DE19642219C2 - Ölabscheidevorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabschei­ devorrichtung, insbesondere für Verbrennungskraft­ maschinen in Kraftfahrzeugen, zur Abscheidung von Öl aus einem Öl-Gas-Gemisch gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Während des Arbeitsprozesses in Verbrennungskraft­ maschinen entsteht durch geringe Undichtigkeiten im Bereich der Kolbenringspalte ein Druckverlust, der dazu führt, daß aus dem Verbrennungsraum als "Blow- by-Gase" bezeichnete Verbrennungsgase in das Kur­ belgehäuse entweichen. Im Kurbelgehäuse befinden sich beispielsweise von der Antriebskette des Noc­ kenwellentriebes herrührende Öltröpfchen, die von den Verbrennungsgasen aufgenommen werden. Um die durch Ölverbrennung verursachte Schadstoffemission zu senken, wurden Ölabscheider entwickelt, die das Öl aus dem Öl-Gas-Gemisch entfernen sollen. Dazu sind Ölabscheider bekannt, die im wesentlichen aus einem groben Drahtgeflecht bestehen, das Kondensationspunkte bietet, an denen sich die Öltröpfchen sammeln und in einem bereitgestellten Ölsumpf als abgeschiedenes Öl dem Motorölkreislauf wieder zugeführt werden. Bekannt sind außerdem sogenannte Zyklonabscheider, die in einem Gehäuse stromführende Rippen aufweisen, an die das Öl-Gas-Gemisch geführt und scharf umgelenkt wird. Das Öl wir in dieser Art von Abscheidern nicht primär durch Kondensation, sondern vielmehr durch die auf das Öl wirkende Trägheitskraft abgeschieden. Als nachteilig bei dem erstgenannten Abscheidertyp erweist sich unter anderem, daß insbesondere kleine Öltröpfchen nicht abgeschieden werden können. Als nachteilig für beide Typen von Abscheidern erweist sich, daß diese ihren optimalen Arbeitspunkt stets nur im Stationärbetrieb der Verbrennungskraftmaschine erreichen, das heißt, bei einer konstanten Menge an entweichendem Verbrennungsgas. Insbesondere im Instationärbetrieb, wie er für den Normalbetrieb eines Kraftfahrzeuges durch das ständig erforderliche Hoch­ beziehungsweise Herunterschalten üblich ist, sind diese Systeme für eine effiziente Ölabscheidung nicht mehr ausreichend.

Aus der DE-Auslegeschrift 11 64 158 ist ein Ölabscheider für ein Kurbelgehäuse bekannt, bei dem drei konzentrisch angeordnete Zylinder vorgesehen sind. Das Öl-Gas-Gemisch wird tangential in den äußeren Zylinder eingeleitet und erfährt am Ende des äußeren Zylinders eine erste Umlenkung in den zweiten Zylinder hinein, der einen Wendelraum ausbildet. Anschließend erfolgt eine zweite Umlenkung des Öl-Gas-Gemisches in den dritten Zylinder hinein, den das Öl- Gas-Gemisch axial durchströmt. Die vom ersten Zylinder gebildete Kammer hat lediglich die Aufgabe den Gas-Strom in eine zirkulierende Bewegung zu versetzen. Die Abscheidung des Öls erfolgt erst in dem zweiten und dritten Zylinder, wobei die Vorabscheidung von großen Öltropfen in dem zweiten Zylinder erfolgt und das kondensierte Öl bis zum Ausgang der zweiten Kammer mitgeführt wird und erst dort in den kegelstumpfförmigen Sammelbehälter tropfen kann, bevor eine Nachreinigung in dem dritten Zylinder mittels Prallbleche erfolgt.

