiteren Aspekt sind ein erster und ein zweiter Trägheitsimpaktor-Kollektor in Reihe vorgesehen, wobei eine Öffnung im ersten Trägheitsimpaktor-Kollektor eine Düse für den zweiten Trägheitsimpaktor-Kollektor bereitstellt. Eine verbesserte Leistung wird dadurch bereitgestellt, dass das Ausmaß der Stagnationsregion von einem Teilchengrößenbereich mit geringer Bandbreite in einen Bereich mit größerer Bandbreite geändert wird und die Größenbegrenzung verschoben wird. Ein inertialer Gas-Flüssigkeit-Prallabscheider weist eine perforierte Schicht aus Koaleszenzmedium auf mit mindestens einem Durchlass, durch den hindurch der Gas-Flüssigkeit-Strom strömt. Eine verbesserte Leistung wird durch ein tieferes Eindringen des Stroms in die Medienmatte und ein damit einhergehendes besseres Festhalten von Teilchen durch Abfangen, Impaktion und Diffusion bereitgestellt.
Das US-Patent No. 8,191,537 offenbart ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor, das einen Abscheider und einen Verstärker aufweist, der einen Strom und/oder einen Druck entlang des Strömungswegs durch den Abscheider verstärkt, wodurch ein höherer Wirkungsgrad der Abscheidung bereitgestellt wird.
KURZFASSUNG
Eine erste Ausführungsform betrifft einen Gas-Flüssigkeitsabscheider. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider umfasst ein Gehäuse mit einem Einlass zum Aufnehmen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und eine Impaktordüsenplatte, die von dem Gehäuse gelagert wird und die stromabwärts vom Einlass angeordnet ist, wobei die Impaktordüsenplatte den Gas-Flüssigkeit-Strom aufnimmt. Eine Impaktordüse erstreckt sich durch die Impaktordüsenplatte und stellt einen Durchgang für den Gas-Flüssigkeit-Strom bereit, durch den dieser durch die Impaktordüsenplatte hindurchgehen kann, wodurch ein Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse erzeugt wird, wenn der Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Impaktordüsenplatte geleitet wird. Eine Druckgasstrahldüse speist einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom in den Gas-Flüssigkeit-Strom ein, um den Druckunterschied zu verkleinern.
Eine andere Ausführungsform betrifft Verfahren und Systeme zur Verbesserungen des Sammelns von Flüssigkeitsteilchen in einem inertialen Gas-Flüssigkeitsabscheider. In den Verfahren und Systemen wird ein erster Strom aus Gas, das mit Flüssigkeitsteilchen gemischt ist, aufgenommen und durch eine Impaktordüse und auf ein Kollektormedium gelenkt, wodurch ein Druckunterschied zwischen einem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse erzeugt wird, wenn der erste Strom durch die Impaktordüse gelenkt wird. Anschließend wird in den Verfahren und Systemen ein zweiter Gasstrom in den ersten Strom eingespeist, um den Druckunterschied zu verkleinern und eine Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen zu erhöhen, wenn der erste Strom auf das Kollektormedium gelenkt wird.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen Gas-Flüssigkeitsabscheider. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider weist eine Impaktordüse auf, die einen Gas-Flüssigkeit-Strom aufnimmt und einen Durchgang für den Gas-Flüssigkeit-Strom bereitstellt, durch den dieser durch die Impaktordüsenplatte hindurchgehen kann, wodurch ein Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse erzeugt wird, wenn der Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Impaktordüsenplatte geleitet wird. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider weist ferner einen Luftraum auf, der die Impaktordüse umgibt, wobei der Luftraum einen Druckluftstrom zur Impaktordüse liefert. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider weist eine Strahldüse auf, die den Druckluftstrom in den Durchgang einspeist.
Diese Zusammenfassung dient der Vorstellung einer Auswahl von Konzepten, die unten in der detaillierten Beschreibung näher ausgeführt sind. Mit dieser Kurzfassung wird nicht beabsichtigt, wichtige oder essentielle Merkmale des beanspruchten Themenbereichs zu identifizieren, noch soll diese Zusammenfassung dazu genutzt werden, den Geltungsbereich des beanspruchten Themenbereichs einzuschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Mittelstrahlsystems eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders für ein Kurbelgehäuseentlüftungs-(„CV“)-System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine andere Querschnittsdarstellung des Mittelstrahlsystems von 1.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Mittelstrahlsystems von 1. in einem Gehäuse.
4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Mittelstrahlsystems mit verschiedenen Grenzbedingungen eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders für ein CV-System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 bis 13 zeigen Ergebnisse von numerischen strömungsmechanischen (computational fluid dynamics, CFD) Modellen verschiedener Beispiele für ein Mittelstrahlsystem von 4.
14 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ringstrahlsystems eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders für ein CV-System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
15 zeigt Querschnittsdarstellungen der Druckgasstrahldüse des Ringstrahlsystems von 14.
16–18 zeigen Ergebnisse einer CFD-Modellierung des Ringstrahlsystems von 14.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Beschreibung werden bestimmte Begriffe ihrer Kürze, Klarheit und Verständlichkeit wegen verwendet. Damit sind keine unnötigen Einschränkungen impliziert, die über die Anforderungen des Stands der Technik hinaus gehen, da solche Begriffe ausschließlich zu Beschreibungszwecken verwendet wurden und weit auszulegen sind. Die verschiedenen hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können allein oder in Kombination mit anderen Systemen und Verfahren verwendet werden. Verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen sind innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche möglich. Jede in den beigefügten Ansprüchen enthaltene Einschränkung ist nur dann gemäß 35 USC §112, Abschnitt sechs, zu interpretieren, wenn die Begriffe „Einrichtung zum“ bzw. „Mittel zum“ oder „Schritt zum“ explizit in der jeweiligen Einschränkung genannt werden.
Hierin offenbart werden Gas-Flüssigkeitsabscheider und zugehörige Verfahren und Systeme. Die Gas-Flüssigkeitsabscheider und die zugehörigen Verfahren und Systeme können ferner auf Basis der folgenden Definitionen beschrieben werden.
