DE19951312A1 - Nebelabscheidevorrichtung und Abscheide-Element für eine Nebelabscheidevorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Nebelabscheidevorrichtung mit einem Gehäuse 1, welches eine Eintrittsöffnung für den Nebel und eine Austrittsöffnung für das gereinigte Gas aufweist, beschrieben. Das Gehäuse 1 ist im Bereich des Strömungsweges zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung derart ausgebildet, daß die Aufnahme von zwei oder mehreren Zyklonen 21, 22, 23, 25, 26 möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nebelabscheidevorrich­ tung, insbesondere zur Ölnebelabscheidung in einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem, mit einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung für den Nebel und eine Aus­ trittsöffnung für das gereinigte Gas aufweist, wobei das Gehäuse im Bereich des Strömungsweges zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung zur Aufnahme eines Zyklons ausgebildet ist.

Bei einer Reihe von technischen Anwendungen fallen Nebel in Form von Gasen und in den Gasen dispergier­ ten flüssigen Medien an. Bekannt sind beispielsweise die sauren Nebel, welche bei Feuerungen und in Auto­ abgasen anfallen. Weiterhin fallen bei Verbrennungs­ kraftmaschinen als "Blow-by-Gase" bezeichnete Ver­ brennungsgase an, welche Ölpartikel enthalten. Die Blow-by-Gase sind Verbrennungsgase, welche aufgrund geringer Undichtigkeiten im Bereich der Kolbenring­ spalte aus dem Verbrennungsraum in das Kurbelgehäuse entweichen.

Um die Emission derartiger Nebel in die Umgebung zu vermeiden, wird das Gas über den Ansaugtrakt der Ver­ brennung zugeführt. Zur Verhinderung einer Beschädi­ gung nachgeschalteter Aggregate wie Turbolader und Ladeluftkühler sowie negativer Einflüsse auf die Ab­ gasqualität, muß eine Trennung der gasförmigen und flüssigen Komponenten herbeigeführt werden.

Eine Möglichkeit, die Gase von den dispergierten flüssigen Medien zu trennen, besteht darin, den mit den flüssigen Medien beladenen Gasstrom in ein Zyklon einzuleiten. Aufgrund der durch die Zyklongeometrie verursachten Zwangsführung wirken Zentrifugalkräfte auf die dispergierten Teilchen, was zu einer Abschei­ dung dieser Teilchen führt.

Aus der DE 197 00 733 ist eine Vorrichtung zur Ab­ scheidung des in den Blow-by-Gasen eines Motors ent­ haltenden Öles bekannt, welche einen Teil eines Kur­ belgehäuse-Entlüftungssystemes bildet. Die Vorrich­ tung umfaßt ein von der Zylinderkopfhaube gebildetes Gehäuse, welches eine Eintrittsöffnung für den Ölnebel und eine Austrittsöffnung für die entölten Gase aufweist. Im Strömungsweg zwischen der Eintrittsöff­ nung und der Austrittsöffnung ist ein Zyklon in Form eines Wendeleinsatzes angeordnet, welches der Ab­ scheidung des Öles aus dem Gasstrom dient.

Bei derartigen Nebelabscheidevorrichtungen ist es in der Regel erforderlich, das Zyklon in Bezug auf den verursachten Druckverlust exakt auf die Kennwerte der Verbrennungskraftmaschine auszulegen. Weiterhin ist eine Anpassung des Zyklons an das jeweilige Rückfüh­ rungssystem für das abgeschiedene Öl sowie den zur Verfügung stehenden Absaugeunterdruck notwendig. Im Falle einer Ölrückführung über einen Siphon ist zu­ sätzlich zu beachten, daß der durch das Zyklon verur­ sachte Drucklrerlust eine bestimmte Obergrenze nicht überschreitet, da anderenfalls die Funktion des Si­ phons nicht mehr sichergestellt wäre. Die durch den Siphon bedingte Druckverlust-Obergrenze wiederum li­ mitiert den Abscheidegrad der Nebelabscheidevorrich­ tung.