Ein kombinierter Luftreiniger und Ölabscheider ist aus der US-PS 1 717 639 bekannt, wobei der Ölabscheider von einer ringförmigen Kammer gebildet wird, in der eine Wendel vorgesehen ist, über die das Öl-Gas-Gemisch strömt. Der Gemischstrom wird dabei ebenfalls tangential in die ringförmige erste Kammer eingeleitet. Eine innere Zylinderkammer steht mit der ringförmigen Kammer über eine Öffnung in Verbindung, wobei in die innere Zylinderkammer Luft über Verwirbelungsbleche eingeführt wird, so daß in der Abscheidekammer eine zusätzliche Verwirbelung des Öl-Gas- Gemisches stattfindet. Die innere Zylinderkammer ist somit nicht Teil des eigentlichen Abscheiders, sondern Teil des Ansaugsystems.

Bei einem weiteren Ölabscheider gemäß der DE-PS 37 01 587 sind drei konzentrische Zylinderkammern vorgesehen, durch die das Öl-Gas-Gemisch geleitet wird. Ein Zentralraum, in dem eine Vorabscheidung der großen Öltropfen erfolgt, ist nicht vorgesehen. Die Vorabscheidung erfolgt vielmehr durch ein in der ersten Zylinderkammer angeordnetes Metallgestrick-Paket. Die nachfolgende Ölabscheidung wird an den Zylinderwänden aufgrund der axialen Umlenkung beim Übergang von dem einen Zylinderraum in den anderen Zylinderraum realisiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Ölabscheidevorrichtung zu schaffen, die eine effiziente Ölabscheidung auch im instationären Betrieb ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung sieht also insbesondere vor, daß in der Ölabscheidevorrichtung das Öl-Gas-Gemisch durch eine wendelartige, einen beziehungsweise mehrere Umgänge aufweisende Vorrichtung geführt wird, wobei das Öl in effizienter Weise auch im Instationärbetrieb abgeschieden wird. Dies wird durch eine Kombination einer Abscheidung durch an den Wendelwänden erfolgende Kondensation und durch auf die Öltröpfchen wirkende Trägheit erreicht, die sich aufgrund der Strömungsführung des Öl-Gas-Gemisches durch die Wendel einstellt.

In besonders bevorzugter Ausführungsform sieht die Erfindung vor, die Oberfläche der Wendel zu vergrößern, so daß eine größere Anzahl von Kondensationspunkten zur Verfügung steht. Dabei darf der Strömungswiderstand nicht so groß gewählt werden, daß der erfindungsgemäße vorgesehene Trägheitseffekt nicht mehr erheblich zur Gesamtölabscheidung beiträgt. Insbesondere sieht die Erfindung vor, zusätzliche Strukturen in den Umgängen der Wendel auszubilden, die beispielsweise als Rippen, Drahtgeflechte oder Noppen ausgeführt sein können. Die Erfindung sieht auch vor, daß die Wendel einen Zentralraum umschließt, in den hinein auf der Außenseite der Wendelumgänge angebrachte Strukturen ragen. Diese Strukturen können beispielsweise als Rippen ausgeführt sein.

Die Erfindung sieht vor, daß das Öl-Gas-Gemisch nach Eintritt in den Ölabscheider zunächst in den von der Wendel umschlossenen Zentralraum eintritt, wobei die Strömungsrippen so angeordnet sind, daß sich eine mehrmalige Richtungsumkehr des Öl-Gas-Ge­ misches ergibt. Dabei werden insbesondere die großen Öltropfen des Öl-Gas-Gemisches abgeschieden. Nach Durchströmen dieses auch als Vorabscheider be­ zeichneten Zentralraums tritt das Öl-Gas-Gemisch in die Wendel ein, wobei die Umgänge der Wendel so ausgeführt sind, daß sich eine ständige Geschwin­ digkeitszunahme des Öl-Gas-Gemisches ergibt. Dabei werden immer feinere Anteile des mitgeführten Öls abgeschieden. Das durch die Umgänge strömende Öl- Gas-Gemisch reißt das an den Wänden der Umgänge kondensierte Öl in Wendelrichtung mit, so daß es schließlich in einen Ölsumpf gelangt und an­ schließend in den Motor zurückgeführt werden kann.

Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, das derartig gereinigte Gas-Gemisch durch eine zweifach druckbeaufschlagte Membran wieder der Saugseite des Motors, das heißt der Verbrennung, zuzuführen. Die Membran dient dazu, den Unterdruck im Kurbelgehäuse auf einem Niveau von üblicherweise -40 bis +20 mbar Druckdifferenz zu halten, um so ein einwandfreies Funktionieren der Wellendichtringe, beispielsweise der Kurbelwellenhauptlager, zu gewährleisten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, die Wendel in einem Wendelge­ häuse anzuordnen, wobei dieses Wendelgehäuse über seinen gesamten Umfang einen durch einen Verbin­ dungskanal mit einem Wendelumgang in Verbindung stehenden Kanal aufweist. Die Außenwand dieses Ka­ nals weist Durchbrechungen auf und trägt ebenfalls um den gesamten Umfang des Wendelgehäuses ein Poly­ estergarn oder -vlies. Das durch den Vorabscheider und die Wendel geführte weitgehend gereinigte Öl- Gas-Gemisch tritt durch den letzten Wendelumgang und den Verbindungskanal in den Kanal ein. Das Gas­ gemisch verläßt sodann den Kanal durch die Durch­ brechungen und das auf der Außenseite des Kanals angebrachte Polyestergarn oder -vlies und kann dann beispielsweise durch eine zweifach druckbeauf­ schlagte Membran wieder der Saugseite des Motors zugeführt werden. Die Außenseite des das Wendelge­ häuse umschließenden Kanals dient demgemäß als Trä­ gerteil für das Polyestergarn oder -vlies und ist als Teil des Wendelgehäuses und damit auch des Vor­ abscheiders ausgeführt. Dies führt in vorteilhaf­ terweise zu geringer Bauhöhe und kleinem Bauraum.

Die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Ölab­ scheidevorrichtung ist platzsparend und führt dazu, daß diese Vorrichtung auch als separate Baugruppe eingesetzt werden kann. In besonders vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei bereits in Serie gefertigten Aggregaten einge­ setzt werden. Aufgrund der kompakten Bauweise ist es möglich, die Vorrichtung an wärmeführenden Tei­ len, beispielsweise dem Nockenwellenölraum, anzu­ bringen, so daß das bei extern angebrachten Ölab­ scheidevorrichtungen unerwünschte Vereisen der Was­ seranteile im Verbrennungsgas und damit ein Ver­ stopfen der Kanäle sicher verhindert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnun­ gen sowie der dazugehörigen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs­ gemäße Ölabscheidevorrichtung und

Fig. 2 einen in zwei Ebenen erfolgten Längs­ schnitt durch eine weitere Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Ölabscheide­ vorrichtung.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ölabschei­ devorrichtung 2, in deren Gehäuse 4 eine Wendel 6 angeordnet ist. Die Wendel 6 weist vier Umgänge 12 auf. Der Umfang der Wendel und die Höhe h der Um­ gänge ist so gewählt, daß die Wendel 6 einen Zen­ tralraum 10 umschließt. Die Umgänge 12 der Wendel 6 tragen in den Zentralraum 10 gerichtete Strukturen zur Oberflächenvergrösserung, die als Rippen 8 aus­ geführt sind. Der Zentralraum 10 bildet zusammen mit den in ihn ragenden Rippen 8 den Vorabscheider 14.

Die Fig. 1 stellt ferner die zweifach druckbeauf­ schlagte Membran 16 dar, die zwischen einem Deckel­ element 18 und einer Wandung 20 eingespannt ist. Das Deckelelement 18 weist einen Hintergriff 22 auf, so daß das Deckelelement 18 eingeschnappt wer­ den kann. Dargestellt ist ferner ein Stützkörper 24 für die Druckregelmembran 16 sowie Druckregelven­ tile 26 in Form von Elastomeren.