Solange nichts anderes angegeben ist oder der Kontext nicht etwas anderes angibt, bedeuten „ein, eine“ und „der, die das“ „ein(e) oder mehrere“ oder „mindestens ein(e)“. Zum Beispiel ist „eine Düse“ so zu interpretieren, dass damit „eine oder mehrere Düsen“ gemeint ist.
Wie hierin verwendet, werden „etwa“, „ungefähr“, „im Wesentlichen“ und „erheblich“ von einem Fachmann verstanden, und sie variieren in gewissem Maße je nach dem Kontext, in dem sie verwendet werden. Wenn Angaben in einem Sinn gebraucht werden, der für einen Durchschnittsfachmann angesichts des Kontextes, in dem sie verwendet werden, nicht klar ist, bedeuten „etwa“ und „ungefähr“ plus oder minus ≤ 10 % der jeweiligen Angabe, und „im Wesentlichen“ und „erheblich“ bedeuten plus oder minus > 10 % der jeweiligen Angabe.
Wie hierin verwendet haben die Ausdrücke „beinhalten“ und „einschließen“ die gleiche Bedeutung wie die Ausdrücke „umfassen“ und „aufweisen“.
Die vorliegende Offenbarung kombiniert eine gasdruckbetriebene Pumpenstrahldüse oder alternativ eine Coanda-Effekt-Düse mit einer oder mehreren Impaktordüsen in einem Luft-Ölabscheider zum Abscheiden von Öl aus Blow-by-Gasen aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors oder zum Abscheiden von flüssigem Aerosol aus Gas im Allgemeinen. Eine solche Kombination verstärkt den Wirkungsgrad der Impaktion und ermöglicht einen Betrieb bei höheren Druckunterschieden (oder Druckabfall) („dP“) ohne einen zu hohen Gegendruck im Luft-Ölabscheider zu bewirken.
Inertiale Luft-Öl-Prallabscheider werden für Kurbelgehäuseentlüftungs-(„CV“)-Anwendungen verwendet, aber ihr Wirkungsgrad der Aerosolabscheidung kann durch den zulässigen Kurbelgehäusegegendruck beschränkt sein. Der Wirkungsgrad der Trägheitsimpaktion von Aerosol aus Blow-by-Gasen wird höher, wenn die Impaktions- bzw. Aufprallgeschwindigkeit der Blow-by-Gase steigt. Zum Beispiel nimmt der d50 des Impaktors (der Aerosoldurchmesser, der bei einem Wirkungsgrad von 50 % abgeschieden wird) mit der umgekehrten Quadratwurzel der Impaktionsgeschwindigkeit „U“ ab: Eine Erhöhung der Impaktionsgeschwindigkeit um den Faktor 4 würde daher die d50-Größenbegrenzung um die Hälfte verringern (verbessern) (d.h. einen viel höheren Wirkungsgrad bei einer Aerosolmischung mit gegebener Größenverteilung ergeben).

Gleichung 1: Impaktor-D50-Gleichung in Hinds „Aerosol Technology“ (Cc = Cunningham-Korrekturfaktor, η = Viskosität, Dj = Strahldurchmesser, Stk₅₀ = Konstante von ~0,24 für Runddüsenimpaktordesign, ρ_ρ = Aerosoldichte, U = durchschnittliche Gasgeschwindigkeit in der Düse).
Der Teilchendurchmesser mit 50 % Sammlungswirkungsgrad, d₅₀, kann gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden:
Druckunterschiede über einer Impaktordüse nehmen auch mit dem Quadrat der Impaktionsgeschwindigkeit (U) zu. Der verfügbare Druckabfall zum Antreiben des inertialen Impaktions- bzw. Prallabscheidungsprozesses wird üblicherweise durch den maximal zulässigen Gegendruck beschränkt. Zum Beispiel können in Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen Motordichtungen unter hohen Gegendrücken im Kurbelgehäuse versagen, weswegen der maximal zulässige Gegendruck auf einen typischen Bereich von 13–51 Zentimeter (5–20 Inch) Wasser („in H₂O“, was etwa 1,25–5 kPa entspricht) beschränkt ist.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Systeme und Verfahren zur Erzeugung einer Pumpunterstützung der Blow-by-Gase durch eine Impaktordüse durch die Bereitstellung von Druckluft über eine Mittelstrahldüse und/oder Coanda-Düse, wodurch ein höherer zulässiger dP und ein erhöhter Wirkungsgrad erzeugt werden, ohne den Gegendruck im Kurbelgehäuse erhöhen zu müssen. Durch numerische strömungsdynamische („CFD“) Modelle wurde ebenfalls gezeigt, dass die Mittelstrahldüse durch Beschleunigen von Flüssigkeitsteilchen in einen Hochgeschwindigkeits-Mittelstrahl innerhalb der Impaktordüse eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrads der Abscheidung (über den einfachen Vorteil der dP-Verkleinerung hinaus) bereitstellt, wodurch ein Wirkungsgrad der Abscheidung in einer Impaktions- bzw. Aufprallzone erhöht wird.
Kurbelgehäuseabluft ist mit Feuchtigkeit gesättigt, da sie Verbrennungsnebenprodukte enthält. Falls der Luft-Ölabscheider unter dem Gefrierpunkt ist, kann diese Feuchtigkeit an den Düsen kondensieren/anfrieren, was blockierte Düsen, einen hohen Druckabfall und andere daraus folgende Probleme (Öffnung eines Umgehungsventils, geringen Wirkungsgrad, Verlangsamung des Motors, Warnlichter usw.) bewirkt. Durch die Verwendung von relativ heißer druckbeaufschlagter Luft aus dem Lader für die Bereitstellung der Druckluft kann das Problem mit den einfrierenden Düsen verhindert werden. In einem Beispiel wird die druckbeaufschlagte Luft aus dem Lader vor dem Ladeluftkühler entnommen. Die Bereitstellung von relativ heißer Luft kann einen Einbau des Luft-Ölabscheiders an einer Stelle abseits vom Motor möglich machen. In einem Beispiel ist der Luft/Ölabscheider in einem Luftfiltergehäuse eingebaut.