Die genannten Anforderungen an die Auslegung des Zy­ klons führen dazu, daß aufwendige, iterative Berech­ nungen und Versuche erforderlich sind, um die optima­ le Auslegung des Zyklons zu finden. Insbesondere muß für jeden neuen Motor und jede Änderung im Ölrück­ führsystem jedesmal neue Entwicklungsarbeit geleistet werden. Eine optimale Auslegung des Zyklons wird da­ bei dadurch erschwert, daß sich die Menge der Blow­ by-Gase mit zunehmendem Alter der Verbrennungskraft­ maschine erhöht. Vergleichbare Probleme wie bei der Entwicklung von Ölabscheidevorrichtungen treten auch bei der Entwicklung anderer Nebelabscheidevorrichtun­ gen auf.

Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Nebelab­ scheidevorrichtung zu schaffen, welche die geschil­ derten Nachteile überwindet und insbesondere schnel­ ler und kostengünstiger zu entwickeln ist. Aufgabe ist es weiterhin, ein auf eine derartige Nebelab­ scheidevorrichtung abgestimmtes Abscheideelement zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Nebelabscheidevorrich­ tung gemäß Anspruch 1 und ein Abscheide-Element gemäß Anspruch 19 gelöst. Die Unteransprüche betreffen be­ vorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung.

Es wird eine Nebelabscheidevorrichtung mit einem Ge­ häuse vorgeschlagen, welches die Aufnahme von zwei oder mehr Zyklonen erlaubt. Eine derartige Nebelab­ scheidevorrichtung gestattet es, einzelne vorgefer­ tigte Standardzyklone mit bekannten strömungstechni­ schen Parametern nach dem Baukastenprinzip derart zu kombinieren, daß für den jeweils gewünschten Druck­ verlust nach wenigen Versuchen eine geeignete Zy­ klonanordnung gefunden werden kann. Die bei den Ein­ zelzyklonanordnungen des Standes der Technik notwen­ digen iterativen Berechnungs-, Fertigungs- und Ver­ suchszyklen können weitestgehend entfallen. Die Er­ findung gestattet daher eine schnellere und kosten­ günstigeren Entwicklung derartiger Nebelabscheidevor­ richtungen, da lediglich die Zyklonanzahl und die vorgegebenen Zyklonvarianten variiert werden müssen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Abscheideparameter der Nebelabscheidevorrichtung durch Hinzufügen von weiteren oder Ersetzen von vor­ handenen Zyklonen an sich ändernde Anforderungen an­ gepaßt werden können. So kann beispielsweise der bei Verbrennungskraftmaschinen auftretende Anstieg der Blow-by-Gase mit zunehmender Motoralterung dadurch begegnet werden, daß ein weiteres Zyklon der Nebelab­ scheidevorrichtung hinzugefügt wird. Es kann z. B. im Rahmen von Servicearbeiten ein zusätzliches Zyklon eingesteckt werden. Alternativ kann auch daran ge­ dacht werden, über ein in Abhängigkeit vom Druckver­ lust gesteuertes Bypass-Ventil eine Zyklonzelle hin­ zuzuschalten. Auch kann mittels einer Drosselanord­ nung oder eines Druckregelventiles Reinluft in Abhän­ gigkeit von dem Druckverlust zudosiert werden.

Schließlich führt der erfindungsgemäße modulare Auf­ bau der Nebelabscheidevorrichtung bei paralleler Durchströmung der Zyklone im Vergleich zu Nebelab­ scheidevorrichtungen mit Einzelzyklonen zu verbesser­ ten strömungstechnischen Eigenschaften. Eine serielle Durchströmung der Zyklone hingegen gestattet es, im Strömungsweg zwischen den einzelnen Zyklonen Zwi­ schenabscheidestufen für das abzuscheidende Medium vorzusehen. Gleichfalls denkbar ist eine Kombination von paralleler und serieller Durchströmung der Zyklo­ ne. Die einzelnen Zyklone können jeweils eine separa­ te Zuleitung oder gemeinsame Zuleitungen für den Ne­ bel aufweisen.

