DE202006004897U1

DE202006004897U1 - Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem aus einem Kurbelgehäuse austretenden Gasstrom

Info

Publication number: DE202006004897U1
Application number: DE202006004897U
Authority: DE
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2016-03-25
Also published as: EP1999344A2; US8230845B2; ATE519927T1; US20100043763A1; EP1999344B1; WO2007110332A3; WO2007110332A2

Abstract

Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem aus einem Kurbelgehäuse austretenden Gasstrom, mit einem Ventilelement (10) zur volumenstromabhängigen Aufteilung des Gasstroms auf wenigstens zwei Fluidabscheideeinrichtungen (21, 22),
dadurch gekennzeichnet,
– dass das Ventilelement (10) einen Zylinder (11) umfasst, der von dem Gasstrom durchströmbar ist und abströmseitig mit einer ersten Fluidabscheideeinrichtung (21) verbunden ist und dessen Zylindermantel wenigstens eine erste Mündungsöffnung (15) einer zu einer zweiten Fluidabscheideeinrichtung (22) führenden Abzweigleitung aufweist,
– dass zwischen dem Zylinder (11) und dem Kolben (12) eine Spielpassung ausgebildet ist und/oder der Kolben mit wenigstens einer axialen Bohrung (13, 14) versehen ist,
– und dass in dem Zylinder (11) ein Kolbenelement (12) angeordnet ist, das in einem Ausgangszustand die wenigstens eine Mündungsöffnung (15) überdeckt und das infolge des Staudrucks gegen die Kraft einer Rückholeinrichtung (18) unter Freigabe der Mündungsöffnung (15) verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem aus einem Kurbelgehäuse austretenden Gasstrom mit einem Ventilelement zur volumenstromabhängigen Aufteilung des Gasstroms auf wenigstens zwei Fluidabscheideeinrichtungen.
Aus der EP 1 090 210 B1 ist ein Verfahren nebst zugehöriger Vorrichtung bekannt, durch welche eine lastabhängige Aufteilung eines Gasstroms, insbesondere von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen, bekannt ist. Hierbei sind mehrere Zyklone als Fluidabscheideeinrichtungen vorgesehen, die in verschiedenen Kombinationen parallel oder in Reihe geschaltet sind. Vorgesehen ist, den Fluidstrom in Teilströme aufzuteilen, wobei ein erster Teilstrom einer ersten Fluidabscheideeinrichtung zugeführt wird, welche ständig zugeschaltet ist und einen Grundlastbetrieb sicherstellt. Bei höheren Volumenströmen öffnet ein Rückschlagventil und gibt den Weg zu einer zweiten Fluidabscheideeinrichtung frei. Dieses theoretisch denkbare Grundkonzept ist in der praktischen Umsetzung jedoch schwierig abzustimmen, da z. B. bei der Kurbelgehäuseent lüftung nur geringe Differenzdrücke zwischen den Betriebszuständen auftreten.
In dem Moment, in dem das Rückschlagventil bei einer Zusatzlast öffnet, wird der Gasstrom schlagartig in zwei Teilgasströme aufgeteilt, wodurch wiederum ein Druckabfall einsetzt, so dass sich das Rückschlagventil umgehend wieder schließt. Das Verhalten der bekannten Vorrichtung ist daher sehr instabil. Hinzu kommt, dass die einzelnen Elemente zur Volumenstromteilung und die Ventilelemente zur Zuschaltung bei einer Spitzenlast über zusätzliche Schlauch- oder Rohrstücke miteinander verbunden werden müssen und entsprechend viel Bauraum beansprucht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine bekannte Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem Gasstrom, der insbesondere aus einem Kurbelgehäuse austritt, so zu verbessern, dass ein stabileres, schwingungsarmes Verhalten erreicht wird und zudem weniger Bauraum beansprucht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Mit der Kolben-Zylinder-Anordnung, bei der von vornherein eine lose Spielpassung zwischen Kolben und Zylinder vorgesehen ist, wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die zudem in einfacher und kostengünstiger Weise aus Spritzgieß-Kunststoffteilen herstellbar ist. Die bei Spritzgießteilen stets einzukalkulierenden Toleranzen bei der Geometrie werden erfindungsgemäß von vornherein in Kauf genommen und in vorteilhafter Weise mit einbezogen, indem sie der bewussten Herbeiführung von Leckströmungen am Kolben entlang dienen, um im Grundlastbetrieb einen Gasstrom zum abströmseitigen Ende des Ventilelements zu führen und von dort einer Fluidabscheideeinrichtung zuzuleiten. Desweiteren kann die Leckströmung um den Kolben durch einen längs des Kolbenweges zunehmend größer werdenden Ringspalt vergrößert werden. Damit kann bei größer werdendem Volumenstrom der damit verbundene Druckverlust durch den Kolben begrenzt werden.
Die Leckströmungen können weiterhin dadurch beeinflusst werden, dass weitere Bereiche der axialen Querschnittsfläche des Kolbens gasdurchlässig gemacht werden, beispielsweise durch axiale Bohrungen oder durch Nuten in der zylindrischen Kolbenwandung.
Zur Feinjustierung kann auch vorgesehen sein, einzelne Bohrungen absperrbar zu machen, um so in Abstimmung mit der Federkonstanten das System in seinem Schaltverhalten zu beeinflussen.
Während eines Grundlastbetriebes wird der Kolben der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht axial bewegt. Steigt der Volumenstrom der zu entölenden Gase jedoch an, so steigt am Kolben, der ein Strömungshindernis am rohgasseitigen Ende bildet, der Staudruck an und verschiebt ihn gegen die Federkraft, wodurch die radiale Mündungsöffnung in der Zylinderwand freigegeben wird, sodass Rohgas direkt dort einströmen kann. Vorteilhaft ist auch, dass die Zuschaltung der zweiten Fluidabscheideeinrichtung nicht schlagartig erfolgt, sondern dass der abgezweigte Volumenstrom kontinuierlich ansteigt, da der Kolben die Mündungsöffnung erst nur einen Spalt breit freigibt und dann mit zunehmender Verschiebung mehr und mehr Öffnungsfläche zur Verfügung steht.
Vorgesehen ist bevorzugt, die zweite Fluidabscheideeinrichtung, die bei Verschiebung des Kolbens zugeschaltet wird, im Vergleich zu der ersten Fluidabscheideeinrichtung leistungsfähiger auszulegen und auch die Querschnitte der Mündungsöffnung mit der sich anschließenden Abzweigleitung bis zur zweiten Fluidabscheideeinrichtung entsprechend groß zu wählen, so dass nahezu der gesamte Volumenstrom des Rohgases in die zweite Fluidabscheideeinrichtung geleitet und dort entölt wird und nur noch eine vernachlässigbare Restströmung das durch den Kolben gebildet Strömungshindernis passiert und in die erste Fluidabscheideeinrichtung gelangt. Das erfindungsgemäße Ventilelement wirkt quasi als Umschalter auf die zweite, leistungsfähigere Abscheidevorrichtung, die insbesondere als an sich bekannter Zyklon zur Ölabscheidung aus Kurbelgehäusentlüftungsgasen ausgebildet ist. Durch die Umschaltung steht an der Rohgasseite des Kolbens nahezu der gesamte Volumenstrom an, der einen solchen Staudruck bewirkt, dass der Kolben verschoben bleibt, bis sich der Betriebszustand der vorgeschalteten Brennkraftmaschine wieder ändert und sich wieder ein Grundlastbetrieb einstellt. Dann fährt der Kolben aufgrund der Kraft einer Rückholeinrichtung, insbesondere einer Feder, in seine Ausgangsstellung zurück, wobei nach und nach die zusätzlichen Fluidabscheideeinrichtungen wieder abgeschaltet werden und wieder der Grundlaststrom den Kolben passiert und die erste Fluidabscheideeinrichtung erreicht.
Nach dieser Ausführungsform kann noch vorgesehen sein, eine oder mehrere weitere Fluidabscheideeinrichtungen vorzusehen und diese über zusätzliche Mündungsöffnungen zu versorgen, die stromabwärts in Bezug auf die erste Mündungsöffnung angeordnet ist. Somit wären dann insgesamt drei Betriebszustände zu erreichen:

– Im ersten Betriebszustand gelangt ein kleiner Gasstrom an dem Kolben vorbei zur ersten Fluidabscheideeinrichtung.
– In einem zweiten Betriebszustand mit erhöhtem Volumenstrom wird die zweite Fluidabscheideeinrichtung freigegeben.
– Treten dann nochmals zusätzliche Spitzenlasten auf, kann auch noch die dritte Fluidabscheideeinrichtung freigegeben werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt insbesondere darin, dass sich die Volumenströme gegenseitig bedingen und nur über ein gemeinsames Schaltelement, den Kolben im Zylinder, aufgeteilt werden. Neben einer bloßen Zuschaltung, die auch nach dem Stand der Technik vorgesehen ist, ist erfindungsgemäß auch eine Umschaltung möglich, wie oben dargelegt, wenn nämlich der Kolben als Strömungshindernis dient und die Größe der ersten Mündungsöffnung einschließlich der zweiten Fluidabscheideeinrichtung so ausgelegt werden, dass nach einer Umschaltung kein nennenswerter Gasstrom mehr den Kolben passiert und in die erste Fluidabscheideeinrichtung eingeleitet wird.
Grundsätzlich kann aber auch eine gleichmäßige Aufteilung vorgesehen sein, sodass bei freigegebener zweiter Fluidabscheideeinrichtung die beiden Fluidabscheideeinrichtungen jeweils einen etwa gleichgroßen Gasstrom zugeführt erhalten.
Der Kolben kann an einem Führungselement axial geführt sein, beispielsweise an einer zentral im Zylinder befestigten Führungsstange.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils in einer schematischen Schnittansicht verschiedene Betriebszustände.
1 zeigt ein Ventilelement 10 im Grundlastbetrieb. Es besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder 11, welcher an einer Rohgasseite 11.1 offen ist und im dargestellten Ausführungsbeispiel an seinem abströmseitigen Ende verschlossen ist. Der Zylinder 11 weist in seinem Zylindermantel mehrere axial beabstandete Mündungsöffnungen 15, 16, 19 auf, von dem jeweils Abzweigleitungen zu Zyklonen 21, 22, 23 als Fluidabscheideeinrichtungen geführt sind.
Innerhalb des Zylinders 11 ist ein Kolben 12 verschiebbar abgeordnet. Der Kolben 12 weist eine zentrale Bohrung 14 auf, in der eine Führungsstange 17, die mit dem Zylinder 11 fest verbunden ist, geführt ist. Am abströmseitigen Ende des Kolbens ist eine Druckfeder 18 angeordnet, die sich am Boden 11.2 des Zylinders 11 abstützt. Der Kolben weist zudem mehrere axiale Bohrungen 13 auf, um den für den Grundlastbetrieb vorgesehenen Gasstrom zu ermöglichen.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei nachfolgend noch einmal anhand der 1 bis 3 erläutert:
Im Grundlastbetrieb wird die in 1 dargestellte Position des Kolbens eingenommen. Ein Leckstrom passiert den Kolben im Randbereich wie auch durch die Bohrungen 13, 14 und tritt durch die Mündungsöffnung 19 in einen ersten Zyklon 21 ein.
Steigt am rohgasseitigen Ende 11.1 der Staudruck an der Kolbenstirnfläche, so wird dieser – wie in 2 dargestellt – gegen die Kraft der Feder 18 ausgelenkt und gibt die Mündungsöffnung 15 frei, wodurch Rohgas in den zweiten Zyklon 22 einströmt. Durch die Dicke der Pfeile sind die Teilstromverhältnisse angedeutet.
Bei nochmaliger Druckerhöhung am rohgasseitigen Ende 11.1 wird der Kolben 12 schließlich soweit verschoben (vgl. 3), dass auch die zweite Mündungsöffnung 16 freigegeben ist und Gas in den dritten Zyklon 3 einströmen kann.
Je nach Auslegung und Abstimmung der Vorrichtung befinden sich nun entweder alle drei Zyklone 21, 22, 23 im Eingriff oder aber der erste Zyklon 21 für den Grundlastbetrieb ist bis auf einen vernachlässigbaren Restgasstrom außer Betrieb, wohingegen die Hauptlast in gleicher Weise auf die Zyklone 22 und 23 verteilt ist.