Mittelstrahlanordnung
Es wird auf 1 verwiesen, wo eine Querschnittsdarstellung eines Mittelstrahlsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Das Mittelstrahlsystem 100 ist Teil eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders für ein CV-System. Das Mittelstrahlsystem 100 empfängt Blow-by-Gase 102 von einer unter Druck stehenden Quelle (z.B. aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors). Die Blow-by-Gase 102 enthalten eine Mischung aus Luft und Ölaerosolen. Um die Ölaerosole aus der Luft abzuscheiden, werden die Blow-by-Gase 102 durch eine Impaktordüse 104 und auf eine poröse Impaktionsfläche 106 geleitet. Die poröse Impaktionsfläche 106 kann undurchlässig oder durchlässig sein. Das Mittelstrahlsystem 100 verwendet eine mittige, unter Druck stehende Treibstrahldüse 108. Die Treibstrahldüse 108 liefert einen unter Druck stehenden Hochgeschwindigkeitsstrahl aus sauberer Luft (d.h. einen „Kernstrahl“) in die Impaktordüse 104, um eine starke Unterdruck-/ Durchmischungswirkung zu erzeugen, wodurch eine Pumpwirkung erzeugt wird, welche die Blow-by-Gase in Richtung auf die poröse Impaktionsfläche 106 beschleunigt (d.h. der Kernstrahl verringert den Druckabfall, der durch das Strömen der Blow-by-Gase 102 durch die Impaktordüse 104 bewirkt wird, wodurch die Blow-by-Gase 102 mit höherer Geschwindigkeit auf der porösen Impaktionsfläche 106 auftreffen können, was den Wirkungsgrad der Abscheidung der Aerosole aus den Blow-by-Gasen 102 erhöht). Eine Druckluftkammer 110 liefert unter Druck stehende saubere Luft zur Treibstrahldüse 108, um am stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse 104 einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom in den Strom aus Blow-by-Gasen 102 einzuspeisen. In manchen Anordnungen kann die Luft in der Druckluftkammer 110 einen Druck von ungefähr 30 psig (207 kPa) aufweisen. Die Luft in der Druckluftkammer 110 kann aus einem Lader eines Verbrennungsmotors zugeführt werden. Der resultierende gemischte Strahl aus sauberer Luft und Blow-by-Gasen 102 kann einen Bernoulli-Effekt erfahren, der bewirkt, dass sich die Blow-by-Gase 102 radial einwärts bewegen (d.h. sich der Mittelachse 112 nähern), was den sekundären Vorteil bietet, dass die Blow-by-Gase 102 tiefer in die poröse Impaktionsfläche 106 eindringen, wodurch der Wirkungsgrad des Mittelstrahlsystems 100 über die einfache „dP-Aquivalent“-Betriebsbedingung hinaus erhöht wird.
Es wird weiterhin auf 1 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die Treibstrahldüse 108 axial entlang der Achse 112 mit der Impaktordüse 104 auf einer Linie liegt. In einer alternativen Anordnung liegt die Treibstrahldüse 108 nicht axial auf einer Linie mit der Impaktordüse 104. In weiteren Anordnungen kann die Treibstrahldüse 108 von axial auf einer Linie mit der Impaktordüse 104 liegend (wie in 1 dargestellt) bis fast bis zum Tangenspunkt mit der Impaktordüse 104 verlagert reichen, bevor die Pumpleistung des Systems der vorliegenden Offenbarung nicht mehr verbessert wird. Durch die Beschleunigung des Stroms der Blow-by-Gase 102 mit dem Hochgeschwindigkeitsgasstrahl wird ein Druckunterschied zwischen einem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse 104 und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse 104 verringert, wodurch eine höhere Impaktionsgeschwindigkeit der Blow-by-Gase auf der porösen Impaktionsfläche ermöglicht wird. Die Geometrie der Treibstrahldüse 108 stellt eine Strömungsrate bereit, die eine dP-Verkleinerung von über 20 in H₂O für die vorbeiströmenden Gase 102 ermöglicht (d.h. der Kurbelgehäusedruck ist trotz eines äquivalenten Düsen-dP von über 30 in H₂O, wenn der Treibstrahlstrom abgestellt wäre, neutral).
Es wird auf 2 Bezug genommen, wo eine andere Querschnittsdarstellung des Mittelstrahlsystems 100 eine Vielzahl von unter Druck stehenden Treibstrahldüsen 108 und eine Vielzahl von Impaktordüsen 104 aufweisen kann. Die Vielzahl von Treibstrahldüsen 107 kann durch Bohren oder Formen von einer oder mehreren kleinen Austrittsöffnungen in einer Verteilerplatte 202 ausgebildet werden. Die Verteilerplatte 202 ist von der Impaktordüsenplatte 204 beabstandet. Durch die Impaktordüsenplatte 204 verlaufen Öffnungen, welche die Impaktordüsen 104 umfassen.
Es wird auf 3 verwiesen, wo eine perspektivische Ansicht des Mittelstrahlsystems 100 in einem Gehäuse 302 gezeigt ist. Wie in 3 dargestellt ist, tritt ein Gas-Flüssigkeit-Strom aus Blow-by-Gasen 102, beispielsweise ein Luft-Öl-Strom, durch den Blow-by-Gasstromeinlass 304 in das Gehäuse ein. Diese Blow-by-Gase 102 strömen um die Außenseite des Ladereinlassverteilers 306 herum und durch die Impaktordüsen 104 hindurch (wie in 2 dargestellt ist). Indessen tritt saubere Druckluft, Abgas oder ein anderes geeignetes Gas beispielsweise durch den Ladereinlass 306 in das Gehäuse ein. Dieses Gas strömt durch die mittleren Treibstrahldüsen 108 (wie in 2 dargestellt ist). Die mittleren Treibstrahldüsen erzeugen einen Strom aus Hochgeschwindigkeitsgas, das an einem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse 104 in den Luft-Ölstrom gepumpt wird. Der Hochgeschwindigkeitsgasstrom und der Luft-Öl-Strom gehen dann durch die Impaktordüsen 104 und treffen auf die poröse Impaktionsfläche 106. Ölaerosolteilchen haften an der porösen Impaktionsfläche 106, während Luft radial auswärts strömt, nachdem sie ihre Richtung beim Auftreffen auf die poröse Impaktionsfläche geändert hat. Diese Luft tritt durch den Auslass 308 aus dem Gehäuse aus.