Gemäß dem modularen Konzept der Erfindung kann die Zyklon-Abscheidestufe nach dem Baukastenprinzip mit einer oder mehreren weiteren Abscheidestufen wie Vorabscheidern oder Feinabscheidern kombiniert wer­ den.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung geben sich aus den Figuren und den Ausführungsbei­ spielen. Es zeigen:

Fig. 1: das segmentierte Gehäuse einer erfin­ dungsgemäßen Nebelabscheidevorrich­ tung;

Fig. 2: zwei Ausführungsbeispiele eines Ab­ scheide-Elementes in Form von Zyklon­ zellenblöcken;

Fig. 3: zwei Ausführungsbeispiele eines Vorab­ scheiders; und

Fig. 4: drei Ausführungsbeispiele eines Fein­ abscheiders.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 1 einer erfindungsgemäßen Nebelabscheidevorrichtung dargestellt. In dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 in drei Kammern 2, 3, 4 unterteilt. Die zentrale Kammer 2 des Gehäuses 2 ist zur Aufnahme eines Zyklonzellen­ blockes oder mehrerer Einzelzyklone ausgebildet. Strömungsaufwärts von der die Zyklone aufnehmenden Kammer 2 befindet sich eine Kammer 3 zur Aufnahme ei­ nes Vorabscheiders. Strömungsabwärts von der die Zy­ klone aufnehmenden Kammer 2 befindet sich eine Kammer 4 zur Aufnahme eines Feinabscheiders. Die Kammer 3 ist mit einer nicht dargestellten Eintrittsöffnung für den Nebel versehen und die Kammer 4 besitzt eine ebenfalls nicht dargestellte Austrittsöffnung für das gereinigte Gas. Zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung ist ein Strömungsweg derart ausge­ bildet, daß der in die Kammer 3 eintretende Nebel nachfolgend in die Kammer 2 gelangt und von dort in die Kammer 4. Aus der Kammer 4 tritt schließlich das gereinigte Gas über die Austrittsöffnung aus.

Das in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Gehäuse 1 kann beispielsweise zur Ölnebelabscheidung in ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem integriert werden. Das Gehäuse 1 kann dann beispielsweise als separates Gehäuse an den Motorblock angeflanscht werden oder vorf der Zylinderkopfhaube bzw. dem Ventildeckelgehäu­ se gebildet werden.

In Fig. 2 sind zwei Ausführungsbeispiele eines er­ findungsgemäßen Abscheide-Elementes in Form von Zy­ klonzellenblöcken dargestellt. Die Zyklonzellenblöcke 24, 27 können beispielsweise aus Spritzguß gefertigt werden oder aus mehreren, miteinander verbundenen Einzelzyklonen bestehen. Die Einzelzyklone können beispielsweise durch Schrauben, Pressen, Stecken, Schweißen, Einrasten, Kleben oder ein anderes Füge­ verfahren miteinander verbunden werden. Die einzel­ nen, zu einem Zyklonzellenblock 24, 27 zusammenge­ setzten Zyklone können denselben oder aber einen un­ terschiedlichen Aufbau aufweisen.

Anstatt Zyklonzellenblöcke vorzusehen können auch Einzelzyklone verwendet werden. So ist es denkbar, ein einzelnes Zyklon oder mehrere separate Einzelzy­ klone in der Kammer 2 des Gehäuses 1 anzuordnen.

Die Einzelzyklone bzw. die zu einem Zyklonzellenblock 24, 27 kombinierten Zyklone bewirken jeweils einen vorbestimmten Druckabfall. Dabei können die in der Kammer 2 des Gehäuses 1 angeordneten Zyklone jeweils denselben Druckabfall oder aber jeweils einen unter­ schiedlichen Druckabfall bewirken. Maßgeblich für die Kombination der Zyklone ist jeweils der gewünschte Druckabfall, welcher durch die Zyklonanordnung verur­ sacht werden soll. Typische Kennwerte des durch ein einzelnes Zyklon bzw. einen Zyklonenblock verursach­ ten Druckverlustes liegen im Bereich zwischen 500 Pa und 5000 Pa, bevorzugt ungefähr bei 1000 Pa.

Der in Fig. 2 links dargestellte Zyklonzellenblock 24 besteht aus drei Einzelzyklonen 21, 22, 23. Jedes der Einzelzyklone 21, 22, 23 ist als Axialzyklon mit Drallrückrichtung ausgerichtet. Die Drallrückrichtung führt zu einer Druckverlust-Reduzierung. Der in Fig. 2 auf der rechten Seite dargestellte Zyklonzellen­ block 27 besteht aus zwei Radialzyklonen 25, 26.