Claims

Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem aus einem Kurbelgehäuse austretenden Gasstrom, mit einem Ventilelement (10) zur volumenstromabhängigen Aufteilung des Gasstroms auf wenigstens zwei Fluidabscheideeinrichtungen (21, 22), dadurch gekennzeichnet, – dass das Ventilelement (10) einen Zylinder (11) umfasst, der von dem Gasstrom durchströmbar ist und abströmseitig mit einer ersten Fluidabscheideeinrichtung (21) verbunden ist und dessen Zylindermantel wenigstens eine erste Mündungsöffnung (15) einer zu einer zweiten Fluidabscheideeinrichtung (22) führenden Abzweigleitung aufweist, – dass zwischen dem Zylinder (11) und dem Kolben (12) eine Spielpassung ausgebildet ist und/oder der Kolben mit wenigstens einer axialen Bohrung (13, 14) versehen ist, – und dass in dem Zylinder (11) ein Kolbenelement (12) angeordnet ist, das in einem Ausgangszustand die wenigstens eine Mündungsöffnung (15) überdeckt und das infolge des Staudrucks gegen die Kraft einer Rückholeinrichtung (18) unter Freigabe der Mündungsöffnung (15) verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Fluidabscheideeinrichtung (23) vorgesehen ist, die mit einer zweiten Mündungsöffnung (16) im Zylindermantel verbunden ist, welche axial beabstandet zu der ersten Mündungsöffnung (15) ist und im Ausgangszustand von dem Kolbenelement (12) überdeckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (12) mit einer axialen Bohrung (14) an einem Führungselement (17) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (12) über eine Schiene an dem Zylinder (11) geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (11) an seinem abströmseitigen Ende (11.2) verschlossen ist und die erste Fluidabscheideeinrichtung mit einer dritten Mündungsöffnung (19) im Zylindermantel verbunden ist, welche durch das Kolbenelement (12) nicht überdeckbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückholeinrichtung eine Feder (18) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidabscheideeinrichtungen (21, 22, 23) als Zyklone ausgebildet sind.