Es wird auf 4 Bezug genommen, wo eine Querschnittsdarstellung eines Mittelstrahlsystems 400 eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders für ein CV-System mit verschiedenen Begrenzungsbedingungen gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Das Mittelstrahlsystem 400 ähnelt dem Mittelstrahlsystem 100 von 1–3. Das Mittelstrahlsystem 400 weist eine Impaktordüse 402 auf, die einen Strom von Blow-by-Gasen in Richtung auf ein Impaktionsmedium 404 lenkt. Die Impaktordüse 402 weist einen Durchmesser von 3 mm und eine Höhe von 3,3 mm auf. In einer alternativen Ausführungsform weist die Impaktordüse 402 einen Durchmesser von 3 mm und eine Höhe von 7 mm auf (z.B. wie in 7 dargestellt). Das Mittelstrahlsystem 400 weist eine Treibstrahldüse 406 auf, die einen Hochgeschwindigkeitsstrahl von reiner Luft in die Impaktordüse 402 lenkt. Die Treibstrahldüse 406 weist einen Durchmesser von 0,9 mm auf. Die Treibstrahldüse 406 wird von einer Druckluftquelle 408 (z.B. aus einem Lader eines Verbrennungsmotors) bei einem Druck von null psig (d.h. „keine Unterstützung“), einem Druck von 10 psig (69 kPa), einem Druck von 20 psig (138 kPa) oder einem Druck von 30 psig (207 kPa) beliefert.
Mittels CFD wurde eine theoretische Untersuchung an dem Mittelstrahlsystem 400 durchgeführt, um die Pumpverstärkung und die Verbesserung der Aerosoltrennung, die durch den Mittelstrahl bereitgestellt wird, zu verstehen. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchung wurden mit einem Grundlinienmodell verglichen, das aus einer isolierten 3 mm-Impaktordüse (d.h. einer ähnlichen Impaktordüse wie die des Mittelstrahlsystems 400, ohne die zusätzliche Pumpwirkung, die durch die Treibstrahldüse des Mittelstrahlsystems 400 bereitgestellt wird) bei einer Blow-by-Massenströmungsrate von etwa 1,2 SCFM bestand, die einen Druckabfall von 19,3" (49,0 cm) H₂O bewirkt. Die Ergebnisse der Untersuchung werden nachstehend unter Bezugnahme auf 5 bis 13 ausführlicher erörtert.
Es wird auf 5 Bezug genommen, wo Umrisslinien einer Geschwindigkeitsgröße (bei 200 m/s gedeckelt) für eine unterstützungsfreie Situation und für zwei verschiedene Drücke der Treibstrahldüsen 406: 10 und 30 PSIG (69 und 207 kPa) gezeigt sind. Gemäß den Umrisslinien wird der Strom an oder nahe an der Mittelachse der Impaktordüse 402 auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Dies führt zum Eindringen eines Hochgeschwindigkeitsstroms in das Impaktionsmedium 404. Der Trägheitsimpaktionsmechanismus innerhalb des faserigen Impaktionsmediums 404 ist stark abhängig von der Stokes-Zahl des Aerosols, die von der lokalen Aerosolgeschwindigkeit abhängt. Das Impaktionsmedium 404 kann ein Durchflussmedium sein, das den Strom durch das Impaktionsmedium 404 durchlässt. Die massegemittelte Geschwindigkeit innerhalb des porösen Impaktionsmediums 404, die ein anderer Parameter ist, der eine höhere Leistung anzeigt, ist in 5 ebenfalls dargestellt.
Es wird auf 6 Bezug genommen, wo Strömungsverlaufslinien gezeigt sind, die aus der Grenze des Treibstrahldüse 406 abgegeben werden. Obwohl die Verlaufslinien niemals die Mittelachse der Impaktordüse 402 erreichen, werden die Verlaufslinien durch den Treibstrahlstrom sowohl im Fall der 10 als auch der 30 PSIG (69 und 207 kPa) auf eine sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt.
Es wird auf 7 Bezug genommen, wo die Pumpleistung (oder die Verringerung des Druckunterschieds) des Mittelstrahlimpaktors im Vergleich zum Grundliniendesign dargestellt ist. Das Grundliniendesign weist einen Druckabfall von etwa 19,33" (49,0 cm) H₂O auf. Bei einem Treibdruck von 10 PSIG (69 kPa) entsteht sehr wenig Pumpleistung, aber mit steigendem Treibdruck verbessert sich die Pumpleistung mäßig auf etwa 6" (15 cm) H₂O. Diese spezielle Geometrie der Mittelstrahldüse bringt nicht viel Pumpwirkung, da die Mischbohrung nicht lang genug ist, um eine effektive Impulsübertragung auf das umgebende Fluid zu ermöglichen. Der Mitteltreibstrahl verhält sich fast wie ein sich frei ausbreitender Strahl (d.h. ohne Mischbohrung), wie er bei hohen Drücken (20 PSI (138 kPa) und darüber) zu erwarten ist.
Es wird auf 8 Bezug genommen, wo ein Vergleich zwischen dem Wirkungsgrad des nicht-unterstützten Grundlinienimpaktors und einem Mittelstrahlimpaktor mit 3,3 mm-Bohrung gezeigt ist. Die D50-Größenbegrenzung wird umso weiter nach links verschoben, je höher der Ladedruck wird, und zwar wegen einer höheren Öltröpfchengeschwindigkeit innerhalb der Mediumzone, was zu einer höheren inertialen Abscheidung führt.