Das mit Hilfe der Zyklone 21, 22, 23, 25, 26 aus dem Nebel abgeschiedene flüssige Medium sammelt sich in der Kammer 2 des Gehäuses 1 und muß kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeführt werden. In Fig. 2 sind zwei Möglichkeiten zur Abführung des gesammelten flüssigen Mediums dargestellt. Eine Ausführungsform sieht vor, das gesammelte Medium über einen Siphon 28 aus der Kammer 2 abzuleiten. Die Funktion des Siphons bedingt eine bei der Auslegung der Zyklone zu beach­ tende Obergrenze für den Druckverlust. Diese Druck­ verlustobergrenze bedeutet gleichzeitig, daß auch der maximale Abscheidegrad der Zyklonanordnung begrenzt ist.

Eine alternative Ausführungsform sieht daher vor, das abgetrennte Medium über einen in der Kammer 2 ange­ ordneten Puffertank und ein Rückschlagventil 29 abzu­ führen. Bei dieser Ausführungsform der Abführung des abgetrennten flüssigen Mediums braucht bei der Ausle­ gung der Zyklone keine Druckverlust-Obergrenze beach­ tet werden, so daß die Zyklone im Hinblick auf den Abscheidegrad optimiert werden können.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die Abscheidestufe, welche ein Zyklon oder mehrere Zyklone enthält, mit keiner, einer oder mehreren weiteren Abscheidestufen zu kombinieren. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Zyklon-Abscheidestufe mit einer in der Kammer 3 angeordneten Vorabscheide­ stufe und einer in der Kammer 4 angeordneten Feinab­ scheidestufe kombiniert. Werden die Zyklone seriell durchströmt, können auch zwischen den einzelnen Zy­ klonen Abscheidestufen vorgesehen werden. Es ist zweckmäßig, für jede Abscheidestufe einen separaten Auslaß für das von den Gasen abgetrennte Medium vor­ zusehen.

In Fig. 3 sind zwei Ausführungsbeispiele für einen in der Kammer 3 des Gehäuses 1 angeordneten Vorab­ scheider dargestellt. Eine erste Ausführungsform sieht vor, den Vorabscheider als Volumenabscheider 31 auszugestalten. Gemäß einer alternativen Ausführungs­ form ist der Vorabscheider als Labyrinthabscheider mit einer Vielzahl von Labyrinthplatten 32 ausgestal­ tet. In Fig. 3 sind weiterhin verschiedene Möglich­ keiten dargestellt, um das durch den Vorabscheider abgeschiedene flüssige Medium aus der Kammer 3 des Gehäuses 1 abzuführen. Gemäß einer ersten Variante erfolgt dia Abführung über die Nebelzuführungsleitung 33. Diese Variante setzt voraus, daß die Zuleitung 33 ein gewisses Gefälle aufweist. Eine andere Variante der Abführung des gesammelten Mediums besteht in dem Vorsehen eines Siphons 34 bzw. in der Ausbildung der Abführung als Reservoir mit Rückschlagventil 35. An­ statt den Vorabscheider, wie in Fig. 1 dargestellt, in das Gehäuse zu integrieren, kann auch daran ge­ dacht werden, einen separaten Vorabscheider vorzuse­ hen.

Strömungsabwärts von der das oder die Zyklone aufneh­ menden Kammer 2 des Gehäuses 1 ist in der Kammer 4 ein Feinabscheider angeordnet. In Fig. 4 sind drei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Feinab­ scheiders dargestellt. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Feinabscheider als Filter 42, 43 mit unter­ schiedlichen Volumina ausgestaltet werden oder, wie mit Bezugszeichen 41 angedeutet, kein Feinabscheider in der Kammer 4 vorgesehen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Tiefenfilter mit großem Volumen und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten zu wählen.

Je nach den gewünschten Strömungsverhältnissen ist es jedoch auch denkbar, den Filter mit kleinem Volumen und hohen Strömungsgeschwindigkeiten auszugestalten. Zweckmäßigerweise besteht der Feinabscheider aus Vlies. Das Vlies kann Kunststofffasern, Metallfasern, Glasfasern oder einer Mischung derartiger Fasern ent­ halten.