Das Öl-Gas-Gemisch tritt im Bereich 28 in den Vor­ abscheider 14 ein, wird unter mehrmaliger Rich­ tungsumkehr in der durch die dargestellten Pfeile gezeigten Weise über die Strömungsrippen 8 gelei­ tet, wobei große Öltropfen abgeschieden werden. Das Öl-Gas-Gemisch tritt dann in die äußeren Wendelumgänge 12 ein, wobei diese Wendelumgänge in bevorzugter Aus­ führungsform durch den Zusammenbau des Gehäuses 4 mit der Wendel 6 gebildet werden. Durch eine stän­ dige Geschwindigkeitszunahme des Öl-Gas-Gemisches, die durch eine Flächenvariation der Umgänge 12 ver­ ursacht wird, werden immer kleinere Anteile des mitgeführten Öls abgeschieden. Das Öl-Gas-Gemisch reißt das an den Wänden der Umgänge 12 kondensierte Öl in Wendelrichtung entlang mit, so daß dieses durch den Ölrücklauf 30 wieder in ein bereitge­ stelltes Reservoir im Motor (nicht dargestellt) zu­ rückfließt. Das gereinigte Gas wird durch die Druckregelmembran 16 der Saugseite des Motors und damit der Verbrennung zugeführt. Die Membran 16 hat den Zweck, den Unterdruck im Kurbelgehäuse auf ei­ nem Niveau üblicherweise von +20 bis -40 mbar Druckdifferenz zu halten. Der Kanal 32 dient der Belüftung der Membran 16.

Die erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung ermög­ licht es, Restmengen von nicht abgeschiedenem Öl im Öl-Gas-Gemisch von 0,02 g/kW/h zu erzielen. In vor­ teilhafter Weise ist vorgesehen, die Ölabscheide­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch an in Serie gefertigten Aggregaten einzusetzen. Dazu müssen geeignete Verbindungselemente und An­ dockpunkte an dem nachzurüstenden Motor vorgesehen werden.

Im folgenden werden für gleiche oder funktionsglei­ che Bauteile auch gleiche Bezugsziffern verwendet.

Die Fig. 2 verdeutlicht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 2 zeigt eine Ölabscheidevorrichtung 2, die eine in einem Gehäuse 4 angeordnete Wendel 6 mit Wendelum­ gängen 12 aufweist. Die Wendel 6 ist derart ausge­ bildet, daß sie einen Zentralraum, der als Vorab­ scheider 14 ausgebildet ist, umschließt. Im Vorab­ scheider 14 sind die hier nicht dargestellten Strö­ mungsrippen 8 als innenwärts gerichtete Strukturen der Wendel 6 ausgebildet. Die Wendel 6 befindet sich in einem Wendelgehäuse 36, das in dem Gehäuse 4 ausgebildet ist, und um seinen Umfang eine Ring­ nut beziehungsweise einen Kanal 38 ausbildet. Die der Wendel 6 zugewandte Wand des Kanals 38 wird durch die Wand 40 des Wendelgehäuses 36 und die nach außen gerichtete Wand des Kanals 38 durch die Wand 42 gebildet. Die Außenwand 42 des Kanals 38 weist Schlitze oder Löcher 44 auf und trägt um den gesamten Umfang Polyestergarn oder -vlies 46. Dar­ gestellt ist ferner der als Siphon ausgebildete Öl­ rücklauf 48 sowie ein ringförmiges Dichtelement 50.