Es wird auf 9 Bezug genommen, wo ein Vergleich zwischen einer Impaktordüse mit einer Mischbohrungslänge von 3,3 mm und einer Impaktordüse mit einer Mischbohrungslänge von 7 mm gezeigt ist. Der Vergleich beinhaltet sowohl die 30 als auch die 10 PSIG (207 und 69 kPa) Treibdrücke. Wie aus dem Vergleich ersichtlich ist, kann die Pumpleistung durch Vergrößern der Mischbohrungslänge verbessert werden. Im Fall der 30 PSIG (207 kPa) liegt ein leichter Abfall der massegemittelten Durchschnittsgeschwindigkeit in der Mediumzone vor. Im Fall der 10 PSIG (69 kPa) ist nicht viel Unterschied zwischen den beiden verschieden langen Mischbohrungen zu sehen.
Es wird auf 10 Bezug genommen, wo ein Graph gezeigt ist, der die Pumpleistung der Impaktordüse mit der 3,3 mm Mischbohrung mit derjenigen der Impaktordüse mit der 7 mm Mischbohrung vergleicht. Mit einer Zunahme der Länge der Mischbohrung verbessert sich die Pumpleistung der Strahlpumpe erheblich. Mit der 7 mm-Bohrung beträgt der Kurbelgehäusedruck bei 30 PSIG (207 kPa) etwa 3" (8 cm) H₂O, was etwa 23" (58 cm) H₂O-Pumpen (vs. etwa 6" (15 cm) H₂O-Pumpen für die 3,3 mm-Version) ergibt.
Es wird auf 11 Bezug genommen, wo ein Vergleich des Wirkungsgrads der Abscheidung zwischen den Bohrungen von 3,3 mm und 7 mm gezeigt ist. Es gibt einen zu vernachlässigenden Abfall des Wirkungsgrads beim Design mit der längeren Mischbohrung, aber doch eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Fall der Grundlinie.
Es wird auf 12 Bezug genommen, wo ein Druckabfall-Kennfeld für Kurbelgehäuseströme im Bereich von 2 SCFM bis 8 SCFM und Treibdrücke im Bereich 0 PSI bis 30 PSI (0 kPa bis 207 kPa) gezeigt ist. Wie in 12 dargestellt ist, die Pumpwirkung, die von dem Hochgeschwindigkeitsstrahl erzeugt wird, wie von CFD gezeigt, wodurch der in CFD gesehene Trend bestätigt wird. Druckabfallwerte unter null zeigen, dass das Kurbelgehäuse unter Unterdruck steht. Für 5, 10 und 15 PSI (34, 69 und 103 kPa) gibt es bei einem stärkeren Kurbelgehäusestrom wegen des Umstands, dass die Strahlgeschwindigkeit und die Düsengeschwindigkeiten nahe beieinander liegen, keine Pumpwirkung. Es liegt eine über 80 %ige Verringerung des Kurbelgehäusedrucks bei einem Design-Sollpunkt von 6 SCFM und 30 PSI (207 kPa) vor.
Es wird auf 13 Bezug genommen, wo eine Test-Wirkungsgradkurve bei verschiedenen Tröpfchengrößen und bei verschiedenen Treibdrücken gezeigt ist. 13 zeigt auch den Wirkungsgrad der Abscheidung bei 0,3 Mikrometer. Der zu sehende allgemeine Trend ist, dass die Wirkungsgrade der Abscheidung bei kleineren Tröpfchengrößen aufgrund der hohen Impaktionsgeschwindigkeit des Strahls umso höher werden, je höher der Treibdruck wird.
Das Mittelstrahlkonzept kann durch die Verwendung einer noch längeren Mischbohrung und/oder eines noch kleineren Verhältnisses von Mischbohrungsdurchmesser/Treibstrahldurchmesser optimiert werden.
Somit gibt es durch die Verwendung eines Hochdruck-/Hochgeschwindigkeits-Mittelstrahls in einem Trägheitsimpaktor Verbesserungen sowohl im Druckverlust als auch im Wirkungsgrad der Abscheidung. Das Mittelstrahldesign ergibt eine Verbesserung des Wirkungsgrads weit jenseits der bloßen Wirkung der dP-Verkleinerung. Durch die zentrierende Wirkung der hohen Geschwindigkeit an der Mittelachse der Impaktordüse wird die weniger schnelle aeorsolbeladene Hülle in Richtung auf die Mittelachse gesaugt, wodurch das Eindringen und die Geschwindigkeit in der Impaktionszone verbessert werden. Anders ausgedrückt ist bei einem Vergleich des Wirkungsgrads der Abscheidung eines Designs, bei dem der Pumpstrahl „abgestellt“ ist, bei der gleichen Strömungsrate und unter Ignorierung des viel höheren Druckabfalls der Wirkungsgrad der strahlpumpenunterstützten Düse deutlich verbessert, wobei eine Größenbegrenzung (D50) erheblich nach links verschoben ist.