Auch der Feinabscheider ist mit einem separaten Ab­ lauf für das gesammelte, abgetrennte Medium versehen. Eine erste Ausführungsvariante sieht vor, die Abfüh­ rung mit Hilfe eines Siphons 44 zu bewerkstelligen. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, die Ab­ führung über einen in die Kammer 4 integrierten Puf­ fertank mit Rückschlagventil 45 auszugestalten. An­ statt den Feinabscheider in das Gehäuse 1 zu inte­ grieren, kann der Feinabscheider auch in einem sepa­ raten Gehäuse angeordnet werden.

Claims (21)

1. Nebelabscheidevorrichtung, insbesondere zur Öl­ nebelabscheidung in einem Kurbelgehäuse- Entlüftungssystem, mit einem Gehäuse (1), wel­ ches eine Eintrittsöffnung für den Nebel und ei­ ne Austrittsöffnung für das gereinigte Gas äuf­ weist, wobei das Gehäuse (1) im Bereich des Strömungsweges zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung zur Aufnahme eines Zyklons (21, 22, 23, 25, 26) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im Bereich des Strömungswe­ ges die Aufnahme mindestens eines weiteren Zy­ klons (21, 22, 23, 25, 26) gestattet.

2. Nebelabscheidevorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) ein einzelnes Zyklon. (21, 22, 23, 25, 26) angeordnet ist.

3. Nebelabscheidevorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) zwei oder mehr Zyklone (21, 22, 23, 25, 26) an­ geordnet sind.

4. Nebelabscheidevorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Zyklo­ ne (21, 22, 23, 25, 26) derart im Strömungsweg angeordnet sind, daß sie parallel durchströmt werden.

5. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens zwei Zyklone (21, 22, 23, 25, 26) derart im Strömungsweg angeordnet sind, daß sie seriell durchströmt werden.

6. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zyklon derart ausgelegt ist, daß es einen vorbe­ stimmten Druckabfall im Strömungsweg bewirkt.

7. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zyklon denselben Druckabfall bewirkt.

8. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zyklon (21, 22, 23, 25, 26) denselben Aufbau aufweist.

9. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zy­ klone (21, 22, 23, 25, 26) separate Einzelzyklo­ ne sind.

10. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zy­ klone (21, 22, 23, 25, 26) zu einem Zyklonzel­ lenblock (24, 27) zusammengefaßt sind.

11. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Auslaß (28, 29) für das durch das oder die Zyklone (21, 22, 23, 25, 26) von den Gasen abgetrennte Medium aufweist.

12. Nebelabscheidevorrichtung nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Auslaß als Siphon (28) oder als Reservoir mit einem Rückschlagven­ til (29) ausgestaltet ist.

13. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebelabscheidevorrichtung eine oder mehrere wei­ tere Abscheidestufen für das von dem Gas abzu­ trennende Medium aufweist.

14. Nebelabscheidevorrichtung nach Anspruch 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nebelabscheidevor­ richtung einen strömungsaufwärts von der Aufnah­ me (2) für die Zyklone (21, 22, 23, 25, 26) an­ geordneten Vorabscheider (31, 32) aufweist.

15. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebelabscheidevorrichtung einen strömungsabwärts von der Aufnahme (2) für die Zyklone (21, 22, 23, 25, 26) angeordneten Feinabscheider (41, 42, 43) aufweist.

16. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebelabscheidevorrichtung einen zwischen seriell durchströmten Zyklonen (21, 22, 23, 25, 26) an­ geordneten Zwischenabscheider aufweist.

17. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abscheidestufe (31, 32, 41, 42, 43) einen sepa­ raten Auslaß (33, 34, 35, 44, 45) für das von den Gasen abgetrennte Medium aufweist.

18. Nebelabscheidevorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als Ventildeckelgehäuse oder als se­ parates, an den Motorblock angeflanschtes Gehäu­ se ausgestaltet ist.

19. Abscheide-Element für eine Nebelabscheidevor­ richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit einem Zyklonzellenblock (24, 27), welcher zwei oder mehr Zyklone (21, 22, 23, 25, 27) umfaßt.

20. Abscheide-Element nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zyklonzellenblock (24, 27) aus Spritzguß gefertigt ist.

21. Abscheide-Element nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zyklonzellenblock aus zwei oder mehr miteinander verbundenen Einzelzyklonen (21, 22, 23, 25, 26) besteht.