Die Funktionsweise stellt sich wie folgt dar:

Das zu reinigende Öl-Gas-Gemisch tritt bei Position 52 ein und durchläuft den Vorabscheider 14, wobei durch mehrmalige Richtungsumkehr um die Strö­ mungsrippen 8 große Öltropfen abgeschieden werden. Das Öl-Gas-Gemisch tritt anschließend in die Um­ gänge 12 der Wendel 6 ein, in deren Verlauf immer feinere Anteile des mitgerissenen Öls abgeschieden werden. Der Gasstrom reißt das an den Wänden der Umgänge 12 abgeschiedene Öl mit, so daß dieses durch den Siphon 48 in ein bereitgestelltes Reser­ voir zurückfließen kann. Die durch Pfeile in Fig. 2 angedeutete Strömungsrichtung des Öl-Gas-Gemi­ sches setzt sich aus den Umgängen 12 der Wendel 6 in den Kanal 38 fort, der das Wendelgehäuse 36 um dessen Umfang umschließt und tritt durch Löcher oder Schlitze 44 in das außen auf der Außenwand 42 des Kanals 38 aufgebrachte Polyestervlies 46 ein, durch das eine besonders gründliche Reinigung des Öl-Gas-Gemisches erreicht wird. Das gereinigte Gas­ gemisch tritt dann durch die Austrittsöffnung 54 aus dem Gehäuse 14 der Ölabscheidevorrichtung 2 aus und kann der Verbrennung zugeführt werden. Die in Fig. 2 beschriebene Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als das die als Träger für das Poly­ estervlies 46 fungierende Außenwand 42 gleichzeitig Teil des die Wendel 6 umschliessenden Wendelgehäu­ ses 36 ist, so daß eine besonders geringe Bauhöhe und ein geringer Bauraum erzielt werden können. Ein derart hochintegriertes Ölabscheidesystem läßt sich platzsparend, zum Beispiel in Zylinderkopfhauben, integrieren und kann auch als separate Baugruppe eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Ölabscheidevorrichtung, insbesondere für Verbrennungs­ maschinen von Kraftfahrzeugen, zur Abscheidung von Öl aus einem Öl-Gas-Gemisch, mit einem in einem Gehäuse angeordne­ ten Ölabscheideelement, das einen Wendelraum mit mindestens einer, mehrere Umgänge aufweisenden Wendel für das Öl-Gas- Gemisch und einen zylinderförmig erstreckender Zentralraum mit den Strömungsweg des Öl-Gas-Gemischs verlängernde Strömungsrippen aufweist, wobei der Wendelraum den Zentralraum konzentrisch umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralraum (10) in Strömungsrichtung des Öl-Gas- Gemischs vor dem Wendelraum angeordnet ist, daß das Öl-Gas- Gemisch axial in den Zentralraum (10) einleitbar ist und daß am strömungsrichtungsseitigen Ende des Zentralraums (10) mindestens ein Übergang in den Wendelraum vorgesehen ist, über den das Öl-Gas-Gemisch in den Wendelraum überführbar ist.

2. Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Umgängen (12) der Wendel (6), im Zentralraum (10) oder auf den Strömungsrippen (8) weitere Ölabscheidevorrichtungen, insbesondere Lamellen oder Maschengeflechte, ausgebildet sind.

3. Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (6) sich in einem im Gehäuse (4) angeordneten Wendelgehäuse (36) befindet.

4. Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wendelgehäuse (36) einen um seinen Umfang angeordneten und mit einem Umgang (12) der Wendel (6) in Verbindung stehenden Kanal (38) aufweist.

5. Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Wendel (6) umschließende Wand das Wendelgehäuse (36) ausbildet und daß das Wendelgehäuse (36) gleichzeitig eine Innenwand (40) des Kanals (38) bildet.

6. Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenwand (42) des Kanals (38) ein Polyestergarn oder -vlies (46) trägt.

7. Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Außenwand (42) des Kanals (38) aus Kunststoff gefertigt ist.

8. Ölabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise zweifach druckbeaufschlagbare Membran (16) für Druckregelventile (26) zur Steuerung des Durchsatzes des zu trennenden Öl-Gas-Gemisches vorgesehen ist.