Coanda-Effekt-Strahlanordnung
Es wird auf 14 Bezug genommen, wo eine Querschnittsdarstellung eines Ringstrahlsystems 1400 eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders für ein CV-System gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Das Ringstrahlsystem 1400 scheidet Ölaerosol, das in Blow-by-Gasen 1402 enthalten ist, von der Luft in den Blow-by-Gasen 1402 auf ähnliche Weise wie oben mit Bezug auf das System 100 beschrieben ist. Das Ringstrahlsystem 1400 unterscheidet sich vom System 100 darin, dass das Ringstrahlsystem 1400 den Coanda-Effekt nutzt, um die Blow-by-Gase 1402 durch eine Impaktordüse 1404 hindurch in Richtung auf eine poröse Impaktionsfläche 1406 zu beschleunigen. Der Coanda-Effekt beschreibt die Tendenz eines Strahls mit höherer Geschwindigkeit, sich in Richtung auf eine nahe Oberfläche zu bewegen und an dieser zu haften, auch wenn diese Oberfläche von der Strahlrichtung weg gebogen ist. Die poröse Impaktionsfläche 1406 kann durchlässig oder undurchlässig sein. Das Ringstrahlsystem 1400 verwendet einen kreisrunden Luftraum 1408, der die Impaktordüse 1404 umgibt und der es möglich macht, dass ein separater Strom von sauberer Druckluft 1410 (z.B. Ladeluft), Abgas oder anderem geeigneten Gas nach innen in Richtung auf die Impaktordüse 1404 und in Richtung auf die Mittelachse 1412 strömt. Eine Druckgasstrahldüse 1414 speist einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse 1404 und dem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse 1404 in den Strom von Blow-by-Gas 1402 ein. Die Druckgasstrahldüse bildet einen Ring um die Impaktordüse 1404. Die Druckgasstrahldüse 1414 erzeugt einen Ringstrahl oder einen Hüllstrahl, der mit hoher Geschwindigkeit aus der Gasstrahldüse 1414 tritt. Der Ringstrahl erzeugt Scherkräfte an den Blow-by-Gasen 1402, die durch die Impaktordüse 1402 strömen. Die Scherkräfte bewirken eine Beschleunigung und ein Pumpen der Blow-by-Gase 1404 (d.h. die Scherkräfte verringern den Druckabfall, der vom Strom der Blow-by-Gase 1402 durch die Impaktordüse 1402 bewirkt wird, was zu einem Strom mit höherer Geschwindigkeit führt, der einen erhöhten Wirkungsgrad der Prallabscheidung ermöglicht). Die Geometrie der Impaktordüse 1402 und der Druckgasstrahldüse 1414 bewirkt eine Strömungsrate, die eine dP-Verkleinerung von über 20 in H₂O für die vorbeiströmenden Gase 102 ermöglicht (d.h. der Kurbelgehäusedruck ist trotz eines äquivalenten Düsen-dP von über 30 in H₂O, wenn der Treibstrahlstrom abgestellt wäre, neutral).
Es wird auf 15 Bezug genommen, wo vergrößerte Querschnittsdarstellungen der Druckgasstrahldüse 1414 des Systems 1400 gezeigt sind. Der Coanda-Effekt wird durch Pumpen von Luft 1410 in einen kreisförmigen Luftraum 1408 mit einer radialen Lücke (d.h. der Druckgasstrahldüse 1414) um die Impaktordüse 1404 erzeugt. Der kreisförmige Luftraum 1408 umgibt die Impaktordüse 1404 und speist den Hochgeschwindigkeitsgasstrom radial in die Impaktordüse 1404 ein. Der kreisförmige Luftraum 1408 beliefert die kleine Lücke gleichmäßig, um den Strahlstrom zu steuern. Die Lücke ist mit einem gerundeten Abgaberand 1502 auf der unteren Seite und einer nach unten gewandten Lippe 1504 auf der oberen Seite gestaltet, die zusammen bewirken, dass der ringförmige Strahl am Innendurchmesser der Impaktordüse "haftet", unterstützt durch den Coanda-Effekt. Die nach unten gewandte Lippe 1504 ist in die Richtung des Stroms des Blow-by-Gases 1404 gewendet, um die Luft 1410 in die Impaktordüse 1404 zu lenken. Dieser zylindrische Luftstrahl weist eine erheblich höhere Geschwindigkeit in Bezug auf den Mittelkern des Stroms aus Blow-by-Gasen 1402 auf, und die resultierende Mischung/Scherung erzeugt eine Pumpwirkung, die den Strom aus Blow-by-Gasen 1404 beschleunigt und den Druckabfall durch die Impaktordüse 1404 stark verringert. Das Ringstrahlsystem 1400, das ähnlich wie die oben mit Bezug auf das System 100 beschriebene Mittelstrahldüse eine Impulsübertragung aus einem Hochgeschwindigkeitsstrom (in diesem Fall einem Ringstrom) auf einen weniger schnellen Kernstrom nutzt. Der Coanda-Effekt bewirkt, dass der Ringstrahlstrom an einer Wand haftet, in diesem Fall am Innendurchmesser der Impaktordüse, und sich langsamer zerstreut als bei einem sich frei ausbreitenden Strahl. Testergebnisse des Ringstrahlsystems 1400, die unter Verwendung von CFD evaluiert worden sind, werden nachstehend unter Bezugnahme auf 16–18 näher beschrieben.
Es wird auf 16 Bezug genommen, wo Verlaufslinien durch die Impaktordüse 1404 für Ladedrücke von sowohl 10 PSIG als auch 30 PSIG (69 kPa und 207 kPa) gezeigt sind. Die Verlaufslinien weichen von der Mitte ab. Die Abweichung wird durch die Umverteilung des Geschwindigkeitsfelds bewirkt, um eine Kontinuitätsgleichung zu erfüllen, wenn der Massendurchsatz am stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse 1404 festgelegt ist.
Es wird auf 17 Bezug genommen, wo die Pumpleistung der Coanda-Effekt-Düse des Systems 1400 mit einem Grundlinienmodell verglichen wird. Das in dem Vergleich verwendete Grundlinienmodell ist das gleiche Grundlinienmodell, das für die oben mit Bezug auf System 100 erörterten Vergleiche verwendet worden ist. Genauer besteht das Grundlinienmodell aus einer isolierten 3 mm-Düse bei einem Blow-by-Massendurchsatz von etwa 1.2 SCFM, was einen Druckabfall von 19,3" (49 cm) H₂O verursacht.
Es wird auf 18 Bezug genommen, wo die Wirkungsgradkurven der Abscheidung für die Coanda-Düse des Systems 1400 mit einem Grundlinienmodell verglichen werden. Der D50 bei 30 PSIG (207 kPa) ist 0,24 Mikrometer im Vergleich zum Grundlinienwert von 0,26 Mikrometer. Bei einem niedrigeren Treibdruck von 10 PSIG (69 kPa) war der Wirkungsrad des Coanda-Konzepts etwas verringert im Vergleich zur Grundlinie (Größenbegrenzung von 0,39 Mikrometer vs. 0,26 für die Grundlinie).
Andere Beispiele
Beide oben beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen eine Steuerung des Kurbelgehäusedrucks über das Design. Der Kurbelgehäusedruck kann neutral, negativ oder positiv gemacht werden, abhängig von den Strahlpumpendesign-Verhältnissen, dem Treibdruck und dem Treibströmungsrate.
Jede von den oben beschriebenen Ausführungsformen kann so angepasst werden, dass sie eine perforierte poröse Oberfläche (kreisförmige Löcher in einer porösen Zone, die am Strahl ausgerichtet sind, um das Eindringen in die poröse Zone noch mehr zu verstärken) und/oder eine konische Trägerfläche aufweist wie im US-Patent Nr. 8,202,339 gelehrt.
Jede von den oben beschriebenen Ausführungsformen kann dafür ausgelegt sein, 2-dimensionale lineare „Schlitzdüsen“ anstelle der dargestellten asymmetrischen Runddüsengestaltungen zu verwenden.
Das Mittelstrahlkonzept kann mehrere mittlere Treibstrahldüsen pro Impaktordüse beinhalten. Zum Beispiel könnten drei oder sechs Treibdüsen in einer Gruppe vorgesehen sein und über den Querschnitt der Impaktordüse verteilt sein.
Jede von den oben beschriebenen Ausführungsformen kann mit einer Impaktionsfläche einer nicht-porösen Zone (d.h. eines Kollektormediums) verwendet werden. Zum Beispiel kann die Impaktionsfläche flach, glatt oder rau, aber undurchlässig sein.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen kann in Verbindung mit verschiedenen Impaktordesigns verwendet werden, wo eine festgelegte und/oder variable Impaktion durch einen Strahl unterstützt werden könnte, um eine flachere Leistungsantwort vs. Blow-by-Durchsatz zu ergeben. Alternativ dazu könnte(n) eine oder mehrere feste oder variable Impaktordüsen parallel zu durch mittlere Treibstrahlen verstärkte Düsen sein.
Der unter Druck stehende Treibgasstrom für jedes Beispiel könnte aus Motorladeluft stammen (bei einem Laderdruck entweder vor, nach oder beim Ladeluftkühlergehäuse). Eine mögliche Stelle könnte ein tiefer Punkt auf dem Ladeluftkühler sein, wo üblicherweise leicht eine unerwünschte Flüssigkeitsansammlung stattfindet, beispielsweise von Öl. Durch Ansaugen von Treibluft von dieser Stelle würde diese Flüssigkeit auf den Prallabscheider und schließlich über den Auslass des Prallabscheidergehäuses zurück in den Ölsumpf des Motors übertragen. Andere Treibluftquellen beinhalten einen Drucklufttank, einen Luftverdichter, eine Abgasrückführleitung, einen Abgasverteiler oder irgendeine nicht zweckgebundene Druckquelle.
Der Treibdruck und/oder die Strömungsrate von unter Druck stehendem Gas könnte(n) mit einem Drosselventil auf eine Rückmeldung von einem ECM oder (einem) anderen Sensor(en) hin geregelt werden. Ein Regler kann den Wirkungsgrad der Prallabscheidung auf Basis der Bedürfnisse des Motors / des Kunden unter diesen Betriebsbedingungen / in diesem Betriebszustand abstimmen. Das Steuern bzw. Regeln der Strömungsrate des unter Druck stehenden Gases kann auch parasitische Verluste (Abblasluft) unter bestimmten Betriebsbedingungen verringern.
Strahlunterstützte Prallabscheidung kann mit strahlpumpenunterstützter Ölrückführung kombiniert werden, wie im US-Patent Nr. 7,699,029 oder im US-Patent Nr. 7,870,850 beschrieben ist. Die Stahlpumpen können eine übliche Druckgasquelle verwenden und weisen einen einzelnen Druckgasbefestigungspunkt am Luft-Ölabscheidergehäuse auf.
Das Impaktionsmedium kann ein Durchflussmedium sein und/oder muss nicht von einer Trägeroberfläche verstärkt werden. Zum Beispiel kann das Impaktionsmedium die Innendurchmesser- oder die Außendurchmesserfläche eines zylindrischen Rohrs aus faserigem oder porösem Medium sein, wo im Wesentlichen der gesamte Strom, der aus den Treib- und Impaktordüsen austritt, schließlich von einer Seite zur anderen durch das Prallabscheidermedium tritt.
Die Stromaustrittsseite (das stromabwärtige Ende) der Impaktordüse könnte in direktem Kontakt mit dem Impaktionsmedium stehen, entweder an der Impaktionsmediumoberfläche oder ein Stück weit in das Impaktionsmedium eindringend. Der Treibstrahl ermöglicht dies durch Liefern von zusätzlicher Energie, die den gesamten Gasstrom ohne übermäßig hohen Kurbelgehäusegegendruck in das Kollektormedium eintreten lässt.
Wenn der Gas-Flüssigkeitsabscheider als Kurbelgehäuseentlüftungsvorrichtung mit Luft-Ölabscheidung verwendet wird, könnte er abseits vom Motor angebracht sein, beispielsweise am Ansaugluftfiltergehäuse oder einem Ansaugkanal. Dies wird durch die Verwendung einer Treibgasquelle ermöglicht, die eine Temperatur aufweist, die über der Umgebungstemperatur oder über der Blow-by-Temperatur liegt. Anders ausgedrückt kann der Luft-Ölabscheider abseits vom Kurbelgehäuseentlüftungssystem angeordnet sein, und der Hochgeschwindigkeitsgasstrom kann heißer sein als der Gas-Flüssigkeit-Strom. Bis zu fünf Fluidleitungen könnten in das oder entlang des Luftfiltergehäuse(s) des Motors integriert sein: (a) Ansaugluft, (b) Blow-by-Gase aus dem Motor, (c) Treibluftzufuhr, (d) abgeschiedenes Öl und/oder (e) gereinigter Blow-by-Strom. Möglicherweise können alle diese Fluidverbindungen vom Ladergehäuse bewältigt werden. Dies könnte für Motorenhersteller von Vorteil sein, da die Last des Entwerfens und der Integrierung der Kurbelgehäuseentlüftungsvorrichtung entfällt, ebenso wie die Kosten für die Installation und den Einbau von Zubehör auf der Stufe der Motorherstellung.
Aus der vorangehenden Beschreibung wird der Fachmann ohne Weiteres erkennen, dass verschiedene Ersetzungen und Modifikationen an der hierin offenbarten Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Bereich und Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die hierin erläuternd beschriebene Erfindung kann auf geeignete Weise ohne ein oder mehrere Elemente, eine oder mehrere Beschränkungen, die hierin nicht ausdrücklich offenbart ist bzw. sind, in die Praxis umgesetzt werden. Die verwendeten Begriffe und Ausdrücke werden als beschreibende Begriffe, aber nicht als Beschränkung verwendet, und die Verwendung dieser Begriffe und Ausdrücke soll keine Äquivalente der dargestellten oder beschriebenen Merkmale oder von Teilen davon ausschließen, sondern es sei klargestellt, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich sind. So sei klargestellt, dass die vorliegende Erfindung zwar durch konkrete Ausführungsformen und optionale Merkmale dargestellt worden ist, dass aber Modifikationen und/oder Variationen der hierin offenbarten Konzepte für den Fachmann nahe liegen können, und dass diese Modifikationen und Variationen als im Bereich der Erfindung liegend betrachtet werden.
Hierin wird auf eine Reihe von Entgegenhaltungen Bezug genommen. Die genannten Entgegenhaltungen werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen. In dem Fall, dass eine Inkonsistenz zwischen einer Definition eines Begriffs in der Beschreibung im Vergleich zu einer Definition des Begriffs in einer genannten Entgegenhaltung vorliegt, soll der Begriff auf Basis der Definition in der Beschreibung interpretiert werden.

Claims

Gas-Flüssigkeitsabscheider, wobei der Gas-Flüssigkeitsabscheider umfasst: ein Gehäuse mit einem Einlass zum Aufnehmen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms; eine Impaktordüsenplatte, die vom Gehäuse gelagert wird und die stromabwärts vom Einlass angeordnet ist, wobei die Impaktordüsenplatte den Gas-Flüssigkeit-Strom aufnimmt; eine Impaktordüse, die sich durch die Impaktordüsenplatte erstreckt und einen Durchgang für den Gas-Flüssigkeit-Strom bereitstellt, durch den dieser durch die Impaktordüsenplatte hindurchgehen kann, wodurch ein Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse erzeugt wird, wenn der Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Impaktordüsenplatte geleitet wird; und eine Druckgasstrahldüse, die einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom in den Gas-Flüssigkeit-Strom einspeist, um den Druckunterschied zu verkleinern.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1, wobei die Druckgasstrahldüse den Hochgeschwindigkeitsgasstrom am stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse in den Gas-Flüssigkeit-Strom einspeist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 2, wobei die Druckgasstrahldüse axial mit der Impaktordüse fluchtet.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 2, ferner eine Verteilerplatte aufweisend, die von der Impaktordüsenplatte beabstandet ist und eine Öffnung aufweist, die durch sie hindurch verläuft, wobei die Öffnung die Druckgasstrahldüse umfasst.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1, wobei die Druckgasstrahldüse den Hochgeschwindigkeitsgasstrom zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und dem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse in den Gas-Flüssigkeit-Strom einspeist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 5, ferner einen kreisförmigen Luftraum umfassend, der die Impaktordüse umgibt und den Hochgeschwindigkeitsgasstrom radial in die Impaktordüse einspeist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Gas-Flüssigkeitsabscheider einen Luft-Ölabscheider für ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem umfasst; wobei der Luft-Ölabscheider abseits vom Kurbelgehäuseentlüftungssystem angeordnet ist; und wobei der Hochgeschwindigkeitsgasstrom heißer ist als der Gas-Flüssigkeit-Strom.
Verfahren zum Verstärken der Abscheidung von Flüssigkeitsteilchen in einem inertialen Gas-Flüssigkeitsabscheider, wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen eines ersten Stroms aus Gas, das mit Flüssigkeitsteilchen gemischt ist; Lenken des ersten Stroms durch eine Impaktordüse und auf ein Impaktormedium, wodurch ein Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse erzeugt wird, wenn der erste Strom durch die Impaktordüse gelenkt wird; und Einspeisen eines zweiten Stroms von Gas in den ersten Strom, um den Druckunterschied zu senken und eine Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen zu erhöhen, wenn der erste Strom auf das Kollektormedium gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner das Konzentrieren der Flüssigkeitsteilchen im ersten Strom in Richtung auf eine Mitte des ersten Stroms umfassend, um eine Impaktion der Flüssigkeitsteilchen am Impaktionsmedium zu verstärken.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner das Einspeisen des zweiten Stroms in den ersten Strom vor dem Lenken des ersten Stroms durch die Impaktordüse umfassend.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner das Einspeisen des zweiten Stroms entlang einer Mittelachse der Impaktordüse umfassend.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner das Einspeisen des zweiten Stroms in den ersten Strom innerhalb der Impaktordüse umfassend.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner das radiale Einspeisen des zweiten Stroms in die Impaktordüse umfassend.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Impaktionsmedium ein Durchflussmedium umfasst.
Gas-Flüssigkeitsabscheider, wobei der Gas-Flüssigkeitsabscheider umfasst: eine Impaktordüse, die einen Gas-Flüssigkeit-Strom aufnimmt und einen Durchgang für den Gas-Flüssigkeit-Strom bereitstellt, durch den dieser durch die Impaktordüsenplatte hindurchgehen kann, wodurch ein Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und einem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse erzeugt wird, wenn der Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Impaktordüsenplatte geleitet wird; einen Luftraum, der die Impaktordüse umgibt, wobei der Luftraum einen Druckluftstrom zur Impaktordüse liefert; und eine Strahldüse, die den Druckluftstrom in den Durchgang einspeist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 15, wobei die Strahldüse den Druckluftstrom zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Impaktordüse und dem stromabwärtigen Ende der Impaktordüse in den Durchgang einspeist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 15, wobei die Strahldüse eine umgedrehte Lippe aufweist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 17, wobei die Strahldüse ferner eine gerundete Abgabe gegenüber der umgedrehten Lippe aufweist.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Druckluftstrom einen Ringstrahl bildet.
Gas-Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 5, wobei der Luftraum ein kreisförmiger Luftraum ist.